污泥脫水干化技術研究

陸大瑋 水翼（中國）環境工程有限公司 張磊 煙臺辛安河污水處理有限公司

目前，污水處理廠在國內已得到廣泛應用，由此帶來的污泥處置作為一個急需處理的問題出現在人們面前。多年的重水輕泥思想使得目前污泥處置問題尤為嚴重，業界都在探討污泥解決之道。污泥處置方法中都必須要先經過脫水和干化，目前污泥脫水技術絕大部分只能將污泥含水率降到80%左右，進一步的脫水則需要污泥干化技術，前者在中國已經很成熟，但還有進一步發展空間，而后者在中國還處在起步和發展階段。

1 污泥脫水

污泥脫水技術在中國的發展經歷了國外進口——大部分進口，一小部分國產——進口國產共存——大部分國產，小部分進口。在這個過程中，國產技術和設備從小到大，從弱到強，發展到今天，已基本滿足工藝需要。但為了后續的污泥處置和設備的低能耗高效率運行，污泥脫水技術和設備還需要進一步優化。

1.1 污泥脫水技術的種類和比較

較早的污泥脫水是板框脫水，隨后是帶式壓榨脫水，再后來是離心機脫水。目前，板框脫水除了在煉鋼和洗礦等行業以及極小量的污泥處理中會使用外，其他領域已基本不用，其原因主要是處理不連續和操作繁雜等因素。目前污泥脫水技術中85%是帶式壓榨脫水，10%是離心機脫水，5%是其他型式的污泥脫水，如疊螺等。

帶式污泥脫水機由于處理量大，電耗低，加工制造技術要求不高等原因，被大范圍使用，在中國的污泥脫水中起到了中流砥柱的作用，但是由于帶式污泥脫水機的結構原理等因素，帶式污泥脫水機只能將污泥的含水率降到80%左右，對于洗礦冶金等廢水的污泥，其含水率能夠降得更低。

離心污泥脫水機由于其轉速高，對加工制造技術要求高，加上電耗大，所以應用不太廣泛。但是離心污泥脫水機運行操作人力勞動少，設備維護簡單，受到部分用戶的青睞。

1.2 污泥脫水技術優化和發展

無論帶式脫水機還是離心脫水機，都只能將污泥的含水率降到80%左右，要想進一步降低含水率，對于帶式脫水機而言，可以優化壓榨輥系分布，增大濾布在各個輥子上的包角，改變輥子的形狀，把主壓榨輥的圓柱面改為由若干個小圓柱組成；對于離心脫水機，增大長徑比，降低差速度。同時，除了加入高效優質的絮凝劑外，再加入合適的助凝劑（如FeCl3），能將含水率降到70%或更低。

疊螺污泥脫水機的原理是螺旋的螺距逐漸減小，中心軸的軸徑逐漸增大，污泥被螺旋推送，從大螺距一端流向小螺距一端，空間越來越小，污泥不斷被擠壓，從而達到脫水的目的。由于擠壓力來自兩個相鄰的螺旋、中心軸和金屬濾網，這個壓力要比帶式污泥脫水機壓榨力和離心機的離心力大很多，所以含水率可以最低降到65%左右。在相同的處理量下，疊螺污泥脫水的耗電量是離心機的三十分之一，所需的清洗水量是帶式污泥脫水機的百分之一。螺旋軸旋轉緩慢，設備結構簡單，無噪音，無振動，安全，無論是設備的操作還是維護都非常簡便。

為了能夠對脫水效果進行調節，疊螺脫水機可以設計成中心軸和螺旋在濾網筒里軸向移動，即延長和縮短擠壓時間，這種結構需要增加一套油壓系統，對設備制造加工精度有要求。國內的疊螺一般是將螺旋軸傾斜30°左右，依靠污泥的重力來增大對污泥的脫水力。

疊螺污泥脫水機缺點是處理量小，且不擅長無機污泥的脫水。

2 污泥干化

要使污泥能夠得到處置，含水率必須降到40%～50%，有些處置工藝甚至要求含水率降到20%～30%或更低，這就需要對污泥進行干化。

2.1 污泥干化原理

當濕物料與干燥介質相接觸時，物料表面的水分開始氣化，并向周圍介質傳遞。根據干燥過程中不同期間的特點，干燥過程可分為兩個階段。

第一個階段為恒速干燥階段。在過程開始時，由于整個物料的濕含量較大，其內部的水分能迅速地達到物料表面。因此，干燥速率為物料表面上水分的氣化速率所控制，故此階段亦稱為表面氣化控制階段。在此階段，干燥介質傳給物料的熱量全部用于水分的氣化，物料表面的溫度維持恒定（等于熱空氣濕球溫度），物料表面處的水蒸汽分壓也維持恒定，故干燥速率恒定不變。

