石化企业污水处理场污泥干化工艺初探

钟彩霞，宋华君

（1.潍坊市滨海建设工程施工图审查有限公司，山东 潍坊 261031；2.潍坊市建筑设计研究院有限责任公司，山东 潍坊 261031）

1 前言

目前，某石化企业配套污水处理场所产生固体废物主要为预处理单元预沉池所产生浮渣、污泥，生化处理单元二沉池所产生剩余污泥。原污泥处理流程为：各单元所产生污泥首先进入污泥浓缩池进行浓缩，然后再输送至带式滤机进行脱水处理，脱水后污泥含水率可降至65-75%左右，然后外送至公司外部有资质危险固废处理公司进行处置，污泥年产量约为2万吨。

2018年，企业污水处理场新上一套废水回用装置，其污泥脱水单元年产生含水率65%污泥5000吨，虽然其主要成分为氢氧化钙、氢氧化镁等无机物，但因其含有少量有机污染物，因此必须进行无害化处置。因此污水处理场配套新上一套污泥干化装置，将废水回用处理装置产生的污泥，以及污水处理场产生的脱水污泥进行干化处理，使污泥含水率降至不大于10%，最终送至公司内锅炉进行焚烧，达到无害化处置目的。

目前，污泥干化工艺[1]主要有涡轮薄层干化技术、中温带式干化技术、太阳能干化及热泵污泥干化技术，现根据技术原理、特点、工业应用情况进行对比分析，以确定最终工艺路线。

2 污泥干化工艺及应用

2.1 涡轮薄层干化技术[2]

2.1.1 工艺原理

涡轮薄层干化技术的核心在于薄膜换热原理。待处理污泥通过柱塞泵输送进入涡轮薄层污泥干化设备主机内，主机为圆柱状卧式设备，其内部内设置衬套内循环有高温介质，高温介质可根据现场实际情况选择饱和高温蒸汽或导热油，高温介质的热传导使反应器内壁得到均匀有效的加热。

该工艺采用经过预热的空气，与待处理湿污泥一同从进口进入涡轮薄层污泥干化设备主机内，两者运动方向一致，在设备主机内部高速涡流形成共同作用，推动湿污泥沿内壁向出口方向做螺线运动，污泥在空气的包裹、携带与穿流下，实现剧烈热对流换热。

在涡轮薄层污泥干化设备主机内设置有同轴转子，在转子的不同位置上装配有桨叶，同轴转子通过设备主机外电机驱动，形成高速旋转产生强烈涡流。湿污泥在高速涡流作用下，在主机内壁形成污泥薄层，并以一定的速率从进料端向出料端做环形螺线移动，湿污泥在薄层内不断与热壁接触、碰撞，最终完成干燥过程。

2.1.2 典型工业应用实例

中石化天津石化污泥干化项目运行现状：

（1）天津石化80%的脱水前油泥直接送两套焦化处理，其脱水后污泥（含水率85%左右）大部分进入污泥干化装置，最终使含水率降低到20-25%，送热电煤粉炉掺烧。装置处理量1.5吨滤饼/时，设计投资4000万元，使用中压蒸汽（180℃）做热源，正常运行干化每吨污泥费用约300-400元。

（2）干化装置由SEI设计，采用意大利主体设备，配备完善的除尘、换热设施，运行环境良好。

（3）干化后污泥因含水率很低呈细粉状，带来落灰及运输、掺烧过程严重飞尘问题，正在研究改进。

2.2 中温带式干化技术[3]

2.2.1 工艺原理

待处理湿污泥铺设在烘干带上后，通过传送带方式被缓慢输送进入带式干化机内，其内采用鼓风装置进行空气抽吸，使得热空气穿过烘干带及带上湿污泥，并通过鼓风机在烘干模块内循环流动。湿污泥中的水分被热空气蒸发并排出装置。整个污泥烘干过程可通过以下三个参数进行过程控制：①输入的污泥流量；②烘干带的输送速度；③输入的热能。

中温带式污泥干化装置结构设计合理紧凑。干化传送带空间设计为上下叠加布置，统一布置安装在保温外壳之内。为了增加空气和污泥的接触面积，采用污泥面条造型机使污泥穿流网孔板，将成面条形状污泥铺设在干化带上。待处理湿污泥铺设在上烘干带上后穿流干化装置，在上层干化带尾端经过料槽滑入下层干化带。因整个污泥干化过程中没有被机械挤压，摩擦和切割，设备产生的粉尘含量极少。

热空气通过鼓风机穿越烘干带和待处理湿污泥层，当热空气接触湿污泥的同时会带走其中水份。在穿流干化装置的过程中，湿污泥逐渐变热，其所含水分被带至热空气。通过调整热空气温度和污泥停留时间,可将湿污泥含水率从80%降至65- 93%DS。

当热空气穿流污泥层时，热空气温度下降，湿度上升。当热空气在冷凝装置内被冷却处理时，需要采用循环冷却水对热空气进行冷却处理，使得热空气温度降低至露点之下，热空气冷凝脱水后形成冷凝液，收集后排入污水处理系统进行处理。冷空气可通过热交换器进行热能回收，降低整套系统能耗。

循环空气通过热交换器进行能量回收后，再进行间接加热至设定温度，然后通过鼓风机输送至干化装置内。通过鼓风机将循环热空气中的部分湿度饱和气体排出设备主机外，保证整套设备主机内部处于微低压状态,防止内部热空气、臭味和水蒸气外泄。排出湿度饱和气体首先通过水洗降温处理，然后输送至废气处理装置进行除臭处理。同时，补充环境空气进入干化装置。

