李卓君
摘要：污泥由于含水率高，難以直接利用，所以干化是實(shí)現(xiàn)污泥資源化利用的重要一步。污泥干化方式分為直接干化和間接干化。分別對(duì)直接干化和間接干化的技術(shù)分別進(jìn)行了簡(jiǎn)要介紹，并通過加以分析污泥噴霧干化的工程實(shí)例來(lái)探索未來(lái)污泥資源利用的方向，為污泥處理事業(yè)未來(lái)的發(fā)展提供思路。
關(guān)鍵詞：污泥處置，干化脫水，技術(shù)分析，資源利用
中圖分類號(hào)：X705 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):
The development of sludge drying technology and a brief analysis of thin layer drying project
LI Zhuojun
Abstract：Due to the high moisture content of sludge, it is difficult to directly use, so drying is an important step to realize the utilization of sludge resources. Sludge drying can be divided into direct drying and indirect drying. The technologies of direct drying and indirect drying are briefly introduced, and the future utilization direction of sludge resources is explored by analyzing the project examples of thin layer drying of sludge, providing ideas for the future development of sludge treatment.
Key Words：Sludge disposal, Drying and dehydration, Technical analysis, Resource utilization
隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)的發(fā)展，污水處理的問題得到日益的重視，與此同時(shí)，污泥的產(chǎn)量也隨之增長(zhǎng)，故污泥的處置也是亟待解決的問題�？v觀我國(guó)污水處理廠的建設(shè)歷史，由于早期沒有嚴(yán)格的污泥排放監(jiān)管體系，各地均有將污水處理系統(tǒng)和污泥處理系統(tǒng)剝離開來(lái)的建設(shè)案例，更有甚者為了追求簡(jiǎn)單的污水處理效率，從而盡可能地簡(jiǎn)化甚至忽略了污泥處理處置系統(tǒng)的規(guī)劃與建設(shè)。但是，污水處理系統(tǒng)和污泥處理系統(tǒng)是解決城市水污染問題同等重要又緊密關(guān)聯(lián)的兩個(gè)系統(tǒng)[1]，解決不好污泥的問題自然無(wú)法從根本上改善我國(guó)的水環(huán)境。
作為城市發(fā)展過程中，污水處理的副產(chǎn)物，污泥是一種豐富的廢物生物質(zhì)，對(duì)于污泥的處理，通常采用填埋或直接焚燒的方法，會(huì)擠壓填埋場(chǎng)庫(kù)容、堵塞垃圾滲濾液管，同時(shí)污泥所散發(fā)的異味和焚燒產(chǎn)生的細(xì)小顆粒物會(huì)影響空氣質(zhì)量，造成二次污染。
污泥的利用關(guān)鍵在于干化脫水。本文對(duì)污泥干化技術(shù)進(jìn)行分析，并與實(shí)際工程案例將結(jié)合，探討未來(lái)我國(guó)污泥干化事業(yè)的前景。
