太陽能污泥干化裝置的外圍設備

德國HUBER SE公司 ■ 高穎

一 太陽能污泥干化裝置的發展情況

截至2010年底，目前德國投入運轉的污泥干化裝置共有135套，其中：太陽能污泥干化裝置72套；帶式污泥干化裝置16套；其他類型的熱干化裝置47套。

從污泥干化裝置的發展趨勢來看，太陽能污泥干化裝置的數量發展最快，整個歐洲投入運轉的裝置數量已超過450套，成為分散型污泥干化處理的標準技術手段。

太陽能污泥干化裝置除了污泥運輸、污泥翻滾和通風技術之外，還要求一系列其他外圍配套設備。德國雖然是太陽能污泥干化技術的產生地，且擁有大量投入運轉的裝置，但至今沒有相應的技術規范來幫助設計人員進行相應的項目配套設計工作。

本文詳細介紹了太陽能污泥干化裝置在設計過程中必須注意的一些重要事項，以期為設計人員進行相應設計工作時提供一些參考。

二 濕泥進料方法

根據所采用的太陽能干化工藝不同，允許進入干化車間的污泥濕度和布料方式有區別：對點式翻泥裝置，可注入稀漿污泥(約2%～4%DS)，同時進行污泥濃縮脫水和污泥干化，但只能用于小型污水處理廠；對橋架型翻泥裝置，要求脫水的固含量最好在20%DS以上。

采用太陽能污泥干化裝置進行脫水污泥(DS＞20%)的干化處理時，一般通過普通鏟車或帶有伸縮臂的鏟車將脫水污泥輸入干化車間，并進行布料。這些鏟車還能將干化污泥裝入運泥卡車。

通常情況下，通過普通運貨卡車進行干泥運輸要比采用集裝箱車運輸成本低。但需考慮到裝運卡車的裝運高度，有時一些沒有配置伸縮臂的鏟車在鏟泥裝運時無法達到卡車的料斗高度(圖1)。

卡車的投資費用較高，一般為30～40萬元/輛。為實現將各種垃圾物質以最簡單、廉價方式運出污水處理廠，在投資購買卡車時，需兼顧能否同時用于其他目的，例如用于運輸格柵機械產生的柵渣和沉砂池生成的砂石物質。另外，還需考慮配套鏟車是否也能采用帶有縮臂的鏟車將柵渣或沉砂物質裝入卡車，而不是采用集裝箱裝運。

若用戶要求污泥進料和出料以自動方式進出干化車間，則可采用布料螺桿或皮帶運輸機。

采用太陽能污泥干化裝置進行稀漿濕泥(約2%～4%DS)的干化處理時，一般采用管道布料，其中有些管道內安裝靜態混合器，用于加注/混合絮凝劑藥液(圖2)。

干泥的出料排放，可采用鏟車或帶有伸縮臂的鏟車進行卡車裝運。將干泥輸出，更適合租賃用車。

三 污泥中間儲存場所

太陽能干化裝置是以半自然方式進行市政污泥的干化處理，因此隨著季節變化，污泥的干化效率也相應呈周期性波動。在德國夏季晴天時，水蒸發量有時高達4L/(m3·d)以上；而在冬季雨天時，水蒸發量幾乎為零。因此，在考慮所需要的污泥儲存體積時，必須考慮的因素有：干化系統的工作方式(批式工作還是連續工作)；污泥脫水機的工作方式(采用移動脫水裝置進行突擊脫水還是采用固定安裝的脫水機械進行均勻連續的脫水工作)；冬季最低水蒸發量(4周日平均值)；夏季最大水蒸發量(4周日平均值)。

對于冬季最低水蒸發量和夏季最大水蒸發量兩個參數，用戶可參照供貨商的報價技術說明書。與規劃中的設計公式相比較，可知理想狀態和實際狀態下，脫水污泥的產量受季節變化的影響情況。其泥量波動曲線如圖3所示。同時，還可知在最大或最小水蒸發量情況下，所需污泥儲存體積，其中包括一定的緩沖儲存容積。

