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　　hbzhan內(nèi)容導(dǎo)讀：早在20世紀(jì)40年代,日本和歐美就已經(jīng)用直接加熱鼓式干燥器來(lái)干燥污泥。進(jìn)入80年代末期,由于污泥在農(nóng)用、填埋、投海的各種限制條件和不利因素逐漸突出。同時(shí),由于污泥干化技術(shù)的不斷改進(jìn),設(shè)備性能日趨完善,使污泥干化技術(shù)在西方工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家得到很快推廣。
　　
　　清潔能源污泥干化技術(shù)與傳統(tǒng)污泥處理干化方式的比較分析
　　
　　1國(guó)外污泥干化技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r
　　
　　1.1國(guó)外污泥干化技術(shù)的發(fā)展動(dòng)態(tài)
　　
　　早在20世紀(jì)40年代,日本和歐美就已經(jīng)用直接加熱鼓式干燥器來(lái)干燥污泥。進(jìn)入80年代末期,由于污泥在農(nóng)用、填埋、投海的各種限制條件和不利因素逐漸突出。同時(shí),由于污泥干化技術(shù)的不斷改進(jìn),設(shè)備性能日趨完善,使污泥干化技術(shù)在西方工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家得到很快推廣。例如,在20世紀(jì)80年代初,歐盟只有數(shù)家污水處理廠采用污泥熱干化設(shè)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(jù)估計(jì),在未來(lái)10年內(nèi),歐洲采用熱處理的污泥量將翻番。英國(guó)在2001年7月,頒布了*個(gè)與污泥熱處理廠設(shè)計(jì)、運(yùn)行、管理密切相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)《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(chǎn)運(yùn)行,目前英國(guó)污泥干化處理量已達(dá)到污泥總量的30%。而在北美,污泥熱干化的市場(chǎng)增速很快,平均年增長(zhǎng)率為7%～10%（同期污泥產(chǎn)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(shè)計(jì)生產(chǎn)能力在350000t干質(zhì)量以上的大型污泥加熱干燥工廠[2]。
　　
　　2歐美常見(jiàn)的污泥干化方法比較
　　
　　目前主要運(yùn)用的干化模式有:傳統(tǒng)熱能污泥干化和太陽(yáng)能污泥干化。
　　
　　傳統(tǒng)熱能污泥干化是指利用污泥熱干化集成設(shè)備對(duì)污泥實(shí)現(xiàn)干化處理。按照熱介質(zhì)與污泥的接觸方式,干化設(shè)備又可分為直接干化、間接干化和直接-間接聯(lián)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(guó)的Bransands（可蒸發(fā)水量為7×5000kg/h）;間接加熱干化廠代表性的是西班牙的巴塞羅那（可蒸發(fā)水量為4×5000kg/h）。歐美常見(jiàn)的干化工藝一般以轉(zhuǎn)鼓干化、流化床干化、盤(pán)式干化為主。
　　
　?。?）轉(zhuǎn)鼓干化工藝。以天然氣或沼氣為能源,以空氣為傳熱介質(zhì),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(zhuǎn)鼓干燥器,污泥在轉(zhuǎn)鼓干燥器中隨氣流以穩(wěn)定的速度旋轉(zhuǎn)前進(jìn),由內(nèi)筒向外筒轉(zhuǎn)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(zhuǎn)鼓式干燥器要依靠非常復(fù)雜的監(jiān)控系統(tǒng)來(lái)保持。間接加熱式轉(zhuǎn)鼓干燥器要在嚴(yán)格的惰性環(huán)境下操作,由于內(nèi)部的溫度和熱量分配不均衡,易導(dǎo)致小環(huán)境中的粉塵積聚、過(guò)熱,會(huì)造成很大的危險(xiǎn)隱患。
