危险废物安全填埋热干化预处理技术研究

甘 露

（中国瑞林工程技术股份有限公司，江西南昌 330038）

危险废物是指列入《国家危险废物名录》或者根据危险废物鉴别标准和鉴别方法认定的具有腐蚀性、毒性、易燃性、反应性、感染性等一种或一种以上危险特性，以及不排除具有以上危险特性的固体废物。目前危险废物的最终处置手段主要为安全填埋。安全填埋场分为柔性填埋场和刚性填埋场两种，其区别是柔性填埋场采用饱和渗透系数不大于1．0×10-5cm/s，且其厚度不应小于2 m 天然基础层作为防渗阻隔结构；而刚性填埋场采用的是钢筋混凝土作为防渗阻隔结构。

为了进一步提高危险废物填埋处置水平，2019年9 月国家生态环境部颁布了《危险废物填埋污染控制标准》（GB 18598-2019），其中规定除未经处理的医疗废物、与衬层具有不相容性反应的废物、挥发性有机物、 废液及本身具有反应性、 易燃性的废物外，其余废物均可进入刚性填埋场处置。刚性填埋场采用的是内衬人工防渗衬层的钢筋混凝土结构构筑物，其抗渗等级要求高，每个填埋单元面积不得超过50 m2、容积不得超过250 m3，因此隔墙多、土建混凝土钢筋工程量大；其单位建造成本达到1 000～1 500元/m3，大约为柔性填埋场的10～20 倍。

目前， 危废安全填埋场普遍需要处置污泥及与污泥性状近似的危险废物（如各上游企业废水处理产生的脱水污泥），其具有含水率高（一般在75%～85%）、污泥体积大、进一步脱水难、力学性能差、填埋后产生的渗滤液量大的特点[1]。 因此，如何针对含水率较高的危废选用合理的预处理技术对其减量化、以降低含水率，从而减少废物填埋渗滤液量、降低运营成本、提高安全填埋场使用年限（尤其对造价高昂的刚性填埋场）是一个重要问题。

1 危废填埋前的预处理减量化技术

1.1 稳定化/固化预处理

为满足入场柔性安全填埋的要求，目前危废填埋前都需要进行固化/稳定化预处理，即通过添加水泥、石灰、粉煤灰及药剂、水等与危废在搅拌器中进行强制均匀搅拌，形成污染物低溶解度、弱迁移性的固化体，固化后废物一般增重1．2～1．5 倍，会造成填埋物体量增加，导致了库容浪费、土地利用率下降、工程效益降低等问题。 刚性填埋场可不需固化预处理即可填埋。

1.2 调理后压滤脱水减量化

污泥加6%～10%的调理药剂，采用板框压滤机脱水，操作压力3 MPa 左右，可将污泥含水率降至60%以下，达到了《危险废物填埋污染控制标准》中入场含水率要求，缩小了污泥体积，减少了填埋库容占用量。

污泥中的毛细水、弱结合水可通过板框压滤等机械深度脱水方法去除，含水率可降低至50%～60%；但污泥中的强结合水、结晶水和有机质内部水是无法通过机械深度脱水去除的，须采用焚烧热处理、热干化等方式处理。

1.3 焚烧减量化预处理[2-3]

污泥及与污泥性状近似的危险废物在焚烧过程中，可以破坏和分解全部的有机质，实现重量、体积的减量化。当污泥热值较高满足回转窑等热处理炉窑的热平衡需求、或有机类有毒有害物质含量较高时必须焚毁，可对其进行焚烧减量后再送安全填埋处置。