這一計算結果必須和現有污水廠內的污泥儲存體積相比較，如果不夠，則必須追加庫存體積或料倉。通過描繪隨季節變化的污泥入倉泥量和出倉泥量曲線，可對料倉內的污泥體積變化情況了如指掌。這樣一來，就可十分簡單地選擇設計污泥庫存面積或體積。

根據具體情況和所采用的翻泥技術，在緊急情況下可將干化車間的部分區域作為脫水污泥的儲存料倉使用。如果需要這些面積，則應該在設計過程中說明標出。但是，必須明確指出在污水生化處理裝置內不能存積污泥，即嚴禁不按設計要求隨意增加生化池的固體物質濃度。

太陽能干化裝置冬季運轉處理量低，需配置污泥儲存箱(如圖4)。在將干泥運出輸入污泥集裝箱時，則要求對其加蓋或至少鋪上一塊帆布。

四 太陽能干化裝置的組成和材料

采用太陽能污泥干化裝置進行稀漿濕泥(約2%～4%DS)的干化處理時，必須在布料管道內注射投加絮凝液，使水和固體物質可相互快速分離。約經2d后，干化車間內的固含量可達到12%DS以上。絮凝劑投加量由干化裝置供貨說明給出，而在運轉過程中則由用戶決定絮凝劑的實際投加量。

五 各種污泥翻滾設備和技術

采用太陽能污泥干化裝置進行脫水污泥(DS＞20%)的干化處理時，一般不會產生過濾水。而采用太陽能污泥干化裝置進行稀漿濕泥(約2%～4%DS)的干化處理時，則必須在干化床底部安裝排水管道系統。通過投加絮凝液，稀漿污泥可快速脫水，在進料的同時就會產生大量過濾液體。

太陽能干化裝置的進料系統——排水管道系統的設計和水泵的選型，最好讓供貨商來確定。由于有些污水處理廠采用部分好氧穩定化處理工藝，或污泥在儲存池內停留時間很長，會在污泥混濁水/滲濾液內產生較高的氨氮濃度。因此應盡可能選擇較大容積的儲存池，否則會影響生物污水處理過程。儲存池的實際容積最終應根據污水廠的具體情況來確定。

若有條件采用移動型或固定安裝的脫水裝置，應盡可能采用高效脫水裝置，這樣可節省過濾液池的建造。

六 干泥外送

一般情況下干泥出料采用鏟車或帶伸縮臂的鏟車，同時在干化床之外放置一個干泥集裝箱，用于收集干泥。這種方法被證明十分有效。

干泥的外送可通過覆蓋帆布的污泥集裝箱或大型卡車進行。大型卡車每次外運的泥量很大，最高運輸量可達25t以上，因此每噸運輸價格相對較低。但為裝滿卡車，要求每次裝運時必須擁有足夠泥量(圖5)。

為方便運輸管理，要求設計時在干化車間旁留有停車場或卡車轉彎場地，修建的運輸車道必須考慮大型卡車的載重狀態。

如果采用小型集裝箱裝泥，集裝箱必須在污泥廠內中轉放置，則必須設計一個干泥存放站。實驗證明，這些干泥存放站必須加蓋進行防風防雨處理。同時，還需要注意：設計頂蓋的高度和斜度時，集裝箱卡車拉貨時可直接將集裝箱裝上卡車，無需再采用人工水平推移集裝箱。

七 雨水排放

在德國，雨水收集和排放方式必須事先獲得有關部門的批準。最簡單的處理方法是通過傾斜房頂將雨水(或溶解積雪)直接排入周圍土地。如果因為滲漏土壤質量問題，不能在雨水產生地進行滲漏處理，則必須將雨水渠排入周圍接受水體，而不是進入污水廠進水渠。

在北方地區，為了防止冬季積雪和冰塊堵塞雨水排放管道，有時這些管道還必須配置防凍加熱處理。因為暖房靜力結構問題，必須始終保證溶雪水能夠順利排放。根據有關技術規范，對雨水排放管道和雨水滲漏池進行相應設計。

