李卓君
摘要：污泥由于含水率高，难以直接利用，所以干化是实现污泥资源化利用的重要一步。污泥干化方式分为直接干化和间接干化。分别对直接干化和间接干化的技术分别进行了简要介绍，并通过加以分析污泥喷雾干化的工程实例来探索未来污泥资源利用的方向，为污泥处理事业未来的发展提供思路。
关键词：污泥处置，干化脱水，技术分析，资源利用
中图分类号：X705 文献标识码:A 文章编号:
The development of sludge drying technology and a brief analysis of thin layer drying project
LI Zhuojun
Abstract：Due to the high moisture content of sludge, it is difficult to directly use, so drying is an important step to realize the utilization of sludge resources. Sludge drying can be divided into direct drying and indirect drying. The technologies of direct drying and indirect drying are briefly introduced, and the future utilization direction of sludge resources is explored by analyzing the project examples of thin layer drying of sludge, providing ideas for the future development of sludge treatment.
Key Words：Sludge disposal, Drying and dehydration, Technical analysis, Resource utilization
随着我国经济建设的发展，污水处理的问题得到日益的重视，与此同时，污泥的产量也随之增长，故污泥的处置也是亟待解决的问题。纵观我国污水处理厂的建设历史，由于早期没有严格的污泥排放监管体系，各地均有将污水处理系统和污泥处理系统剥离开来的建设案例，更有甚者为了追求简单的污水处理效率，从而尽可能地简化甚至忽略了污泥处理处置系统的规划与建设。但是，污水处理系统和污泥处理系统是解决城市水污染问题同等重要又紧密关联的两个系统[1]，解决不好污泥的问题自然无法从根本上改善我国的水环境。
作为城市发展过程中，污水处理的副产物，污泥是一种丰富的废物生物质，对于污泥的处理，通常采用填埋或直接焚烧的方法，会挤压填埋场库容、堵塞垃圾渗滤液管，同时污泥所散发的异味和焚烧产生的细小颗粒物会影响空气质量，造成二次污染。
污泥的利用关键在于干化脱水。本文对污泥干化技术进行分析，并与实际工程案例将结合，探讨未来我国污泥干化事业的前景。
1．污泥干化技术
污泥干化技术是利用热能将污泥中的水分进行蒸发从而达到方便后续对污泥处理的一种方法。[2]虽然早在20世纪40年代，污泥干化技术就已经出现在实际应用中，但是直到20世纪90年代才称得上是真正成熟。[3]它将机械化、减量化、无害化、稳定化、资源化等特点集于一身，经过干化的污泥，体积可减少到原来的1/4，且产品呈粉末状,[4]大大有利于后续的处理。
通常，按照传热方式的不同，污泥干化可以分为直接干化和间接干化。[5]
1.1直接干化
直接干化指湿污泥与高温气体直接接触，高温气体为污泥中的水分蒸发提供热量，随后蒸发气体被高温气体带走，进一步处理。直接干化的特点是传热效率高，干化效果好。常见的直接干化方式有转鼓干化、闪蒸式干化、带式干化和喷雾干化。[6]
1.1.1转鼓干化
在20世纪40年代，美国、日本等发达国家率先开始使用转鼓干化技术来处理污泥。技术的原理是脱水后的污泥从污泥漏斗进入混合器，按比例与部分颗粒过大或过细的干化污泥充分混合，使混合后污泥的含固率达50%～60%，然后经螺旋输送机运到三通转鼓式干燥器中。在转鼓内与同一端进入的流速为1.2~1.3m/s、温度为700℃左右的热气流接触混合集中加热，经25min左右的处理，烘干后的污泥被带计量装置的螺旋输送机送到分离器，在分离器中干燥器排出的湿热气体被收集进行热力回用，带污染的恶臭气体被送到生物过滤器处理以达到符合环保要求的排放标淮，从分离器中排出的干污泥粒度可控制在l—4mm，再经过筛分器将满足要求的污泥颗粒送到贮存仓待处理。干化的污泥干度可达85％—95％。
