hbzhan內容導讀：早在20世紀40年代,日本和歐美就已經(jīng)用直接加熱鼓式干燥器來干燥污泥。進入80年代末期,由于污泥在農(nóng)用、填埋、投海的各種限制條件和不利因素逐漸突出。同時,由于污泥干化技術的不斷改進,設備性能日趨完善,使污泥干化技術在西方工業(yè)發(fā)達國家得到很快推廣。
　　
　　清潔能源污泥干化技術與傳統(tǒng)污泥處理干化方式的比較分析
　　
　　1國外污泥干化技術的發(fā)展狀況
　　
　　1.1國外污泥干化技術的發(fā)展動態(tài)
　　
　　早在20世紀40年代,日本和歐美就已經(jīng)用直接加熱鼓式干燥器來干燥污泥。進入80年代末期,由于污泥在農(nóng)用、填埋、投海的各種限制條件和不利因素逐漸突出。同時,由于污泥干化技術的不斷改進,設備性能日趨完善,使污泥干化技術在西方工業(yè)發(fā)達國家得到很快推廣。例如,在20世紀80年代初,歐盟只有數(shù)家污水處理廠采用污泥熱干化設備處理污泥,但到1994年底已有110家污泥干化處理廠,并且還在逐年增加。據(jù)估計,在未來10年內,歐洲采用熱處理的污泥量將翻番。英國在2001年7月,頒布了*個與污泥熱處理廠設計、運行、管理密切相關的標準《HSE847/9污泥干燥廠的健康和安全控制》,隨著近幾年大型污泥干燥廠的投產(chǎn)運行,目前英國污泥干化處理量已達到污泥總量的30%。而在北美,污泥熱干化的市場增速很快,平均年增長率為7%～10%（同期污泥產(chǎn)量的增加率約為1.5%）。目前在紐約、密爾沃基、波士頓等地都有年設計生產(chǎn)能力在350000t干質量以上的大型污泥加熱干燥工廠[2]。
　　
　　2歐美常見的污泥干化方法比較
　　
　　目前主要運用的干化模式有:傳統(tǒng)熱能污泥干化和太陽能污泥干化。
　　
　　傳統(tǒng)熱能污泥干化是指利用污泥熱干化集成設備對污泥實現(xiàn)干化處理。按照熱介質與污泥的接觸方式,干化設備又可分為直接干化、間接干化和直接-間接聯(lián)合式干化等工藝類型。
　　
　　其中直接加熱污泥干化廠有代表性的是歐洲zui大的污泥干化廠———英國的Bransands（可蒸發(fā)水量為7×5000kg/h）;間接加熱干化廠代表性的是西班牙的巴塞羅那（可蒸發(fā)水量為4×5000kg/h）。歐美常見的干化工藝一般以轉鼓干化、流化床干化、盤式干化為主。
　　
　?。?）轉鼓干化工藝。以天然氣或沼氣為能源,以空氣為傳熱介質,濕污泥和部分干化污泥顆粒在混合器中混合,由氣流把它帶入轉鼓干燥器,污泥在轉鼓干燥器中隨氣流以穩(wěn)定的速度旋轉前進,由內筒向外筒轉移,污泥逐漸被干化成顆粒。該工藝分為直接加熱式和間接加熱式。直接加熱的轉鼓式干燥器要依靠非常復雜的監(jiān)控系統(tǒng)來保持。間接加熱式轉鼓干燥器要在嚴格的惰性環(huán)境下操作,由于內部的溫度和熱量分配不均衡,易導致小環(huán)境中的粉塵積聚、過熱,會造成很大的危險隱患。
　　
　?。?）流化床干化工藝。污泥不需要預處理,直接送入流化床干燥器。在流化床干燥器的整個底部斷面均勻地吹進流化氣體,使其內部形成流化層。隨著污泥逐漸干化,密度減小,升到上部,再隨上部抽走的氣體而抽出流化床。因污泥的成分決定其流化特性,該處理系統(tǒng)對污泥的成分變化非常敏感,常導致流化床內的熱交換不能順利進行,流化床及管道的磨損很嚴重,系統(tǒng)的能耗也較高。
　　