1．污泥干化技術(shù)
污泥干化技術(shù)是利用熱能將污泥中的水分進(jìn)行蒸發(fā)從而達(dá)到方便后續(xù)對(duì)污泥處理的一種方法。[2]雖然早在20世紀(jì)40年代，污泥干化技術(shù)就已經(jīng)出現(xiàn)在實(shí)際應(yīng)用中，但是直到20世紀(jì)90年代才稱得上是真正成熟。[3]它將機(jī)械化、減量化、無(wú)害化、穩(wěn)定化、資源化等特點(diǎn)集于一身，經(jīng)過干化的污泥，體積可減少到原來(lái)的1/4，且產(chǎn)品呈粉末狀,[4]大大有利于后續(xù)的處理。
通常，按照傳熱方式的不同，污泥干化可以分為直接干化和間接干化。[5]
1.1直接干化
直接干化指濕污泥與高溫氣體直接接觸，高溫氣體為污泥中的水分蒸發(fā)提供熱量，隨后蒸發(fā)氣體被高溫氣體帶走，進(jìn)一步處理。直接干化的特點(diǎn)是傳熱效率高，干化效果好。常見的直接干化方式有轉(zhuǎn)鼓干化、閃蒸式干化、帶式干化和噴霧干化。[6]
1.1.1轉(zhuǎn)鼓干化
在20世紀(jì)40年代，美國(guó)、日本等發(fā)達(dá)國(guó)家率先開始使用轉(zhuǎn)鼓干化技術(shù)來(lái)處理污泥。技術(shù)的原理是脫水后的污泥從污泥漏斗進(jìn)入混合器，按比例與部分顆粒過大或過細(xì)的干化污泥充分混合，使混合后污泥的含固率達(dá)50%～60%，然后經(jīng)螺旋輸送機(jī)運(yùn)到三通轉(zhuǎn)鼓式干燥器中。在轉(zhuǎn)鼓內(nèi)與同一端進(jìn)入的流速為1.2~1.3m/s、溫度為700℃左右的熱氣流接觸混合集中加熱，經(jīng)25min左右的處理，烘干后的污泥被帶計(jì)量裝置的螺旋輸送機(jī)送到分離器，在分離器中干燥器排出的濕熱氣體被收集進(jìn)行熱力回用，帶污染的惡臭氣體被送到生物過濾器處理以達(dá)到符合環(huán)保要求的排放標(biāo)淮，從分離器中排出的干污泥粒度可控制在l—4mm，再經(jīng)過篩分器將滿足要求的污泥顆粒送到貯存?zhèn)}待處理。干化的污泥干度可達(dá)85％—95％。
該干化工藝的特點(diǎn)是：在無(wú)氧環(huán)境中操作，不產(chǎn)生灰塵，干化污泥呈顆粒狀，粒徑可以控制，采用氣體循環(huán)回用設(shè)計(jì)減少了尾氣的處理成本。
1.1.2閃蒸式干化
閃蒸就是高壓的飽和液體進(jìn)入比較低壓的容器中后由于壓力的突然降低使這些飽和液體變成一部分的容器壓力下的飽和蒸汽和飽和液。
閃蒸式干化機(jī)的原理是熱空氣沿切線進(jìn)入干燥器底部，在攪拌器帶動(dòng)下形成強(qiáng)有力的旋轉(zhuǎn)風(fēng)場(chǎng)。物料由螺旋加料器進(jìn)入干燥器內(nèi)，在高速旋轉(zhuǎn)攪拌槳的強(qiáng)烈作用下，物料受撞擊、磨擦及剪切力的作用下得到分散，塊狀物料迅速粉碎，與熱空氣充分接觸、受熱、干燥。脫水后的干物料隨熱氣流上升，分級(jí)環(huán)將大顆粒截留，小顆粒從環(huán)中心排出干燥器外，由旋風(fēng)分離器和除塵器回收，未干透或大塊物料受離心力作用甩向器壁，重新落到底部被粉碎干燥。它集干燥、粉碎、篩選功能于一體，具有干化時(shí)間短、干燥效率高等優(yōu)點(diǎn)。
1.1.3帶式干化
