城市污水處理廠污泥熱干化工程工藝技術及關鍵設備介紹

馬楠

（中國通用機械工程有限公司 北京 100050）

城市污水處理廠污泥熱干化工程工藝技術及關鍵設備介紹

馬楠

（中國通用機械工程有限公司 北京 100050）

城市污水處理廠脫水后污泥含水率一般在75%左右，生物污泥由于其成分復雜，污泥處置問題已成為解決現代城市污水處理廠產物的重難點問題。本文介紹了目前國內外較為常見的污泥熱干化工藝設備，包括雙槳葉式干化工藝、帶式干化工藝、兩段式組合干化工藝、流化床干化工藝、立式圓盤式干化工藝、轉鼓式干化工藝、轉盤式干化工藝。

污泥處理；污泥熱干

隨著污水處理設施的普及、處理率的提高和處理程度的深化，污水處理廠的污泥產生量也隨之較大增長。污水處理過程中產生的污泥，有機物含量較高，且很不穩定，易腐化，含有大量病菌及寄生蟲，因此如何合理地處理和處置污泥，已成為城市污水處理廠和相關環保部門必須引起重視的問題。

近年來，在眾多污泥處置出路中，污泥熱干化工藝由于能夠輕易使城市污水處理廠在生產過程中產生的污泥減量化、穩定化、無害化、資源化，得到了各國的廣泛應用。目前國內外較為常見的污泥熱干化工藝關鍵設備有如下七種：

1 雙槳葉式干化工藝設備

圖1 槳葉式干化工藝設備內部結構圖

圖2 槳葉式干化工藝設備外部結構圖

1.1 工作原理

雙槳葉式干化機的主要原理是利用高溫熱油間接的將活性污泥的水分蒸發掉，從而達到干燥的目的。雙槳葉干化機里面有兩個互相嚙合的反向旋轉的攪拌器，每個攪拌器都有很多槳葉片，攪拌軸和葉槳都是中空結構。熱油在攪拌軸和葉槳中反復進出，把軸和槳葉加熱，濕污泥在攪拌軸和葉槳的外部通過，從而被間接加熱干燥。干燥之后的污泥被干化機輸送裝置送入到冷卻器中，被非飲用水間接冷卻至低于40℃然后根據客戶自己的要求適當處理。

1.2 槳葉式干化機的特點

(1)單位體積設備傳熱面大，設備結構緊湊，占地面積小。(2)由于無需空氣循環，設備內部含氧量低，且工況較平和，工作溫度較低，裝置較為安全可靠。(3)尾氣溫度高，能量可部分回收。(4)可通過調整進泥量、污泥輸送速度、供熱量等，抵消進泥含水率的波動影響。(5)出泥較靈活，既可實現半干化，也可實現全干化。

1.3 槳葉式干化機的缺點

(1)干燥器本身幾乎沒有軸向推力，物料機械清空存在難度。(2)槳葉式干化機末端污泥干度可達到90%，國內各城市污水處理廠污泥含砂量普遍高于國外，例如重慶地區甚至可高達40%，即污泥與槳葉及內壁接觸的面積約五分之二都是砂粒，其磨損的風險相當大。(3)換熱面不具備機械強制更新（刮削），容易結垢。

2 帶式干化工藝設備

2.1 工作原理

脫水污泥鋪設在透氣的烘干帶上后，被緩慢輸入烘干裝置內。通過多臺鼓風裝置進行抽吸，使烘干氣體穿流烘干帶，并在各自的烘干模塊內循環流動進行污泥烘干處理。污泥中的水分被蒸發，隨同烘干氣體一起被排出裝置。在烘干脫水污泥時，根據烘干溫度的不同可采用以下兩種帶式烘干裝置：

(1)低溫烘干裝置：主要利用自然風的吸水能力對脫水污泥進行風干處理。T=環境溫度至65℃。（2）中溫烘干裝置：若自然風干能力不夠，必需額外注入熱能，T=110℃～130℃。

圖3 帶式干化工藝設備結構圖

2.2 帶式干化機的特點

(1)烘干過程中，污泥相對靜止，粉塵含量低，無需防爆措施或防爆設備。（2)烘干裝置處于負壓狀態，基本不會產生臭味外溢。(3)裝置的機械結構和操作方式簡單，保養工作量較少。(4)可通過調整輸入的污泥流量、烘干帶的輸送速度和輸入的熱能，自由設置出泥含固率。

