李卓君
摘要：污泥由于含水率高，難以直接利用，所以干化是實現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。分別對直接干化和間接干化的技術分別進行了簡要介紹，并通過加以分析污泥噴霧干化的工程實例來探索未來污泥資源利用的方向，為污泥處理事業未來的發展提供思路。
關鍵詞：污泥處置，干化脫水，技術分析，資源利用
中圖分類號：X705 文獻標識碼:A 文章編號:
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
隨著我國經濟建設的發展，污水處理的問題得到日益的重視，與此同時，污泥的產量也隨之增長，故污泥的處置也是亟待解決的問題。縱觀我國污水處理廠的建設歷史，由于早期沒有嚴格的污泥排放監管體系，各地均有將污水處理系統和污泥處理系統剝離開來的建設案例，更有甚者為了追求簡單的污水處理效率，從而盡可能地簡化甚至忽略了污泥處理處置系統的規劃與建設。但是，污水處理系統和污泥處理系統是解決城市水污染問題同等重要又緊密關聯的兩個系統[1]，解決不好污泥的問題自然無法從根本上改善我國的水環境。
作為城市發展過程中，污水處理的副產物，污泥是一種豐富的廢物生物質，對于污泥的處理，通常采用填埋或直接焚燒的方法，會擠壓填埋場庫容、堵塞垃圾滲濾液管，同時污泥所散發的異味和焚燒產生的細小顆粒物會影響空氣質量，造成二次污染。
污泥的利用關鍵在于干化脫水。本文對污泥干化技術進行分析，并與實際工程案例將結合，探討未來我國污泥干化事業的前景。
1．污泥干化技術
污泥干化技術是利用熱能將污泥中的水分進行蒸發從而達到方便后續對污泥處理的一種方法。[2]雖然早在20世紀40年代，污泥干化技術就已經出現在實際應用中，但是直到20世紀90年代才稱得上是真正成熟。[3]它將機械化、減量化、無害化、穩定化、資源化等特點集于一身，經過干化的污泥，體積可減少到原來的1/4，且產品呈粉末狀,[4]大大有利于后續的處理。
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提供熱量，隨后蒸發氣體被高溫氣體帶走，進一步處理。直接干化的特點是傳熱效率高，干化效果好。常見的直接干化方式有轉鼓干化、閃蒸式干化、帶式干化和噴霧干化。[6]
1.1.1轉鼓干化
在20世紀40年代，美國、日本等發達國家率先開始使用轉鼓干化技術來處理污泥。技術的原理是脫水后的污泥從污泥漏斗進入混合器，按比例與部分顆粒過大或過細的干化污泥充分混合，使混合后污泥的含固率達50%～60%，然后經螺旋輸送機運到三通轉鼓式干燥器中。在轉鼓內與同一端進入的流速為1.2~1.3m/s、溫度為700℃左右的熱氣流接觸混合集中加熱，經25min左右的處理，烘干后的污泥被帶計量裝置的螺旋輸送機送到分離器，在分離器中干燥器排出的濕熱氣體被收集進行熱力回用，帶污染的惡臭氣體被送到生物過濾器處理以達到符合環保要求的排放標淮，從分離器中排出的干污泥粒度可控制在l—4mm，再經過篩分器將滿足要求的污泥顆粒送到貯存倉待處理。干化的污泥干度可達85％—95％。
該干化工藝的特點是：在無氧環境中操作，不產生灰塵，干化污泥呈顆粒狀，粒徑可以控制，采用氣體循環回用設計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。
閃蒸式干化機的原理是熱空氣沿切線進入干燥器底部，在攪拌器帶動下形成強有力的旋轉風場。物料由螺旋加料器進入干燥器內，在高速旋轉攪拌槳的強烈作用下，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，分級環將大顆粒截留，小顆粒從環中心排出干燥器外，由旋風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，具有干化時間短、干燥效率高等優點。
1.1.3帶式干化