脫水污泥通過進(jìn)料系統(tǒng)送至擠條機(jī)均勻鋪設(shè)在專用干化帶上，干化帶將污泥送入裝置的主體結(jié)構(gòu)；物料由加料器均勻地鋪在網(wǎng)帶上，由傳動(dòng)裝置拖動(dòng)在干燥機(jī)內(nèi)移動(dòng)，壓濾帶的張力對(duì)帶上的污泥形成擠壓剪切作用，從而產(chǎn)生含固率較高的泥餅，同時(shí)通以熱空氣進(jìn)行干燥，熱空氣在鼓風(fēng)機(jī)的作用下在干化機(jī)內(nèi)循環(huán)流動(dòng)，充分與泥餅進(jìn)行接觸從而實(shí)現(xiàn)污泥脫水過程。[7]帶式干化機(jī)由若干個(gè)獨(dú)立的單元段組成，每個(gè)單元段包括循環(huán)風(fēng)機(jī)、加熱裝置、獨(dú)立的新鮮空氣抽入系統(tǒng)和尾氣排出系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)連續(xù)低溫干化。該技術(shù)具有操作簡(jiǎn)單，能耗低，效能較高，處理量大等特點(diǎn)。
1.1.4噴霧干化
噴霧干燥機(jī)為連續(xù)式常壓干燥器的一種。[8]用高壓螺桿泵將濕污泥噴成霧狀，使其與熱空氣接觸而被干燥。
干污泥焚燒產(chǎn)生的高溫?zé)煔�，進(jìn)入干燥器頂部分配器，熱煙氣呈螺旋狀均勻地進(jìn)入干燥室。濕污泥料液經(jīng)塔體頂部的噴槍，形成極細(xì)微的霧狀液珠，與熱煙氣并流接觸在極短的時(shí)間內(nèi)可干燥為成品。成品連續(xù)地由干燥塔底部和旋風(fēng)分離器中輸出，廢氣由引風(fēng)機(jī)負(fù)壓抽送至后續(xù)煙氣處理系統(tǒng)。[9]
它具有如下的性能特點(diǎn)：
（1）干燥速度快，料液經(jīng)霧化后表面積大大增加，在熱風(fēng)氣流中，瞬間就可蒸發(fā)95%-98%的水份，完成干燥時(shí)間僅需數(shù)秒鐘。
（2）產(chǎn)品具有良好的均勻度、流動(dòng)性和溶解性，產(chǎn)品純度高，質(zhì)量好。
（3）生產(chǎn)過程簡(jiǎn)化，操作控制方便。對(duì)于含水率80%的污泥能一次干燥成30%左右的干污泥，控制和管理都很方便。
1.2間接干化
間接干化是指污泥不直接與熱源接觸，利用熱傳導(dǎo)效應(yīng)，與通入高溫加熱媒介（通常為蒸汽或?qū)嵊停┑慕饘俟芡獗诮佑|將污泥中的水分蒸發(fā)掉。目前國(guó)內(nèi)污泥干化的工程項(xiàng)目常見的有槳葉式干化、圓盤干化和薄層干化。[10]
1.2.1槳葉式干化
漿葉式干化機(jī)是一種在設(shè)備內(nèi)部設(shè)置攪拌漿，使?jié)裎锪显跇~的攪動(dòng)下，與熱載體以及熱表面充分接觸，從而達(dá)到干燥目的的低速攪拌干燥器，結(jié)構(gòu)形式一般為臥式，雙軸或四軸。漿葉式干化分為熱風(fēng)式和傳導(dǎo)式。
槳葉干化機(jī)由互相嚙合的二到四根槳葉軸、帶有夾套的W形殼體、機(jī)座以及傳動(dòng)部分組成，物料的整個(gè)干燥過程在封閉狀態(tài)下進(jìn)行，有機(jī)揮發(fā)氣體及異味氣體在密閉氛圍下送至尾氣處理裝置，避免環(huán)境污染。
干燥機(jī)以蒸汽，熱水或?qū)嵊妥鳛榧訜峤橘|(zhì)，軸端裝有熱介質(zhì)導(dǎo)入導(dǎo)出的旋轉(zhuǎn)接頭。加熱介質(zhì)分為兩路，分別進(jìn)入干燥機(jī)殼體夾套和槳葉軸內(nèi)腔，將器身和槳葉軸同時(shí)加熱，以傳導(dǎo)加熱的方式對(duì)物料進(jìn)行加熱干燥。被干燥的物料由螺旋送料機(jī)定量地連續(xù)送入干燥機(jī)的加料口，物料進(jìn)入器身后，通過槳葉的轉(zhuǎn)動(dòng)使物料翻轉(zhuǎn)、攪拌，不斷更新加熱介面，與器身和槳葉接觸，被充分加熱，使物料所含的表面水分蒸發(fā)。同時(shí)，物料隨槳葉軸的旋轉(zhuǎn)成螺旋軌跡向出料口方向輸送，在輸送中繼續(xù)攪拌，使污泥中滲出的水分繼續(xù)蒸發(fā)。最后，干燥均勻的合格產(chǎn)品由出料口排出。它的運(yùn)行效果很好，目前污泥干化項(xiàng)目大多采用槳葉式干燥機(jī)。
