太陽能在污泥干燥除濕中的應用

摘要：由于環(huán)境問題的加重，污泥的處理問題越來越引起國家的重視，傳統(tǒng)的一些污泥干化方式所需的化石燃料已經(jīng)十分緊缺，所以不再適合進行大量的污泥處理，而太陽能作為一種可再生的清潔能源，不但能提供污泥干燥中所需的熱能，而且十分環(huán)保，很多國家尤其是歐洲地區(qū)利用太陽能對污泥進行干燥除濕已經(jīng)成為一種潮流。

關鍵詞：太陽能 污泥除濕 干化技術

0 引言

隨著經(jīng)濟的迅速發(fā)展，城市的發(fā)展也隨之加快，但其帶來的環(huán)境污染問題也越來越嚴重，據(jù)統(tǒng)計，2005年中國城鎮(zhèn)污水量超過400億噸，2006年的污水處理率已達42.5%，2011年更是達到了70%左右，污水處理率越來越高，走向了良性循環(huán)，但是大量的污泥淤積使污泥處理成了一個難題。為了降低成本，就需對污泥進行干燥除濕，將污泥中的液態(tài)水分變成蒸汽蒸發(fā)到空氣中去，此時就需要一定的蒸發(fā)驅(qū)動力來克服水分的結合力。目前主要應用的干化方式有兩種方式：第一是傳統(tǒng)熱能污泥干化，第二是太陽能污泥干化。而常規(guī)的污泥干燥機使用蒸汽，大量電熱或化石燃料所提供的高耗能，低效率熱源，而太陽能以其獨有的可再生性，清潔無污染和無需運輸?shù)奶攸c，具有一定的經(jīng)濟和社會效應。太陽能干化技術在歐洲國家已經(jīng)較為成熟，而在我國利用太陽能干燥除濕也已列入科技攻關計劃，國家的重視和投入使該項技術得到迅速的發(fā)展。

1 太陽能污泥除濕干燥的原理和運用

1.1 原理 太陽輻射的能量在污泥表面大量地被吸收，這樣使污泥內(nèi)部相比較于污泥外溫度大，同時污泥和周圍環(huán)境空氣之間的水蒸發(fā)能力差也會變大，由于溫差太大，空氣中的水分需盡快從溫室釋放，這樣來保證與空氣相反方向的水蒸發(fā)能力不會太快上升。以水霧等形式排出室外，單位時間內(nèi)向室外排出的水分與季節(jié)有關。在春夏秋季節(jié)水分隨空氣排出的量約占全年總排量的70%，冬季排出水分僅占總量的30%。據(jù)相關組織調(diào)查，太陽能可自然干化污泥的量最多可達90%DS。德國的統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，僅在太陽能干化的情況下，水蒸發(fā)能力平均每年大約為800kg/m。

1.2 運用 太陽能的污泥干燥除濕是污泥處理工藝的一種新型方法，目的有以下幾點：第一是縮減污泥的固有體積，以便于更加方便處理和運輸；第二是為了節(jié)約各項成本；第三則是改善污泥的組織成分，這樣可以使其達到衛(wèi)生方便處理的目的。但是它的主要目的不是對污泥進行最終的處理，而是通過太陽能的干燥除濕，使污泥干化后可以進行再利用。除此之外，這種方法的適用性很強，可與各種傳統(tǒng)工藝相結合，為這些傳統(tǒng)工藝節(jié)省大量的熱能。進行干化處理后產(chǎn)生的干化顆粒，它的熱值與褐煤的熱量差不多，如果用普通處理方法，必須消耗大量化石燃料，所需要的單位能耗為800-1200kw/t蒸發(fā)水；然而采用太陽能裝置對污泥進行干化處理，能耗可降低至20-30kw/t蒸發(fā)水，這樣大大降低了成本。

2 傳統(tǒng)工藝與太陽能工藝比較

傳統(tǒng)的一些方式不利于環(huán)境的保護，而近幾年主流的方式是熱干化，主要是利用設備對污泥進行干燥除濕。按照污泥與熱介質(zhì)的接觸方式進行分類，干燥除濕設備可分為直接干化型、間接干化型和聯(lián)合式干化型等工藝類型。其中采用直接加熱污泥進行干燥除濕的歐洲具有代表性的污泥干化廠是英國的Bransands（可蒸發(fā)水量為7×5000kg/h）；采用間接加熱對污泥進行干燥除濕的廠是西班牙的巴塞羅那（可蒸發(fā)水量為4×5000kg/h）。

