污泥熱干化技術(shù)在城市污水處理廠的應(yīng)用研究

張韜+黃正漢+周劍峰+潘磊

摘 要：熱干化技術(shù)在解決污泥問(wèn)題過(guò)程中處于核心地位：城市污水處理廠污泥產(chǎn)量較大，必須減少體積以便后續(xù)運(yùn)輸和處理，而熱干化是污泥減量最有效的途徑之一；垃圾填埋仍然是污泥處置的主要途徑，而采用熱干化技術(shù)處理后可以極大地降低污泥體積，從而使填埋所需土地資源得以節(jié)??；熱干化處理后的污泥可以與煤摻燒發(fā)電，也可以用作陶器及建筑材料的制備?；诖?，本文將對(duì)污泥熱干化技術(shù)在城市污水處理廠的應(yīng)用現(xiàn)狀及存在問(wèn)題等進(jìn)行探討。

關(guān)鍵詞：城市污水處理廠；污泥熱干化；影響因素；存在問(wèn)題

中圖分類(lèi)號(hào)：X703 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2017）10-0003-01

1 污泥熱干化技術(shù)的常見(jiàn)方法及影響因素

1.1 污泥熱干化技術(shù)的常見(jiàn)方法

第一，直接熱干化。在操作過(guò)程中，加熱介質(zhì)（熱空氣、燃?xì)饣蛘羝龋┡c污泥直接接觸，加熱介質(zhì)低速流過(guò)污泥層，污泥升溫使水分蒸發(fā)，處理后的干污泥需要與熱介質(zhì)進(jìn)行分離。雖然直接熱干化具有效率高且處理效果好的優(yōu)點(diǎn)，但由于產(chǎn)生較多的尾氣和廢水、需要較高的能耗和投資運(yùn)行成本，因此限制了大規(guī)模使用。

第二，間接熱干化。熱傳導(dǎo)介質(zhì)（如熱氣體、熱油）對(duì)金屬表面進(jìn)行加熱，熱量從溫度較高的金屬表面?zhèn)鬟f到溫度較低的物料顆粒上，熱量也會(huì)在物料顆粒間傳遞而使水分蒸發(fā)。雖然間接熱干化的處理效率低于直接熱干化，但優(yōu)點(diǎn)是較少的尾氣量減輕了對(duì)環(huán)境的污染。

第三，直接-間接聯(lián)合熱干化。直接-間接聯(lián)合熱干化是對(duì)流-傳導(dǎo)熱干化技術(shù)的結(jié)合，該技術(shù)代表干化技術(shù)VOMM渦輪薄層干化技術(shù)，此外Sulzer開(kāi)發(fā)的新型流化床干燥器以及Envirex推出的帶式干燥器也屬于這種類(lèi)型。

1.2 污泥熱干化技術(shù)的影響因素

一是污泥性質(zhì)，包括污泥組分的化學(xué)組成、微粒的形狀大小、水分的存在形態(tài)及組成等。

二是運(yùn)行條件，包括載氣的速度和濕度、熱介質(zhì)的溫度、污泥與載氣或熱介質(zhì)的接觸模式等因素。通常而言，載氣的濕度越高、速度越慢，熱介質(zhì)的溫度越低，污泥的熱干化速度就越慢；污泥與熱介質(zhì)的接觸面減少，會(huì)影響污泥受熱的均勻度，從而降低熱效率；污泥與載氣的接觸面越小，污泥環(huán)境濕度就越高，就越不利于污泥中水分?jǐn)U散入氣相。

這些因素綜合作用于整個(gè)熱干化過(guò)程，決定了熱干化的結(jié)果。然而由于影響因素多且關(guān)系復(fù)雜，目前還沒(méi)有一個(gè)數(shù)學(xué)函數(shù)關(guān)系式可以用來(lái)表征熱干化過(guò)程與各影響因素的關(guān)系，但是對(duì)部分因素綜合影響的函數(shù)關(guān)系式的研究已有成果。