1.2.2圓盤干化
圓盤干燥器是將放置物料的圓盤多層疊合起來(lái)的連續(xù)式熱氣流干燥器，又稱多級(jí)圓盤十燥器。
圓盤干燥機(jī)主要由筒體、圓盤主軸、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和蒸汽加熱系統(tǒng)組成。筒體是帶夾套的圓柱形，夾套內(nèi)通入蒸汽，底部有排水口。筒體頂部有一個(gè)排氣口，用以排出已蒸發(fā)的水蒸汽；一個(gè)進(jìn)料口，濕物料由此加入干燥機(jī)內(nèi)。筒體底部有一個(gè)排料口，用于排出已干燥的物料。筒體兩端下部各有一個(gè)清掃排放口。筒體上方還裝有擋料板，使轉(zhuǎn)盤保持自潔。筒體內(nèi)的主軸由一根空心主軸和空心圓盤組成。主軸通入蒸汽，并分配到圓盤內(nèi)，冷凝水及不凝氣通過旋轉(zhuǎn)接頭從軸端排出。
主軸的圓盤外緣裝有弧板，使物料能沿著干燥機(jī)筒體向出料口方向緩慢移動(dòng)。物料的干燥是通過蒸汽將主軸、圓盤加熱，使物料充分接觸，再通過引風(fēng)機(jī)排出。干燥機(jī)主軸是通過電機(jī)與減速機(jī)構(gòu)來(lái)帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)。蒸汽加熱系統(tǒng)由旋轉(zhuǎn)接頭、金屬軟管、疏水器、截止閥、球閥、視孔、汽水分離器等組成，從而保證主軸圓盤始終充滿飽和蒸汽，并保證冷凝水順利排出。
它的主要優(yōu)點(diǎn)在于能耗小、運(yùn)行成本低，相比于槳葉式干燥機(jī)的維修成本也較低。
1.2.3薄層干化
臥式薄層干化技術(shù)近年來(lái)引入國(guó)內(nèi)并在污泥干化上得到了較好地應(yīng)用。[11]薄層干化工藝在發(fā)達(dá)國(guó)家是主流干化工藝之一。該工藝系統(tǒng)較為簡(jiǎn)潔、設(shè)備數(shù)量較少、故障點(diǎn)少、運(yùn)行穩(wěn)定、維護(hù)和檢修都很方便。此外、采用該系統(tǒng)的運(yùn)行車間沒有粉塵、惡臭等問題，現(xiàn)場(chǎng)工作環(huán)境好。薄層污泥干化機(jī)既適用于污泥的半干化，又適用于污泥的全干化工藝。
薄層干化器由帶加熱層的圓筒形殼體、殼體內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)的轉(zhuǎn)子、轉(zhuǎn)子的驅(qū)動(dòng)裝置組成。[12]轉(zhuǎn)子上安裝有諸多不同形狀和規(guī)格的槳葉，槳葉與轉(zhuǎn)子之間采用螺栓固定，其裝配方式可以靈活調(diào)整，以便于適應(yīng)污泥性狀與處理量的變化。薄層干化器整個(gè)殼體采取分段組合，根據(jù)不同的處置需求，可以劃分為多個(gè)加熱區(qū)域，可以實(shí)現(xiàn)單獨(dú)控制、溫度調(diào)整、靈活開關(guān)等操作要素。
當(dāng)濕污泥從水平干化器的一端進(jìn)人后，不停轉(zhuǎn)動(dòng)的轉(zhuǎn)子使其連續(xù)分布于熱壁的表面形成物料薄層，轉(zhuǎn)子上的葉片在對(duì)熱壁表面分布的濕污泥薄層進(jìn)行不斷翻滾的同時(shí)，轉(zhuǎn)子上安裝的帶有導(dǎo)角功能的輸送葉片伴隨著轉(zhuǎn)子的圓周轉(zhuǎn)動(dòng)，使污泥薄層和干化過程中生成的半干污泥顆粒以一定的線速度呈現(xiàn)出與轉(zhuǎn)子的軸向方向水平的轉(zhuǎn)移，向前運(yùn)動(dòng)到薄層干化器另一端的污泥出口處。[13]