危废焚烧后的炉渣一般由水淬捞渣机板出渣，因此炉渣浸水后会增加了含水量和炉渣重量，同时焚烧处理过程也会产生废气、废水、废渣等新的环境污染。

1.4 热干化

热干化是指采用热介质（包括热水、蒸汽、导热油等）加热物料，使物料中水分蒸发，达到干燥目的，其过程是物理变化过程。

按方式可分为直接干燥和间接干燥； 按干燥程度可分为全干化（含固率＞85%）和半干化（含固率＜85%）， 其中半干化中污泥含固率35%～60%称为低干度半干化、含固率65%～85%又称为高干度半干化。按操作压力分为：有常压（微负压）操作、真空操作、正压操作，其中常用的是常压（微负压）操作，主要针对湿分为水分的物料。按操作方式分为有间隙操作、半连续操作、连续操作。

2 危废热干化设备适用性分析

目前国内常用的干化设备有带式干燥器、 卧式圆盘干燥器、桨叶式干燥机、造粒—立式圆盘干化机等，其中带式干燥器、滚筒干燥机属于直接干化方式，其它均为间接干化方式。

2.1 带式干燥器

带式干燥器用不饱和热空气干燥湿物料，湿泥进料一般需减少水分至含固率25%～45%，使之具有一定可塑性和空隙，可采用不同温度（40～140 ℃）的热空气通过风机穿过网带，对网带上的污泥形成加热和蒸发。 由于温度较低，气体量较大，气体被经除尘和冷凝后需处理达标排放。

带式干燥器适用于市政污泥、一般工业污泥的干燥，可接受的湿污泥含固率20%～40%，干化产品含固率65%～95%；当要高干化时候需干泥返混；湿泥颗粒在干燥器内一次停留时间＞60 min。

带式干燥器干化的污泥的质量波动较大，特别是高干度产品有局限性。设备维护较为频繁，选型时应考虑充分余量。带式干燥器由于密闭效果较差，现场臭味较大，不宜用于干燥气味较大的危废。

2.2 卧式圆盘干燥器

卧式圆盘干燥干燥器由转子和定子两部分构成，转子包括主轴、主轴上的中空碟片以及焊接在碟片边缘的推料板等，定子为金属外壳及挡料板等。湿泥从卧式圆盘干燥器一侧进入干燥室，凭借物料与碟片的剪切作用，在推料板的搅拌下缓慢前进，干燥后排出。 干燥原理为间接干化，一般采用0．6 MPa 蒸气作为工质通入中空碟片，碟片等金属换热面与干燥室内湿泥接触换热，蒸发所形成水蒸气抽出而离开干燥器。 废气经冷凝净化处理后排放。

卧式圆盘干燥器适用于较高含水率的物料，可接受的湿污泥含固率15%～40%，干化产品含固率70%～80%。 当要求全干化时需进行干泥返混，返混产品干度需大于85%，湿泥干燥停留时间40～60 min。

2.3 桨叶式干燥机

桨叶式干燥机中的物料经缓慢转动的空心桨叶轴从进料口推动至出料口，物料在输送过程同时受空心桨叶和夹套加热使水分得到蒸发而干燥。 用于干燥的热介质可以是蒸气、导热油或热水。热介质通过旋转接头进入空心轴及桨叶。废气经离心除尘、冷凝需处理后排放。

桨叶式干燥机适用于较高含水率的物料，可接受的湿污泥含固率15%～40%，干化产品含固率70%～80%；干化停留时间40～60 min。

卧式浆叶干燥机、 卧式圆盘干燥机可得到粒径0．1～35 mm 的小颗粒，颗粒分布范围较大。 卧式浆叶干燥机和卧式圆盘干燥机的物料在干燥仓内的磨擦、挤压强度高，电机的驱动功率较大，能耗一般在50～75 kWh/t。

