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關于污泥干化及處置方案

本文作者： 高鼎 13880843666  ，隨著近幾年我國城市化速度的飛速增長，新增以及擴建了大量集中型污水處理廠，污泥的產量急劇增長，預計脫水污泥年產量將達到3000萬噸。無論是從病原體還是重金屬的方面考慮，將濃縮及脫水污泥直接填埋、填海、施肥的傳統處理方法已不再適用于現在對環境保護越來越高的要求，這樣就使得污泥的處理、處置成為當前急需解決的問題。目前的污泥深度處置的方法有干化、固化、堆肥、碳化、焚燒等。堆肥在減量方面效果不明顯，并且受場地、天氣、運輸、市場等不同因素的影響，有一定的局限性。固化由于終產物的處理問題，更多情況下作為一種臨時性或替代性的處置方法被應用。焚燒是為徹底的污泥處理方式，但是也存在不少爭議，特別是在碳排放方面，同時也沒有將污泥徹底的資源化。干化是一種減量徹底的處理方式，便于運輸和儲存，同時又能完全殺滅病原體，終產品可以用作肥料、原料和替代燃料。干化不僅可以作為一種獨立的處理工藝存在，也可以整合在一個完整的污水、污泥的處理系統中，是實現污泥的 “四化”，即減量化、無害化、穩定化、資源化，很好的解決方案。 一、埃梯梯Bojner干化機 埃梯梯Bojner系統干化機全稱是間接加熱傳導管式轉鼓干化機，該裝置由干化機，輸送儲存裝置，除塵設備，冷凝裝置，噴淋裝置，熱氣發生器或鍋爐等幾部分組成（圖1）。該系統主要有如下幾個特征： (1) 處理過程中污泥衛生安全。在污泥干化器中，污泥在惰性過熱蒸汽中保持持續的溫度水平，進行可靠的衛生消毒。 (2) 污泥處理過程中自動造粒。反混的干污泥作為顆粒的內核，使得在污泥干化的過程中自動形成顆粒狀態。 (3) 釋放的氣體安全。一流的熱氣體除臭系統已經在幾百個去除硫醇和氣體及其刺鼻組分的工程案例中得到證實，確保釋放到大氣中的氣體得到有效的凈化。 (4) 在熱除臭系統中氣體清洗要求的氣體量相對較少。 (5) 風險低。干化器中的過熱蒸汽完全符合ATEX的指令要求，使得超溫、失火和爆炸的風險小。 (6) 干化工藝在高溫范圍的熱回收潛力極高，可用于消化池加熱以及其他加熱用途的。 經過Bojner系統，污泥的產品呈均勻粒狀，便于包裝、運輸、儲存。由于經過高溫，細菌、病毒等被殺滅，同時經過高溫干化過程，大部分重金屬形成穩定狀態，毒性降低，該污泥可用于周圍森林的施肥，這樣能夠增快樹木的生長速度，改善土壤結構，吸收更多的二氧化碳，降低溫室氣體濃度，提高木材產量。 1、干化機組件 干化機由兩個主要組件組成。一個旋轉單元，轉子以及轉子的一個固定殼體。轉子由一個帶有端板和空心套管的圓柱殼組成。端板配有敞開的軸管，卷在管板中。套管配有滾圈，其中一個套管的滾圈外側裝有鏈輪。殼體由一個圓柱筒組成。圓柱筒由兩個零件組成，用螺栓連接。端板帶有連接轉子套管的孔。殼體比轉子的管狀零件更長，直徑比轉子的直徑稍大。在殼子的兩端分別有一個介質輸入和輸出的接口。 旋轉單元(即轉子)架在蓋子之外，其中四個套管上套有輪胎或者滾圈，通過其中一個套管的圖1　干化系統構成圖 42 水工業市場 2010年第7期污泥處理處置新鏈傳動帶動輪胎或者滾圈轉動。轉子在軸向方向由立式導向輪引導，其中導向輪在一個滾圈的側面和鏈輪表面之間運行。 2、干化器內部結構轉子的尺寸比殼體的內部尺寸稍小，煙氣、熱水、蒸汽、導熱油不僅流經軸管，也圍繞著轉子的外殼流動。