岩土技术交流：国外污泥干化技术进展

　　简介： 城市污泥的管理是一个世界性的社会和环境问题。污泥干化的优点及其在污泥管理体系中所起的作用正逐步被认同。根据实际考察，并结合污泥干化的一些技术要点简要介绍国外干化技术和设备的进展情况。
　　关键字：城市污泥 污泥干化 尾气处理
　　1、污泥干化技术简介
　　早在20世纪40年代，日本和欧美就已经用直接加热鼓式干燥器来干燥污泥。经过几十年的发展，污染干化技术的优点正逐渐显现出来［1］：
　　①污泥显著减容，体积可减少4～5倍；②形成颗粒或粉状稳定产品，污泥性状大大改善；③产品无臭且无病原体，减轻了污泥有关的负面效应，使处理后的污泥更易被接受；④产品具有多种用途，如作肥料、土壤改良剂、替代能源等。
　　所以无论填埋、焚烧、农业利用还是热能利用，污泥干化都是重要的第一步，这使污泥干化在整个污泥管理体系中扮演越来越重要的角色。20世纪90年代以来，运用污泥干化技术处理城市污泥得到迅速发展。
　　2、污泥干化设备
　　污泥干化设备有许多不同的种类，其中常见的类型有：
　　（1）直接加热式。原理为对流加热，代表设备有转鼓、流化床等；
　　（2）间接加热式。原理为传导或接触加热，代表设备有螺旋、圆盘、薄层、碟片、桨式等；
　　（3）热辐射加热式。有带式、螺旋式等。
　　3、污泥干化技术的进展
　　下面结合在美国的实际考察结果，就污泥干化的一些技术要点，简要介绍市场主流干化技术和设备的进展情况。
　　3.1　污泥粘结问题
　　现有的污泥干化设备从进料方式和产品形态上大致可以分为两类：一种是采用干料返混系统，湿污泥在进料前先与一定比例的干泥混合，含水率降至30%～40%，然后才进入干燥器，产品为球状颗粒，是结合干燥与造粒为一体的工艺；另一种是湿污泥直接进料，产品多为粉末状。
　　干燥不同的污泥，如工业污泥和城市污泥，对设备的要求也不尽相同。最初能成功用于干燥工业污泥的设备直接用于城市污泥，却不一定能成功。这是因为城市污泥的特性是非常粘，且在干燥过程中有一特殊的胶粘相阶段（含水率为60%左右）。在这一极窄的过渡段内，污泥极易结块，表面坚硬、难以粉碎，而里面却仍是稀泥。这为污泥的进一步干燥和灭菌带来极大困难。为了克服这一困难，达到含固率＞90%的干燥效果，就产生了干料返混工艺。干燥器进料前先将一定比例含固率＞90%的干泥颗粒返回混合器（或称涂层机）与湿污泥混合，其过程中干粒起到如珍珠核的作用，湿污泥只是薄薄地包裹在干粒外面。控制混合的比例，使混合物的含水率降到30%～40%，这样使污泥直接越过胶粘相，大大减轻了污泥在干燥器内的粘结，干燥时只需蒸发颗粒表层的水分，使干燥容易进行，能耗降低。
　　直接加热系统出于其自身的需要，多采用干料返混。早期的间接加热系统采用湿污泥直接进料，由于湿污泥的粘结造成设备的磨蚀损耗相当严重，并由此引发了一些安全事故，其中部分设备因此停产［2］。后来有的间接加热系统如西格斯（Seghers）的珍珠工艺也采用了干料返混，成功生产出球状颗粒，且设备运行良好，能耗也低。其蒸发每kg 水只需3 100 kJ的热能消耗。也有的间接加热系统，如Fenton的专利间接回转室（IRC系列） 仍采用湿污泥直接进料，但其重点解决了污泥粘结的问题：它采用双螺旋推进器，两套螺旋之间互相清洁表面，并且采用不等螺距设计，尽量避免污泥在设备表面的粘结。实践表明也取得了较好的效果，并使整套污泥干化系统的设备数量大为精简。