　　
　　（2）流化床干化工藝。污泥不需要預(yù)處理,直接送入流化床干燥器。在流化床干燥器的整個(gè)底部斷面均勻地吹進(jìn)流化氣體,使其內(nèi)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(tǒng)對(duì)污泥的成分變化非常敏感,常導(dǎo)致流化床內(nèi)的熱交換不能順利進(jìn)行,流化床及管道的磨損很?chē)?yán)重,系統(tǒng)的能耗也較高。
　　
　?。?）盤(pán)式干化工藝。先用外部熱源加熱一個(gè)油爐,再通過(guò)油體將熱能傳到干燥盤(pán)。盤(pán)式干燥器分為臥式圓盤(pán)干燥器和立式多盤(pán)干燥器。臥式圓盤(pán)干燥器只能采用蒸汽這種標(biāo)準(zhǔn)加熱介質(zhì)。塔吊構(gòu)造為一個(gè)固定體,形成一個(gè)水平外殼,其內(nèi)部旋轉(zhuǎn)部分由一個(gè)管狀空心軸,軸上固定一些空盤(pán),盤(pán)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(guò)中心軸進(jìn)入圓盤(pán),同時(shí)被分配到旋轉(zhuǎn)體中。該方法的缺點(diǎn)是干化產(chǎn)品的含塵量極大,須另加單獨(dú)的造粒系統(tǒng),并且設(shè)備極易磨損。立式多盤(pán)干燥器利用污泥特殊的蒸發(fā)曲線,制備成污泥的硬質(zhì)顆粒,使污水處理廠在實(shí)現(xiàn)污水達(dá)標(biāo)排放的同時(shí),能安全無(wú)二次污染,并且節(jié)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(shù)上已非常成熟,安全性高,設(shè)備布置緊湊,占地面積小,并且自動(dòng)控制水平高,操作運(yùn)行簡(jiǎn)單,符合工業(yè)化的流行趨勢(shì)。各種干化工藝主要參數(shù)的比較及主要設(shè)備供貨商見(jiàn)表1[3]。
　　
　　__表1各干燥器主要參數(shù)匯總
　　
　　序號(hào)干燥器形式熱源熱媒溫度/℃顆粒溫度/℃系統(tǒng)含氧量/%主要設(shè)備供貨商
　　
　　1流化床式蒸汽22085→40<3WABAG
　　
　　2盤(pán)式熱油250～300100→40<5SEGHERS
　　
　　3轉(zhuǎn)筒式天然氣/熱油/沼氣80095<8Passavant-rodiger
　　
　　4轉(zhuǎn)盤(pán)式蒸汽200～300半干100,全干105<10Atlas-stord
　　
　　5轉(zhuǎn)鼓式天然氣/沼氣450～51075～80→405～7ANDRITZ
　　
　　6膜式熱油280～30090→40<12Poim
　　
　　7帶式冷風(fēng)<50<50<10HUBER
　　
　　3太陽(yáng)能污泥干化處理
　　
　　太陽(yáng)能污泥干化是指利用太陽(yáng)能為主要能源對(duì)污泥進(jìn)行干化處理。該工藝借助傳統(tǒng)溫室干燥技術(shù),結(jié)合當(dāng)代自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展,將其應(yīng)用于污泥處理領(lǐng)域,主要目的是利用太陽(yáng)能這種清潔能源作為污泥干化的主要能量來(lái)源。其實(shí)際商業(yè)化應(yīng)用zui早見(jiàn)于1994年德國(guó)南部的污水處理廠ISTAnlagen2bauGmbH[1]。近幾年,隨著污泥產(chǎn)量的不斷攀升以及相關(guān)環(huán)境衛(wèi)生政策的出臺(tái)制約了傳統(tǒng)的污泥處置途徑（如:填埋、農(nóng)用等）,在歐洲尤其在法國(guó)和德國(guó),該技術(shù)得到了進(jìn)一步推廣和運(yùn)用,如威立雅和得利滿等水處理公司都相繼開(kāi)發(fā)了自身的技術(shù)Solia工藝和Helantis工藝。
　　
　　3．1工作原理和工藝流程
　　
