中融（天津）环境科技有限公司 赵志霄
摘 要：
文章首先分析了电镀及酸洗污泥的来源、数量、危害等情况，并道出了电镀、镀锌企业迫切对污泥进行减量化的心理。同时对市场上常用污泥干化设备进行了介绍，并详细剖析了友辰优力联合研发的污泥低温热泵干化设备的原理、特点，然后结合工程实例, 介绍了热泵低温污泥干化设备工艺流程和实际应用情况， 并进行了经济技术分析。结果表明, 采用污泥低温热泵干化设备工艺对电镀及酸洗污泥（危废）进行干化减量处理, 可获得含水率30%以下的泥条，并不产生任何二次污染。符合国家危废资源化、减量化、无害化等要求，具有很大的市场推广价值。
关键词：电镀及酸洗污泥；污泥减量化；热泵；低温干化设备；二次污染
工业污泥是环保部门定义的工业危废最主要来源，而电镀及酸洗污泥在工业污泥中占很大比重。从相关统计数据来看，工业危废要占到社会危废总量的70%～75%，电镀及酸洗污泥占据15%以上。随着我国工业企业的不断发展和增加，工业危废产生量也呈现显著增长趋势。环保部统计数据显示2015年全国工业危险废弃物产生量为4220万t，较2014年的3633.5万t增长16.1%。环保部的数据也显示，全国大、中城市现有危废处理能力明显落后于危废的产生量。危废处理能力的提升不会一蹴而就，还需要一个时间过程。同时，有合法资质的处理单位少，工业污泥的处理价格比较高，（受地区性环保补贴政策差异影响，含运费价格在2000～5000元/t），加大了工业企业运营的经济负担。因此，工业污泥深度减量化对于降低社会成本和企业运营成本都具有重要意义。
1.电镀及酸洗污泥处理使企业运营成本大幅提升
电镀污泥的化学组分复杂，主要含有铬、铁、镍、铜、锌等重金属化合物及可溶性盐类。在我国《国家危险废物名录》（2016 年8 月1 日实施）所列出的50 类危险废物中，电镀污泥占了其中七大类，是一种典型复杂的危险废物，具有易积累、不稳定、易流失等特点，如不加以妥善贮存、处置，其后果是各类有害重金属通过雨水淋溶作用、污泥水分挥发粉状扬散至大气等造成生物重金属富集以及引起地表水、土壤、地下水污染，严重破坏环境。
1.1污泥来源及数量
电镀污泥是处理电镀废水过程中产生的固体废物，酸洗污泥是处理表面酸洗废水产生的固体废物。一般来说，电镀废水及表面酸洗废水呈酸性，主要含有大量的重金属离子，废水处理站通常采用酸碱中和、絮凝沉淀、重金属捕集等方法对电镀废水进行处理。在这些处理过程中形成的含有大量重金属的固体废物称为电镀及酸洗污泥。
以天津为例：规模较大的电镀园主要山江电镀园、滨港电镀园、蓟州专用汽车产业园等，镀锌、酸洗较集中的地区有静海杨家园，津南、北辰、大港也有一定规模的镀锌、酸洗企业，这些企业或多或少都会产生一定数量的电镀及酸洗污泥。根据《天津市危险废物转移计划备案表》相关数据统计，HW17 的镀锌、镀镍污泥产生量较大。
1.2污泥特点及危害
由于各电镀厂家的生产工艺及处理工艺不同，电镀企业在初步处理电镀污泥时，都需要将电镀废液中的各种重金属盐类转化为相应的氢氧化物并沉淀固化，因而一般电镀厂在处理电镀废液时都加入了相关的还原剂、中和剂及絮凝剂等化学药品，导致电镀污泥中化学组分增多，而各种重金属化合物在组分中分散而含量偏低。某些电镀企业采用石灰中和剂，在中和处理时通过化学反应产生大量石膏或氢氧化钙，更使电镀污泥的总量增大，重金属组分含量降低，以致进一步的无害化处理、分离和综合利用较为困难。
一般新处理产生的电镀污泥含水率很高，达到75％～80％，而铬、铁、镍、铜及锌的化合物含量一般在0．5％～3％（以氧化物计），石膏（硫酸钙）含量为8％～10％，其他水溶性盐类及杂质含量为5％左右［1］。
1.3污泥减量化需求迫切
目前多数电镀企业规模较小且分散，电镀污泥产生点多且散，对收集运输要求较高；电镀厂废水处理技术普遍落后，造成废水处理后污泥重金属含量较低，回收价值不大，故更是无人问津，造成大量污泥长期堆放在厂区内，疏于管理，环境风险大，也容易发生环境违法案件。
