工业污泥处理技术研究

2021-11-08袁红玲

氮肥与合成气 2021年7期

袁红玲

(河南心连心化学工业集团股份有限公司，河南新乡 453731)

化工行业污水处理环节产生的大量固态或半固态物质，就是工业水处理污泥。目前，作为污水处理的衍生品，污泥产量不断攀升，如生化水处理、中水回用、浓水回收、浓水COD治理等都会有污泥产生。水中溶解的污泥在经过重力沉降、药剂絮凝初步浓缩后，进入叠螺机、带式压滤机、离心机等进行初步脱水，脱水后的污泥呈固体或半固体性状，含水率一般为60%～90%。

目前，化工企业产生的一般污泥通过收集、储存、晾晒后送到填埋场，这种处理过程伴随的问题主要是异味对周边大气的影响，以及填埋后污泥对自然环境存在破坏。属于危废的污泥一般交给有资质的厂家代为处理，而这种处理方式费用较高，吨处理费用在千元以上。随着环保要求日益严格，化工企业亟需一种适宜的污泥处理一体化方案。

1 工业污泥处理现状

污泥处理应遵循减量化、稳定化、无害化、资源化的“四化”原则[1]。目前，国内污泥处理的主要途径分为直接掺烧、填埋场填埋、堆肥绿化、脱水干化等。有相当部分污泥经简单絮凝、压滤后直接外运丢弃。总体看，污泥处理普及程度低且方式单一，减量化、稳定化、无害化、资源化程度不高，后续问题多。

污泥处理技术面临的主要问题有：污泥深度脱水技术与设备的开发研究处于初步阶段；污泥消化技术需进一步优化提高；堆肥技术与设备的开发尚未成熟，堆肥后利用存在潜在环境风险；污泥干化焚烧技术与设备的集成开发初见成效。

总之，当前国内污泥处理处于百家争鸣、良莠不齐的阶段，先进性与自动化程度存在两极分化现象，没有一种处理方法占据绝对优势。从污泥处理容纳量及长远角度来看，污泥干化可以有效解决稳定化、减量化问题，为后续的无害化、资源化提供便利条件[2]。笔者主要对污泥脱水干化技术进行系统对比和选择，为需求企业在污泥处理方面提供借鉴。

2 污泥处理技术研究

2.1 高压板框污泥脱水技术

最先应用于工业污泥脱水的高压板框污泥脱水技术，在国内应用范围十分广泛。利用该技术对污水进行收集、沉淀、絮凝，加入药剂后完成污泥脱水。一般脱水后的污泥含水率在40%以上。常见高压板框污泥脱水工艺见图1。

图1 常见的高压板框污泥脱水工艺

该工艺基建设备投资较大、过滤能力也较低，加之在污泥处理过程中需要添加大量药剂，不符合污泥的“减量化”原则，目前只有一些小型污水处理厂家使用。

2.2 桨叶式污泥干化技术

桨叶式污泥干化技术较为传统，一般采用蒸汽作为热源，配套湿污泥和干污泥储存、输送系统，以及尾气的处理系统。该技术可以将污泥含水率从80%降低至40%以下，设备制作简单，应用范围广，曾经在污泥处理领域占有率较大。

桨叶式污泥干化技术的核心设备是桨叶干燥机。常见的桨叶结构见图2，多为单轴或多轴形式，少见四轴形式，利用楔形结构的桨叶推动干燥机中的污泥向末端推进。因桨叶换热面积小，热量利用率低，干化规模一般较小，多适用中小规模装置。当日处理湿污泥质量超过50 t时，需要2台以上设备。

图2 卧式空心桨叶干燥机

2.3 圆盘式污泥干化技术

圆盘式污泥干化技术是在桨叶式基础上发展起来的，目前主要应用在市政污泥处理领域，其日处理规模大，装置自动化程度高。装置可建设于电厂，依托电厂现成的余热蒸汽和公用工程，同时干化脱水后的污泥可直接与电厂燃料煤掺烧。

圆盘式污泥干化技术的核心设备是圆盘干燥机(见图3)，由同轴排列的盘片组成，污泥的翻动和前进主要依靠盘片上的推进片和固定在壳体上的刮刀片。与桨叶干燥机相比，同尺寸的圆盘设备换热面积要大得多，其干化能力是桨叶干燥机的2～3倍，热量利用率高，整个装置蒸汽消耗较低。但是圆盘干燥机设备投资金额相对较多。

图3 圆盘干燥机

2.4 低温带式污泥脱水技术

低温带式污泥脱水技术是一种污泥静止干化技术，装置一般需配套管道式挤压造粒。污泥经过造粒后落入履带上便静止不动，污泥的干化全部依靠热泵产生的热量，在鼓风机作用下自下而上送至带式干燥机中循环吹干，从而带走污泥中的水分[3]。低温带式污泥脱水原理见图4。

