污泥热干化技术综述

周杰 吴敏 刘振 牛明星

摘要：城镇污水厂的脱水污泥是城市污水处理过程的产物，降低污泥含水率是污泥处理的重点和难点，污泥熱干化技术是降低污泥含水率最有效的方法之一。介绍了污泥热干化原理和干化工艺类型，分析了各个干化工艺技术的特点。

关键词：污泥；含水率； 热干化

随着城市人口的不断增加和城镇污水处理率的提高，城镇污水污泥的产出量也随之不断增加，污泥处理处置负担显著加重，目前我国城镇污水处理厂每年排放的污泥量（干重） 约为130×104t，年增长率大于10%。如果城镇污水全部得到处理，则将产生污泥量（干重）为840×104t。在我国目前的污泥处置方式中，焚烧及建材利用约占15%，无害化、稳定化土地利用约占10%，其余污泥未经任何无害化、稳定化处理直接进入环境。由于污水处理厂排放的活性污泥中含有大量的有机质和营养物质，可被土地利用，用以改善土壤结构，提高土壤肥力。但同时污泥的环境污染已成为广大市民关注的焦点。污泥处理处置方式除了卫生填埋、土地利用及焚烧，还包括生物干化、好氧堆肥、湿式氧化、气化和热解等。而随着对污泥“资源化”要求的提高，污泥水泥窑协同处置利用、污泥制肥等技术具有广阔的发展前景。而这些污泥处置技术全都对污泥含水率提出了明确的要求（见表1）。

表1 污泥处置方式对含水率的要求

污泥用途 含水率要求 国家、行业标准/文献

土地改良 ≤60% GB/T 24600-2009

园林绿化 <40% GB/T 23486-2009

填埋 混合填埋 <60% GB/T 23485-2009

作覆盖材料 <45%

建材利用 制砖 ≤40% CJ/T289-2008

水泥熟料 ≤12% CJ/T314-2009

含水率为80%左右的城镇污水处理厂的脱水污泥具有体积大，性质不稳定的特点，不仅不利于污泥的运输，而且不能满足污泥后续处置对含水率的要求。作为污泥深度脱水的一种形式，也是最直接、有效的降低污泥含水率的方式之一，污泥热干化具有减容效果显著、干化后污泥性质稳定、便于运输与储藏、无臭味及病原体、便于资源化利用等优点。本文阐述了污泥热干化的原理和干化工艺类型，分析了各个干化工艺技术的特点。

1. 污泥干化原理

污泥干化工艺就是将污水处理厂脱水后的湿污泥（一般含水率在80%左右）采用适当的干化工艺将其含水率降低到一定的程度，便于后续处理。污泥中所含水分主要有四种存在形式，即间隙水、毛细管结合水、表面吸附水以及内部水。污泥干化过程其实就是水分蒸发的过程，即为去除水分，水分的去除主要经历两个主要过程：（1）蒸发过程：物料表面的水分汽化，由于物料表面的水蒸气压低于介质（气体）中的水蒸气分压，水分从物料表面移入介质；（2）扩散过程：是与汽化密切相关的传质过程，当物料表面水分被蒸发掉，物料表面的湿度低于物料内部湿度，此时，需要热量的推动力将水分从内部转移到表面。这两个过程在干化过程中持续、交替进行。

2. 污泥干化类型

根据干化产品的含固率特点，污泥干化可分为半干化和全干化：半干化是指将污泥经过一次性干化处理，直接获得含固率80%以下的产品（35%-80%）的一系列工艺或处理过程；而全干化是指将污泥干化至含固率85-90%以上的一系列工艺或处理过程。两者是相对的概念。

根据热介质与污泥的接触方式又可分为： （1）直接加热式：热介质（热空气、热烟气或热灰等）与污泥直接进行接触混合，使污泥得以加热，水分得以蒸发并最终得到干污泥产品。此技术热传输效率和蒸发速率较高，但由于与污泥直接接触，热介质将受到污染，排出的废水和水蒸气需经过无害化处理后才能排放；同时，热介质与干污泥需加以分离，给操作和管理带来一定的麻烦。（2）间接加热式：将燃烧炉产生的热气通过蒸气、热油介质传递，加热器壁，从而使器壁另一侧的湿污泥进行干化。此技术热传输效率和蒸发速率均不如直接加热式，但热介质可循环利用，节约了能源。（3）“直接一间接”联合式干化：即“对流-传导”技术的结合。Vomm设计的高速薄膜干化器、Sulzer设计的新型流化床干化器以及Envirex推出的带式干化器就属于这样类型。