這樣，轉子的所有表面由熱水/蒸汽以及蓋子內部的套管部分加熱。這就意味著，與處理物料相接觸的所有表面均為有效加熱的表面。因此，在操作中干化器的加熱表面上不可能出現蒸汽再冷凝現象。(圖2) 3、工藝描述脫水后的污泥由螺旋輸送機中送出，在和干污泥的進行反混后進入干化機內，同時熱介質（蒸汽、導熱油、煙氣等）通入干燥機內部的不銹鋼管束內，轉鼓緩慢旋轉使污泥和加熱的管壁充分接觸后，進行熱交換，蒸發出水分。同時通入少量的循環空氣，用于帶走污泥中蒸發出來的水蒸氣。轉鼓略微傾斜的角度和干化機內通入的循環空氣使得污泥在機器內移動輸送，機器內所產生的有機廢氣，經過旋風分離裝置除塵，冷凝器，噴淋裝置，后送到燃燒器做除臭處理后再循環使用。（圖3） 4、三回路 整個工藝包含三個基本回路。包括物料（污泥）回路， (煙氣)熱介質回路和循環空氣回路。（圖4） (1) 物料回路 機械脫水污泥的含水率約技術研究與新趨勢圖2　干化機剖面圖為80％。為了不使污泥在干化過程中，例如在污泥進料系統和轉鼓中產生堵塞、粘連，需要濕污泥與部分循環的干污泥混和，使混合后的污泥的含水率在30％－ 40％之間，越過污泥的“膠態” 狀態。這樣的污泥在干化過程中很容易輸送，并且不會造成堵塞和粘連。進料的脫水污泥與循環反混的干污泥在混合螺旋輸送機處混合。 干污泥和濕污泥的混合污泥通過進料螺旋輸送機和有角螺旋輸送機輸送進入到污泥干化器內，干化器的進料通道要比濕污泥的輸送通道大。干化后的污泥的含水率在30%與5%之間可調，干污泥通過干化機出料螺旋輸送機、旁路螺旋輸送機和提升輸送機輸送到位于回流循環干污泥料倉頂部的顆粒篩選裝置。 篩選出的合適尺寸的顆粒經過冷卻后儲存在干污泥料倉。過大或過小顆粒的污泥儲存在反混圖3　系統流程圖解讀干污泥料倉內。反混干污泥料倉中的污泥通過螺旋輸送機、漿式或碾壓式粉碎機輸送到混合螺旋輸送機和脫水污泥在混合螺旋輸送機內混合。 (2) 煙氣回路 污泥干化工藝中干化污泥的能量來源于熱氣發生器所產生的煙氣，也可以是鍋爐產生的高壓蒸氣，此處僅介紹使用煙氣加熱的過程。煙氣通過污泥干化機后的溫度由300－400攝氏度降到150－180攝氏度。熱煙氣是在熱氣發生器中通過燃燒沼氣、天然氣或油料而產生的，燃燒后煙氣的溫度大約1200度。為了得到穩定的300－400度的煙氣，燃燒后的煙氣需要與干化器出來的煙氣混合。混合后的煙氣在設定的溫度下被送進干化機。在干化器中循環利用的煙氣的流量比煙氣發生器中產生的煙氣的流量大得多，這樣就能更充分的利用能源。圖4　系統三回路圖5　污泥處置流程圖水工業市場 2010年第7期 43 專題在煙氣回路中，當煙氣不斷產生的同時，必須有相同流量的煙氣被排出。排除的氣體的流量也相對較小，同時是在干化器的出口排除，因此溫度也較低。為了回收排除煙氣內留存的熱能，其中的一小部分通過熱交換器，與進入干化機之前的流通空氣進行熱交換，對其進行預熱。煙氣回路中被排出的煙氣是通過在煙氣發生器上的真空設備排除，因此在煙氣回路中不需要高壓，這樣也不會有煙氣回路中的煙氣泄漏到室內。 (3) 循環空氣回路在污泥干化過程中，污泥中蒸發出來的蒸氣由低壓氣體帶走。少量的通風氣體循環進入干化器，用于帶走從干化機中蒸發出來的水蒸氣。通過干化機后的通風氣體和水蒸氣，被一個裝在空氣清洗裝置的風扇排出干化機。除了含有水蒸氣，通風氣體內還含有灰塵顆粒，這些顆粒被一個旋風分離器分離出來。