近年来，环境违法案件数逐年增多，如随意倾倒、丢弃、填埋污泥或将污泥交由无资质单位处置案件。2017 年，有多家镀锌厂因倾倒污泥受到经济及刑事处罚。现在企业都了解到了污泥倾倒的严重性，企业为了节省污泥处置费用，努力给污泥“瘦身”。一些电镀厂经常在厂房空地上曝晒污泥，由于防渗漏、防扬散措施不到位，遇到大雨大风将场地上污泥冲刷进河道和下水道，造成周围河道重金属含量超标。
2.电镀及酸洗污泥常用干化设备
在电镀及酸洗污泥机械脱水中, 常用设备主要有分别是叠螺脱水机、板框式脱水机、离心式脱水机、带式脱水机和螺压脱水机。这几种脱水机械处理后的泥饼含水率下限一般只能达到70%左右。
2.1 污泥机械脱水设备分类及对比［2］
几种机械脱水设备各有优缺点，从脱水效果来看，板框式脱水机最优，特别是高压板框脱水机可以使污泥含水率降低到70%甚至以下，但是相应的成本较高，且效率低。从占地面积、水电消耗方面，叠螺脱水机具有很大优势，但它的脱水效果一般，且最大能力受限。带式脱水机与离心式脱水机效果略好，但是耗水耗电量巨大，是其它设备数倍甚至数十倍。而螺压式脱水机效果不太理想，占地面积太大，设备布置非常受限制。下图是各型设备的性能特点对比。
2.2污泥干化技术分类
2.2.1按热介质和污泥接触方式分为：
①直接加热式（传导式）：燃烧室产生的热气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，是对流干化技术的应用。②间接加热式（对流式）：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受热、水分蒸发, 是传导干化技术的应用。③直接-间接联合式。
2.2.2按设备形式可分为：
转鼓式、转盘式、带式、螺旋式、离心式干化机、喷淋式多效蒸发器、流化床、多重盘管式、薄膜式、浆板式等多种形式。
2.2.3按干化设备进料形态分为：
①干料返混:湿污泥在进入干化设备前先与一定比例的干泥混合。②湿泥进料：机械脱水后产生的湿污泥直接进入干化设备。
2.3不同污泥干化技术的对比
表1中所列的前4种干化技术：直接加热转鼓干化技术、间接加热转鼓干化技术、离心脱水干化一体技术和间接或多盘干燥技术（又名珍珠工艺），虽然干化脱水效果比较明显，个别甚至达到5%以下，但这几种干化技术的不足也非常明显：首先，干化作业的温度很高，均达到200℃以上，甚至高达700℃，这对能源的消耗巨大。而且工业污泥中普遍存在油性成分，温度过高有可能会引起燃烧甚至爆炸；其次，前4种污泥干化技术中脱水过程产生的高热气体都是通过水冷降温后，净化排放到空气中，能量不能循环利用，造成巨大浪费。基于以上原因，以上4种技术不适用于工业企业的污泥干化处理。
流化床污泥干化技术与热泵干化技术相对于以上4种污泥干化技术有明显的优点。两者所需干化温度较低，而且均采用封闭式的空气对流空间，耗能较少，无尾气排放，适用于工业污泥的干化处理。但是，两者也存在明显的差异。流化床干化是间接加热方式，加热的媒介是热油，由外部热源输送热量加热。在干燥机内脱水温度85℃，产生的含有大量水汽的空气被冷却塔用水冷却到40℃以下，再通过风机进入流化床干化机循环，这意味着要重新消耗外部热源将冷却后的循环空气加热到85℃左右。流化床类的干化技术的脱水效率一般不超过1kg/kWh。
3.热泵低温污泥干化设备优势
3.1热泵低温干化技术原理
热泵低温污泥干化技术利用现在愈加成熟的热泵技术对干化过程中的热量进行回收利用，达到了良好的节能效果。热泵低温干化与传统热风干化的区别在于空气循环和空气除湿的方式不同。热泵干化时空气在干化室与热泵干化机间进行闭式循环，利用热泵干化机的制冷系统使来自干化室的湿热空气降温脱湿，当湿热空气流经热泵蒸发器时，内部的低压制冷剂吸收空气的热量由液态变为气态，空气因此降温从而使其中的水气凝结后以液态水的形式排出。来自蒸发器的低压制冷蒸汽由压缩机升压后送至冷凝器，当脱湿后的干冷空气流经冷凝器时，内部的高压制冷剂因冷凝而放出热量，外部空气被加热为热、干风又回到干化室，从冷凝器流出的高压制冷剂经膨胀阀降压后流入蒸发器继续下一个循环。该技术的工艺流程增加了回热循环，对加热过程中产生的热量可以充分回收再用于加热干化。因此，热泵低温干化技术的脱水效率显著增加，部分先进产品可以达到3～4kg/kWh。图3为热泵脱水热能回用原理图，图4为热泵低温污泥干化系统工艺流程示意。