第二個階段為降速干燥階段，當物料被干燥達到臨界濕含量后，便進入降速干燥階段。此時，物料中所含水分較少，水分自物料內部向表面傳遞的速率低于物料表面水分的氣化速率，干燥速率為水分在物料內部的傳遞速率所控制。故此階段亦稱為內部遷移控制階段。隨著物料濕含量逐漸減少，物料內部水分的遷移速率也逐漸減少，故干燥速率不斷下降。

2.2 污泥干化的分類

采用熱量對污泥進行進一步脫水稱為干化。干化的類型有很多種，按熱介質與污泥接觸方式分為直接干化式、間接干化式、直接—間接聯合干化；按設備形式分為轉鼓式、轉盤式、帶式、螺旋式、離心式干化機、流化床等；按干化設備進料方式分：干料返混式、濕污泥直接進料式。

2.3 污泥生物干化技術

污泥在好氧發酵過程中，將產生80～100℃的高溫，借助這個高溫，加上通風系統，可以對污泥進行干燥，這種方法實際是污泥高溫好氧發酵堆肥的前一部分，不需要對污泥腐熟化。和污泥高溫好氧發酵堆肥一樣，可采用條垛式、溝槽式和筒倉式，這三種型式的工程上的關鍵都是通風充氧和物料翻堆，由于不需要堆肥，只需干化，所以系統的功能只要滿足通風和翻堆這兩個功能即可，因此其所需時間少，占地面積小。

該工藝的關鍵是微生物好氧發酵，它受溫度、濕度、通風、返混比例和調理劑等影響。溫度的高低主要取決于環境溫度、污泥好氧發酵腐熟程度和通風等，因此選擇合適的返混比例和調理劑，以及良好的充氧和排氣是污泥生物干化的關鍵。干泥返混是為了降低污泥的濕度，提高含固率，使污泥跨過粘滯區，避免由于污泥板結而無法對污泥充氧，返混的比例以污泥是否板結為準。

污泥好氧發酵前要加入秸稈作為調理劑，主要是提高C/N至10左右，以便更好進行高溫好氧發酵，加入調理劑還能降低污泥含水率，使污泥結構蓬松，改善污泥的透氣性。

2.4 傳導干化技術

傳導干燥法通過金屬等表面間接傳遞干燥所需要的熱量。為了提高干燥速率和防止干燥不均，通常用機械攪拌或使容器本身旋轉，以增加或不斷更新物料的傳熱面，因此有必要深入研究傳熱機構的附著問題。干燥裝置本身價格昂貴，但其特點是集塵系統的負荷小、熱效率高、溶劑容易回收，總的費用比直接干燥法便宜得多。

2.4.1 帶式干燥機

帶式干燥機由若干個獨立的單元段組成。每個單元段包括循環風機、加熱裝置、單獨或公用的新鮮空氣抽入系統和尾氣排出系統。對干燥介質數量、溫度、濕度和尾氣循環量操作參數，可進行獨立控制，從而保證帶干機工作的可靠性和操作條件的優化。帶干機操作靈活，濕物進料，干燥過程在完全密封的箱體內進行，勞動條件較好，避免了粉塵的外泄。

太陽能污泥干化處理設備

2.4.2 滾筒干燥機

滾筒刮板干燥機是通過轉動的圓筒，以熱傳導的方式，將附在筒體外壁的污泥進行干燥的一種連續操作設備。需干燥處理的料液由高位槽流入滾筒干燥器的受料槽內。干燥滾筒在傳動裝置驅動下，按規定的轉速轉動。污泥由布膜裝置，在滾筒壁面上形成料膜。筒內連續通入供熱介質，加熱筒體，由筒壁傳熱使料膜的濕分汽化，再通過刮刀將達到干燥要求的物料刮下，經螺旋輸送至貯槽內。蒸發除去的濕分，視其性質可通過密閉罩，引入相應的處理裝置內；一般為水蒸氣，可直接由罩頂的排氣管放至大氣中。該機可通入蒸汽、熱水或熱油加熱干燥，可根據不同工藝要求采用浸入式、噴淋式、碾輔式等加料方式。

4 結語

污泥脫水技術在中國經過30多年的發展，已經很成熟，目前該技術主要以追求高效、低能耗、清潔和安全等為主要發展目標，隨著工程經驗的不斷積累，污泥脫水技術和設備會臻于完美，滿足各種條件狀況的脫水要求。相比之下，污泥干化技術和設備都不是很成熟，與國外還有差距，需要工程技術人員在實際工程和理論中探索，積累經驗。