1 熱干化原理與作用

為滿足污泥后續(xù)處置要求，需要進(jìn)一步降低常規(guī)機(jī)械脫水污泥的含水率。污泥的熱干化是指通過(guò)污泥與熱媒之間的傳熱作用，蒸發(fā)脫除污泥中水分的工藝過(guò)程。

2 應(yīng)用原則

根據(jù)處置的需要和實(shí)際條件選擇干化的類型和工藝技術(shù)。熱干化工藝應(yīng)與余熱利用相結(jié)合，不宜單獨(dú)設(shè)置熱干化工藝，可充分利用污泥厭氧消化處理過(guò)程中產(chǎn)生的沼氣熱能、垃圾和污泥焚燒余熱、熱電廠余熱或其他余熱干化污泥。

3 污泥熱干化工藝與設(shè)備

3.1一般工藝流程

污泥熱干化系統(tǒng)主要包括儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)、干化系統(tǒng)、尾氣凈化與處理、電氣自控儀表系統(tǒng)及其輔助系統(tǒng)等。

儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)主要包括料倉(cāng)、污泥泵、污泥輸送機(jī)等，干化系統(tǒng)以各種類型的干化工藝設(shè)備為核心，尾氣凈化與處理包括干化后尾氣的冷凝和處理系統(tǒng)，電氣自控儀表系統(tǒng)包括滿足系統(tǒng)測(cè)量控制要求的電氣和控制設(shè)備，輔助系統(tǒng)包括壓縮空氣系統(tǒng)、給排水系統(tǒng)、通風(fēng)采暖、消防系統(tǒng)等。

3.2工藝與設(shè)備

1）傳統(tǒng)工藝設(shè)備類型

根據(jù)熱量傳遞方式的不同，污泥干化設(shè)備分為直接加熱和間接加熱兩種方式?？紤]到系統(tǒng)的安全性和防止二次污染，推薦采用間接加熱的方式。

2）傳統(tǒng)干化工藝設(shè)備

目前應(yīng)用較多的污泥干化工藝設(shè)備包括流化床干化、帶式干化、槳葉式干化、臥式轉(zhuǎn)盤式干化、立式圓盤式干化和噴霧干化等六種工藝設(shè)備。干化工藝和設(shè)備應(yīng)綜合考慮技術(shù)成熟性和投資運(yùn)行成本，并結(jié)合不同污泥處理處置項(xiàng)目的要求進(jìn)行選擇。

① 流化床干化

流化床干化系統(tǒng)中污泥顆粒溫度一般為40℃~85℃，系統(tǒng)氧含量<3%，熱媒溫度180℃~220℃。推薦采用間接加熱方式，熱媒常采用導(dǎo)熱油，可利用天然氣、燃油、蒸汽等各種熱源。流化床干化工藝既可對(duì)污泥進(jìn)行全干化處理，也可半干化，最終產(chǎn)品的污泥顆粒分布較均勻，直徑1~5 mm。

流化床干化工藝設(shè)備單機(jī)蒸發(fā)水量1000~20000 kg/h，單機(jī)污泥處理能力30~600 t/d（含水率以80%計(jì)）?？捎糜诟鞣N規(guī)模的污水處理廠，尤其適用于大型和特大型污水處理廠。干化效果好，處理量大；國(guó)內(nèi)有成功工程經(jīng)驗(yàn)可以借鑒。但投資和維修成本較高；當(dāng)污泥含沙量高時(shí)應(yīng)注意采用防磨措施。

②帶式干化

帶式干化的工作溫度從環(huán)境溫度到65℃，系統(tǒng)氧含量<10%；直接加料，無(wú)需干泥返混。帶式干化工藝設(shè)備既可適應(yīng)于污泥全干化，也適用于污泥半干化。出泥含水率可以自由設(shè)置，使用靈活。在部分干化時(shí)，出泥顆粒的含水率一般可在15%~40%之間，出泥顆粒中灰塵含量很少；當(dāng)全干化時(shí)，含水率小于15%，粉碎后顆粒粒徑范圍在3~5 mm。帶式干化工藝設(shè)備可采用直接或間接加熱方式，可利用各種熱源，如天然氣、燃油、蒸汽、熱水、導(dǎo)熱油、來(lái)自于氣體發(fā)動(dòng)機(jī)的冷卻水及排放氣體等。