该干化工艺的特点是：在无氧环境中操作，不产生灰尘，干化污泥呈颗粒状，粒径可以控制，采用气体循环回用设计减少了尾气的处理成本。
1.1.2闪蒸式干化
闪蒸就是高压的饱和液体进入比较低压的容器中后由于压力的突然降低使这些饱和液体变成一部分的容器压力下的饱和蒸汽和饱和液。
闪蒸式干化机的原理是热空气沿切线进入干燥器底部，在搅拌器带动下形成强有力的旋转风场。物料由螺旋加料器进入干燥器内，在高速旋转搅拌桨的强烈作用下，物料受撞击、磨擦及剪切力的作用下得到分散，块状物料迅速粉碎，与热空气充分接触、受热、干燥。脱水后的干物料随热气流上升，分级环将大颗粒截留，小颗粒从环中心排出干燥器外，由旋风分离器和除尘器回收，未干透或大块物料受离心力作用甩向器壁，重新落到底部被粉碎干燥。它集干燥、粉碎、筛选功能于一体，具有干化时间短、干燥效率高等优点。
1.1.3带式干化
脱水污泥通过进料系统送至挤条机均匀铺设在专用干化带上，干化带将污泥送入装置的主体结构；物料由加料器均匀地铺在网带上，由传动装置拖动在干燥机内移动，压滤带的张力对带上的污泥形成挤压剪切作用，从而产生含固率较高的泥饼，同时通以热空气进行干燥，热空气在鼓风机的作用下在干化机内循环流动，充分与泥饼进行接触从而实现污泥脱水过程。[7]带式干化机由若干个独立的单元段组成，每个单元段包括循环风机、加热装置、独立的新鲜空气抽入系统和尾气排出系统，可实现连续低温干化。该技术具有操作简单，能耗低，效能较高，处理量大等特点。
1.1.4喷雾干化
喷雾干燥机为连续式常压干燥器的一种。[8]用高压螺杆泵将湿污泥喷成雾状，使其与热空气接触而被干燥。
干污泥焚烧产生的高温烟气，进入干燥器顶部分配器，热烟气呈螺旋状均匀地进入干燥室。湿污泥料液经塔体顶部的喷枪，形成极细微的雾状液珠，与热烟气并流接触在极短的时间内可干燥为成品。成品连续地由干燥塔底部和旋风分离器中输出，废气由引风机负压抽送至后续烟气处理系统。[9]
它具有如下的性能特点：
（1）干燥速度快，料液经雾化后表面积大大增加，在热风气流中，瞬间就可蒸发95%-98%的水份，完成干燥时间仅需数秒钟。
（2）产品具有良好的均匀度、流动性和溶解性，产品纯度高，质量好。
（3）生产过程简化，操作控制方便。对于含水率80%的污泥能一次干燥成30%左右的干污泥，控制和管理都很方便。
1.2间接干化
间接干化是指污泥不直接与热源接触，利用热传导效应，与通入高温加热媒介（通常为蒸汽或导热油）的金属管外壁接触将污泥中的水分蒸发掉。目前国内污泥干化的工程项目常见的有桨叶式干化、圆盘干化和薄层干化。[10]
1.2.1桨叶式干化
浆叶式干化机是一种在设备内部设置搅拌浆，使湿物料在桨叶的搅动下，与热载体以及热表面充分接触，从而达到干燥目的的低速搅拌干燥器，结构形式一般为卧式，双轴或四轴。浆叶式干化分为热风式和传导式。
桨叶干化机由互相啮合的二到四根桨叶轴、带有夹套的W形壳体、机座以及传动部分组成，物料的整个干燥过程在封闭状态下进行，有机挥发气体及异味气体在密闭氛围下送至尾气处理装置，避免环境污染。
干燥机以蒸汽，热水或导热油作为加热介质，轴端装有热介质导入导出的旋转接头。加热介质分为两路，分别进入干燥机壳体夹套和桨叶轴内腔，将器身和桨叶轴同时加热，以传导加热的方式对物料进行加热干燥。被干燥的物料由螺旋送料机定量地连续送入干燥机的加料口，物料进入器身后，通过桨叶的转动使物料翻转、搅拌，不断更新加热介面，与器身和桨叶接触，被充分加热，使物料所含的表面水分蒸发。同时，物料随桨叶轴的旋转成螺旋轨迹向出料口方向输送，在输送中继续搅拌，使污泥中渗出的水分继续蒸发。最后，干燥均匀的合格产品由出料口排出。它的运行效果很好，目前污泥干化项目大多采用桨叶式干燥机。
1.2.2圆盘干化
圆盘干燥器是将放置物料的圆盘多层叠合起来的连续式热气流干燥器，又称多级圆盘十燥器。