在干化装置内部，在线监测内部温度、一氧化碳浓度。当出现异常情况需要应急停机，系统设置得喷淋系统自动启动工作，进行快速冷却以及消防灭火。

2.2.2 典型工业应用实例

镇海炼化乙烯污水处理场主要处理乙烯装置生产污水，设计规模为1000m3/h，系统产生含水率98%剩余污泥7.5t/h，利用离心脱水机将污泥水含量降至85%以下。

污泥干化系统采用德国SEVAReco 带式干燥机污泥干燥工艺，系统设计处理能力1050kg湿泥/h，总投资约2000万元，主体设备部分1600万元左右。设备厂房设计尺寸(L×W×H)20 ×15×8 m，系统总占地35×30m左右（包括湿泥储运区、干泥储存区、废气处理等）。

运行现状：

（1）镇海炼化乙烯污泥干化装置及污水处理系统2009年随100万吨乙烯工程配套建设，2009年底投入运行。目前每年干化装置实际处理湿污泥量在6000吨左右，主要为生化系统剩余活性污泥，根据系统污泥情况采用间歇运行方式，每次大约运行10-15天。

（2）镇海炼化相关人员介绍系统自投运以来整体运行稳定，没有出现大的问题和故障；现场看设备设施状况良好，场地整洁，设备处于停运状态，进出泥端有一定污泥臭味。

（3）干化系统最终产出干泥含水率在10%以内，包括蒸汽消耗、电耗等处理每吨湿泥直接运行成本在200元左右。干泥成细颗粒状，由于地方环保要求限制，虽设计有送Ⅳ电站煤堆场进锅炉焚烧路线和条件，但目前全部送外部环保公司填埋，每吨需缴费2150元。

（4）乙烯区域含油浮渣与炼油区域油泥一起进焦化炉回炼，炼油污水生化处理后产生污泥，送海边湿地，现准备送干化设施进行干化处置。

2.3 太阳能干化及热泵污泥干化技术[4]

2.3.1 工艺原理

太阳能干化工艺是采用温室原理，在相对封闭空间里，通过温室效应在密闭空间内产生高温空气，污泥中水分向高温空气中转移。主要利用白天的太阳能来提高干化空气的温度，并可以辅助辐射加热、热空气吹扫、提高通风量等技术手段，以提高待处理湿污泥温度，增加湿污泥内水分与高温空气之间的气体蒸汽压差，从而降湿污泥中得水分转移到高温空气中，降低湿污泥的含水率。

2.3.2 工艺特点

污泥太阳能干化与污泥热干化技术相比, 其优点主要在于: ①投资费用低，以年处理20000吨含水率为85%污泥计算，其投资费用约为1500万元，而采用德国SEVAR的中温带式干燥技术投资费用约为3500万元。②运行费用低，污泥太阳能干化工艺的运行费用约为60-130元/吨湿污泥，而采用德国SEVAR的中温带式干燥技术，其运行费用约为150-200元/吨湿污泥。③系统操作温度低,安全性高，产生灰尘产生量小。④系统操作运行维护简易、设备使用寿命长。其主要缺点在于: ①占地面积大, 现场日处理20吨污泥设施中阳光板温房的占地面积为960m2（L*B=60*16m）。② 污泥干化处理后最终含水率为30-40%，处理效果受天气和季节性条件约束。

3 结论及建议

1.固废处理作为一项费用高、难度大、民众敏感度高的问题，国内尚没有足量完善的公共处理场所和相关政策，石化企业目前普遍在不同程度尝试利用自有锅炉进行掺烧，从节约费用、规避环境风险层面以及污泥减量化、无害化目的都具有现实和长远意义[5]。

2.从污泥减量化角度，建设污泥干化设施非常必要上，干化后污泥可以减少70%。从镇海石化调研情况看，污泥干化后水分可降到10%以下，污泥干化技术是可行的。

3.山东富航新能源环保科技有限公司污泥太阳能干化技术主要优点在于投资、运行费用低，其存在主要缺点为占地面积较大、污泥含水率高，且污泥干化效率受天气影响较大，其真实投资、运行成本需进一步实地考察确定。

4.从工业应用案例运行看，上海石化、燕山石化成功利用热电CFB锅炉进行了污泥掺烧处置，对锅炉整体运行未发现明显影响；镇海炼化污泥干化后具备了与煤一起掺烧条件，建设干化设施时也已经考虑将干泥送堆煤场掺混后由锅炉焚烧路线，只是由于环保部门明确禁止未能实施，外送固废公司填埋。

5.根据调研情况，结合污水处理场实际情况，企业一方面拥有相对多、总量大的锅炉，一方面有相对大量的污泥，具有内部掺烧消化处置污泥的基本条件和必要性。可行路线有两条，一是将现有污泥干化后（含水率10-35%）与煤混合后掺烧，进热电煤粉炉和二化CFB锅炉均可，此路线具有含水率和污泥量进一步降低，不粘附，后路多、处置灵活等优点，但投资略高；二是利用CFB锅炉直接掺烧脱水后污泥，方式有直接由高压泵输送进炉焚烧和先与煤进行掺混后进炉两种选择，优点是不必上污泥干化设施，投资较低，缺点是污泥容易在煤运输环节造成粘附堵塞，特别是第二种方式在热电掺烧时难以持续稳定操作。

6.综合考虑，建议首选污泥干化掺烧路线，干化装置优选镇海炼化技术，因其所产干泥呈小颗粒状，较天津石化SEI设计、意大利装置所产粉末状干泥基本无扬尘，且投资低，设计能力考虑环氧停车后乙烯污水场污泥量大幅降低因素可取2000kg/h，可满足处理污水场现有污泥及低含盐污水回用产泥需要。次选上海石化方式在二化CFB炉焚烧脱水后污泥。