太陽能污泥干化工藝是指把太陽能作為能源對污泥進行干燥除濕。此類方法可以利用傳統(tǒng)的溫室干燥技術與當代的自動化技術相結合，將其應用于污泥處理領域，因為太陽能這種能源資源豐富，是一種易獲得的能源，污泥的產(chǎn)量不斷增加，又由于相關環(huán)境衛(wèi)生組織的處理污泥政策使傳統(tǒng)的污泥處理方法受到了制約，比如說填埋、農(nóng)用等傳統(tǒng)的方式。因此，此種技術被進一步推廣和運用，比如說威立雅和得利滿等水處理公司都相繼開發(fā)了自身的專利技術Solia工藝和Helantis工藝。

相比較于傳統(tǒng)的污泥處理工藝來說，太陽能污泥工藝處理有以下優(yōu)點：①資源豐富，獲取成本低。②效果好，處理后的污泥體積可減少5倍左右。③系統(tǒng)穩(wěn)定，灰塵產(chǎn)量少。④設備操作簡單，維護方便，壽命長。⑤可對污泥進行再利用，利于保護環(huán)境。

3 歐洲實用的太陽能污泥干化處理工藝和設備

3.1 工藝 ①表面干化：通過對污泥的翻動來不斷更換污泥的表面，不斷蒸發(fā)表層水分，同時將濕氣通過通風系統(tǒng)排出。②好氧干化：不斷對污泥進行翻動和通風，以至于使污泥在有氧條件下進行穩(wěn)定化處理，避免在厭氧條件下產(chǎn)生臭味。

3.2 設備 ①翻泥設備：a廊道式翻泥機，常用于堆肥場，自動化程度高，不需要操作人員。b跨越式翻泥機，由農(nóng)用拖拉機和翻泥機組成，需現(xiàn)場操作人員，適合用于大面積操作。②通風設備：a排風機：通過排風通道排出溫室中的潮濕空氣，同時吸進外界沒有飽和的干空氣。b分層扇：通過分層扇設備可以使得溫室內(nèi)的氣體在垂直方向上均勻分布。③溫室管理：a為了更好地大面積有效處理，污泥的放置方式可分為平鋪和三角形堆放。b輸入污泥的方式分成分組式和連續(xù)式。④對不良性有害氣味的控制方式：第一種是開放式：環(huán)境空曠，氣體擴散比較快，但是需要考慮污泥的類型和大氣污染物的排放標準問題。第二則是密閉式：收集從溫室內(nèi)排出的氣體，根據(jù)污泥的類型，然后對氣體合理處理。

4 太陽能除濕干燥的缺點與目前的解決辦法

4.1 缺點 ①占地面積大。②受天氣和季節(jié)影響大。③除濕的效率比較低。

4.2 可用技術 ①太陽能與熱泵結合污泥干化技術。（圖1）。多層的立體構造，使所需的土地面積大大減少，更好的通風效果，使污泥的干化速度得到提升。耗能小，成本低，蒸發(fā)一噸水所需的電量僅為每小時70千瓦左右，為國家節(jié)省了大量的化石燃料，有利于保護環(huán)境。干化后的污泥體積變?yōu)樵瓉淼?0%-30%，效果比較好。②太陽能真空集熱管。隨著現(xiàn)代透光材料與氣體流的研究，能夠有效提高集熱效率，使污泥干燥除濕的整體效率得到提高（圖2）。

5 結語

雖然太陽能污泥干燥除濕可以節(jié)省成本，有許多優(yōu)點，但是有占地面積大、效果也不是很穩(wěn)定等缺點。因此太陽能污泥干燥除濕技術還是無法取代傳統(tǒng)的熱干化技術，除非進一步提高集熱管的集熱效率或利用一些輔助能源來提高太陽能的熱利用率和干燥能力。在國內(nèi)，利用太陽能進行污泥除濕干燥的實例幾乎沒有，因為在國內(nèi)，城市污水處理廠規(guī)模都比較大，而太陽能污泥除濕的效率比較低，無法滿足國內(nèi)污泥處理量的需求。但是這種污泥處理方法對于一些小型工業(yè)區(qū)或者小城鎮(zhèn)的中小型污水處理廠，在可用地面面積能夠達到標準的情況下，這種工藝是非常有效的，它有助于大量減少處理的成本，有很好的經(jīng)濟和社會效應。

參考文獻：

[1]顧忠明，楊殿海.太陽能污泥干化在歐洲的應用[J].四川環(huán)境報.201027（6）.

[2]王明根，方躍飛，袁福平，張壁光.利用太陽能和高溫熱泵的城市污泥熱干化系統(tǒng)技術研究[J].干燥技術與設備，2007（06）.

[3]王傳奇，張振濤，呂君他，楊魯偉，周遠.溫室型太陽能污泥干燥研究[J].科技導報，2010（22）.

通訊作者：楊蘭玉。