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閱讀：197發布時間：2012-5-15
太陽能污泥干化技術
2009/12/27 14:10 [未分類 ] 1 國外污泥干化技術的發展狀況
1. 1 國外污泥干化技術的發展動態
早在20世紀40年代,日本和歐美就已經用直接加熱鼓式干燥器來干燥污泥。進入80 年代末期,由于污泥在農用、填埋、投海的各種限制條件和不利因素逐漸突出。同時,由于污泥干化技術的不斷改進,設備性能日趨完善,使污泥干化技術在西方工業發達國家得到很快推廣。例如,在20世紀80年代初,歐盟只有數家污水處理廠采用污泥熱干化設備處理污泥,但到1994年底已有110家污泥干化處理廠,并且還在逐年增加。據估計,在未來10年內,歐洲采用熱處理的污泥量將翻番。英國在2001年7月,頒布了*個與污泥熱處理廠設計、運行、管理密切相關的標準《HSE847 /9污泥干燥廠的健康和安全控制》,隨著近幾年大型污泥干燥廠的投產運行,目前英國污泥干化處理量已達到污泥總量的30%。而在北美,污泥熱干化的市場增速很快,平均年增長率為7% ～10% （同期污泥產量的增加率約為1. 5% ） 。目前在紐約、密爾沃基、波士頓等地都有年設計生產能力在350 000 t干質量以上的大型污泥加熱干燥工廠[ 2 ] 。
2 歐美常見的污泥干化方法比較
目前主要運用的干化模式有: 傳統熱能污泥干化和太陽能污泥干化。
傳統熱能污泥干化是指利用污泥熱干化集成設備對污泥實現干化處理。按照熱介質與污泥的接觸方式, 干化設備又可分為直接干化、間接干化和直接- 間接聯合式干化等工藝類型。
其中直接加熱污泥干化廠有代表性的是歐洲zui大的污泥干化廠———英國的B ransands （可蒸發水量為7 ×5
（1）轉鼓干化工藝。以天然氣或沼氣為能源,以空氣為傳熱介質,濕污泥和部分干化污泥顆粒在混合器中混合,由氣流把它帶入轉鼓干燥器,污泥在轉鼓干燥器中隨氣流以穩定的速度旋轉前進,由內筒向外筒轉移,污泥逐漸被干化成顆粒。該工藝分為直接加熱式和間接加熱式。直接加熱的轉鼓式干燥器要依靠非常復雜的監控系統來保持。間接加熱式轉鼓干燥器要在嚴格的惰性環境下操作,由于內部的溫度和熱量分配不均衡,易導致小環境中的粉塵積聚、過熱,會造成很大的危險隱患。
（2）流化床干化工藝。污泥不需要預處理,直接送入流化床干燥器。在流化床干燥器的整個底部斷面均勻地吹進流化氣體,使其內部形成流化層。隨著污泥逐漸干化,密度減小,升到上部,再隨上部抽走的氣體而抽出流化床。因污泥的成分決定其流化特性,該處理系統對污泥的成分變化非常敏感,常導致流化床內的熱交換不能順利進行,流化床及管道的磨損很嚴重,系
統的能耗也較高。
（3）盤式干化工藝。先用外部熱源加熱一個油爐,再通過油體將熱能傳到干燥盤。盤式干燥器分為臥式圓盤干燥器和立式多盤干燥器。臥式圓盤干燥器只能采用蒸汽這種標準加熱介質。塔吊構造為一個固定體,形成一個水平外殼,其內部旋轉部分由一個管狀空心軸,軸上固定一些空盤,盤中充滿蒸汽等,還有一些攪拌葉片用于輸送物料。熱媒介通過中心軸進入圓盤,同時被分配到旋轉體中。該方法的缺點是干化產品的含塵量極大,須另加單獨的造粒系統,并且設備極易磨損。立式多盤干燥器利用污泥特殊的蒸發曲線,制備成污泥的硬質顆粒,使污水處理廠在實現污水達標排放的同時,能安全無二次污染,并且節約能源。此外,還有碟片式、帶式、日光式、閃蒸式等干化工藝,但目前大型工程用得很少。歐美的干化裝置在技術上已非常成熟,安全性高,設備布置緊湊,占地面積小,并且自動控制水平高,操作運行簡單,符合工業化的流行趨勢。各種干化工藝主要參數的比較及主要設備供貨商見表1[ 3 ] 。
__表1 各干燥器主要參數匯總
序號干燥器形式熱源熱媒溫度/℃ 顆粒溫度/℃ 系統含氧量/% 主要設備供貨商
1 流化床式蒸汽220 85→40 < 3 WABAG
2 盤式熱油250～300 100→40 < 5 SEGHERS
3 轉筒式天然氣/熱油/沼氣800 95 < 8 Passavant - rodiger