3.2热泵低温干化设备工艺流程
工业污水污泥（含水率约99%）经机械脱水，成为含水率80%～85%或更低的成型湿泥，成型湿泥进入热泵低温干化机，经成型机变为条状湿泥落到传送网带，干化设备送入的65～80℃干风自下而上穿过载有污泥的网带，对污泥进行脱水，脱水后带有大量水汽的热风进入热泵冷凝器进行冷却，排出水分，热量被热泵的冷媒吸收，通过回热器循环重新用于干风加热，加热后的空气重复循环进入干化室对网带上的污泥进行脱水干化。整个过程自动控制，封闭运行，一个循环大约1.5～2.0h以使湿泥充分脱水达到理想的减量效果。经热泵自动低温干化机脱水后污泥含水率可以降到10%～30%，污泥总重减少70%以上。而且，该技术用于干化脱水的耗电量与其他干化技术相比具有突出的节能优势。
3.3热泵低温干化设备几大特点［3］
3.3.1直接用电
采用低温带式频谱干化设备，全部采用电能， 在污泥干燥过程中，采用除湿热泵对空气进行脱湿加热，以达到污泥在全密闭空间热风中循环的蒸发、冷凝除湿干化。
3.3.2安全卫生
在污泥干化过程中，超过250℃时污泥中的挥发分会逸出(VOC)，导致热值降低，而超过60℃时氨会挥发出来，对污泥干化设备造成一定程度的腐蚀。低温干化可降低能耗同时将有效降低恶臭气体排放，同时全密闭隔热干化，无废气废热排放，无需除尘除臭，污泥中水分冷凝成液态水排出干燥空间，冷凝水可以直排。污泥颗粒出料温度低于50度，污泥成型后静态摊放，无粉尘爆炸危险。
3.3.3应用广泛
吸收欧美先进工艺并针对国内污泥现状进行改进，对所有污泥均可处理，含水率80%-90%以内的危废污泥，均可一次性减量到含水率10%-30%。
3.3.4耐用安全
主设备采用西门子、施耐德、艾默生、ABB等国际知名品牌产品、并配有公司自行研发的专利产品不粘、防腐且透气的特氟龙输送带及微波破壁仪，采用不锈钢等耐腐材料、换热器采用电镀防腐处理，运行过程无机械磨损，使用寿命可达15年。
3.3.5全智能化
设备全自动运行，节约大量人工成本。PLC触摸屏智能控制，可实现远程集中控制，出料含水率30%-50%任意选择。
3.4热泵低温干化设备成本优势
3.4.1能耗较低
低温干化只需要消耗电能，不需要其它辅助能源，且能耗是常规干化设备的1/3，整个干化温度控制在60℃以内，干化过程中不需要外界加热设备，由于温度不高，污泥中的有机质挥发损失小，贡献热值高。含水率80%污泥干化到30%含水率，每吨耗电量不超过200度。
3.4.2 运费节省
设备可直接安装在企业出泥口，对压滤出的污泥进行直接干化处理，大大节省企业的运输、储存及人工成本。举例：企业年产1500吨80%污泥，需要对污泥进行装车、装袋、转运、储存等环节，按20元/吨计算，干化后含水率为30%，1吨污泥重量不到0.30吨，年可节省费用2.1万元。并大大节省仓储及人工成本。
3.4.3减容减量
企业经板框压滤后的污泥（一般含水率80%以上），按性价比最优的方案干化到含水率率30%上交危废处理中心，体积减少4/5，重量减轻2/3。举例：企业日产5吨80%污泥，干化后含水率为30%，1吨污泥重量不到0.30吨，按交危废3000元/吨算，年可节省上缴费用315万元，减去每吨处理成本（电费1元/kWh，每吨湿泥耗电200度计算）30万元，理论上年节省费用280万元。该项技术能够为工业企业显著降低污泥处理成本。
4.结论
热泵低温干化技术在工业污泥干化领域的应用具有节能、降费等优势，同时因为该干化系统自动控制封闭运行，不会产生废气、废水、粉尘等二次污染。其低温干化过程安全，且有利于杀灭有害细菌。而且该系统低速运行，无机械碰撞，磨损小，长久耐用，对企业来讲，可一次投入，长期受益。
参考文献
[1] 邵筠娅，乔燕，“城市电镀污泥现状及管理对策”《环境管理》，2016
[2] 张义,郝树江,张乾,“热泵低温干化技术在工业污泥深度减量化领域的应用”，《工程机械与维修》
[3] 污泥干化设备+酸再生设备公众号
[4]中国城镇污泥处理处置技术与应用高级研讨会，论文集，2018年4月
