关于污泥干化及处置方案

本文作者： 高鼎 13880843666  ，随着近几年我国城市化速度的飞速增长，新增以及扩建了大量集中型污水处理厂，污泥的产量急剧增长，预计脱水污泥年产量将达到3000万吨。无论是从病原体还是重金属的方面考虑，将浓缩及脱水污泥直接填埋、填海、施肥的传统处理方法已不再适用于现在对环境保护越来越高的要求，这样就使得污泥的处理、处置成为当前急需解决的问题。目前的污泥深度处置的方法有干化、固化、堆肥、碳化、焚烧等。堆肥在减量方面效果不明显，并且受场地、天气、运输、市场等不同因素的影响，有一定的局限性。固化由于终产物的处理问题，更多情况下作为一种临时性或替代性的处置方法被应用。焚烧是为彻底的污泥处理方式，但是也存在不少争议，特别是在碳排放方面，同时也没有将污泥彻底的资源化。干化是一种减量彻底的处理方式，便于运输和储存，同时又能完全杀灭病原体，终产品可以用作肥料、原料和替代燃料。干化不仅可以作为一种独立的处理工艺存在，也可以整合在一个完整的污水、污泥的处理系统中，是实现污泥的 “四化”，即减量化、无害化、稳定化、资源化，很好的解决方案。 一、埃梯梯Bojner干化机 埃梯梯Bojner系统干化机全称是间接加热传导管式转鼓干化机，该装置由干化机，输送储存装置，除尘设备，冷凝装置，喷淋装置，热气发生器或锅炉等几部分组成（图1）。该系统主要有如下几个特征： (1) 处理过程中污泥卫生安全。在污泥干化器中，污泥在惰性过热蒸汽中保持持续的温度水平，进行可靠的卫生消毒。 (2) 污泥处理过程中自动造粒。反混的干污泥作为颗粒的内核，使得在污泥干化的过程中自动形成颗粒状态。 (3) 释放的气体安全。一流的热气体除臭系统已经在几百个去除硫醇和气体及其刺鼻组分的工程案例中得到证实，确保释放到大气中的气体得到有效的净化。 (4) 在热除臭系统中气体清洗要求的气体量相对较少。 (5) 风险低。干化器中的过热蒸汽完全符合ATEX的指令要求，使得超温、失火和爆炸的风险小。 (6) 干化工艺在高温范围的热回收潜力极高，可用于消化池加热以及其他加热用途的。 经过Bojner系统，污泥的产品呈均匀粒状，便于包装、运输、储存。由于经过高温，细菌、病毒等被杀灭，同时经过高温干化过程，大部分重金属形成稳定状态，毒性降低，该污泥可用于周围森林的施肥，这样能够增快树木的生长速度，改善土壤结构，吸收更多的二氧化碳，降低温室气体浓度，提高木材产量。 1、干化机组件 干化机由两个主要组件组成。一个旋转单元，转子以及转子的一个固定壳体。转子由一个带有端板和空心套管的圆柱壳组成。端板配有敞开的轴管，卷在管板中。套管配有滚圈，其中一个套管的滚圈外侧装有链轮。壳体由一个圆柱筒组成。圆柱筒由两个零件组成，用螺栓连接。端板带有连接转子套管的孔。壳体比转子的管状零件更长，直径比转子的直径稍大。在壳子的两端分别有一个介质输入和输出的接口。 旋转单元(即转子)架在盖子之外，其中四个套管上套有轮胎或者滚圈，通过其中一个套管的图1　干化系统构成图 42 水工业市场 2010年第7期污泥处理处置新链传动带动轮胎或者滚圈转动。转子在轴向方向由立式导向轮引导，其中导向轮在一个滚圈的侧面和链轮表面之间运行。 2、干化器内部结构转子的尺寸比壳体的内部尺寸稍小，烟气、热水、蒸汽、导热油不仅流经轴管，也围绕着转子的外壳流动。这样，转子的所有表面由热水/蒸汽以及盖子内部的套管部分加热。