脫水污泥通過進料系統送至擠條機均勻鋪設在專用干化帶上，干化帶將污泥送入裝置的主體結構；物料由加料器均勻地鋪在網帶上，由傳動裝置拖動在干燥機內移動，壓濾帶的張力對帶上的污泥形成擠壓剪切作用，從而產生含固率較高的泥餅，同時通以熱空氣進行干燥，熱空氣在鼓風機的作用下在干化機內循環流動，充分與泥餅進行接觸從而實現污泥脫水過程。[7]帶式干化機由若干個獨立的單元段組成，每個單元段包括循環風機、加熱裝置、獨立的新鮮空氣抽入系統和尾氣排出系統，可實現連續低溫干化。該技術具有操作簡單，能耗低，效能較高，處理量大等特點。
1.1.4噴霧干化
噴霧干燥機為連續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。
干污泥焚燒產生的高溫煙氣，進入干燥器頂部分配器，熱煙氣呈螺旋狀均勻地進入干燥室。濕污泥料液經塔體頂部的噴槍，形成極細微的霧狀液珠，與熱煙氣并流接觸在極短的時間內可干燥為成品。成品連續地由干燥塔底部和旋風分離器中輸出，廢氣由引風機負壓抽送至后續煙氣處理系統。[9]
它具有如下的性能特點：
（1）干燥速度快，料液經霧化后表面積大大增加，在熱風氣流中，瞬間就可蒸發95%-98%的水份，完成干燥時間僅需數秒鐘。
（2）產品具有良好的均勻度、流動性和溶解性，產品純度高，質量好。
（3）生產過程簡化，操作控制方便。對于含水率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，利用熱傳導效應，與通入高溫加熱媒介（通常為蒸汽或導熱油）的金屬管外壁接觸將污泥中的水分蒸發掉。目前國內污泥干化的工程項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
漿葉式干化機是一種在設備內部設置攪拌漿，使濕物料在槳葉的攪動下，與熱載體以及熱表面充分接觸，從而達到干燥目的的低速攪拌干燥器，結構形式一般為臥式，雙軸或四軸。漿葉式干化分為熱風式和傳導式。
槳葉干化機由互相嚙合的二到四根槳葉軸、帶有夾套的W形殼體、機座以及傳動部分組成，物料的整個干燥過程在封閉狀態下進行，有機揮發氣體及異味氣體在密閉氛圍下送至尾氣處理裝置，避免環境污染。
干燥機以蒸汽，熱水或導熱油作為加熱介質，軸端裝有熱介質導入導出的旋轉接頭。加熱介質分為兩路，分別進入干燥機殼體夾套和槳葉軸內腔，將器身和槳葉軸同時加熱，以傳導加熱的方式對物料進行加熱干燥。被干燥的物料由螺旋送料機定量地連續送入干燥機的加料口，物料進入器身后，通過槳葉的轉動使物料翻轉、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。同時，物料隨槳葉軸的旋轉成螺旋軌跡向出料口方向輸送，在輸送中繼續攪拌，使污泥中滲出的水分繼續蒸發。最后，干燥均勻的合格產品由出料口排出。它的運行效果很好，目前污泥干化項目大多采用槳葉式干燥機。
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的連續式熱氣流干燥器，又稱多級圓盤十燥器。
圓盤干燥機主要由筒體、圓盤主軸、傳動機構和蒸汽加熱系統組成。筒體是帶夾套的圓柱形，夾套內通入蒸汽，底部有排水口。筒體頂部有一個排氣口，用以排出已蒸發的水蒸汽；一個進料口，濕物料由此加入干燥機內。筒體底部有一個排料口，用于排出已干燥的物料。筒體兩端下部各有一個清掃排放口。筒體上方還裝有擋料板，使轉盤保持自潔。筒體內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，冷凝水及不凝氣通過旋轉接頭從軸端排出。
主軸的圓盤外緣裝有弧板，使物料能沿著干燥機筒體向出料口方向緩慢移動。物料的干燥是通過蒸汽將主軸、圓盤加熱，使物料充分接觸，再通過引風機排出。干燥機主軸是通過電機與減速機構來帶動旋轉。蒸汽加熱系統由旋轉接頭、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。