　　污泥在溫室內(nèi)主要存在有以下三種干化過(guò)程:①輻射干化,當(dāng)溫室內(nèi)的污泥接受外部太陽(yáng)光線有效輻射后溫度升高,使其內(nèi)部水分得以向周?chē)諝饧铀僬舭l(fā),從而增加了污泥表面的空氣濕度,甚至于達(dá)到飽和;②通過(guò)自然循環(huán)或通風(fēng),將溫室內(nèi)的濕空氣排出,使污泥表面的濕度由原先的飽和狀態(tài)進(jìn)入非飽和狀態(tài),從而促使污泥內(nèi)部水分進(jìn)一步向周?chē)諝庹舭l(fā)。實(shí)驗(yàn)證明,后者污泥干化過(guò)程中占據(jù)更重要的位置;③當(dāng)污泥中的含水率減至近40%～60%時(shí),污泥中有機(jī)物會(huì)在有氧的條件下進(jìn)行發(fā)酵,從而可以觀察到污泥堆的內(nèi)部溫度的進(jìn)一步升高,起到加速干化作用,同時(shí)也使污泥得到穩(wěn)定化處理。為了進(jìn)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(fā),一些溫室附屬設(shè)備也得到了相應(yīng)的開(kāi)發(fā)和利用,其中包括:①大流量強(qiáng)制通風(fēng)系統(tǒng)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(dòng)化甚至全自動(dòng)化的翻泥系統(tǒng),使污泥得到經(jīng)常性的翻動(dòng)并混合均一,從而不斷翻新蒸發(fā)面積,同時(shí)也起到供氧作用,避免污泥堆內(nèi)部出現(xiàn)局部厭氧而釋放惡臭氣體;③暖氣系統(tǒng),用于減小溫室的設(shè)計(jì)面積,使其適應(yīng)在不同天氣和不同季節(jié)條件下干化作業(yè)的需求,縮短處理周期。
　　
　　313太陽(yáng)能污泥干化特點(diǎn)
　　
　　太陽(yáng)能污泥干化與傳統(tǒng)的熱干化技術(shù)相比,其優(yōu)點(diǎn)主要在于:①能耗小,運(yùn)行管理費(fèi)用低（在無(wú)附加除臭系統(tǒng)的條件下,蒸發(fā)1t水耗電量?jī)H為25～30kWh,而傳統(tǒng)的熱干化技術(shù)需耗電為800～1060kWh）;②處理后污泥體積減少可達(dá)3～5倍,實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定化并仍保留其原有的農(nóng)業(yè)再利用價(jià)值（低溫干化）;③系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定安全,溫度低,灰塵產(chǎn)生量小;④操作維護(hù)簡(jiǎn)單、使用壽命長(zhǎng);⑤系統(tǒng)透明程度高,環(huán)境協(xié)調(diào)性好;⑥可同時(shí)解決污泥存儲(chǔ)的需要;⑦利用可再生能源太陽(yáng)能作為主要能源來(lái)源,滿足可持續(xù)發(fā)展的需求。其主要缺點(diǎn)在于:①占地面積大,需要在污水處理廠有足夠可利用的場(chǎng)地空間;②處理效果受天氣和季節(jié)性條件約束;③在密閉空氣條件下作業(yè);④在大多數(shù)情況下,需要設(shè)置除臭設(shè)備。
　　
　　314太陽(yáng)能污泥干化的運(yùn)用
　　
　　太陽(yáng)能污泥干化處理是污泥處理工藝的一種創(chuàng)新方法,但它不是以污泥的zui終處置為目的,而是通過(guò)太陽(yáng)能干化處理,使干化后的污泥實(shí)現(xiàn)資源利用。此外,該工藝可以與不同的污泥處置途徑相結(jié)合,使其成為通往不同污泥處置途徑的一個(gè)中轉(zhuǎn)平臺(tái),從而達(dá)到降低污泥處置費(fèi)用,提高處置手段的靈活性。
　　
　　4歐洲實(shí)用的太陽(yáng)能污泥干化處理工藝
　　
　　在歐洲市場(chǎng)上現(xiàn)有的不同工藝系統(tǒng)（見(jiàn)下表）都基于以下相同的自然現(xiàn)象:
　　
　　（1）表面干化:通過(guò)污泥的翻動(dòng)來(lái)不停更新污泥的表面,使污泥表層水分蒸發(fā),同時(shí)利用通風(fēng)系統(tǒng)將含濕氣體排出。
　　
　?。?）好氧干化:利用翻泥系統(tǒng)對(duì)污泥進(jìn)行通風(fēng),使其在好氧條件下實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定化處理,避免厭氧條件下不良?xì)馕兜漠a(chǎn)生。但是,這些工藝使用的技術(shù)并不*相同,主要體現(xiàn)在以下幾點(diǎn):