循環空氣和水蒸氣中含有大量能量，被冷凝器所回收。如果污水廠內有污泥消化池的循環污泥加熱系統，可以把這個冷凝器所回收的熱能用于以上系統的加熱，或是用于周邊建筑物的供暖。如果沒有，產生的熱水可以為其它用途供熱。熱交換系統的循環水的溫度上升，同時循環空氣內的含水量和溫度隨之下降。沒被分離的細小灰塵顆粒在冷凝器中被清洗分離，同時循環氣體的溫度也可以通過清洗過程降下來，清洗水通常來源于冷凝水。因此不管污水出廠對熱的需求如何，通風空氣的溫度終都會在噴淋清洗裝置內降下來。通過清洗裝置的循環氣體在一個熱交換器內被煙氣回路中的一小部分排出的尾氣（上文已提及）加熱。大部分循環回路中的空氣繼續在回路中循環，吸收蒸發的水蒸氣。一小部分循環回路空氣與房間內的空氣混合預熱后，被送到燃燒器作為燃燒用。煙氣發生器內的溫度高達1200攝氏度，因此從循環回路中帶來的有氣味的尾氣在這里會被高溫完全分解。氣體發生器內部的耐火結構也為能夠使氣體在發生器內有足夠長的時間能夠被破壞而設計的。三回路設計的結果是干化過程產生的所有能產生氣味的組分都能夠在高溫的條件下被破壞，確保尾氣不會有氣味產生。同時亦能在整個過程中盡可能多的回收系統所產生的熱能，是整個系統能耗降到低。二、埃梯梯經驗案例瑞典斯德歌爾摩Himmerfj?rden 案例。瑞典斯德歌爾摩這個集中性的污水廠有三個4000m 3 的污泥消化池，產生的沼氣初用于消化池加熱，剩余的用于污泥干化。熱回收系統改進后，干化系統的冷凝器能夠回收60％的沼氣的熱量，這樣消化池的加熱僅需要這些能量就足夠了，而不需要再消耗沼氣所提供的附加的熱源。這樣所有的沼氣都用于污泥干化過程。 干化污泥產品多年來一直用于森林的施肥。其結果十分良好，樹木的增長速度增快了40％。這個數據證明了Torkapparater的 Bojner 系統生產的污泥顆粒肥料比工業肥料和其它形式的污泥肥料更為高效。在重慶，同樣系統的施肥實驗也正在進行，用以證明該方法產生的污泥同樣對中國的土壤改良和農作物的生長有著的積極效果。三、埃梯梯的污泥處置方案污泥干化不是一種終處理方案，而是一種中間工藝，無論是干化后作肥料、燃料、建材的原料或是干化和消化的整合，干化都是一種靈活高效的處理方案（圖5），以下介紹常見的污泥處置方案： 1、干化、肥料、土壤改良脫水污泥經過干化后，含水量達到10%左右，并通過Tork 干化機的自動造粒過程，終的干化產品的形狀是均勻的球狀顆粒，直徑在4－6毫米左右，這樣的形狀不僅有利于保持水分，營養元素，同時也便于儲藏運輸和施肥。通過在瑞典、挪威等一些國家多次的實驗和實際運用證明，通過Tork干化設備生成的固體污泥肥料在施肥的效果上完全可以替代，甚至超越普通的有機肥料， 污泥肥料不僅能改良土壤、提高土壤保肥、保水、保溫性能，而且可以提高農作物產量，有明顯的增產增收效果。這種方案比較適應于周邊有肥料，或是有土壤改良市場需求的前提 44 水工業市場 2010年第7期污泥處理處置新下，同時要充分考慮污泥中的重金屬含量（工業污水和市政污水的混排容易造成重金屬超標）。同樣污泥也可以用于制林，因為森林遠離人口密集區，不會影響人類的食物鏈，而且森林比農田更為缺乏養料，同時污泥中富含氮、磷等營養元素，有助于樹木的成長。 