1 熱干化原理與作用

為滿足污泥后續(xù)處置要求，需要進一步降低常規(guī)機械脫水污泥的含水率。污泥的熱干化是指通過污泥與熱媒之間的傳熱作用，蒸發(fā)脫除污泥中水分的工藝過程。

2 應用原則

根據(jù)處置的需要和實際條件選擇干化的類型和工藝技術。熱干化工藝應與余熱利用相結(jié)合，不宜單獨設置熱干化工藝，可充分利用污泥厭氧消化處理過程中產(chǎn)生的沼氣熱能、垃圾和污泥焚燒余熱、熱電廠余熱或其他余熱干化污泥。

3 污泥熱干化工藝與設備

3.1一般工藝流程

污泥熱干化系統(tǒng)主要包括儲運系統(tǒng)、干化系統(tǒng)、尾氣凈化與處理、電氣自控儀表系統(tǒng)及其輔助系統(tǒng)等。

儲運系統(tǒng)主要包括料倉、污泥泵、污泥輸送機等，干化系統(tǒng)以各種類型的干化工藝設備為核心，尾氣凈化與處理包括干化后尾氣的冷凝和處理系統(tǒng)，電氣自控儀表系統(tǒng)包括滿足系統(tǒng)測量控制要求的電氣和控制設備，輔助系統(tǒng)包括壓縮空氣系統(tǒng)、給排水系統(tǒng)、通風采暖、消防系統(tǒng)等。

3.2工藝與設備

1）傳統(tǒng)工藝設備類型

根據(jù)熱量傳遞方式的不同，污泥干化設備分為直接加熱和間接加熱兩種方式?？紤]到系統(tǒng)的安全性和防止二次污染，推薦采用間接加熱的方式。

2）傳統(tǒng)干化工藝設備

目前應用較多的污泥干化工藝設備包括流化床干化、帶式干化、槳葉式干化、臥式轉(zhuǎn)盤式干化、立式圓盤式干化和噴霧干化等六種工藝設備。干化工藝和設備應綜合考慮技術成熟性和投資運行成本，并結(jié)合不同污泥處理處置項目的要求進行選擇。

① 流化床干化

流化床干化系統(tǒng)中污泥顆粒溫度一般為40℃~85℃，系統(tǒng)氧含量<3%，熱媒溫度180℃~220℃。推薦采用間接加熱方式，熱媒常采用導熱油，可利用天然氣、燃油、蒸汽等各種熱源。流化床干化工藝既可對污泥進行全干化處理，也可半干化，最終產(chǎn)品的污泥顆粒分布較均勻，直徑1~5 mm。

流化床干化工藝設備單機蒸發(fā)水量1000~20000 kg/h，單機污泥處理能力30~600 t/d（含水率以80%計）。可用于各種規(guī)模的污水處理廠，尤其適用于大型和特大型污水處理廠。干化效果好，處理量大；國內(nèi)有成功工程經(jīng)驗可以借鑒。但投資和維修成本較高；當污泥含沙量高時應注意采用防磨措施。

②帶式干化

帶式干化的工作溫度從環(huán)境溫度到65℃，系統(tǒng)氧含量<10%；直接加料，無需干泥返混。帶式干化工藝設備既可適應于污泥全干化，也適用于污泥半干化。出泥含水率可以自由設置，使用靈活。在部分干化時，出泥顆粒的含水率一般可在15%~40%之間，出泥顆粒中灰塵含量很少；當全干化時，含水率小于15%，粉碎后顆粒粒徑范圍在3~5 mm。帶式干化工藝設備可采用直接或間接加熱方式，可利用各種熱源，如天然氣、燃油、蒸汽、熱水、導熱油、來自于氣體發(fā)動機的冷卻水及排放氣體等。

帶式干化有低溫和中溫兩種方式。低溫干化裝置單機蒸發(fā)水量一般小于1000 kg/h，單機污泥處理能力一般小于30 t/d（含水率以80%計），只適用于小型污水處理廠；中溫干化裝置單機蒸發(fā)水量可達5000kg/h，全干化時，單機污泥處理能力最高可達約150 t/d（含水率以80%計），可用于大中型污水處理廠。由于主體設備為低速運行，磨損部件少，設備維護成本很低；運行過程中不產(chǎn)生高溫和高濃度粉塵，安全性好；使用比較靈活，可利用多種熱源。但單位蒸發(fā)量下設備體積比較大；采用循環(huán)風量大，熱能消耗較大。

