低温干化技术在市政及工业污泥处理中的应用

呼晓明

（南京索益盟环保科技有限公司，江苏 南京 210000）

关键字：市政污泥；工业污泥；低温干化；工程应用

0 引言

根据我国环境统计年鉴的数据预测，2020年我国的污泥产量预计会达到8.382×107吨[1]。一方面，污泥中含有大量重金属以及各种病原菌等有毒有害物质，会对土壤和水环境造成污染。另一方面，污泥的成分比较复杂，除了这些有毒有害物质，污泥中还存在着一些营养物质和对农业有用的有机质。因此，如果污泥处理不当，不仅会对环境造成不良的影响，而且也会造成资源的浪费。目前，我国污泥处理技术和设备相对落后，污泥实现无害化和资源化的比例也不高。因此，有必要提高对污泥处理工作的重视程度。

1 污泥干化技术

目前，污泥的处理方法主要有以下几种：卫生填埋、土地利用、建材利用和干化焚烧等[2]，如图1所示。而土地利用、卫生填埋和建材利用都需要污泥达到无害化的状态，这就使得这些处理方法在实际应用过程中受到诸多限制。污泥干化焚烧可以显著降低污泥中的含水率和体积，并且干化过程中还能杀死一些病原体等有毒物质，为污泥资源的后期利用提供了前提条件，目前该技术正在国内外被广泛研究。在2015年，国家正式提出“水十条”[3]：污水处理措施产生的污泥应该进行稳定化、无害化和资源化处理，标志着我国对污泥处置的重视上了一个新台阶，因此应该加快污泥减量化、无害化、资源化的研究步伐，对污泥干化技术的研究需求已经刻不容缓。

图1 污泥处置方式

污泥干化处理按照温度的不同一般可以分成两种类型：低温干化（温度<150℃）和高温干化（温度＞150℃），按照热传递的方式又可以分为直接热干化和间接热干化，如图2所示。直接高温干化效率最高，因为热媒介直接与污泥接触，使干化效率达到最高。但是在实际过程中，高温会增加尾气处理量，且能源损耗较大。间接高温干化是指热媒介不与污泥直接接触，而是热源通过蒸汽、热油等介质将热量传递至一个加热器壁，使污泥与加热器壁接触导致污泥受热，最终实现水分的蒸发。与直接高温干化相比，间接高温干化效率不高，但相比之下，其热能回收比较容易，不易损耗。间接低温干化在实际工程应用中，因占地面积大、干化效率低等缺点，很少应用在污泥处理领域。直接低温干化是将热风作用于污泥表面，干化效率较高。下文介绍的工程实例就采用了直接低温干化法，该方法具有干化效率较高，且经济效益最大化的优点。

图2 污泥干化处理类型

2 工程背景及概况

随着城市污水处理的不断深入，污泥产生量日益增加，如何实现污泥的无害化处理已成为亟待解决的问题。近年来，污泥干化因为可以有效降低污泥含水率和体积而被广泛使用。本工程采用低温除湿干化机处理市政污泥，通过低温干化技术的系统工艺流程处理，污泥含水率从80%降低到30%，该工程处理量为20 000m3/d，主要是利用低温除湿干化机直接干化污泥，整套设备采用热泵回收技术，密闭干化模式不会导致任何废热的排放，电耗较小且运行安全、环保、高效，能有效杀菌，最终达到污泥处置的无害化、稳定化目标，经济效益较高。

3 工程介绍

3.1 工艺流程

低温除湿干化机的工艺流程主要包括除湿、网带式干燥、电气自控等系统。污泥浓缩池中的污泥通过污泥管道，加入聚丙烯酰胺，经叠螺机脱水至80%左右，然后进入低温除湿干化机的湿泥料仓，通过干化机自带的滤饼切条技术，将污泥切成“面条”形状，之后依靠重力进入行走的网带上，除湿热泵在网带的下部提供干燥热空气，快速上升，在与污泥直接接触的过程中将污泥干化，之后湿热空气则进入除湿热泵系统，通入冷凝水降温使温度低于露点，冷凝后的水汽经排出系统进入污水管道，而脱水后的空气通过加热变成热空气继续用来干化污泥，全过程空气循环使用，不会有尾气产生。经该系统干化的污泥，含水率可从80%降至30%以下，整个过程能耗低，稳定性好，效率高。

3.2 低温节能干化机的干化过程

本工艺的关键在于除湿热泵的稳定运行。除湿热泵是利用冷凝水制冷系统，在对湿热空气降温脱湿的同时，利用热泵原理回收空气中的凝结潜热，再利用潜热来加热空气的一种装置。干燥的空气把污泥中的水分带走，含有饱和水分的空气经冷凝过程，水分排入污水管道，凝结水分排出的热量将空气重新加热，在干化污泥过程中循环使用。除湿干化就是回收水蒸气的潜热和空气中的显热，来干化污泥的一个过程。在整个干化过程中，没有任何废气的排放，所有的空气均在干化过程中循环使用。相比传统物料的热干化系统，本系统能避免约90%的热损失，将污泥除湿干燥和加热泵的能量回收相结合，实现了整个过程中的能量循环利用。

污泥除湿干化机的原理就是利用除湿热泵，进行热风循环，将污泥干化烘干。污泥中水分汽化部分的潜热就等于除湿热泵水蒸气冷凝部分的潜热，整个过程能量守恒，不需要外部提供热源，过程中的能源消耗主要是压缩机所需要的电能。除湿热泵就是利用制冷系统将湿热的空气降温降湿，同时利用热泵原理回收空气水分凝结的潜热，又用潜热来加热空气。网带式干燥设计，透气性良好，可以增加热空气与污泥的接触面积，提高热效率。除此之外，污泥静置于网带上，不仅减少粉尘产生量，还能延长网带的使用寿命。因为整个过程是网带式静态干化，干化过程无粉尘，因此能够防止干化过程中的粉尘爆炸事故。

3.3 经济性能分析

我们将工艺涉及到的能耗及运行费用做了一个简单的计算，结果为：在一个规模为20 000m3/d的污水处理厂，通过低温干化技术系统工艺流程的处理，将污泥含水率由80%降低到30%，在产生的污泥为固废时，每年可以节约近百万元治污成本，当产生的污泥为危废时，每年可以节约治污成本近千万元。在污泥填埋趋于饱和、污泥处理难度日益加大的今天，该设备在经济效益方面具有突出优势，可进一步加强其在污泥干化领域的应用。

4 结论

本工程利用低温干化技术对污泥进行减量化、无害化处理。污泥经干化后含水率可降至30%以下，整个过程没有废气排放，不需要额外的热源，整个工艺能耗低，效率高，能产生较好的经济效益，适合进一步在污泥干化工程上加以应用。

在污水处理厂普遍只重视水不重视污泥的情况下，我国的污泥处理技术发展缓慢。国家对污染治理的重视，以及采取的种种措施[4]，使这种切实有效、稳妥可行且具备良好经济效益的污泥处理技术可以在全国范围内推广，实现污泥的绿色处理。通过使用低温干化技术为污泥干化工程同时带来经济效益和环境效益是完全可行的。