2、干化、焚燒 目前常見的污泥的干化，焚燒工藝是指將含水80%左右的脫水污泥通過干化機干化到含水 45%－55%左右，然后把這部分污泥送入焚燒爐（通常是鼓泡流化床或循環流化床）進行焚燒，在850至950度左右的溫度下，污泥中的有害物質完全被分解，同時也極好的控制了焚燒過程中，NOx和二噁英等有害氣體的產生。由于考慮污泥所含熱值過低，無法達到完全的能量平衡，通常會加入煤或者燃油作為補充燃料，焚燒爐所產生的熱能用于前段的污泥干化的供熱，而干化的污泥作為焚燒爐的燃料，形成一個整體的系統。 3、熱電廠摻燒 在污泥處理廠附近有熱電廠的前提下，可以考慮把干化的污泥（通常是全干化）送入熱電廠作為替代能源摻燒，同時熱電廠由發電機組剩余的低品質的飽和蒸汽可以作為干化系統的供熱。需要注意的是考慮到尾氣處理和影響發電效率等方面的因素，在污泥摻燒比例方面必須嚴格控制，通常的情況下污泥的摻燒比大不超過10%。該種解決方案無論是投資，還是運行費用都偏高，比較適用于經濟發達、土地稀少的城市中應用。 4、水泥廠混燒作為制造水泥的原料和部分替代燃料，污泥可以應用于水泥廠，與水泥原料粉混合送入回轉窯，考慮到污泥中過高含量鹵、硫、磷等元素，污泥的混入比通常不超過15%，特別要注意汞元素，如果超標就不能送入水泥窯。通過1700攝氏度左右的高溫，污泥的有害物質完全被分解和穩固，同時水泥窯產生的余熱也可以用于污泥干化的供熱。利用水泥廠混燒污泥主要有下面兩種方法： (1) 脫水污泥直接運到水泥廠，干化機安置在水泥廠里面，這樣干化過程就能充分利用回轉窯廢熱煙氣，該方法是在污水處理廠和水泥廠距離較近時，運輸線路不長。 (2) 污水處理廠的污泥經過脫水后，就地進行干化，然后運送到水泥廠，該方法的優點是比較容易得到水泥廠的配合，運輸費用相對于脫水污泥較低，污泥可以作為輔助燃料為水泥窯供熱。 5、污泥消化、干化整合方案 污泥的消化池和污泥干化系統可以整合為一個完整的系統，首先濃縮污泥送入消化池內進行消化，產生沼氣，沼氣送到后面干化機的氣體發生器中燃燒生成 400攝氏度左右的煙氣，為污泥干化提供熱能，同時干化過程中所回收的熱能又可以為污泥消化池供熱，整個系統達到能量平衡，自給自足。不過考慮到國內的污泥有機物含量偏低，熱值不高等因素，必要的時候需要附加能源，但是總體上還是節省了大量的能源。目前污泥干化工藝有幾十種之多，如何正確的選擇適合的工藝是用戶所關心的。筆者就此給出自己的一些觀點：除了設備本身的造價以外，運行費也是個必須考慮的一點，其決定因素不外乎能耗、折舊維護、人工等，而其中能耗是重要的，所以如何選擇有效的能源并充分利用是污泥干化的重點。所以筆者建議，首先盡可能的利用周邊熱技術研究與新趨勢解讀電廠等處的廢熱，包括低品質蒸氣、煙氣等。其次在一些大中型的污水、污泥處理廠，利用其污泥消化所產生的沼氣，使得干化和消化成為一個完整的系統，沼氣為干化機提供熱能，同時干化機中所回收的熱能為污泥消化池供熱，或是為污水處理廠的建筑提供供暖。終的干污泥，除了可以用作固體生物肥料，也可以作為替代燃料或是建材所需的原材料使用。總之，污泥干化是實現污泥的無害化、減量化、穩定化、資源化有效的方法之一。雖然不論是從造價還是投資方面，都是一筆不小的費用，但是污泥干化并不僅僅是一個獨立處理工藝，而是可以和前后段工藝，甚至整個污水處理廠整合在一起，從而使資源的利用大化，充分節省能源，終達到節能減排的目的。

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