这就意味着，与处理物料相接触的所有表面均为有效加热的表面。因此，在操作中干化器的加热表面上不可能出现蒸汽再冷凝现象。(图2) 3、工艺描述脱水后的污泥由螺旋输送机中送出，在和干污泥的进行反混后进入干化机内，同时热介质（蒸汽、导热油、烟气等）通入干燥机内部的不锈钢管束内，转鼓缓慢旋转使污泥和加热的管壁充分接触后，进行热交换，蒸发出水分。同时通入少量的循环空气，用于带走污泥中蒸发出来的水蒸气。转鼓略微倾斜的角度和干化机内通入的循环空气使得污泥在机器内移动输送，机器内所产生的有机废气，经过旋风分离装置除尘，冷凝器，喷淋装置，后送到燃烧器做除臭处理后再循环使用。（图3） 4、三回路 整个工艺包含三个基本回路。包括物料（污泥）回路， (烟气)热介质回路和循环空气回路。（图4） (1) 物料回路 机械脱水污泥的含水率约技术研究与新趋势图2　干化机剖面图为80％。为了不使污泥在干化过程中，例如在污泥进料系统和转鼓中产生堵塞、粘连，需要湿污泥与部分循环的干污泥混和，使混合后的污泥的含水率在30％－ 40％之间，越过污泥的“胶态” 状态。这样的污泥在干化过程中很容易输送，并且不会造成堵塞和粘连。进料的脱水污泥与循环反混的干污泥在混合螺旋输送机处混合。 干污泥和湿污泥的混合污泥通过进料螺旋输送机和有角螺旋输送机输送进入到污泥干化器内，干化器的进料通道要比湿污泥的输送通道大。干化后的污泥的含水率在30%与5%之间可调，干污泥通过干化机出料螺旋输送机、旁路螺旋输送机和提升输送机输送到位于回流循环干污泥料仓顶部的颗粒筛选装置。 筛选出的合适尺寸的颗粒经过冷却后储存在干污泥料仓。过大或过小颗粒的污泥储存在反混图3　系统流程图解读干污泥料仓内。反混干污泥料仓中的污泥通过螺旋输送机、浆式或碾压式粉碎机输送到混合螺旋输送机和脱水污泥在混合螺旋输送机内混合。 (2) 烟气回路 污泥干化工艺中干化污泥的能量来源于热气发生器所产生的烟气，也可以是锅炉产生的高压蒸气，此处仅介绍使用烟气加热的过程。烟气通过污泥干化机后的温度由300－400摄氏度降到150－180摄氏度。热烟气是在热气发生器中通过燃烧沼气、天然气或油料而产生的，燃烧后烟气的温度大约1200度。为了得到稳定的300－400度的烟气，燃烧后的烟气需要与干化器出来的烟气混合。混合后的烟气在设定的温度下被送进干化机。在干化器中循环利用的烟气的流量比烟气发生器中产生的烟气的流量大得多，这样就能更充分的利用能源。图4　系统三回路图5　污泥处置流程图水工业市场 2010年第7期 43 专题在烟气回路中，当烟气不断产生的同时，必须有相同流量的烟气被排出。排除的气体的流量也相对较小，同时是在干化器的出口排除，因此温度也较低。为了回收排除烟气内留存的热能，其中的一小部分通过热交换器，与进入干化机之前的流通空气进行热交换，对其进行预热。烟气回路中被排出的烟气是通过在烟气发生器上的真空设备排除，因此在烟气回路中不需要高压，这样也不会有烟气回路中的烟气泄漏到室内。 (3) 循环空气回路在污泥干化过程中，污泥中蒸发出来的蒸气由低压气体带走。少量的通风气体循环进入干化器，用于带走从干化机中蒸发出来的水蒸气。通过干化机后的通风气体和水蒸气，被一个装在空气清洗装置的风扇排出干化机。除了含有水蒸气，通风气体内还含有灰尘颗粒，这些颗粒被一个旋风分离器分离出来。