污泥干燥工藝與設備研究進展
行業(yè)動態(tài)
1 引言
城市污泥顯著的特征是含水率高，初步沉淀的活性污泥含水率高達97%～99%，經過濃縮與消化后的污泥含水率仍在95%以上，經過機械脫水后的污泥濾餅含水率為65%～80%，這為污泥的長距離輸送和后續(xù)處理帶來經濟上和技術上的困難；因污泥含水率較高，填埋土力學性質差，需混入大量泥土，從而導致土地的容積利用系數明顯降低?！冻擎?zhèn)污水處理廠污泥處置 混合填埋用泥質》（GB/T 23485-2009）和《生活垃圾填埋污染控制標準》（GB 16889-2008）中都明確規(guī)定，污泥混合填埋含水率應小于60%。脫水泥餅直接焚燒也因其含固率低不能達到維持過程自行運作所需的能值，需加入輔助燃料，使處理成本明顯增加，難以承受。污泥的低溫熱裂解制油是近年來處理有機污泥的一種可望達到能量平衡的新技術，但低溫熱裂解前必須對污泥進行干燥處理。綜上所述，污泥含水率高是難以處理與處置的關鍵。因此，污泥的干化處理是解決目前在污泥處理所遇到的許多問題的關鍵，也是污泥進行資源化（農用、焚燒、液化等）的前提。
2 傳統的污泥干燥工藝與設備
2.1 轉筒干燥
轉筒干燥主體是一各略帶傾斜并能回轉的圓筒體，同時圓筒體內壁上安裝有順向抄板或其他類似裝置，隨著圓筒體的轉動，抄板或其他類似裝置不斷地把物料揚起又灑下，使?jié)裎锪系慕佑|表面增大，提高干燥速率，并在重力作用下，物料順著圓筒體傾斜方向往出料口方向移動，尾氣則經過分離器和除塵器凈化后排出。
污泥轉筒干燥有直接和間接兩種，濕污泥與干污泥混合后送入直接干燥轉筒內，轉筒轉速5～8r/min，抄板翻動混合污泥，并與熱氣流（1.2～1.3m/s、649℃）混合接觸，經20～60min干燥得到含水率低于10%的干污泥。而在間接轉筒干燥中，蒸汽或熱油則在中空的套壁內流動，同時將熱量通過受熱壁傳至污泥，使污泥受熱干燥，其干燥效率隨著筒體內部溫度和污泥停留時間的增加而增加，而隨著污泥量增大而降低。
轉筒干燥生產能力大，適用范圍廣；除蒸汽管式轉筒干燥外，熱效率低；物料在干燥器內停留時間長，且物料顆粒之間的停留時間差異較大；混合污泥的含水率需控制好，否則污泥在抄板或壁面上，很難脫落，使干燥無法進一步進行。
2.2 臥式槳葉式干燥
臥式槳葉干燥是一種以熱傳導為主的干燥器，其主要結構為帶有夾套的W型殼內裝有成對的空心低速回轉中空軸，軸上焊接若干攪拌空心槳葉，夾套和空心槳葉內均通以熱載體，2個加熱面同時對物料加熱，隨著回轉中空軸旋轉，干物料會在槳葉推動和重力的聯合作用下，向出料口方向移動。
徐小寧等得出，在相同的導熱油（或蒸汽）溫下，回轉空心軸提速2倍后，污泥的出口含水率由42%上升到60%。而當回轉空心軸的轉速一定時，導熱油的溫度從160℃上升到200℃，干燥機出口污泥的含水率由54%下降到32%。所以回轉中空軸的轉速和導熱油（或蒸汽）的溫度對出口污泥的含水率有重要的影響。
臥式槳葉式干燥產物粒度均勻；熱介質可重復使用；干燥顆粒運動規(guī)律性強，對器件磨損較?。豢筛鶕~干燥能力的大小對污泥進行分類干燥。但污泥臥式槳葉式干燥存在較大死角，干燥機限定了有效容量，以及膠污泥粘壁、轉軸壽命不長等問題。
2.3 流化床干燥
流化床干燥原理是將物料顆粒放置于內部多孔分布板上，并由底部輸送熱氣體，使物料顆粒呈現懸浮狀態(tài)，物料顆粒與熱氣體充分接觸，促使物料與氣體之間進行熱傳遞與水分傳遞，干燥后的物料從出料口收集，廢氣則經分離器分離其挾帶的粉塵后排放。
侯鳳云等將污泥與河砂混合后進入流化床干燥，得出當床料河砂處于臨界流化狀態(tài)時，污泥的干燥速率較低，當流化速度增加到2倍時，河砂充分流化起來后，污泥的干燥速率增加，此后再增加流化速度，污泥的干燥速率沒有明顯變化，這表明當床料達到充分流化狀態(tài)后，流化速度對干燥速率沒有明顯影響。