帶式干化有低溫和中溫兩種方式。低溫干化裝置單機(jī)蒸發(fā)水量一般小于1000 kg/h，單機(jī)污泥處理能力一般小于30 t/d（含水率以80%計(jì)），只適用于小型污水處理廠；中溫干化裝置單機(jī)蒸發(fā)水量可達(dá)5000kg/h，全干化時(shí)，單機(jī)污泥處理能力最高可達(dá)約150 t/d（含水率以80%計(jì)），可用于大中型污水處理廠。由于主體設(shè)備為低速運(yùn)行，磨損部件少，設(shè)備維護(hù)成本很低；運(yùn)行過(guò)程中不產(chǎn)生高溫和高濃度粉塵，安全性好；使用比較靈活，可利用多種熱源。但單位蒸發(fā)量下設(shè)備體積比較大；采用循環(huán)風(fēng)量大，熱能消耗較大。

③槳葉式干化

槳葉式干化通過(guò)采用中空槳葉和帶中空夾層的外殼，具有較高的熱傳遞面積和物料體積比。污泥顆粒溫度<80℃，系統(tǒng)氧含量<10%，熱媒溫度150℃~220℃。一般采用間接加熱，熱媒首選蒸汽，也可采用導(dǎo)熱油（通過(guò)燃燒沼氣、天然氣或煤等加熱）。干污泥不需返混，出口污泥的含水率可以通過(guò)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)速度進(jìn)行調(diào)節(jié)，既可全干化，也可半干化。全干化污泥的顆粒粒徑小于10 mm，半干化污泥為疏松團(tuán)狀。

槳葉式干化工藝設(shè)備單機(jī)蒸發(fā)水量最高可達(dá)8000 kg/h，單機(jī)污泥處理能力達(dá)約240 t/d（含水率以80%計(jì)），適用于各種規(guī)模的污水處理廠。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊；運(yùn)行過(guò)程中不產(chǎn)生高溫和高濃度粉塵，安全性高；國(guó)內(nèi)有成功的工程經(jīng)驗(yàn)可以借鑒。但污泥易黏結(jié)在槳葉上影響傳熱，導(dǎo)致熱效率下降，需對(duì)漿葉進(jìn)行針對(duì)性設(shè)計(jì)。

④臥式轉(zhuǎn)盤式干化

臥式轉(zhuǎn)盤式干化既可全干化，也可半干化。全干化工藝顆粒溫度105℃，半干化工藝顆粒溫度100℃；系統(tǒng)氧含量<10%；熱媒溫度200℃~300℃。采用間接加熱，熱媒首選飽和蒸汽，其次為導(dǎo)熱油（通過(guò)燃燒沼氣、天然氣或煤等加熱），也可以采用高壓熱水。污泥需返混，返混污泥含水率一般需低于30％。全干化污泥為粒徑分布不均勻的顆粒，半干化污泥為疏松團(tuán)狀。

臥式轉(zhuǎn)盤式干化工藝設(shè)備單機(jī)蒸發(fā)水量為1000~7500 kg/h，單機(jī)污泥處理能力為30~225t/d（含水率以80%計(jì)），適用于各種規(guī)模的污水處理廠。結(jié)構(gòu)緊湊，傳熱面積大，設(shè)備占地面積較省。但可能存在污泥附著現(xiàn)象，干化后成疏松團(tuán)狀，需造粒后方可作肥料銷售；在國(guó)內(nèi)暫沒(méi)有工程應(yīng)用。

⑤立式圓盤式干化

立式圓盤式干化又被稱為珍珠造粒工藝，僅適用于污泥全干化處理，顆粒溫度100℃~40℃，系統(tǒng)氧含量<5%，熱媒溫度250℃~300℃。采用間接加熱，熱媒一般只采用導(dǎo)熱油（通過(guò)燃燒沼氣、天然氣或煤等加熱）。返混的干污泥顆粒與機(jī)械脫水污泥混合，并將干顆粒涂覆上一層薄的濕污泥，使含水率降至30%~40%。干化污泥顆粒粒徑分布均勻，平均直徑在1~5 mm之間，無(wú)須特殊的粒度分配設(shè)備。