薄層干化器的軸向長(zhǎng)度尺寸為進(jìn)料端到出料端的水平沿程線，完成了污泥在整個(gè)臥式圓筒薄層干化器內(nèi)的進(jìn)料和出料，此過程中，濕污泥被蒸汽熱壁均勻加熱，水分被蒸發(fā)。濕污泥在薄層干化器內(nèi)的停留時(shí)間為10-15min，可實(shí)現(xiàn)快速的啟停和排空，對(duì)設(shè)備工藝操作、調(diào)整控制非常迅速。[14]
2．工程實(shí)例簡(jiǎn)析
污泥處理的總目標(biāo)是確保污泥中的有毒有害物質(zhì)，無(wú)論是現(xiàn)在還是將來(lái)都不致對(duì)人類及環(huán)境造成不可接受的危害。污泥的處理先后經(jīng)過了海洋投棄、土地填埋、堆肥化、干燥和焚燒等多種處理方法，逐步走向成熟，目前污泥焚燒在污泥的最終處置方法中占有比較大的優(yōu)勢(shì)�！段鬯幚韽S污泥處理處置最佳可行技術(shù)導(dǎo)則》認(rèn)為：污泥干化焚燒是今后我國(guó)提倡的方向。[15]
近年來(lái)，噴霧干化技術(shù)愈來(lái)愈得到廣大環(huán)保從業(yè)者的重視�，F(xiàn)以上海巴安水務(wù)股份有限公司建設(shè)的290t/d南潯污泥干化焚燒項(xiàng)目為例，簡(jiǎn)要分析其應(yīng)用現(xiàn)狀。
該廠所采用的噴霧干化技術(shù)，在實(shí)際運(yùn)行中具有如下優(yōu)點(diǎn)：
1）利用干污泥焚燒自身產(chǎn)生的熱煙氣為熱源，實(shí)現(xiàn)污泥干化，以廢治廢。
2）無(wú)需外加熱源，干污泥無(wú)需外運(yùn)處置。
3）濕污泥干化產(chǎn)生的臭氣與干污泥焚燒產(chǎn)生的煙氣合并處理，達(dá)到協(xié)同治理的效果。
4）設(shè)備占地面積緊湊。
5）系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)管理方便
濕污泥從儲(chǔ)存?zhèn)}采用污泥泵送入污泥噴霧干化塔，進(jìn)入污泥噴霧干化塔的污泥，采用干污泥焚燒煙氣作為干化機(jī)的熱源，干化后的干污泥進(jìn)入回轉(zhuǎn)窯燃燒。污泥干化焚燒過程產(chǎn)生的尾氣通過引風(fēng)機(jī)進(jìn)入煙氣處理系統(tǒng)。
一般工業(yè)固廢采用塑料周轉(zhuǎn)箱存放（不落地），經(jīng)破碎預(yù)處理后，由輸送設(shè)備送入回轉(zhuǎn)窯內(nèi)，與干化污泥混合焚燒。
該項(xiàng)目很好的完成了污泥干化焚燒的技術(shù)循環(huán)，真正實(shí)現(xiàn)了污泥減量化、資源化、無(wú)害化的發(fā)展愿景。項(xiàng)目工藝流程圖如圖1所示。
圖1 污泥干化焚燒流程圖
此工程是巴安水務(wù)本著建設(shè)城市基礎(chǔ)設(shè)施，服務(wù)社會(huì)之目的，公益性質(zhì)顯著的項(xiàng)目。建成后不僅可以提高地區(qū)環(huán)境安全，保障人民生活健康，而且有效促進(jìn)經(jīng)濟(jì)社會(huì)健康發(fā)展，是保障民生、改善民生、造福于民的頭等大事，社會(huì)效益顯著。
3．展望
隨著我國(guó)污水污泥產(chǎn)量的急速增加，污泥處理的問題刻不容緩，而干化是實(shí)現(xiàn)污泥減量化、無(wú)害化、資源化的第一步，干化技術(shù)眾多，我們應(yīng)根據(jù)具體項(xiàng)目中的不同實(shí)際情況，選擇合適的技術(shù)，為我國(guó)污泥處理事業(yè)增添更多的實(shí)際工程經(jīng)驗(yàn)，相信在未來(lái)，我國(guó)會(huì)在污泥資源化利用領(lǐng)域有長(zhǎng)足的創(chuàng)新與發(fā)展。
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