八 外熱輸入

用戶單位的地理位置和氣候條件對太陽能干化裝置的處理效率影響很大。如德國北部Bremen城進行太陽能干化處理時，需要的干化面積要比德國南部Karlsruhe城大10%。

德國的統計數據表明，在純太陽能干化情況下，德國南部每年平均水蒸發量約800 kg/m2，而在德國北部僅為700 kg/m2左右。

我國各地經緯度和氣候差異很大，太陽能干化裝置在各地的單位處理能力會有很大區別。因此，許多工程設計參數必須通過實驗不斷總結經驗，整理研究后才能獲得。

此外，太陽能干化裝置在夜間和冬季，污泥干化的實際效率很低，因此許多項目中，用戶都考慮輸入外熱，以加強太陽能干化裝置的處理效率。通過外熱輸入，可為太陽能干化裝置帶來一些好處：提高污泥的干化程度，但一般建議污泥干化≤90%DS，否則會帶來粉塵問題；降低所需污泥干化面積或提高單位面積上的污泥處理能力。

常用的外來能源主要有以下幾種：

(1)在干化床底下鋪設加熱地板

對污水廠清理后的污水進行污水換熱提熱處理，通過熱泵技術將水溫提升至45℃左右，然后輸入地板進行加溫(圖6)。法國和瑞士的許多太陽能污泥干化項目都采用這種技術輸入外熱，這是因為法國的電源主要來自核電廠，電費相對比較便宜。

(2)通過干化車間支架上的鼓風機吹入廢熱

在德國，大多數污水廠都進行污泥消化處理，并進行沼氣發電。沼氣發電機內產生的冷卻熱水溫度約為90～95℃，這部分廢熱可以輸入干化大廳，增強太陽能干化處理。

(3)通過“黑太陽”輸入熱能

在不進行沼氣發電的地方，由紅外線燃燒器產生熱量，輸入干化車間。

通過以上方法輸入熱能，加熱污泥或空氣，可明顯提高污泥干化效率。從輸入熱能的效率分析，加熱空氣所提高的效率要比通過加熱地板/加熱污泥的效率高。一般來說，設計工作根據所能夠提供的熱能形式和數量進行。

在實際工作中往往存在以下沖突：夏季陽光充足溫度高，同時沼氣產量高，沼氣發電機產生的廢熱量也很高；冬季需要大量廢熱時，往往沼氣產量和廢熱產量都很低。因此，設計工作中還必須考慮冬季污泥干化外來廢熱短缺的問題。

必須指出的是：如果能夠始終保證消費厭氧消化塔產生沼氣，則污水處理廠沒有必要配置火炬燃燒裝置。

九 總結

本文通過對脫水污泥的儲存、滲濾液管道布置和進料泵、污泥進料、布料和干泥運輸工具、絮凝劑加藥站、滲濾液儲存池與水處理裝置和外來能源的輸入方式等的介紹，為國內同行設計太陽能干化裝置工作提供了參考依據。同時，也為太陽能干化裝置新技術涉及的外圍配套設施的配置和選型設計提供了一定的技術規范和注意的問題。

[1]Bux M, und Baumann.Solare Trocknung von Kl妑schlamm,Verbreitung, Leitung und Kosten[J].Korrespondenz Abwasser, 2003,(6): 732－739.

[2]Wittmaier M, Sawilla B, Albers H.Potenziale der solaren Kl妑schlammtrocknung f焤 Bremen und norddeutschen Raum[R].Vortrag am dem Kongress Clean Energy Power, 2006.

[3]Grosser A, 高穎.太陽能污泥干化處理[J].亞洲給水排水, 2007,(5-6): 48－51.

[4]高穎.HUBER帶式污泥干化系統技術介紹[J].亞洲給水排水,2008, (7-8): 32－38.

[5]高穎.利用太陽能進行市政污泥干化處理和生物能源回收[J]太陽能, 2010, (4)29 － 32.

[6]高穎.STR太陽能污泥干化處理系統—采用各種輔助熱能的運轉經驗[J].太陽能, 2011, (1): 25－28.

[7]高穎.太陽能污泥干化技術的理論和實踐[A].2011上海(第三屆)水業熱點論壇論文評選[C]，2011.