　?。?）盤式干化工藝。先用外部熱源加熱一個油爐,再通過油體將熱能傳到干燥盤。盤式干燥器分為臥式圓盤干燥器和立式多盤干燥器。臥式圓盤干燥器只能采用蒸汽這種標準加熱介質。塔吊構造為一個固定體,形成一個水平外殼,其內部旋轉部分由一個管狀空心軸,軸上固定一些空盤,盤中充滿蒸汽等,還有一些攪拌葉片用于輸送物料。熱媒介通過中心軸進入圓盤,同時被分配到旋轉體中。該方法的缺點是干化產(chǎn)品的含塵量極大,須另加單獨的造粒系統(tǒng),并且設備極易磨損。立式多盤干燥器利用污泥特殊的蒸發(fā)曲線,制備成污泥的硬質顆粒,使污水處理廠在實現(xiàn)污水達標排放的同時,能安全無二次污染,并且節(jié)約能源。此外,還有碟片式、帶式、日光式、閃蒸式等干化工藝,但目前大型工程用得很少。歐美的干化裝置在技術上已非常成熟,安全性高,設備布置緊湊,占地面積小,并且自動控制水平高,操作運行簡單,符合工業(yè)化的流行趨勢。各種干化工藝主要參數(shù)的比較及主要設備供貨商見表1[3]。
　　
　　__表1各干燥器主要參數(shù)匯總
　　
　　序號干燥器形式熱源熱媒溫度/℃顆粒溫度/℃系統(tǒng)含氧量/%主要設備供貨商
　　
　　1流化床式蒸汽22085→40<3WABAG
　　
　　2盤式熱油250～300100→40<5SEGHERS
　　
　　3轉筒式天然氣/熱油/沼氣80095<8Passavant-rodiger
　　
　　4轉盤式蒸汽200～300半干100,全干105<10Atlas-stord
　　
　　5轉鼓式天然氣/沼氣450～51075～80→405～7ANDRITZ
　　
　　6膜式熱油280～30090→40<12Poim
　　
　　7帶式冷風<50<50<10HUBER
　　
　　3太陽能污泥干化處理
　　
　　太陽能污泥干化是指利用太陽能為主要能源對污泥進行干化處理。該工藝借助傳統(tǒng)溫室干燥技術,結合當代自動化技術的發(fā)展,將其應用于污泥處理領域,主要目的是利用太陽能這種清潔能源作為污泥干化的主要能量來源。其實際商業(yè)化應用zui早見于1994年德國南部的污水處理廠ISTAnlagen2bauGmbH[1]。近幾年,隨著污泥產(chǎn)量的不斷攀升以及相關環(huán)境衛(wèi)生政策的出臺制約了傳統(tǒng)的污泥處置途徑（如:填埋、農(nóng)用等）,在歐洲尤其在法國和德國,該技術得到了進一步推廣和運用,如威立雅和得利滿等水處理公司都相繼開發(fā)了自身的技術Solia工藝和Helantis工藝。
　　
　　3．1工作原理和工藝流程
　　
　　污泥在溫室內主要存在有以下三種干化過程:①輻射干化,當溫室內的污泥接受外部太陽光線有效輻射后溫度升高,使其內部水分得以向周圍空氣加速蒸發(fā),從而增加了污泥表面的空氣濕度,甚至于達到飽和;②通過自然循環(huán)或通風,將溫室內的濕空氣排出,使污泥表面的濕度由原先的飽和狀態(tài)進入非飽和狀態(tài),從而促使污泥內部水分進一步向周圍空氣蒸發(fā)。實驗證明,后者污泥干化過程中占據(jù)更重要的位置;③當污泥中的含水率減至近40%～60%時,污泥中有機物會在有氧的條件下進行發(fā)酵,從而可以觀察到污泥堆的內部溫度的進一步升高,起到加速干化作用,同時也使污泥得到穩(wěn)定化處理。為了進一步加速污泥中的水分（包括污泥中的自由水分和間隙水分）蒸發(fā),一些溫室附屬設備也得到了相應的開發(fā)和利用,其中包括:①大流量強制通風系統(tǒng)并附加氣體收集和除臭裝置,滿足大面積溫室處理污泥的需要;②半自動化甚至全自動化的翻泥系統(tǒng),使污泥得到經(jīng)常性的翻動并混合均一,從而不斷翻新蒸發(fā)面積,同時也起到供氧作用,避免污泥堆內部出現(xiàn)局部厭氧而釋放惡臭氣體;③暖氣系統(tǒng),用于減小溫室的設計面積,使其適應在不同天氣和不同季節(jié)條件下干化作業(yè)的需求,縮短處理周期。
　　
　　313太陽能污泥干化特點
　　