③槳葉式干化

槳葉式干化通過采用中空槳葉和帶中空夾層的外殼，具有較高的熱傳遞面積和物料體積比。污泥顆粒溫度<80℃，系統(tǒng)氧含量<10%，熱媒溫度150℃~220℃。一般采用間接加熱，熱媒首選蒸汽，也可采用導熱油（通過燃燒沼氣、天然氣或煤等加熱）。干污泥不需返混，出口污泥的含水率可以通過軸的轉(zhuǎn)動速度進行調(diào)節(jié)，既可全干化，也可半干化。全干化污泥的顆粒粒徑小于10 mm，半干化污泥為疏松團狀。

槳葉式干化工藝設備單機蒸發(fā)水量最高可達8000 kg/h，單機污泥處理能力達約240 t/d（含水率以80%計），適用于各種規(guī)模的污水處理廠。結(jié)構(gòu)簡單、緊湊；運行過程中不產(chǎn)生高溫和高濃度粉塵，安全性高；國內(nèi)有成功的工程經(jīng)驗可以借鑒。但污泥易黏結(jié)在槳葉上影響傳熱，導致熱效率下降，需對漿葉進行針對性設計。

④臥式轉(zhuǎn)盤式干化

臥式轉(zhuǎn)盤式干化既可全干化，也可半干化。全干化工藝顆粒溫度105℃，半干化工藝顆粒溫度100℃；系統(tǒng)氧含量<10%；熱媒溫度200℃~300℃。采用間接加熱，熱媒首選飽和蒸汽，其次為導熱油（通過燃燒沼氣、天然氣或煤等加熱），也可以采用高壓熱水。污泥需返混，返混污泥含水率一般需低于30％。全干化污泥為粒徑分布不均勻的顆粒，半干化污泥為疏松團狀。

臥式轉(zhuǎn)盤式干化工藝設備單機蒸發(fā)水量為1000~7500 kg/h，單機污泥處理能力為30~225t/d（含水率以80%計），適用于各種規(guī)模的污水處理廠。結(jié)構(gòu)緊湊，傳熱面積大，設備占地面積較省。但可能存在污泥附著現(xiàn)象，干化后成疏松團狀，需造粒后方可作肥料銷售；在國內(nèi)暫沒有工程應用。

⑤立式圓盤式干化

立式圓盤式干化又被稱為珍珠造粒工藝，僅適用于污泥全干化處理，顆粒溫度100℃~40℃，系統(tǒng)氧含量<5%，熱媒溫度250℃~300℃。采用間接加熱，熱媒一般只采用導熱油（通過燃燒沼氣、天然氣或煤等加熱）。返混的干污泥顆粒與機械脫水污泥混合，并將干顆粒涂覆上一層薄的濕污泥，使含水率降至30%~40%。干化污泥顆粒粒徑分布均勻，平均直徑在1~5 mm之間，無須特殊的粒度分配設備。

立式圓盤式干化工藝設備的單機蒸發(fā)水量一般為3000~10000 kg/h，單機污泥處理能力從90~300 t/d（含水率以80%計），適用于大中型污水處理廠。結(jié)構(gòu)緊湊，傳熱面積大，設備占地面積較?。晃勰喔苫w粒均勻，可適應的消納途徑較多。僅適用于全干化，對導熱油的要求較高；在國內(nèi)暫沒有應用。

⑥ 噴霧干化

噴霧干化系統(tǒng)是利用霧化器將原料液分散為霧滴，并用熱氣體（空氣、氮氣、過熱蒸汽或煙氣）干燥霧滴。原料液可以是溶液、乳濁液、懸浮液或膏糊液。干燥產(chǎn)品根據(jù)需要可制成粉狀、顆粒狀、空心球或團粒狀。

噴霧干化采用并流式直接加熱，既可用于污泥半干化，也可用于全干化，且無須污泥返混。脫水污泥經(jīng)霧化器霧化后，霧化液滴粒徑在30~150μm之間。熱媒首選污泥焚燒高溫煙氣，其次為熱空氣（通過燃燒沼氣、天然氣或煤等產(chǎn)生），也可采用高壓過熱蒸汽。采用污泥焚燒高溫煙氣時，進塔溫度為400℃~500℃，排氣溫度為70℃~90℃，污泥顆粒溫度小于70℃，干化污泥顆粒粒徑分布均勻，平均粒徑在20~120μm之間。

噴霧干化工藝設備的單機蒸發(fā)能力一般為5~12000 kg/h，單機處理能力最高可達360 t/d（含水率以80%計），適用于各種規(guī)模的污水處理廠。干燥時間短（以s計），傳熱效率高，干燥強度大采用污泥焚燒高溫煙氣時，干燥強度可達12~15 kg/（m3?h），干化污泥顆粒溫度低，結(jié)構(gòu)簡單，操作靈活，安全性高，易實現(xiàn)機械化和自動化，占地面積小。但干燥系統(tǒng)排出的尾氣中粉塵含量高，有惡臭，需經(jīng)兩級除塵和脫臭處理。

