污泥热干化技术在城市污水处理厂的应用研究

张韬+黄正汉+周剑峰+潘磊

摘 要：热干化技术在解决污泥问题过程中处于核心地位：城市污水处理厂污泥产量较大，必须减少体积以便后续运输和处理，而热干化是污泥减量最有效的途径之一；垃圾填埋仍然是污泥处置的主要途径，而采用热干化技术处理后可以极大地降低污泥体积，从而使填埋所需土地资源得以节省；热干化处理后的污泥可以与煤掺烧发电，也可以用作陶器及建筑材料的制备。基于此，本文将对污泥热干化技术在城市污水处理厂的应用现状及存在问题等进行探讨。

关键词：城市污水处理厂；污泥热干化；影响因素；存在问题

中图分类号：X703 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2017）10-0003-01

1 污泥热干化技术的常见方法及影响因素

1.1 污泥热干化技术的常见方法

第一，直接热干化。在操作过程中，加热介质（热空气、燃气或蒸汽等）与污泥直接接触，加热介质低速流过污泥层，污泥升温使水分蒸发，处理后的干污泥需要与热介质进行分离。虽然直接热干化具有效率高且处理效果好的优点，但由于产生较多的尾气和废水、需要较高的能耗和投资运行成本，因此限制了大规模使用。

第二，间接热干化。热传导介质（如热气体、热油）对金属表面进行加热，热量从温度较高的金属表面传递到温度较低的物料颗粒上，热量也会在物料颗粒间传递而使水分蒸发。虽然间接热干化的处理效率低于直接热干化，但优点是较少的尾气量减轻了对环境的污染。

第三，直接-间接联合热干化。直接-间接联合热干化是对流-传导热干化技术的结合，该技术代表干化技术VOMM涡轮薄层干化技术，此外Sulzer开发的新型流化床干燥器以及Envirex推出的带式干燥器也属于这种类型。

1.2 污泥热干化技术的影响因素

一是污泥性質，包括污泥组分的化学组成、微粒的形状大小、水分的存在形态及组成等。

二是运行条件，包括载气的速度和湿度、热介质的温度、污泥与载气或热介质的接触模式等因素。通常而言，载气的湿度越高、速度越慢，热介质的温度越低，污泥的热干化速度就越慢；污泥与热介质的接触面减少，会影响污泥受热的均匀度，从而降低热效率；污泥与载气的接触面越小，污泥环境湿度就越高，就越不利于污泥中水分扩散入气相。

这些因素综合作用于整个热干化过程，决定了热干化的结果。然而由于影响因素多且关系复杂，目前还没有一个数学函数关系式可以用来表征热干化过程与各影响因素的关系，但是对部分因素综合影响的函数关系式的研究已有成果。

2 污泥热干化的应用现状及存在问题

近年来国内外研究者对城市污水处理厂污泥热干化技术展开了大量研究，例如：研究者对四种不同质量等级的污泥颗粒在100～200℃下进行恒温干燥实验，结果表明在100～120℃时，污泥为弱强度干燥，临界含水质量分数受温度和颗粒大小影响不明显；在140～200℃时为高强度干燥，临界含水质量分数随温度升高或颗粒变大而增大；而在300～500℃范围的干燥过程并没有真正的恒速阶段。研究者对污泥脱水和污泥热干化设备进行了研究，其中包括真空过滤器、带压式、离心机、直接热干化、间接热干化和组合热干化系统。研究者采用了薄层干燥方式对脱水污泥进行了热干化研究，根据研究引入了薄层干化模型，结果表明Logarithmic模型与其他模型相比更适合于薄层污泥干化。

自2000年，我国已经成功已经多套污泥热干化技术，其中很多已经建成投产，例如2008年投产的清河污水处理厂而其污泥干化厂，采用流化床工艺，处理规模为（含水率约80%）400T/D。但这些污泥热干化工艺多数都是要求有大量的能量提供给污泥作为干化的能量来源，所以现行的污泥热干化工艺存在的最大问题便是能量消耗过大。

不同污泥热干化工艺可利用的能源来源有一定区别，一般来说间接加热方式可以使用所有的能源，而直接加热方式则因燃煤炉、焚烧炉的烟气因量大和腐蚀性污染物存在难以使用的问题。按照能源的成本，从低到高，分列如下：（1）烟气：来自大型工业、环保基础设施的废热烟气是零成本能源，温度必须高且地点必须近，否则难以利用；（2）燃煤：非常廉价的能源，以烟气加热导热油或蒸汽，可以获得较高的经济可行性；（3）热干气：来自化工企业的废能；（4）沼气：可以直接燃烧供热，价格低廉且较清洁，但供应不稳定；（5）蒸汽：清洁较经济，可以直接全部利用，但是将降低系统效率，提高折旧比例；（6）燃油：较为经济，以烟气加热导热油或蒸汽，或直接加热利用；（7）天然气：清洁能源但价格最高，以烟气加热导热油或蒸汽，或直接加热利用。

污泥热干化所消耗的能量是相当高的，如此高的能耗会在很大程度上阻碍污泥热干化的推广与应用。因此在污泥热干化的热源选择上应尽量使用价格低廉的工业废热和余热：一方面是采用工业炉窑产生尾气的余热；另一方面是因为污泥本身含有大量有机物质等可燃性物质，经过干化可以用于低热值燃料进行使用，因此污泥热干化所使用的热源应尽可能是干污泥自身。

3 结语

近年来随着污泥热干化技术的不断改进，设备性能日趋完善，污泥热干化装置的高效、灵活、安全、稳定的优势逐渐被认同，并在污泥处理处置行业中迅速扩展。

参考文献

[1]郝先鹏.污泥热干化技术的研究进展[J].四川化工，2015，18（5）.

[2]许志欣，蓝梅，孙文叶.污泥热干化技术浅析[J].市政技术，2016，34（1）.