圆盘干燥机主要由筒体、圆盘主轴、传动机构和蒸汽加热系统组成。筒体是带夹套的圆柱形，夹套内通入蒸汽，底部有排水口。筒体顶部有一个排气口，用以排出已蒸发的水蒸汽；一个进料口，湿物料由此加入干燥机内。筒体底部有一个排料口，用于排出已干燥的物料。筒体两端下部各有一个清扫排放口。筒体上方还装有挡料板，使转盘保持自洁。筒体内的主轴由一根空心主轴和空心圆盘组成。主轴通入蒸汽，并分配到圆盘内，冷凝水及不凝气通过旋转接头从轴端排出。
主轴的圆盘外缘装有弧板，使物料能沿着干燥机筒体向出料口方向缓慢移动。物料的干燥是通过蒸汽将主轴、圆盘加热，使物料充分接触，再通过引风机排出。干燥机主轴是通过电机与减速机构来带动旋转。蒸汽加热系统由旋转接头、金属软管、疏水器、截止阀、球阀、视孔、汽水分离器等组成，从而保证主轴圆盘始终充满饱和蒸汽，并保证冷凝水顺利排出。
它的主要优点在于能耗小、运行成本低，相比于桨叶式干燥机的维修成本也较低。
1.2.3薄层干化
卧式薄层干化技术近年来引入国内并在污泥干化上得到了较好地应用。[11]薄层干化工艺在发达国家是主流干化工艺之一。该工艺系统较为简洁、设备数量较少、故障点少、运行稳定、维护和检修都很方便。此外、采用该系统的运行车间没有粉尘、恶臭等问题，现场工作环境好。薄层污泥干化机既适用于污泥的半干化，又适用于污泥的全干化工艺。
薄层干化器由带加热层的圆筒形壳体、壳体内转动的转子、转子的驱动装置组成。[12]转子上安装有诸多不同形状和规格的桨叶，桨叶与转子之间采用螺栓固定，其装配方式可以灵活调整，以便于适应污泥性状与处理量的变化。薄层干化器整个壳体采取分段组合，根据不同的处置需求，可以划分为多个加热区域，可以实现单独控制、温度调整、灵活开关等操作要素。
当湿污泥从水平干化器的一端进人后，不停转动的转子使其连续分布于热壁的表面形成物料薄层，转子上的叶片在对热壁表面分布的湿污泥薄层进行不断翻滚的同时，转子上安装的带有导角功能的输送叶片伴随着转子的圆周转动，使污泥薄层和干化过程中生成的半干污泥颗粒以一定的线速度呈现出与转子的轴向方向水平的转移，向前运动到薄层干化器另一端的污泥出口处。[13]
薄层干化器的轴向长度尺寸为进料端到出料端的水平沿程线，完成了污泥在整个卧式圆筒薄层干化器内的进料和出料，此过程中，湿污泥被蒸汽热壁均匀加热，水分被蒸发。湿污泥在薄层干化器内的停留时间为10-15min，可实现快速的启停和排空，对设备工艺操作、调整控制非常迅速。[14]
2．工程实例简析
污泥处理的总目标是确保污泥中的有毒有害物质，无论是现在还是将来都不致对人类及环境造成不可接受的危害。污泥的处理先后经过了海洋投弃、土地填埋、堆肥化、干燥和焚烧等多种处理方法，逐步走向成熟，目前污泥焚烧在污泥的最终处置方法中占有比较大的优势。《污水处理厂污泥处理处置最佳可行技术导则》认为：污泥干化焚烧是今后我国提倡的方向。[15]
近年来，喷雾干化技术愈来愈得到广大环保从业者的重视。现以上海巴安水务股份有限公司建设的290t/d南浔污泥干化焚烧项目为例，简要分析其应用现状。
该厂所采用的喷雾干化技术，在实际运行中具有如下优点：
1）利用干污泥焚烧自身产生的热烟气为热源，实现污泥干化，以废治废。
2）无需外加热源，干污泥无需外运处置。
3）湿污泥干化产生的臭气与干污泥焚烧产生的烟气合并处理，达到协同治理的效果。
4）设备占地面积紧凑。
5）系统运营管理方便
湿污泥从储存仓采用污泥泵送入污泥喷雾干化塔，进入污泥喷雾干化塔的污泥，采用干污泥焚烧烟气作为干化机的热源，干化后的干污泥进入回转窑燃烧。污泥干化焚烧过程产生的尾气通过引风机进入烟气处理系统。
一般工业固废采用塑料周转箱存放（不落地），经破碎预处理后，由输送设备送入回转窑内，与干化污泥混合焚烧。
该项目很好的完成了污泥干化焚烧的技术循环，真正实现了污泥减量化、资源化、无害化的发展愿景。项目工艺流程图如图1所示。
图1 污泥干化焚烧流程图
此工程是巴安水务本着建设城市基础设施，服务社会之目的，公益性质显著的项目。建成后不仅可以提高地区环境安全，保障人民生活健康，而且有效促进经济社会健康发展，是保障民生、改善民生、造福于民的头等大事，社会效益显著。
3．展望
随着我国污水污泥产量的急速增加，污泥处理的问题刻不容缓，而干化是实现污泥减量化、无害化、资源化的第一步，干化技术众多，我们应根据具体项目中的不同实际情况，选择合适的技术，为我国污泥处理事业增添更多的实际工程经验，相信在未来，我国会在污泥资源化利用领域有长足的创新与发展。
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