　　太陽能污泥干化與傳統(tǒng)的熱干化技術相比,其優(yōu)點主要在于:①能耗小,運行管理費用低（在無附加除臭系統(tǒng)的條件下,蒸發(fā)1t水耗電量僅為25～30kWh,而傳統(tǒng)的熱干化技術需耗電為800～1060kWh）;②處理后污泥體積減少可達3～5倍,實現(xiàn)穩(wěn)定化并仍保留其原有的農(nóng)業(yè)再利用價值（低溫干化）;③系統(tǒng)運行穩(wěn)定安全,溫度低,灰塵產(chǎn)生量小;④操作維護簡單、使用壽命長;⑤系統(tǒng)透明程度高,環(huán)境協(xié)調性好;⑥可同時解決污泥存儲的需要;⑦利用可再生能源太陽能作為主要能源來源,滿足可持續(xù)發(fā)展的需求。其主要缺點在于:①占地面積大,需要在污水處理廠有足夠可利用的場地空間;②處理效果受天氣和季節(jié)性條件約束;③在密閉空氣條件下作業(yè);④在大多數(shù)情況下,需要設置除臭設備。
　　
　　314太陽能污泥干化的運用
　　
　　太陽能污泥干化處理是污泥處理工藝的一種創(chuàng)新方法,但它不是以污泥的zui終處置為目的,而是通過太陽能干化處理,使干化后的污泥實現(xiàn)資源利用。此外,該工藝可以與不同的污泥處置途徑相結合,使其成為通往不同污泥處置途徑的一個中轉平臺,從而達到降低污泥處置費用,提高處置手段的靈活性。
　　
　　4歐洲實用的太陽能污泥干化處理工藝
　　
　　在歐洲市場上現(xiàn)有的不同工藝系統(tǒng)（見下表）都基于以下相同的自然現(xiàn)象:
　　
　　（1）表面干化:通過污泥的翻動來不停更新污泥的表面,使污泥表層水分蒸發(fā),同時利用通風系統(tǒng)將含濕氣體排出。
　　
　?。?）好氧干化:利用翻泥系統(tǒng)對污泥進行通風,使其在好氧條件下實現(xiàn)穩(wěn)定化處理,避免厭氧條件下不良氣味的產(chǎn)生。但是,這些工藝使用的技術并不*相同,主要體現(xiàn)在以下幾點:
　　
　?。?）翻泥設備:①廊道式翻泥機,常用于堆肥場,自動化程度較高,無需現(xiàn)場操作人員;②機器人裝置,可實現(xiàn)全自動化操作控制,典型的有Thermosystems工藝中的ElectricMole和Solia工藝中Solimax裝置,集污泥運輸和翻動功能為一體;③跨越式翻泥機,自動化程度較高的移動設備,適用于大面積操作;④由農(nóng)用拖拉機和翻泥機組成,需現(xiàn)場操作人員,適用大面積操作。
　　
　　1.3污泥干化工藝存在的問題
　　
　　干化雖是污泥處置的一個比較理想的途徑,但投資和運行費用高,主要表現(xiàn)為:干燥設備的能耗高,在工業(yè)發(fā)達國家,其能耗超過能耗總量的10%,因此降低干燥設備能耗是設計面臨的長遠課題。此外,污泥干化對管理和操作技術的要求也較高,若干化過程中含氧量控制不當,就會引起粉塵爆炸,造成重大事故。為此,早在1994年,歐共體就頒布了有關潛在爆炸危險的安全標準:ATEX95（94/9/EC）[4]和ATEX137（1999/92/EC）[5],并從2003年7月1日起,這兩個標準強制在歐共體各成員國執(zhí)行。美國也頒布了適用于干污泥處理的NFPA654[6]標準和EPA503標準。這些標準不僅涉及到安全設計,并對運行人員也提出了要求,以確保工作環(huán)境和設備符合安全規(guī)范,包括工作程序的規(guī)范、例行的系統(tǒng)改造升級以及足夠的培訓等。國外污泥干化技術一直處在發(fā)展之中,并有部分開始采用二級干化工藝。二級干化工藝由于防止了粉塵的產(chǎn)生,減少了運行的風險性。自1996年至今,國外二級干化工藝已有較多的工程實例[7]。由于太陽能污泥干化占地大、效果不穩(wěn)定,所以從目前來看還無法取代傳統(tǒng)的熱干化技術,其發(fā)展方向是進一步提高溫室的集熱效率或利用一些輔助能源,如熱力泵等。類似的太陽能干化系統(tǒng)在國內還未見應用實例,相關報道也較少。雖然,國內的一般城市污水處理廠規(guī)模都較大,太陽能污泥干化的低效率問題限制了該工藝在國內的應用。但該工藝對于一些工業(yè)區(qū)或者小城鎮(zhèn)中的中小型污水處理廠,在場地條件允許條件下,對于節(jié)能減排有實用價值,可有效降低污泥處置成本。