循环空气和水蒸气中含有大量能量，被冷凝器所回收。如果污水厂内有污泥消化池的循环污泥加热系统，可以把这个冷凝器所回收的热能用于以上系统的加热，或是用于周边建筑物的供暖。如果没有，产生的热水可以为其它用途供热。热交换系统的循环水的温度上升，同时循环空气内的含水量和温度随之下降。没被分离的细小灰尘颗粒在冷凝器中被清洗分离，同时循环气体的温度也可以通过清洗过程降下来，清洗水通常来源于冷凝水。因此不管污水出厂对热的需求如何，通风空气的温度终都会在喷淋清洗装置内降下来。通过清洗装置的循环气体在一个热交换器内被烟气回路中的一小部分排出的尾气（上文已提及）加热。大部分循环回路中的空气继续在回路中循环，吸收蒸发的水蒸气。一小部分循环回路空气与房间内的空气混合预热后，被送到燃烧器作为燃烧用。烟气发生器内的温度高达1200摄氏度，因此从循环回路中带来的有气味的尾气在这里会被高温完全分解。气体发生器内部的耐火结构也为能够使气体在发生器内有足够长的时间能够被破坏而设计的。三回路设计的结果是干化过程产生的所有能产生气味的组分都能够在高温的条件下被破坏，确保尾气不会有气味产生。同时亦能在整个过程中尽可能多的回收系统所产生的热能，是整个系统能耗降到低。二、埃梯梯经验案例瑞典斯德歌尔摩Himmerfjärden 案例。瑞典斯德歌尔摩这个集中性的污水厂有三个4000m 3 的污泥消化池，产生的沼气初用于消化池加热，剩余的用于污泥干化。热回收系统改进后，干化系统的冷凝器能够回收60％的沼气的热量，这样消化池的加热仅需要这些能量就足够了，而不需要再消耗沼气所提供的附加的热源。这样所有的沼气都用于污泥干化过程。 干化污泥产品多年来一直用于森林的施肥。其结果十分良好，树木的增长速度增快了40％。这个数据证明了Torkapparater的 Bojner 系统生产的污泥颗粒肥料比工业肥料和其它形式的污泥肥料更为高效。在重庆，同样系统的施肥实验也正在进行，用以证明该方法产生的污泥同样对中国的土壤改良和农作物的生长有着的积极效果。三、埃梯梯的污泥处置方案污泥干化不是一种终处理方案，而是一种中间工艺，无论是干化后作肥料、燃料、建材的原料或是干化和消化的整合，干化都是一种灵活高效的处理方案（图5），以下介绍常见的污泥处置方案： 1、干化、肥料、土壤改良脱水污泥经过干化后，含水量达到10%左右，并通过Tork 干化机的自动造粒过程，终的干化产品的形状是均匀的球状颗粒，直径在4－6毫米左右，这样的形状不仅有利于保持水分，营养元素，同时也便于储藏运输和施肥。通过在瑞典、挪威等一些国家多次的实验和实际运用证明，通过Tork干化设备生成的固体污泥肥料在施肥的效果上完全可以替代，甚至超越普通的有机肥料， 污泥肥料不仅能改良土壤、提高土壤保肥、保水、保温性能，而且可以提高农作物产量，有明显的增产增收效果。这种方案比较适应于周边有肥料，或是有土壤改良市场需求的前提 44 水工业市场 2010年第7期污泥处理处置新下，同时要充分考虑污泥中的重金属含量（工业污水和市政污水的混排容易造成重金属超标）。同样污泥也可以用于制林，因为森林远离人口密集区，不会影响人类的食物链，而且森林比农田更为缺乏养料，同时污泥中富含氮、磷等营养元素，有助于树木的成长。 