2 污泥熱干化的應(yīng)用現(xiàn)狀及存在問(wèn)題

近年來(lái)國(guó)內(nèi)外研究者對(duì)城市污水處理廠污泥熱干化技術(shù)展開(kāi)了大量研究，例如：研究者對(duì)四種不同質(zhì)量等級(jí)的污泥顆粒在100～200℃下進(jìn)行恒溫干燥實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明在100～120℃時(shí)，污泥為弱強(qiáng)度干燥，臨界含水質(zhì)量分?jǐn)?shù)受溫度和顆粒大小影響不明顯；在140～200℃時(shí)為高強(qiáng)度干燥，臨界含水質(zhì)量分?jǐn)?shù)隨溫度升高或顆粒變大而增大；而在300～500℃范圍的干燥過(guò)程并沒(méi)有真正的恒速階段。研究者對(duì)污泥脫水和污泥熱干化設(shè)備進(jìn)行了研究，其中包括真空過(guò)濾器、帶壓式、離心機(jī)、直接熱干化、間接熱干化和組合熱干化系統(tǒng)。研究者采用了薄層干燥方式對(duì)脫水污泥進(jìn)行了熱干化研究，根據(jù)研究引入了薄層干化模型，結(jié)果表明Logarithmic模型與其他模型相比更適合于薄層污泥干化。

自2000年，我國(guó)已經(jīng)成功已經(jīng)多套污泥熱干化技術(shù)，其中很多已經(jīng)建成投產(chǎn)，例如2008年投產(chǎn)的清河污水處理廠而其污泥干化廠，采用流化床工藝，處理規(guī)模為（含水率約80%）400T/D。但這些污泥熱干化工藝多數(shù)都是要求有大量的能量提供給污泥作為干化的能量來(lái)源，所以現(xiàn)行的污泥熱干化工藝存在的最大問(wèn)題便是能量消耗過(guò)大。

不同污泥熱干化工藝可利用的能源來(lái)源有一定區(qū)別，一般來(lái)說(shuō)間接加熱方式可以使用所有的能源，而直接加熱方式則因燃煤爐、焚燒爐的煙氣因量大和腐蝕性污染物存在難以使用的問(wèn)題。按照能源的成本，從低到高，分列如下：（1）煙氣：來(lái)自大型工業(yè)、環(huán)?；A(chǔ)設(shè)施的廢熱煙氣是零成本能源，溫度必須高且地點(diǎn)必須近，否則難以利用；（2）燃煤：非常廉價(jià)的能源，以煙氣加熱導(dǎo)熱油或蒸汽，可以獲得較高的經(jīng)濟(jì)可行性；（3）熱干氣：來(lái)自化工企業(yè)的廢能；（4）沼氣：可以直接燃燒供熱，價(jià)格低廉且較清潔，但供應(yīng)不穩(wěn)定；（5）蒸汽：清潔較經(jīng)濟(jì)，可以直接全部利用，但是將降低系統(tǒng)效率，提高折舊比例；（6）燃油：較為經(jīng)濟(jì)，以煙氣加熱導(dǎo)熱油或蒸汽，或直接加熱利用；（7）天然氣：清潔能源但價(jià)格最高，以煙氣加熱導(dǎo)熱油或蒸汽，或直接加熱利用。

污泥熱干化所消耗的能量是相當(dāng)高的，如此高的能耗會(huì)在很大程度上阻礙污泥熱干化的推廣與應(yīng)用。因此在污泥熱干化的熱源選擇上應(yīng)盡量使用價(jià)格低廉的工業(yè)廢熱和余熱：一方面是采用工業(yè)爐窯產(chǎn)生尾氣的余熱；另一方面是因?yàn)槲勰啾旧砗写罅坑袡C(jī)物質(zhì)等可燃性物質(zhì)，經(jīng)過(guò)干化可以用于低熱值燃料進(jìn)行使用，因此污泥熱干化所使用的熱源應(yīng)盡可能是干污泥自身。

3 結(jié)語(yǔ)

近年來(lái)隨著污泥熱干化技術(shù)的不斷改進(jìn)，設(shè)備性能日趨完善，污泥熱干化裝置的高效、靈活、安全、穩(wěn)定的優(yōu)勢(shì)逐漸被認(rèn)同，并在污泥處理處置行業(yè)中迅速擴(kuò)展。

參考文獻(xiàn)

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