3.3尾氣凈化與處理

污泥干化后的尾氣包括水蒸汽和不可凝氣體（臭氣），需首先進行分離。水蒸汽通過冷凝裝置冷凝后處理，不可凝氣體（臭氣）外排。干化尾氣冷凝裝置可采用噴淋塔或冷凝器。

4 設計與工藝控制

4.1 設計和運行控制要點

1）污泥熱干化程度的選擇應遵循下列原則：利用干化工藝自身的技術特點；整個干化通過污泥與熱媒之間的傳熱作用和后續(xù)處置系統(tǒng)投資和運行成本應最低；考慮污泥形態(tài)（松散度和粒度）對污泥輸送、給料系統(tǒng)和后續(xù)處置設備的適應性。

2）按照干化熱源的成本，從低到高依次如下：①煙氣；②燃煤；③蒸汽；④燃油；⑤沼氣；⑥天然氣。一般來說間接加熱方式可以使用所有的能源，其利用的差別僅在溫度、壓力和效率。直接加熱方式，則因能源種類不同，受到一定限制。其中燃煤爐、焚燒爐的煙氣量大，又存在腐蝕性污染物，較難使用。

3）與干化設備爆炸有關的三個主要因素是氧氣、粉塵和顆粒的溫度。不同的工藝會有些差異，但總的來說必須控制的安全要素是：流化床式和立式圓盤式的氧氣含量小于5%，帶式、槳葉式和臥式轉(zhuǎn)盤式的氧氣含量小于10%，粉塵濃度小于60 g/m3，顆粒溫度小于110℃。

4）濕污泥倉中甲烷濃度控制在1％以下，干泥倉中干泥顆粒的溫度控制在50℃以下。

5）為避免濕污泥敞開式輸送對環(huán)境造成影響，應采用污泥泵和管道將濕污泥密封輸送入干化機。干化機出料口須設置事故儲存?zhèn)}或緊急排放口，供污泥干化機停運或非正常運行時，暫存或外排。

6）沙石混入污泥對干化設備的安全性存在著負面影響。對于含沙量較大的污泥，可通過增加耐磨裕量、降低轉(zhuǎn)動部件轉(zhuǎn)速等措施降低換熱面的磨損。特別是采用導熱油作為熱媒介質(zhì)時，須十分注意。

4.2 二次污染控制要求

污泥干化后蒸發(fā)出的水蒸汽和不可凝氣體（臭氣）需進行分離。水蒸汽通過冷凝裝置冷凝后處理。焚燒廠的廢水經(jīng)過處理后應優(yōu)先回用。當廢水需直接排入水體時，其水質(zhì)應符合《污水綜合排放標準》GB 8978的規(guī)定。

為防止污泥干化過程中臭氣外泄，干化裝置必須全封閉，污泥干化機內(nèi)部和污泥干化間需保持微負壓。干化后污泥應密封儲存，以防止由于污泥溫度過高而導致臭氣揮發(fā)。干化廠惡臭污染物控制與防治應符合《惡臭污染物排放標準》GB 14554的規(guī)定。

干化廠的噪聲應符合《城市區(qū)域環(huán)境噪聲標準》GB 3096和《工業(yè)企業(yè)廠界噪聲標準》GB12348的規(guī)定，對建筑物內(nèi)直接噪聲源控制應符合《工業(yè)企業(yè)噪聲控制設計規(guī)范》GBJ 87的規(guī)定。干化廠噪聲控制應優(yōu)先采取噪聲源控制措施。廠區(qū)內(nèi)各類地點的噪聲控制宜采取以隔音為主，輔以消聲、隔振、吸音的綜合治理措施。

5 投資和運行成本的評價及分析

投資成本是由系統(tǒng)復雜程度、設備國產(chǎn)化率等因素決定的。一般情況下，若有可利用的余熱能源，熱干化采用國產(chǎn)設備時，單位投資成本在10~20萬元/t污泥（含水率80%），若干化設備采用進口設備，單位投資成本在30~40萬元/t污泥（含水率80%）。

污泥熱干化的運行成本是由眾多因素所決定的，例如干化熱源的價格、最終干化污泥的含水率、是否需單獨建設尾氣凈化系統(tǒng)等，難以轉(zhuǎn)化到具體金額。

附：各種干化技術設備的具體對比，如表所示。

 

各種干化技術設備的具體對比