它的主要優點在于能耗小、運行成本低，相比于槳葉式干燥機的維修成本也較低。
1.2.3薄層干化
臥式薄層干化技術近年來引入國內并在污泥干化上得到了較好地應用。[11]薄層干化工藝在發達國家是主流干化工藝之一。該工藝系統較為簡潔、設備數量較少、故障點少、運行穩定、維護和檢修都很方便。此外、采用該系統的運行車間沒有粉塵、惡臭等問題，現場工作環境好。薄層污泥干化機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、殼體內轉動的轉子、轉子的驅動裝置組成。[12]轉子上安裝有諸多不同形狀和規格的槳葉，槳葉與轉子之間采用螺栓固定，其裝配方式可以靈活調整，以便于適應污泥性狀與處理量的變化。薄層干化器整個殼體采取分段組合，根據不同的處置需求，可以劃分為多個加熱區域，可以實現單獨控制、溫度調整、靈活開關等操作要素。
當濕污泥從水平干化器的一端進人后，不停轉動的轉子使其連續分布于熱壁的表面形成物料薄層，轉子上的葉片在對熱壁表面分布的濕污泥薄層進行不斷翻滾的同時，轉子上安裝的帶有導角功能的輸送葉片伴隨著轉子的圓周轉動，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出與轉子的軸向方向水平的轉移，向前運動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度尺寸為進料端到出料端的水平沿程線，完成了污泥在整個臥式圓筒薄層干化器內的進料和出料，此過程中，濕污泥被蒸汽熱壁均勻加熱，水分被蒸發。濕污泥在薄層干化器內的停留時間為10-15min，可實現快速的啟停和排空，對設備工藝操作、調整控制非常迅速。[14]
2．工程實例簡析
污泥處理的總目標是確保污泥中的有毒有害物質，無論是現在還是將來都不致對人類及環境造成不可接受的危害。污泥的處理先后經過了海洋投棄、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勢。《污水處理廠污泥處理處置最佳可行技術導則》認為：污泥干化焚燒是今后我國提倡的方向。[15]
近年來，噴霧干化技術愈來愈得到廣大環保從業者的重視。現以上海巴安水務股份有限公司建設的290t/d南潯污泥干化焚燒項目為例，簡要分析其應用現狀。
該廠所采用的噴霧干化技術，在實際運行中具有如下優點：
1）利用干污泥焚燒自身產生的熱煙氣為熱源，實現污泥干化，以廢治廢。
2）無需外加熱源，干污泥無需外運處置。
3）濕污泥干化產生的臭氣與干污泥焚燒產生的煙氣合并處理，達到協同治理的效果。
4）設備占地面積緊湊。
5）系統運營管理方便
濕污泥從儲存倉采用污泥泵送入污泥噴霧干化塔，進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的熱源，干化后的干污泥進入回轉窯燃燒。污泥干化焚燒過程產生的尾氣通過引風機進入煙氣處理系統。
一般工業固廢采用塑料周轉箱存放（不落地），經破碎預處理后，由輸送設備送入回轉窯內，與干化污泥混合焚燒。
該項目很好的完成了污泥干化焚燒的技術循環，真正實現了污泥減量化、資源化、無害化的發展愿景。項目工藝流程圖如圖1所示。
圖1 污泥干化焚燒流程圖
此工程是巴安水務本著建設城市基礎設施，服務社會之目的，公益性質顯著的項目。建成后不僅可以提高地區環境安全，保障人民生活健康，而且有效促進經濟社會健康發展，是保障民生、改善民生、造福于民的頭等大事，社會效益顯著。
3．展望
隨著我國污水污泥產量的急速增加，污泥處理的問題刻不容緩，而干化是實現污泥減量化、無害化、資源化的第一步，干化技術眾多，我們應根據具體項目中的不同實際情況，選擇合適的技術，為我國污泥處理事業增添更多的實際工程經驗，相信在未來，我國會在污泥資源化利用領域有長足的創新與發展。
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