立式圓盤式干化工藝設(shè)備的單機(jī)蒸發(fā)水量一般為3000~10000 kg/h，單機(jī)污泥處理能力從90~300 t/d（含水率以80%計(jì)），適用于大中型污水處理廠。結(jié)構(gòu)緊湊，傳熱面積大，設(shè)備占地面積較??；污泥干化顆粒均勻，可適應(yīng)的消納途徑較多。僅適用于全干化，對(duì)導(dǎo)熱油的要求較高；在國(guó)內(nèi)暫沒(méi)有應(yīng)用。

⑥ 噴霧干化

噴霧干化系統(tǒng)是利用霧化器將原料液分散為霧滴，并用熱氣體（空氣、氮?dú)?、過(guò)熱蒸汽或煙氣）干燥霧滴。原料液可以是溶液、乳濁液、懸浮液或膏糊液。干燥產(chǎn)品根據(jù)需要可制成粉狀、顆粒狀、空心球或團(tuán)粒狀。

噴霧干化采用并流式直接加熱，既可用于污泥半干化，也可用于全干化，且無(wú)須污泥返混。脫水污泥經(jīng)霧化器霧化后，霧化液滴粒徑在30~150μm之間。熱媒首選污泥焚燒高溫?zé)煔猓浯螢闊峥諝猓ㄍㄟ^(guò)燃燒沼氣、天然氣或煤等產(chǎn)生），也可采用高壓過(guò)熱蒸汽。采用污泥焚燒高溫?zé)煔鈺r(shí)，進(jìn)塔溫度為400℃~500℃，排氣溫度為70℃~90℃，污泥顆粒溫度小于70℃，干化污泥顆粒粒徑分布均勻，平均粒徑在20~120μm之間。

噴霧干化工藝設(shè)備的單機(jī)蒸發(fā)能力一般為5~12000 kg/h，單機(jī)處理能力最高可達(dá)360 t/d（含水率以80%計(jì)），適用于各種規(guī)模的污水處理廠。干燥時(shí)間短（以s計(jì)），傳熱效率高，干燥強(qiáng)度大采用污泥焚燒高溫?zé)煔鈺r(shí)，干燥強(qiáng)度可達(dá)12~15 kg/（m3?h），干化污泥顆粒溫度低，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作靈活，安全性高，易實(shí)現(xiàn)機(jī)械化和自動(dòng)化，占地面積小。但干燥系統(tǒng)排出的尾氣中粉塵含量高，有惡臭，需經(jīng)兩級(jí)除塵和脫臭處理。

3.3尾氣凈化與處理

污泥干化后的尾氣包括水蒸汽和不可凝氣體（臭氣），需首先進(jìn)行分離。水蒸汽通過(guò)冷凝裝置冷凝后處理，不可凝氣體（臭氣）外排。干化尾氣冷凝裝置可采用噴淋塔或冷凝器。

4 設(shè)計(jì)與工藝控制

4.1 設(shè)計(jì)和運(yùn)行控制要點(diǎn)

1）污泥熱干化程度的選擇應(yīng)遵循下列原則：利用干化工藝自身的技術(shù)特點(diǎn)；整個(gè)干化通過(guò)污泥與熱媒之間的傳熱作用和后續(xù)處置系統(tǒng)投資和運(yùn)行成本應(yīng)最低；考慮污泥形態(tài)（松散度和粒度）對(duì)污泥輸送、給料系統(tǒng)和后續(xù)處置設(shè)備的適應(yīng)性。

2）按照干化熱源的成本，從低到高依次如下：①煙氣；②燃煤；③蒸汽；④燃油；⑤沼氣；⑥天然氣。一般來(lái)說(shuō)間接加熱方式可以使用所有的能源，其利用的差別僅在溫度、壓力和效率。直接加熱方式，則因能源種類不同，受到一定限制。其中燃煤爐、焚燒爐的煙氣量大，又存在腐蝕性污染物，較難使用。

