污泥热干化技术的研究进展

郝先鹏

（四川大学建筑与环境学院，四川成都，610065）

近年来，随着我国经济、社会的不断发展，城市规模不断扩大，城市污水量不断增加，由于现代污水厂主要采用活性污泥法，与之相应的污泥产量也迅速增加。截至2011年，我国年污泥产量已达2200万吨，预测到2020年，我国年污泥产量将突破6000万吨［1］。污泥中含有大量有机质，多种微生物和寄生虫，恶臭、容易腐烂，还含有锌、铜、铬、汞等重金属，以及二恶英、多氯联苯等难降解的有毒有害物质，如果不加处置或处置不当，很容易造成对环境的二次污染［2］。我国目前污泥的处理处置方法主要有：填埋、干化及焚烧、制肥、建材及其他资源化利用，其中填埋约占62.4%、干化及焚烧占9.6%、制肥占10.6%、建材占5.1%、其他占12.4%［3］。

我国污泥处理的原则和要求是实现“减量化、稳定化、无害化和资源化”。经过污水厂浓缩机械脱水后的污泥，含水率在80%左右，但此时含水率对于后续的运输转移和处理处置来说还是较高，污泥体积和重量依旧很大，用于焚烧、堆肥的污泥含水率均要求低于60%左右，此时的污泥含水率显然还达不到要求。污泥干化可以使污泥含水率降到30%～50%，且干化后剩余物质比较稳定，恶臭味和病原生物得到极大的去除，并使污泥体积减少4～5倍，同时其热值和营养成份得到保留。因此，污泥干化是污泥处理处置技术的前提和关键所在［4－6］。

1 污泥热干化技术及设备

污泥热干化是一种利用烟气、水蒸气或者工业余热使污泥中水份蒸发的深度脱水技术，现在已经广泛用于美国、日本等发达国家，并且可以通过调整工艺参数，使产品污泥的含水率可任意控制，且对于各种污泥均具有很好的适应性。

现有的污泥干化工艺主要有：直接加热转股干化技术、间接加热转股干燥技术、流化床干化技术、离心干化技术、带式干化技术、转盘干化技术［7］、桨叶式干化技术［6］、太阳能热泵联合干燥技术、微波加热干化技术、生物干化技术［8］。

相应的污泥干化设备为转股式干燥器、流化床干燥器、离心干燥器、带式干燥器、薄膜式干燥器、螺环式干燥器、喷雾式干燥器以及多效蒸发器［9］。

2 国外污泥热干化技术研究发展现状

国外对污泥热干化技术研究较早，Vaxelaire等［10，11］通过试验，研究了干化温度、风速、空气湿度与干化速率之间的关系，并总结了典型的干化速率曲线，指出污泥干化过程并非匀速，但其结论在往后的研究中也受到了很多质疑。Arlabosse［12］通过搅拌法对污泥干化过程的形态进行研究，指出污泥在干化过程中会依次呈现糊状、块状和颗粒状。Gomez－Rico等［13］研究了污泥热干化过程中挥发分的排放特性。Saveyn等［14］对污泥饼热进行对流干化研究，对比水热干化和空热干化的能量，发现前者比后者要少。Slim等［15］利用实验干化设备，研究了污泥低温热干化的特性。Muhammad T等［16］研究了污泥微波干化过程中的特性。Bart Peeters等［17］提出在污泥干化过程中加入PACI调节污泥性质，可以降低污泥粘度，有助于减少对干化机械的磨损，使工艺顺利运行。如今国外的研究热点主要集中在降低污泥黏度和加入添加剂来提高污泥干化效率等方面。

在工程应用方面，在上个世纪40年代，美国、日本和欧洲国家就开始采用转股干化技术，80年代末期，投海、填埋等污泥处置方式在发达国家限制因素越来越多，污泥热干化研究也越来越成熟，干化设备不断改进，使污泥热干化技术得到迅速发展和推广，到1994年底欧盟国家已经有110家专业的污泥干化处理厂。2001年7月英国颁布了世界上第一个关于污泥热干化处理厂设计、运行、管理方面的标准：《HSE847/9污泥干燥厂的健康和安全控制》。在北美所有的污泥处理处置工艺中，污泥热干化的市场增长速度是最快的，平均年增长速率达到7%～10%（同期污泥年增长率为1.5%）［18］。日本、韩国等污泥干化技术也已经基本成熟，在日本，污泥干化焚烧处理占污泥处理量的60%。

3 国内污泥热干化技术研究发展现状

国内对于污泥干化的研究相对起步较晚，但是近些年也做了很多。吴静等［19］利用水分分析仪对污泥进行干化实验，发现将干化温度提高至沸点以上时，污泥干化率明显提升，同时提出了污泥干化常扩散模型和污泥干化简变扩散模型，可以用来预测污泥含湿量在不同工况下随时间的变化情况。魏砾宏等［20］通过热重差热分析仪（DTG）对干化终温、升温速率和空气流速等干化参数对脱水污泥等温干化性能的影响进行了研究，其提出的模型方程可用来描述城市污泥的干化工程。候凤云等［21］对湿污泥循环流化床的焚烧干化一体化进行验证试验，发现热灰流量和进料速度对燃烧炉和干化器的稳定运行有重要的作用。王兴润等［22］在实验室建立序批式动态污泥间壁热干化实验台，深入研究了干化温度对干污泥热值、干化效率等工艺参数的影响。马德刚等［23］深入研究了电场协同污泥热干化技术，发现加入电场后，污泥干化过程中的粘壁现象大大降低，污泥内部传热效率得到提高，污泥与加热面之间的传热阻力减小，易于泥水分离，提高了污泥的干化效果。

2004年底我国第一座采用污泥干化/焚烧处理工艺的污水处理厂在上海市石洞口建成运行，设计采用污泥干化/焚烧联合处理工艺，可将脱水污泥含水率从70%降到10%。此后，国内很多经济发达、土地资源利用紧张的大型城市开始研发或引进国外的污泥干化技术和相关设备。上海某环保公司采用低温真空干化技术，可在一套系统内连续地一次性将脱水污泥含水率从90%降到30%以下［24］。最近几年又涌现出许多以节能为卖点的新兴低温干化技术，如微波干化和太阳能干化，但这些工艺距大规模工程应用还需要做更多的改进和优化。

4 结论和展望

污泥资源化利用是污泥处理的最终归宿，而污泥热干化技术是关键所在。目前污泥干化工艺尚未在国内污水厂大规模运行的主要障碍在于成本过高，其安全性、稳定性以及跟国内相关污水污泥性质的适应性等都是需要解决的问题。提高干化效率和降低设备及运行成本是今后工艺研究和发展的主要方向。

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