　　3.2　尾气处理和臭味控制
　　国外对污泥处理的管理非常严格，它必须是环境安全的，不能产生二次污染。所以国外的污泥干化技术很重视尾气处理和臭味控制。早期的ESP直接加热系统，引入外部空气经加热后通入干燥器，蒸发污泥中的水分并运送污泥。离开干燥器后热风与干污泥颗粒分离，然后经过除尘、热氧化除臭后排放。由于热风的量很大，使得尾气处理成本非常高，这一缺陷使人们一度将兴趣转到了间接加热系统上［2］。后来，安德里兹（Andritz）的转鼓式直接加热工艺采用了气体循环回用的设计，使这一缺陷得到明显改善。在其干燥工艺中，热风经过除尘、冷凝、水洗后，85%返回转鼓，只有15%需经过热氧化除臭后排放。这减少了尾气处理的负担，更重要的是大大减少了外部空气的引入量，将转鼓内氧气的含量维持在很低的水平，从而很大程度上提高了系统的安全性能。对于间接加热系统，尾气的量要小得多，相应尾气处理的负担要轻得多。西格斯干燥设备的尾气经冷凝、水洗后送回燃烧炉，将产生臭味的化合物彻底分解，所以其尾气能满足很严格的排放标准。另外，无论是直接加热或间接加热系统，干燥设备内部都采用适当负压，避免了臭气的外泄，工厂的污泥仓、干燥车间、成品仓等构筑物内的气体都抽走集中处理。
　　3.3　设备安全
　　在老式干燥器里，起火或相当频繁，令污泥干燥设备的安全性能倍受置疑。现在，起火或的大部分原因已经明确，与有关的三个主要因素是氧气、粉尘和颗粒的温度。不同的工艺报道或许会有些差异，但总的来说必须控制的安全要素是：氧气含量＜12%；粉尘浓度＜60 g/m3；颗粒温度＜110 ℃。现在的污泥干化技术都非常重视设备的安全性，并针对性地采取了措施来完善设计和加强管理。对于控制氧气的含量，间接加热器如西格斯的干燥设备还附加了氮气保护来确保系统内氧气含量＜2%；直接加热器，如安德里兹的转鼓则如前所述，通过气体循环使用来控制氧气含量＜8%.系统内氧气含量的实时监测是非常重要的，在安德里兹的系统内设置了氧气超标保护，一旦氧气含量超过10%，系统会自动停机。颗粒温度的控制关键在于控制污泥在干燥器内的停留时间，必须保持干泥中适量的水分，以避免污泥过热而燃烧，所以当污泥达到一定的干度（如90%）就需离开干燥器。这也使解决污泥在设备内的粘结问题显得尤为重要。对于粉尘的控制，采用干料返混的干燥工艺较好，而对于那些产生粉状产品的间接加热设备则需注意这个问题。另外污泥干化厂还需考虑其它的安全因素：设计有湿污泥仓的工厂，必须考虑甲烷的产生而尽量减少湿泥的贮存时间，在安德里兹的设计中将湿泥仓中甲烷浓度控制在1%以下；干泥仓的安全同样受到重视，为防止自燃，干泥颗粒的温度必须控制在40 ℃以下。
　　4、结语
　　在新千年里，污泥干化仍将继续不断地发展、完善和受到欢迎。据预测，在欧洲未来的10年里，采用热处理的污泥量将翻一番［3］。污泥干化设备也在向大型化发展，如安德里兹建成了欧洲最大的污泥干化厂——英国的Bransands，处理能力为蒸发水量7×5 000 kg/h，西格斯在巴塞罗那建了世界上最大的间接加热污泥干化厂，蒸发水量能力为4×5 000 kg/h.同时污泥干化设备在安全性能包括环境友好方面不断完善，设备开发商在降低能耗上所作的努力使污泥干化的经济可行性得到显著改善。