4 轉盤式蒸汽200～300 半干100,全干105 < 10 Atlas - stord
5 轉鼓式天然氣/沼氣450～510 75～80→40 5～7 ANDR ITZ
6 膜式熱油280～300 90→40 < 12 Poim
7 帶式冷風< 50 < 50 < 10 HUBER
3 太陽能污泥干化處理
太陽能污泥干化是指利用太陽能為主要能源對污泥進行干化處理。該工藝借助傳統溫室干燥技術, 結合當代自動化技術的發展, 將其應用于污泥處理領域, 主要目的是利用太陽能這種清潔能源作為污泥干化的主要能量來源。其實際商業化應用zui早見于1994年德國南部的污水處理廠IST Anlagen2bau GmbH[ 1 ] 。近幾年, 隨著污泥產量的不斷攀升以及相關環境衛生政策的出臺制約了傳統的污泥處置途徑（如: 填埋、農用等） , 在歐洲尤其在法國和德國, 該技術得到了進一步推廣和運用, 如威立雅和得利滿等水處理公司都相繼開發了自身的技術Solia工藝和Helantis工藝。
3．1 工作原理和工藝流程
污泥在溫室內主要存在有以下三種干化過程:①輻射干化, 當溫室內的污泥接受外部太陽光線有效輻射后溫度升高, 使其內部水分得以向周圍空氣加速蒸發, 從而增加了污泥表面的空氣濕度, 甚至于達到飽和; ②通過自然循環或通風, 將溫室內的濕空氣排出, 使污泥表面的濕度由原先的飽和狀態進入非飽和狀態, 從而促使污泥內部水分進一步向周圍空氣蒸發。實驗證明, 后者污泥干化過程中占據更重要的位置; ③當污泥中的含水率減至近40%～60%時, 污泥中有機物會在有氧的條件下進行發酵, 從而可以觀察到污泥堆的內部溫度的進一步升高, 起到加速干化作用, 同時也使污泥得到穩定化處理。為了進一步加速污泥中的水分（包括污泥中的自由水分和間隙水分） 蒸發, 一些溫室附屬設備也得到了相應的開發和利用, 其中包括: ① 大流量強制通風系統并附加氣體收集和除臭裝置, 滿足大面積溫室處理污泥的需要; ② 半自動化甚至全自動化的翻泥系統, 使污泥得到經常性的翻動并混合均一, 從而不斷翻新蒸發面積, 同時也起到供氧作用, 避免污泥堆內部出現局部厭氧而釋放惡臭氣體; ③ 暖氣系統, 用于減小溫室的設計面積,使其適應在不同天氣和不同季節條件下干化作業的需求, 縮短處理周期。
313 太陽能污泥干化特點
太陽能污泥干化與傳統的熱干化技術相比, 其優點主要在于: ①能耗小, 運行管理費用低（在無附加除臭系統的條件下, 蒸發1 t水耗電量僅為25～30kWh, 而傳統的熱干化技術需耗電為800～1060kWh） ; ②處理后污泥體積減少可達3～5倍,實現穩定化并仍保留其原有的農業再利用價值（低溫干化） ; ③系統運行穩定安全, 溫度低, 灰塵產生量小; ④操作維護簡單、使用壽命長; ⑤系統透明程度高, 環境協調性好; ⑥可同時解決污泥存儲的需要; ⑦利用可再生能源太陽能作為主要能源來源, 滿足可持續發展的需求。其主要缺點在于: ①占地面積大, 需要在污水處理廠有足夠可利用的場地空間; ② 處理效果受天氣和季節性條件約束; ③在密閉空氣條件下作業; ④在大多數情況下, 需要設置除臭設備。
314 太陽能污泥干化的運用
太陽能污泥干化處理是污泥處理工藝的一種創新方法, 但它不是以污泥的zui終處置為目的, 而是通過太陽能干化處理, 使干化后的污泥實現資源利用。此外, 該工藝可以與不同的污泥處置途徑相結合, 使其成為通往不同污泥處置途徑的一個中轉平臺, 從而達到降低污泥處置費用, 提高處置手段的靈活性。
4 歐洲實用的太陽能污泥干化處理工藝
在歐洲市場上現有的不同工藝系統（見下表）都基于以下相同的自然現象:
（1） 表面干化: 通過污泥的翻動來不停更新污泥的表面, 使污泥表層水分蒸發, 同時利用通風系統將含濕氣體排出。
（2） 好氧干化: 利用翻泥系統對污泥進行通風, 使其在好氧條件下實現穩定化處理, 避免厭氧條件下不良氣味的產生。但是, 這些工藝使用的技術并不*相同, 主要體現在以下幾點:
