太阳能污泥干化装置的外围设备

德国HUBER SE公司 ■ 高颖

一 太阳能污泥干化装置的发展情况

截至2010年底，目前德国投入运转的污泥干化装置共有135套，其中：太阳能污泥干化装置72套；带式污泥干化装置16套；其他类型的热干化装置47套。

从污泥干化装置的发展趋势来看，太阳能污泥干化装置的数量发展最快，整个欧洲投入运转的装置数量已超过450套，成为分散型污泥干化处理的标准技术手段。

太阳能污泥干化装置除了污泥运输、污泥翻滚和通风技术之外，还要求一系列其他外围配套设备。德国虽然是太阳能污泥干化技术的产生地，且拥有大量投入运转的装置，但至今没有相应的技术规范来帮助设计人员进行相应的项目配套设计工作。

本文详细介绍了太阳能污泥干化装置在设计过程中必须注意的一些重要事项，以期为设计人员进行相应设计工作时提供一些参考。

二 湿泥进料方法

根据所采用的太阳能干化工艺不同，允许进入干化车间的污泥湿度和布料方式有区别：对点式翻泥装置，可注入稀浆污泥(约2%～4%DS)，同时进行污泥浓缩脱水和污泥干化，但只能用于小型污水处理厂；对桥架型翻泥装置，要求脱水的固含量最好在20%DS以上。

采用太阳能污泥干化装置进行脱水污泥(DS＞20%)的干化处理时，一般通过普通铲车或带有伸缩臂的铲车将脱水污泥输入干化车间，并进行布料。这些铲车还能将干化污泥装入运泥卡车。

通常情况下，通过普通运货卡车进行干泥运输要比采用集装箱车运输成本低。但需考虑到装运卡车的装运高度，有时一些没有配置伸缩臂的铲车在铲泥装运时无法达到卡车的料斗高度(图1)。

卡车的投资费用较高，一般为30～40万元/辆。为实现将各种垃圾物质以最简单、廉价方式运出污水处理厂，在投资购买卡车时，需兼顾能否同时用于其他目的，例如用于运输格栅机械产生的栅渣和沉砂池生成的砂石物质。另外，还需考虑配套铲车是否也能采用带有缩臂的铲车将栅渣或沉砂物质装入卡车，而不是采用集装箱装运。

若用户要求污泥进料和出料以自动方式进出干化车间，则可采用布料螺杆或皮带运输机。

采用太阳能污泥干化装置进行稀浆湿泥(约2%～4%DS)的干化处理时，一般采用管道布料，其中有些管道内安装静态混合器，用于加注/混合絮凝剂药液(图2)。

干泥的出料排放，可采用铲车或带有伸缩臂的铲车进行卡车装运。将干泥输出，更适合租赁用车。

三 污泥中间储存场所

太阳能干化装置是以半自然方式进行市政污泥的干化处理，因此随着季节变化，污泥的干化效率也相应呈周期性波动。在德国夏季晴天时，水蒸发量有时高达4L/(m3·d)以上；而在冬季雨天时，水蒸发量几乎为零。因此，在考虑所需要的污泥储存体积时，必须考虑的因素有：干化系统的工作方式(批式工作还是连续工作)；污泥脱水机的工作方式(采用移动脱水装置进行突击脱水还是采用固定安装的脱水机械进行均匀连续的脱水工作)；冬季最低水蒸发量(4周日平均值)；夏季最大水蒸发量(4周日平均值)。

对于冬季最低水蒸发量和夏季最大水蒸发量两个参数，用户可参照供货商的报价技术说明书。与规划中的设计公式相比较，可知理想状态和实际状态下，脱水污泥的产量受季节变化的影响情况。其泥量波动曲线如图3所示。同时，还可知在最大或最小水蒸发量情况下，所需污泥储存体积，其中包括一定的缓冲储存容积。

这一计算结果必须和现有污水厂内的污泥储存体积相比较，如果不够，则必须追加库存体积或料仓。通过描绘随季节变化的污泥入仓泥量和出仓泥量曲线，可对料仓内的污泥体积变化情况了如指掌。这样一来，就可十分简单地选择设计污泥库存面积或体积。

根据具体情况和所采用的翻泥技术，在紧急情况下可将干化车间的部分区域作为脱水污泥的储存料仓使用。如果需要这些面积，则应该在设计过程中说明标出。但是，必须明确指出在污水生化处理装置内不能存积污泥，即严禁不按设计要求随意增加生化池的固体物质浓度。

太阳能干化装置冬季运转处理量低，需配置污泥储存箱(如图4)。在将干泥运出输入污泥集装箱时，则要求对其加盖或至少铺上一块帆布。

四 太阳能干化装置的组成和材料

采用太阳能污泥干化装置进行稀浆湿泥(约2%～4%DS)的干化处理时，必须在布料管道内注射投加絮凝液，使水和固体物质可相互快速分离。约经2d后，干化车间内的固含量可达到12%DS以上。絮凝剂投加量由干化装置供货说明给出，而在运转过程中则由用户决定絮凝剂的实际投加量。