3. 污泥热干化工艺技术及特点

3.1转鼓干化工艺

转鼓式干化工艺分为直接加热转鼓干化工艺和间接加热转鼓干化工艺。前者属于热对流干燥系统，将外部热介质（热空气、燃气或蒸汽等）加热后通人干燥器与污泥直接接触，蒸发污泥中的水分并运送污泥。热介质离开干燥器后与干污泥颗粒分离，经除尘、热氧化除臭后排放。直接加热转鼓干化工艺的特点是在无氧环境中，不产生灰尘；干化污泥警颗粒状，粒径人小可控制；采用气体循环回用设计，减少了尾气的处理成本。后者工艺流程简单，污泥的干度可控，干化器终端产物为粉末状。

3.2 流化床干化工艺

流化床干化工艺属于典型的热对流干燥系统。污泥泵将污泥直接送入内加热流化床，在流化床内落料口的正下方设有高速旋转的打散装置，对湿污泥进行快速打散，增加换热面积，促进水份快速蒸发。热源采用蒸汽，通过换热器将热量间接传递给污泥，从而蒸发水分，干化污泥。该工艺具有节能高效、占地面积小、投资小且环保的优点，无返料系统，属于间接加热方式，干化机本身无动部件，故不需维修。缺点是干化颗粒的粒径无法控制。

3.3 桨叶干化工艺

物料在干化过程中，带有中空叶片的空心轴在给物料加热的同时又对物料进行搅拌，从而进行加热面的更新。湿污泥由污泥泵打入一级干燥机，被预干燥成半干污泥后，进入二级干燥机再次被干燥。由于采用二级干燥机的尾气对湿污泥进行预干燥，充分利用热量，其热效率极高。此外，干燥尾气中的热量被利用之后送去焚烧炉进行燃烧，尾气中的污染物被分解，使得该工艺具有零污染排放的优点。

3.4 盘式干化工艺

盘式工艺属于传导型干化工艺。热传导干燥系统不存在大量工艺载气的循环，系统仅抽取相当于蒸发量的部分进行冷凝，通常采用抽取微负压方式。尾气处理的负担较轻，且载气热损失也较低。盘式干化工艺利用热油炉加热导热油（250-280℃），然后通过导热油在干燥器圆盘和热油炉之间的循环，将热量间接传递给污泥颗粒，以干燥污泥颗粒为内核，采用湿泥对其进行涂层包裹，达到平均含固率65-70%以上，进入多层床的顶部，颗粒与圆盘表面进行接触换热，以重力从层间缝隙逐层下落，经过几次循环，颗粒长大到一定粒径，经过冷却成为硬造粒产品，并实现污泥干化。

4. 总结

污泥处置的首要目的和难点是降低污泥含水率，而污泥热干化是实现此目标的最关键和最重要的方法之一。目前国内外污泥干燥工艺主要分为热对流工艺和热传导工艺两种类型，热对流工艺更适合污泥的全干化，热传导则更适合污泥的半干化。热对流工艺包括直接加热转鼓干化工艺和流化床干化；热传导工藝包括盘式干化工艺和多层台阶式干化工艺。由于干化工艺具有一定的复杂性，具体干化工艺设备的选择需根据具体的需求、干化规模、经济成本、安全因素以及污泥干化目标作出考虑，很难对各个干化工艺及设备的优劣作出判断。而污泥热干化技术今后的发展也具有广阔的前景，将在工程应用和实践中不断改进和完善，其发展目标将向环保性、节能性以及经济性等方面不断进步。

参考文献

[1] 葛福玲， 宋媛媛， 于秀彦. 城镇污水处理厂污泥处置技术综述[J]. 中国资源综合利用， 2011， 29（12）： 48-51.

[2] 国内外污泥热干燥工艺的应用进展及技术要点[J]. 中国给水排水， 2007， 23（8）：5-8.

[3] 史俊. 污泥干化与水泥窑焚烧协同处置工艺分析与案例[J]. 中国给水排水， 2010， 26（14）： 50-54.

[4] Fytili D.， Zabaniotou A. Utilization of sewage sludge in EU application of old and new methods—A review[J]. Renewable and Sustainable Energy Reviews， 2008. 12（1）： 116-140.

[5] Pajak T. Thermal treatment as sustainable sewage sludge management[J]. Environmental Protection Engineering， 2013， 39（2）： 41-53.