　　
　?。?）翻泥設(shè)備:①廊道式翻泥機(jī),常用于堆肥場(chǎng),自動(dòng)化程度較高,無(wú)需現(xiàn)場(chǎng)操作人員;②機(jī)器人裝置,可實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)化操作控制,典型的有Thermosystems工藝中的ElectricMole和Solia工藝中Solimax裝置,集污泥運(yùn)輸和翻動(dòng)功能為一體;③跨越式翻泥機(jī),自動(dòng)化程度較高的移動(dòng)設(shè)備,適用于大面積操作;④由農(nóng)用拖拉機(jī)和翻泥機(jī)組成,需現(xiàn)場(chǎng)操作人員,適用大面積操作。
　　
　　1.3污泥干化工藝存在的問(wèn)題
　　
　　干化雖是污泥處置的一個(gè)比較理想的途徑,但投資和運(yùn)行費(fèi)用高,主要表現(xiàn)為:干燥設(shè)備的能耗高,在工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家,其能耗超過(guò)能耗總量的10%,因此降低干燥設(shè)備能耗是設(shè)計(jì)面臨的長(zhǎng)遠(yuǎn)課題。此外,污泥干化對(duì)管理和操作技術(shù)的要求也較高,若干化過(guò)程中含氧量控制不當(dāng),就會(huì)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(guān)潛在爆炸危險(xiǎn)的安全標(biāo)準(zhǔn):ATEX95（94/9/EC）[4]和ATEX137（1999/92/EC）[5],并從2003年7月1日起,這兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)制在歐共體各成員國(guó)執(zhí)行。美國(guó)也頒布了適用于干污泥處理的NFPA654[6]標(biāo)準(zhǔn)和EPA503標(biāo)準(zhǔn)。這些標(biāo)準(zhǔn)不僅涉及到安全設(shè)計(jì),并對(duì)運(yùn)行人員也提出了要求,以確保工作環(huán)境和設(shè)備符合安全規(guī)范,包括工作程序的規(guī)范、例行的系統(tǒng)改造升級(jí)以及足夠的培訓(xùn)等。國(guó)外污泥干化技術(shù)一直處在發(fā)展之中,并有部分開(kāi)始采用二級(jí)干化工藝。二級(jí)干化工藝由于防止了粉塵的產(chǎn)生,減少了運(yùn)行的風(fēng)險(xiǎn)性。自1996年至今,國(guó)外二級(jí)干化工藝已有較多的工程實(shí)例[7]。由于太陽(yáng)能污泥干化占地大、效果不穩(wěn)定,所以從目前來(lái)看還無(wú)法取代傳統(tǒng)的熱干化技術(shù),其發(fā)展方向是進(jìn)一步提高溫室的集熱效率或利用一些輔助能源,如熱力泵等。類似的太陽(yáng)能干化系統(tǒng)在國(guó)內(nèi)還未見(jiàn)應(yīng)用實(shí)例,相關(guān)報(bào)道也較少。雖然,國(guó)內(nèi)的一般城市污水處理廠規(guī)模都較大,太陽(yáng)能污泥干化的低效率問(wèn)題限制了該工藝在國(guó)內(nèi)的應(yīng)用。但該工藝對(duì)于一些工業(yè)區(qū)或者小城鎮(zhèn)中的中小型污水處理廠,在場(chǎng)地條件允許條件下,對(duì)于節(jié)能減排有實(shí)用價(jià)值,可有效降低污泥處置成本。
　　
　　2國(guó)內(nèi)污泥干化技術(shù)的研究進(jìn)展
　　
　　2.1研究新進(jìn)展
　　
　　馬德剛和張書(shū)廷[8]對(duì)電場(chǎng)協(xié)同污泥熱干燥技術(shù)進(jìn)行了研究,發(fā)現(xiàn)加入電場(chǎng)后,可防止污泥干化過(guò)程中粘壁現(xiàn)象的發(fā)生,減少了污泥內(nèi)部的傳熱阻力,以及污泥與加熱面之間的傳熱阻力。同時(shí),由于在電場(chǎng)作用下,帶負(fù)電荷的微生物向陽(yáng)極運(yùn)動(dòng),而水分由于陽(yáng)離子的驅(qū)動(dòng)和污泥的擠壓向陰極運(yùn)動(dòng),從而使泥水分離,改善了污泥的干化效果。朱南文等[9]對(duì)燃?xì)饧t外干化污泥進(jìn)行了研究。紅外線具有較強(qiáng)的穿透力,不易被大氣吸收,可使較薄的污泥層從內(nèi)到外加熱。經(jīng)紅外處理污泥的氮、磷、鉀、有機(jī)物和重金屬都沒(méi)有變化,而大腸桿菌、蛔蟲(chóng)卵*被殺死,污泥產(chǎn)品衛(wèi)生無(wú)害。當(dāng)污泥中重金屬含量較低時(shí),干化后的污泥可用于農(nóng)田和綠化。