3）與干化設(shè)備爆炸有關(guān)的三個(gè)主要因素是氧氣、粉塵和顆粒的溫度。不同的工藝會(huì)有些差異，但總的來(lái)說(shuō)必須控制的安全要素是：流化床式和立式圓盤式的氧氣含量小于5%，帶式、槳葉式和臥式轉(zhuǎn)盤式的氧氣含量小于10%，粉塵濃度小于60 g/m3，顆粒溫度小于110℃。

4）濕污泥倉(cāng)中甲烷濃度控制在1％以下，干泥倉(cāng)中干泥顆粒的溫度控制在50℃以下。

5）為避免濕污泥敞開(kāi)式輸送對(duì)環(huán)境造成影響，應(yīng)采用污泥泵和管道將濕污泥密封輸送入干化機(jī)。干化機(jī)出料口須設(shè)置事故儲(chǔ)存?zhèn)}或緊急排放口，供污泥干化機(jī)停運(yùn)或非正常運(yùn)行時(shí)，暫存或外排。

6）沙石混入污泥對(duì)干化設(shè)備的安全性存在著負(fù)面影響。對(duì)于含沙量較大的污泥，可通過(guò)增加耐磨裕量、降低轉(zhuǎn)動(dòng)部件轉(zhuǎn)速等措施降低換熱面的磨損。特別是采用導(dǎo)熱油作為熱媒介質(zhì)時(shí)，須十分注意。

4.2 二次污染控制要求

污泥干化后蒸發(fā)出的水蒸汽和不可凝氣體（臭氣）需進(jìn)行分離。水蒸汽通過(guò)冷凝裝置冷凝后處理。焚燒廠的廢水經(jīng)過(guò)處理后應(yīng)優(yōu)先回用。當(dāng)廢水需直接排入水體時(shí)，其水質(zhì)應(yīng)符合《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》GB 8978的規(guī)定。

為防止污泥干化過(guò)程中臭氣外泄，干化裝置必須全封閉，污泥干化機(jī)內(nèi)部和污泥干化間需保持微負(fù)壓。干化后污泥應(yīng)密封儲(chǔ)存，以防止由于污泥溫度過(guò)高而導(dǎo)致臭氣揮發(fā)。干化廠惡臭污染物控制與防治應(yīng)符合《惡臭污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》GB 14554的規(guī)定。

干化廠的噪聲應(yīng)符合《城市區(qū)域環(huán)境噪聲標(biāo)準(zhǔn)》GB 3096和《工業(yè)企業(yè)廠界噪聲標(biāo)準(zhǔn)》GB12348的規(guī)定，對(duì)建筑物內(nèi)直接噪聲源控制應(yīng)符合《工業(yè)企業(yè)噪聲控制設(shè)計(jì)規(guī)范》GBJ 87的規(guī)定。干化廠噪聲控制應(yīng)優(yōu)先采取噪聲源控制措施。廠區(qū)內(nèi)各類地點(diǎn)的噪聲控制宜采取以隔音為主，輔以消聲、隔振、吸音的綜合治理措施。

5 投資和運(yùn)行成本的評(píng)價(jià)及分析

投資成本是由系統(tǒng)復(fù)雜程度、設(shè)備國(guó)產(chǎn)化率等因素決定的。一般情況下，若有可利用的余熱能源，熱干化采用國(guó)產(chǎn)設(shè)備時(shí)，單位投資成本在10~20萬(wàn)元/t污泥（含水率80%），若干化設(shè)備采用進(jìn)口設(shè)備，單位投資成本在30~40萬(wàn)元/t污泥（含水率80%）。

污泥熱干化的運(yùn)行成本是由眾多因素所決定的，例如干化熱源的價(jià)格、最終干化污泥的含水率、是否需單獨(dú)建設(shè)尾氣凈化系統(tǒng)等，難以轉(zhuǎn)化到具體金額。

附：各種干化技術(shù)設(shè)備的具體對(duì)比，如表所示。

 

各種干化技術(shù)設(shè)備的具體對(duì)比