流化床干燥器內顆粒的停留時間可任意調節(jié)；氣流速度小；物料與設備的磨損較輕，壓降??；傳熱面大，物料的含水率低；但因顆粒在床層中高度混合，可引起物料的短路、返混和尾氣分離復雜問題。
3 改進的污泥干燥工藝與設備
含水率高的污泥在干燥過程中有一個特殊的膠粘階段（含水率約為40%～60%），出現污泥表面易結塊，而內部卻是稀泥的“糖心現象”。此時，污泥與介質間的傳熱傳質效率低，導致干燥時間長，能耗高，干燥效果差。因此，單一形式的干燥，往往達不到質量要求，或者雖達到質量要求，但是干燥時間長、耗能大、干燥效果差。所以采用把2種或者是2種以上的不同（或相同）形式的干燥器串聯組合起來，充分利用各自干燥器的優(yōu)點，優(yōu)化操作過程，降低能耗，提高干燥污泥的質量和經濟效益。
3.1 多級臥式槳葉式組合干燥
多級臥式槳葉式組合干燥是在臥式槳葉式干燥的基礎上開發(fā)出來的。典型的有污泥兩級臥式槳葉式干燥，濕污泥通過一級臥式槳葉式干燥后，變成半干污泥，然后進入二級臥式槳葉式干燥內，再次干燥，經二級干燥后的干污泥送到污泥焚燒鍋爐進行焚燒。產生的蒸汽用于半干污泥的干燥。經二級臥式槳葉式干燥后的尾氣以蒸汽形式存在，經旋風除塵后進入第一級干燥機內，對濕物料進行預干燥，一級干燥后的尾氣，經洗滌塔洗滌后被送到污泥焚燒鍋爐中參與燃燒，防止有害氣體的排放。焚燒后出來的煙氣經過洗滌分離塔和布袋除塵后從煙囪排出。
污泥的兩級臥式槳葉式干燥用第二級干燥的尾氣對污泥進行預干燥，充分利用能量；整個干燥系統封閉循環(huán)，干燥中產生的尾氣直接被送到污泥焚燒鍋爐進行燃燒，將有惡臭氣味的成分燃盡，改善干燥環(huán)境。但還存在死角、污泥粘壁和轉軸壽命短等問題。
3.2 過熱蒸汽對流與傳導聯合干燥
過熱蒸汽對流與傳導聯合干燥就是對流干燥與傳導干燥2種干燥的聯合，且熱介質為過熱蒸汽。濕污泥通過加料器進入一級以傳導為主的干燥器內，其熱介質來自于二級對流干燥所產生的多余過熱蒸汽，經過一級傳導干燥后的半干污泥送入二級對流干燥器內。一級干燥后的尾氣經過分離器把氣體和污泥顆粒分離開來，氣體再經過冷凝器變成冷凝水，排入污水處理廠，而不能冷凝的氣體收集后進一步處理。半干污泥在過熱蒸汽對流干燥器內進行干燥，干燥后產生的氣體經過分離器分離，分離的污泥粉塵經由排料器進入對流干燥器內，而分離后的一部分過熱蒸汽通過風機、過濾器及加熱器與蒸汽發(fā)生器產生的過熱蒸汽混合后再進入對流干燥內，如此形成一個蒸汽氣流回路；另一部分過熱蒸汽通過節(jié)流閥進入一級傳導干燥器，作為其熱介質；符合要求的干污泥從二級對流干燥器的出料口進行收集。
污泥過熱蒸汽對流與傳導聯合干燥實現了能量的梯級利用，能效率比單級高；過熱蒸汽形成氣流回路，提高了過熱蒸汽熱能的利用率；熱介質為過熱蒸汽，其具有節(jié)能效果顯著、潛熱可回收利用、傳熱系數大、無傳質阻力、比熱大、蒸汽用量少及無爆炸失火危險等優(yōu)點，再者由于過熱蒸汽溫度高，能對物料進行滅菌消毒，有利于保護環(huán)境。但過熱蒸汽干燥設備復雜，啟動和停車時易產生結露現象；過熱蒸汽干燥設備的材料如果選擇不當易產生腐蝕或銹損現象。
4 結論
綜上所述，傳統的污泥干燥各有優(yōu)缺點，而且發(fā)展至今技術已經比較成熟，相比之下多級臥式槳葉式組合干燥和過熱蒸汽對流與傳導聯合干燥應用較少。由于過熱蒸汽對流與傳導聯合干燥用水蒸汽為干燥介質，存在停車會出現結露難點，又因污泥日產量大，除設備檢查維護停車外，設備連續(xù)不斷運行，所以結露出現次數也有所限制；熱介質為水蒸氣，干燥機內不存在氧化、爆炸和著火危險，這與熱空氣干燥相比設備安全性高；蒸汽潛熱可以通過冷凝回收，節(jié)約能源；蒸汽溫度在水的沸點以上，能在干燥時對污泥進行高溫滅菌、消毒、除臭；所以面對城市生活過程中產生的大量污泥，過熱蒸汽對流與傳導聯合干燥有望實現標準化、規(guī)模化、產業(yè)化，并實現污泥干燥后尾氣零排放的目標。