2、干化、焚烧 目前常见的污泥的干化，焚烧工艺是指将含水80%左右的脱水污泥通过干化机干化到含水 45%－55%左右，然后把这部分污泥送入焚烧炉（通常是鼓泡流化床或循环流化床）进行焚烧，在850至950度左右的温度下，污泥中的有害物质完全被分解，同时也极好的控制了焚烧过程中，NOx和二噁英等有害气体的产生。由于考虑污泥所含热值过低，无法达到完全的能量平衡，通常会加入煤或者燃油作为补充燃料，焚烧炉所产生的热能用于前段的污泥干化的供热，而干化的污泥作为焚烧炉的燃料，形成一个整体的系统。 3、热电厂掺烧 在污泥处理厂附近有热电厂的前提下，可以考虑把干化的污泥（通常是全干化）送入热电厂作为替代能源掺烧，同时热电厂由发电机组剩余的低品质的饱和蒸汽可以作为干化系统的供热。需要注意的是考虑到尾气处理和影响发电效率等方面的因素，在污泥掺烧比例方面必须严格控制，通常的情况下污泥的掺烧比大不超过10%。该种解决方案无论是投资，还是运行费用都偏高，比较适用于经济发达、土地稀少的城市中应用。 4、水泥厂混烧作为制造水泥的原料和部分替代燃料，污泥可以应用于水泥厂，与水泥原料粉混合送入回转窑，考虑到污泥中过高含量卤、硫、磷等元素，污泥的混入比通常不超过15%，特别要注意汞元素，如果超标就不能送入水泥窑。通过1700摄氏度左右的高温，污泥的有害物质完全被分解和稳固，同时水泥窑产生的余热也可以用于污泥干化的供热。利用水泥厂混烧污泥主要有下面两种方法： (1) 脱水污泥直接运到水泥厂，干化机安置在水泥厂里面，这样干化过程就能充分利用回转窑废热烟气，该方法是在污水处理厂和水泥厂距离较近时，运输线路不长。 (2) 污水处理厂的污泥经过脱水后，就地进行干化，然后运送到水泥厂，该方法的优点是比较容易得到水泥厂的配合，运输费用相对于脱水污泥较低，污泥可以作为辅助燃料为水泥窑供热。 5、污泥消化、干化整合方案 污泥的消化池和污泥干化系统可以整合为一个完整的系统，首先浓缩污泥送入消化池内进行消化，产生沼气，沼气送到后面干化机的气体发生器中燃烧生成 400摄氏度左右的烟气，为污泥干化提供热能，同时干化过程中所回收的热能又可以为污泥消化池供热，整个系统达到能量平衡，自给自足。不过考虑到国内的污泥有机物含量偏低，热值不高等因素，必要的时候需要附加能源，但是总体上还是节省了大量的能源。目前污泥干化工艺有几十种之多，如何正确的选择适合的工艺是用户所关心的。笔者就此给出自己的一些观点：除了设备本身的造价以外，运行费也是个必须考虑的一点，其决定因素不外乎能耗、折旧维护、人工等，而其中能耗是重要的，所以如何选择有效的能源并充分利用是污泥干化的重点。所以笔者建议，首先尽可能的利用周边热技术研究与新趋势解读电厂等处的废热，包括低品质蒸气、烟气等。其次在一些大中型的污水、污泥处理厂，利用其污泥消化所产生的沼气，使得干化和消化成为一个完整的系统，沼气为干化机提供热能，同时干化机中所回收的热能为污泥消化池供热，或是为污水处理厂的建筑提供供暖。终的干污泥，除了可以用作固体生物肥料，也可以作为替代燃料或是建材所需的原材料使用。总之，污泥干化是实现污泥的无害化、减量化、稳定化、资源化有效的方法之一。虽然不论是从造价还是投资方面，都是一笔不小的费用，但是污泥干化并不仅仅是一个独立处理工艺，而是可以和前后段工艺，甚至整个污水处理厂整合在一起，从而使资源的利用大化，充分节省能源，终达到节能减排的目的。

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