　　
　　2國內污泥干化技術的研究進展
　　
　　2.1研究新進展
　　
　　馬德剛和張書廷[8]對電場協(xié)同污泥熱干燥技術進行了研究,發(fā)現(xiàn)加入電場后,可防止污泥干化過程中粘壁現(xiàn)象的發(fā)生,減少了污泥內部的傳熱阻力,以及污泥與加熱面之間的傳熱阻力。同時,由于在電場作用下,帶負電荷的微生物向陽極運動,而水分由于陽離子的驅動和污泥的擠壓向陰極運動,從而使泥水分離,改善了污泥的干化效果。朱南文等[9]對燃氣紅外干化污泥進行了研究。紅外線具有較強的穿透力,不易被大氣吸收,可使較薄的污泥層從內到外加熱。經(jīng)紅外處理污泥的氮、磷、鉀、有機物和重金屬都沒有變化,而大腸桿菌、蛔蟲卵*被殺死,污泥產(chǎn)品衛(wèi)生無害。當污泥中重金屬含量較低時,干化后的污泥可用于農(nóng)田和綠化。
　　
　　2.2發(fā)展趨勢
　　
　　國內污泥處理處置技術起步較晚,以污泥農(nóng)用和簡單填埋為主。隨著經(jīng)濟的發(fā)展和環(huán)境意識的加強,這兩種方法的局限性逐步凸現(xiàn),并且從國內今后的發(fā)展趨勢看,城市污水處理將形成以國家投資的大型污水處理廠為主,各個地區(qū)根據(jù)經(jīng)濟發(fā)展狀況,而投資興建不同規(guī)模的污水處理廠的局面并存。因此,中國的污泥處置必須尋求適合國情的新途徑。污泥干化是比較理想的方法,基本上滿足了污泥處置“四化”的要求,而且進一步,能夠向資源化開發(fā);退一步,干化污泥仍然可以再去填埋、農(nóng)用、焚燒[10]。國內很多大型城市土地資源緊缺而社會經(jīng)濟
　　
　　水平又較發(fā)達,污泥干化技術有一定的推廣價值。深圳、上海、北京、天津、廣州等一些城市建立了大型污水處理廠,迫于污泥處置的壓力,正在嘗試引進國外的污泥干化和焚燒技術及設備,以提高污泥處理和處置水平。如在2004年底,國內*個采用干化焚燒處理工藝的污水處理廠:上海市石洞口城市污水處理廠建成運行;北京每年有70萬t的污泥要消納,現(xiàn)在已經(jīng)采用了污泥干化技術;深圳市也已完成專項規(guī)劃,擬采取熱干化加焚燒工藝。
　　
　　3結論和建議
　　
　　污水處理廠污泥的干化處置工藝在國內已經(jīng)提上議事日程,應針對國內現(xiàn)階段的經(jīng)濟發(fā)展水平,以zui低的成本、zui有效的方式進行污泥的減量化、資源化、無害化處置。筆者認為,在進行污水處理廠污泥干化處理工藝選擇時,應遵循以下原則:
　　
　　（1）盡量降低能耗和節(jié)約運行成本。如采用部分污泥干化以后和濕污泥混合,以降低干化能耗和運行成本。此外,污泥干化具體工藝的選擇要和干化后的污泥利用結合,作好干化污泥應用規(guī)劃,尤其是污泥的工業(yè)化利用,如干化制肥、制磚、燒制水泥等,可以補償污泥處理處置的成本。
　　
　?。?）盡量降低干化設備投資費用。由于進口污泥干化裝置投資費用高,要積極開拓國內干化技術,培育國內干化設備的制造能力,以降低投資成本。同時考慮利用沼氣作為干化的*能源以降低成本,盡量少用增加費用的天然氣、燃油等。保持運行中干化設備的zui大使用率。
　　
　?。?）結合本國污水處理廠的現(xiàn)狀,逐步改進。要形成以干化為主,綜合利用為輔的污泥處置思路和分散處理方案,借鑒國外現(xiàn)行污泥處理處置標準,盡快建立和健全國家污泥處理處置的有關標準,以指導實際生產(chǎn)。
　　新能源污泥干化工藝：尉建飛    歡迎前來咨詢