2.4 造粒立式圆盘干化机

造粒立式圆盘干化机为一体化设备。 湿泥从顶部进入，由自重和表面干燥造粒成3～8 mm 的多孔隙、比表面积大的颗粒，进入下方立式盘式干燥机。立式盘式干燥机由盘和耙叶两部分构成， 盘是水平静止的，盘面通入热源（如蒸气），同时依靠耙叶连续翻动物料。污泥颗粒在此盘面上不停地被耙叶翻动，之后从盘式干燥机底部排出。 蒸发所形成水蒸气从盘式干燥机经过造粒机二次热利用后通过微负压进入尾气处理系统。 造粒机和盘的标准设计工质压力0．6 MPa， 物料凭借物料与金属换热表面的接触传导、与热尾气的对流、下盘面对物料的辐射热的作用下，逐步干燥。

造粒立式圆盘干化机适用于含水率需求宽泛的干燥要求，可接受的湿污泥含固率10%～60%，干化产品含固率30%～95%，可调范围较大，干化停留时间5～20 min。 高干化时候也不需干泥返混，全干化产品颗粒粒径范围变化较小，造粒干燥机可得到粒径3～8 mm、具有一定规则的颗粒，颗粒均匀、粉尘小，利于后续焚烧或综合利用（如回收有价金属）。立式盘式干燥由于耙叶与盘的表面形成线性滚动接触，驱动缓慢，因此阻力和摩擦损耗小，能耗一般在10～20 kW/t。

因造粒—立式圆盘干化机物料操作时摩擦小，粉体少，非油泥（及含挥发性可燃液体的物料）工况安全运行对含氧量可不做要求； 全蒸汽回路实现高度惰性化，防爆安全系统相对简单。

3 建议

在危险废物进入最终安全填埋处置前， 采用热干化预处理对其进行减量化，能够达到节省库容、降低渗滤液排放量的效果， 整体上具有显著的经济效益、环境效益和社会效益。在选用热干化设备的时宜注意以下几方面：

1）因地制宜选择工艺参数。理论上，将污泥干燥到处置环境下的平衡稳定湿度，即周围空气中的水蒸气分压与物料表面上的水蒸气压达到平衡，是最为经济合理的。 宜根据减量目标，设置合理干燥工艺参数。

2）处理能力及占地面积。 单机蒸发能力能达到4 t/h 以上， 设备占地面积带式干燥器＞造粒立式圆盘干化机＞卧式浆叶干燥机、卧式圆盘干燥机，应因地制宜的选择干化设备。

3）设备材料选择。 由于污泥干燥过程属于高湿度、高温环境，尤其是化工、电镀污泥腐蚀更强。因此设备材质的选择应耐酸、碱腐蚀、耐CL-腐蚀。 摩擦损耗较大的干燥机仅采用普通不锈钢不耐磨， 宜采用耐磨不锈钢材料制作。

4）应选用密闭性设备，关注作业环境。卧式浆叶干燥机、 卧式圆盘干燥机和造粒干燥机由于采用的是间接换热，其密封较好、产气量小、蒸发气体应负压冷凝回收，少量不可冷凝气体进行除臭处理或直接为助燃空气焚烧，车间环境较好，尾气排放能彻底达标。带式干燥器由于密闭效果较差，不宜用于干燥气味较大的物料。

5）选用干燥机时应注意物料性质、粒度、粘度等特性， 避免干燥过程中物料出现结块或成团导致物料和设备磨损较大、 物料换热不均匀导致热效率降低、维修成本高、寿命短的问题。

6）操作方式选用宜通过物料状态和处理量综合考虑。间隙操作主要针对膏状或粉状、干燥所需停留时间长的物料，被干燥物料一次性加入，干燥完成后一次性卸出；半连续操作主要针对浆状物料，被干燥物料在干燥前半程可采用增压方式连续加入，干燥后半程停止加料且干燥完成后一次性卸出；连续操作主要针对膏状或粉状、干燥所需停留时间短的物料，被干燥物料连续加料同时连续卸料。

7）应特别注意干化过程的安全性。 考虑到危险废物物料来源广、性质复杂的特点，物料在热干化时应测氧气含量，并配备在线仪表和防爆控制系统，确保热干化系统安全可靠。