　　
　　2.2發(fā)展趨勢(shì)
　　
　　國(guó)內(nèi)污泥處理處置技術(shù)起步較晚,以污泥農(nóng)用和簡(jiǎn)單填埋為主。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和環(huán)境意識(shí)的加強(qiáng),這兩種方法的局限性逐步凸現(xiàn),并且從國(guó)內(nèi)今后的發(fā)展趨勢(shì)看,城市污水處理將形成以國(guó)家投資的大型污水處理廠為主,各個(gè)地區(qū)根據(jù)經(jīng)濟(jì)發(fā)展?fàn)顩r,而投資興建不同規(guī)模的污水處理廠的局面并存。因此,中國(guó)的污泥處置必須尋求適合國(guó)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(jìn)一步,能夠向資源化開(kāi)發(fā);退一步,干化污泥仍然可以再去填埋、農(nóng)用、焚燒[10]。國(guó)內(nèi)很多大型城市土地資源緊缺而社會(huì)經(jīng)濟(jì)
　　
　　水平又較發(fā)達(dá),污泥干化技術(shù)有一定的推廣價(jià)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(jìn)國(guó)外的污泥干化和焚燒技術(shù)及設(shè)備,以提高污泥處理和處置水平。如在2004年底,國(guó)內(nèi)*個(gè)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(yùn)行;北京每年有70萬(wàn)t的污泥要消納,現(xiàn)在已經(jīng)采用了污泥干化技術(shù);深圳市也已完成專項(xiàng)規(guī)劃,擬采取熱干化加焚燒工藝。
　　
　　3結(jié)論和建議
　　
　　污水處理廠污泥的干化處置工藝在國(guó)內(nèi)已經(jīng)提上議事日程,應(yīng)針對(duì)國(guó)內(nèi)現(xiàn)階段的經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平,以zui低的成本、zui有效的方式進(jìn)行污泥的減量化、資源化、無(wú)害化處置。筆者認(rèn)為,在進(jìn)行污水處理廠污泥干化處理工藝選擇時(shí),應(yīng)遵循以下原則:
　　
　?。?）盡量降低能耗和節(jié)約運(yùn)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(yùn)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(jié)合,作好干化污泥應(yīng)用規(guī)劃,尤其是污泥的工業(yè)化利用,如干化制肥、制磚、燒制水泥等,可以補(bǔ)償污泥處理處置的成本。
　　
　　（2）盡量降低干化設(shè)備投資費(fèi)用。由于進(jìn)口污泥干化裝置投資費(fèi)用高,要積極開(kāi)拓國(guó)內(nèi)干化技術(shù),培育國(guó)內(nèi)干化設(shè)備的制造能力,以降低投資成本。同時(shí)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(fèi)用的天然氣、燃油等。保持運(yùn)行中干化設(shè)備的zui大使用率。
　　
　　（3）結(jié)合本國(guó)污水處理廠的現(xiàn)狀,逐步改進(jìn)。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(guó)外現(xiàn)行污泥處理處置標(biāo)準(zhǔn),盡快建立和健全國(guó)家污泥處理處置的有關(guān)標(biāo)準(zhǔn),以指導(dǎo)實(shí)際生產(chǎn)。
　　新能源污泥干化工藝：尉建飛    歡迎前來(lái)咨詢