五 各种污泥翻滚设备和技术

采用太阳能污泥干化装置进行脱水污泥(DS＞20%)的干化处理时，一般不会产生过滤水。而采用太阳能污泥干化装置进行稀浆湿泥(约2%～4%DS)的干化处理时，则必须在干化床底部安装排水管道系统。通过投加絮凝液，稀浆污泥可快速脱水，在进料的同时就会产生大量过滤液体。

太阳能干化装置的进料系统——排水管道系统的设计和水泵的选型，最好让供货商来确定。由于有些污水处理厂采用部分好氧稳定化处理工艺，或污泥在储存池内停留时间很长，会在污泥混浊水/渗滤液内产生较高的氨氮浓度。因此应尽可能选择较大容积的储存池，否则会影响生物污水处理过程。储存池的实际容积最终应根据污水厂的具体情况来确定。

若有条件采用移动型或固定安装的脱水装置，应尽可能采用高效脱水装置，这样可节省过滤液池的建造。

六 干泥外送

一般情况下干泥出料采用铲车或带伸缩臂的铲车，同时在干化床之外放置一个干泥集装箱，用于收集干泥。这种方法被证明十分有效。

干泥的外送可通过覆盖帆布的污泥集装箱或大型卡车进行。大型卡车每次外运的泥量很大，最高运输量可达25t以上，因此每吨运输价格相对较低。但为装满卡车，要求每次装运时必须拥有足够泥量(图5)。

为方便运输管理，要求设计时在干化车间旁留有停车场或卡车转弯场地，修建的运输车道必须考虑大型卡车的载重状态。

如果采用小型集装箱装泥，集装箱必须在污泥厂内中转放置，则必须设计一个干泥存放站。实验证明，这些干泥存放站必须加盖进行防风防雨处理。同时，还需要注意：设计顶盖的高度和斜度时，集装箱卡车拉货时可直接将集装箱装上卡车，无需再采用人工水平推移集装箱。

七 雨水排放

在德国，雨水收集和排放方式必须事先获得有关部门的批准。最简单的处理方法是通过倾斜房顶将雨水(或溶解积雪)直接排入周围土地。如果因为渗漏土壤质量问题，不能在雨水产生地进行渗漏处理，则必须将雨水渠排入周围接受水体，而不是进入污水厂进水渠。

在北方地区，为了防止冬季积雪和冰块堵塞雨水排放管道，有时这些管道还必须配置防冻加热处理。因为暖房静力结构问题，必须始终保证溶雪水能够顺利排放。根据有关技术规范，对雨水排放管道和雨水渗漏池进行相应设计。

八 外热输入

用户单位的地理位置和气候条件对太阳能干化装置的处理效率影响很大。如德国北部Bremen城进行太阳能干化处理时，需要的干化面积要比德国南部Karlsruhe城大10%。

德国的统计数据表明，在纯太阳能干化情况下，德国南部每年平均水蒸发量约800 kg/m2，而在德国北部仅为700 kg/m2左右。

我国各地经纬度和气候差异很大，太阳能干化装置在各地的单位处理能力会有很大区别。因此，许多工程设计参数必须通过实验不断总结经验，整理研究后才能获得。

此外，太阳能干化装置在夜间和冬季，污泥干化的实际效率很低，因此许多项目中，用户都考虑输入外热，以加强太阳能干化装置的处理效率。通过外热输入，可为太阳能干化装置带来一些好处：提高污泥的干化程度，但一般建议污泥干化≤90%DS，否则会带来粉尘问题；降低所需污泥干化面积或提高单位面积上的污泥处理能力。

常用的外来能源主要有以下几种：

(1)在干化床底下铺设加热地板

对污水厂清理后的污水进行污水换热提热处理，通过热泵技术将水温提升至45℃左右，然后输入地板进行加温(图6)。法国和瑞士的许多太阳能污泥干化项目都采用这种技术输入外热，这是因为法国的电源主要来自核电厂，电费相对比较便宜。

(2)通过干化车间支架上的鼓风机吹入废热

在德国，大多数污水厂都进行污泥消化处理，并进行沼气发电。沼气发电机内产生的冷却热水温度约为90～95℃，这部分废热可以输入干化大厅，增强太阳能干化处理。

(3)通过“黑太阳”输入热能

在不进行沼气发电的地方，由红外线燃烧器产生热量，输入干化车间。

通过以上方法输入热能，加热污泥或空气，可明显提高污泥干化效率。从输入热能的效率分析，加热空气所提高的效率要比通过加热地板/加热污泥的效率高。一般来说，设计工作根据所能够提供的热能形式和数量进行。

在实际工作中往往存在以下冲突：夏季阳光充足温度高，同时沼气产量高，沼气发电机产生的废热量也很高；冬季需要大量废热时，往往沼气产量和废热产量都很低。因此，设计工作中还必须考虑冬季污泥干化外来废热短缺的问题。

必须指出的是：如果能够始终保证消费厌氧消化塔产生沼气，则污水处理厂没有必要配置火炬燃烧装置。

九 总结

本文通过对脱水污泥的储存、渗滤液管道布置和进料泵、污泥进料、布料和干泥运输工具、絮凝剂加药站、渗滤液储存池与水处理装置和外来能源的输入方式等的介绍，为国内同行设计太阳能干化装置工作提供了参考依据。同时，也为太阳能干化装置新技术涉及的外围配套设施的配置和选型设计提供了一定的技术规范和注意的问题。

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