图4 低温带式污泥脱水原理

该技术的特点是装置独立，可移动放置，采用除湿热泵作为干化系统的热源，以电能作为输入能量，只消耗电能。低温带式污泥干燥机温度较低，一般控制在45～80 ℃之间，物料基本处于静止状态，无粉尘、废气排出，干净卫生，设备投资成本高，更适合低含水率(<50%)物料的干燥，出料含水率可以控制在10%以下，更适用于较干净、经济价值较高的物料。

2.5 污泥造粒干化技术

污泥造粒干化技术常与立式圆盘干燥机搭配使用(见图5)。造粒以干污泥作为晶核，湿污泥薄薄地包裹在干粒外面。造粒后的污泥颗粒进入立式圆盘干燥机，湿污泥通过“浮动”耙臂和耙叶将污泥从上到下逐层刮至最下层的出料口，干污泥从底部排出进入分离料斗，一部分较细粉末作为晶核返回涂层系统，另一部分进入储存仓。

图5 立式圆盘干燥机外形及内部结构

由于干化系统的盘片仅上层直接与污泥颗粒接触，热量利用较低。处理规模一般也较小(不大于30 t/d)。该技术除了对造粒装置的要求比较高以外，对立式盘式干燥机的耙臂要求也很高，要既能刮掉污泥又不能与盘片相接触。采用可“浮动”的结构，设计较为复杂，运行中出现问题的可能性较大，维修成本高。

2.6 薄层式污泥干化技术

薄层式污泥干化技术是对污泥减量化最彻底的技术。顾名思义，该技术主要是将污泥制成“煎饼”一样的薄层，以此增加污泥中水分蒸发的表面积，实现污泥快速干化的目的。该技术的核心设备是薄层蒸发器，其主要组成包括加热夹套、转子、转子叶片、转子驱动装置、轴密封装置等(见图6)。

图6 薄层蒸发器内部结构

该技术理论上相当完美：污泥在薄层状态下干化迅速、彻底，热量消耗低，干污泥含水率可以轻松达到30%以下。但是由于薄层蒸发器设备结构复杂，设备检修难度大，且不适用于杂质颗粒大的湿污泥，导致该技术市场占有率并不高。

2.7 电渗析污泥脱水技术

电渗析污泥脱水技术是利用电泳和电渗析的双重原理(见图7)，实现污泥进一步脱水和体积减量，是一种新型的污泥深度脱水技术。电渗析脱水技术在不需要加药剂的情况下，可以直接将污泥含水率从80%降低至60%以下，从而使污泥后续处理更加便捷。该技术较蒸汽加热干化技术更加节能[4]。

图7 电渗析污泥脱水原理

目前该技术正处于实验研究阶段，应用尚不成熟，少见工业化业绩。

3 污泥处理技术对比

由于薄层式污泥干化技术、高压板框污泥脱水技术、电渗析污泥脱水技术应用于实践中的问题较多，笔者对桨叶式污泥干化技术、圆盘式污泥干化、低温带式污泥脱水技术、污泥造粒干化技术进行运行消耗和投资的对比，其结果见表1。

表1 污泥处理技术运行消耗及投资对比

对比分析结果，不建议选用低温干燥机。原因有三:一是低温干燥效率较低且处理量小，虽然有热风循环、无废气排出等优点，但热风风量较大，能耗增加。根据多数电厂、水处理厂及工业企业实际情况，废气处理可以考虑依托现有的蒸汽、循环水等公用工程资源。二是低温带式、造粒盘式比较适用于半干物料、干净物料以及经济价值较高的物料的干燥，如蔬菜、水果干等，对于黏性较大的污泥不太适用，整体投资性价比较差。三是目前国内污泥干化采用低温干燥的业绩很少，各种问题和缺点尚未暴露，不利于系统长周期稳定运行。

建议选用圆盘干燥机。原因有三:一是圆盘干燥机同尺寸叶片换热面积大，蒸汽热量利用率高，单机处理规模大，不需设置2台机；二是蒸汽消耗和电耗都低于桨叶干燥机，运行费用低；三是业绩较多，目前多数系统都实现了长周期稳定运行。

4 建议

相对较大的水处理厂、电厂及工业企业，建议采用圆盘式污泥干化工艺技术。该技术主要包括湿污泥接收储存与输送系统、污泥干化系统、尾气处理系统、蒸汽与冷凝液回用系统、循环冷却水系统、干污泥输送及储存系统、DCS系统等。某化工企业利用圆盘式污泥干化技术投入工业化运行，效果得到验证：经过该装置处理的污泥，含水率由80%降低到35%以下，实现污泥的“减量化”目标；干化后的污泥与燃料煤一起送入锅炉掺烧，实现污泥的“无害化”目标；掺烧后的污泥变成灰渣，与锅炉灰渣一起作为建筑材料外售，实现了污泥的“资源化”目标。