（1） 翻泥設備: ①廊道式翻泥機, 常用于堆肥場, 自動化程度較高, 無需現場操作人員; ②機器人裝置, 可實現全自動化操作控制, 典型的有Thermosystems工藝中的Electric Mole和Solia工藝中Solimax裝置, 集污泥運輸和翻動功能為一體;③跨越式翻泥機, 自動化程度較高的移動設備, 適用于大面積操作; ④由農用拖拉機和翻泥機組成,需現場操作人員, 適用大面積操作。
1. 3 污泥干化工藝存在的問題
干化雖是污泥處置的一個比較理想的途徑,但投資和運行費用高,主要表現為:干燥設備的能耗高,在工業發達國家, 其能耗超過能耗總量的10% ,因此降低干燥設備能耗是設計面臨的長遠課題。此外,污泥干化對管理和操作技術的要求也較高,若干化過程中含氧量控制不當,就會引起粉塵爆炸,造成重大事故。為此,早在1994年,歐共體就頒布了有關潛在爆炸危險的安全標準: ATEX95（94 /9 /EC） [ 4 ]和ATEX137 （ 1999 /92 /EC） [ 5 ] ,并從
2 國內污泥干化技術的研究進展
2. 1 研究新進展
馬德剛和張書廷[ 8 ]對電場協同污泥熱干燥技術進行了研究,發現加入電場后,可防止污泥干化過程中粘壁現象的發生,減少了污泥內部的傳熱阻力,以及污泥與加熱面之間的傳熱阻力。同時,由于在電場作用下,帶負電荷的微生物向陽極運動,而水分由于陽離子的驅動和污泥的擠壓向陰極運動,從而使泥水分離,改善了污泥的干化效果。朱南文等[ 9 ]對燃氣紅外干化污泥進行了研究。紅外線具有較強的穿透力,不易被大氣吸收,可使較薄的污泥層從內到外加熱。經紅外處理污泥的氮、磷、鉀、有機物和重金屬都沒有變化,而大腸桿菌、蛔蟲卵*被殺死,污泥產品衛生無害。當污泥中重金屬含量較低時,干化后的污泥可用于農田和綠化。
2. 2 發展趨勢
國內污泥處理處置技術起步較晚,以污泥農用和簡單填埋為主。隨著經濟的發展和環境意識的加強,這兩種方法的局限性逐步凸現,并且從國內今后的發展趨勢看,城市污水處理將形成以國家投資的大型污水處理廠為主,各個地區根據經濟發展狀況,而投資興建不同規模的污水處理廠的局面并存。因此,中國的污泥處置必須尋求適合國情的新途徑。污泥干化是比較理想的方法,基本上滿足了污泥處置“四化”的要求,而且進一步,能夠向資源化開發;退一步,干化污泥仍然可以再去填埋、農用、焚燒[ 10 ] 。國內很多大型城市土地資源緊缺而社會經濟
水平又較發達,污泥干化技術有一定的推廣價值。深圳、上海、北京、天津、廣州等一些城市建立了大型污水處理廠,迫于污泥處置的壓力,正在嘗試引進國外的污泥干化和焚燒技術及設備,以提高污泥處理和處置水平。如在2004年底,國內*個采用干化焚燒處理工藝的污水處理廠:上海市石洞口城市污水處理廠建成運行;北京每年有70萬t的污泥要消納,現在已經采用了污泥干化技術;深圳市也已完成專項規劃,擬采取熱干化加焚燒工藝。
3 結論和建議
污水處理廠污泥的干化處置工藝在國內已經提上議事日程,應針對國內現階段的經濟發展水平,以zui低的成本、zui有效的方式進行污泥的減量化、資源化、無害化處置。筆者認為,在進行污水處理廠污泥干化處理工藝選擇時,應遵循以下原則:
（1）盡量降低能耗和節約運行成本。如采用部分污泥干化以后和濕污泥混合,以降低干化能耗和運行成本。此外,污泥干化具體工藝的選擇要和干化后的污泥利用結合,作好干化污泥應用規劃,尤其是污泥的工業化利用,如干化制肥、制磚、燒制水泥等,可以補償污泥處理處置的成本。
（2）盡量降低干化設備投資費用。由于進口污泥干化裝置投資費用高,要積極開拓國內干化技術,培育國內干化設備的制造能力,以降低投資成本。同時考慮利用沼氣作為干化的*能源以降低成本,盡量少用增加費用的天然氣、燃油等。保持運行中干化設備的zui大使用率。
（3）結合本國污水處理廠的現狀,逐步改進。要形成以干化為主,綜合利用為輔的污泥處置思路和分散處理方案,借鑒國外現行污泥處理處置標準,盡快建立和健全國家污泥處理處置的有關標準,以指導實際生產。
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