2.3 帶式干化機的缺點

(1)單套設備處理能力小，設備占地面積較大。(2)單位蒸發水量的能耗較其他工藝設備高。(3)臭氣量較大，硫化氫等污染物及不凝性氣體的濃度較高，回收有一定難度。

3 兩段式組合型干化工藝設備

3.1 工作原理

兩段式組合型工藝包括兩級干化，分別利用薄層干化機和帶式干化機技術。一級處理階段多余的能量部分轉換成熱量，提供給二級處理階段。

兩段式組合型工藝示意圖見下圖：

圖4 污泥二級干化處理工藝流程示意圖

在第一階段，脫水污泥由螺桿泵連續地投入水平薄層蒸發器中。蒸發器的旋轉葉片將污泥涂成薄層緊貼在中空的殼體內壁。熱介質在中空殼體間循環流動，對附著在內壁的污泥加熱。蒸發產生的熱蒸汽被抽出送到一個冷凝裝置或交換器中，為帶式干化機的蒸汽提供部分熱量。

圖6 污泥薄層干化機結構圖

污泥從薄層干化機出來后直接落入切碎機上，通過一個帶有10mm直徑小孔的格柵進行擠壓，形成1mm～10mm直徑的“面條”。形成的污泥顆粒通過一個回轉輸送裝置將污泥在整個寬度范圍內配送均勻，然后送到帶式輸送機的傳送帶上。傳送帶以一定的速度前進，保證污泥顆粒不會移動，也不產生摩擦，避免產生粉塵。3.2工藝特性

(1)采用創新性的兩級干化工藝（一級處理后污泥干度達到～55%，二級干化處理后污泥干度達到70%～90%），使得污泥在第一處理階段具有可塑性時已經形成顆粒，第二階段確保了該工藝無塵，其設備本身更加安全可靠。(2)薄層蒸發器產生的蒸汽能量被回收，用于加熱帶式干燥機的空氣，和其他傳統處理系統相比可節省高達30%的能耗。(3)需要補充的新鮮空氣量很少，封閉空氣回路的使用也大大降低了廢氣排放量。(4)污泥顆粒一次性形成，無需返混，干化度范圍為70%～90%間可調。(5)兩段法干化工藝所需輔助設備量大，安裝、操作和維護較為復雜。

4 流化床干化工藝設備

4.1 工作原理

通過流化床下部風箱，將循環氣體送入流化床內。顆粒在床內流態化并同時混合。通過循環氣體不斷地流過物料層，達到干化的目的。

流化床干化系統的密閉設計可避免系統內的氣體泄漏到大氣中，同時可避免大氣進入干化系統。

圖7 流化床原理示意圖

4.2 工藝特性

(1)可直接將污泥加入流化床，而不需要返料造粒系統。（2）整個系統在一個低氧含量（0%～3%體積比）密閉的空氣回路中運行，安全可靠，氧含量大大低于燃點。（3）整個流化床干化機包括氣體回路系統均由標準設備組成（如風扇、氣鎖閥、螺旋輸送、容器罐等），運行和維護低成本。(3)熱量通過流化床的熱交換器非直接輸入，因此，產品和能量交換介質之間沒有直接的接觸。

4.3 流化床工藝的缺點

(1)流化床出泥含固率不能靈活調整，一般為92%左右，故如需得到70%～90%含固率的干化污泥則需對污泥進行“返混”，增加設備投資。(2)流化床中污泥處于快速流動狀態，其不可避免的會與底部的金屬盤管發生劇烈摩擦，造成盤管的更換，如污泥含砂量高，其更換的周期將大大縮短，勢必增加設備投資，從而增加設備運行費。

5 立式圓盤式干化工藝設備

立式圓盤干化工藝，又稱珍珠工藝，在歐洲和北美利用廣泛。其核心設備是污泥涂層機和盤式干化機。再循環的干污泥顆粒返回涂層機與濕污泥混合，其過程中干粒起到“珍珠核”的作用。涂覆了濕污泥的顆粒被送入盤式硬顆粒造粒機。借助于旋轉耙臂的推動作用，污泥顆粒從造粒機的上部圓盤通過造粒機直至底部圓盤。在此過程中，造粒機的中空圓盤里循環的熱油將污泥中的水分蒸發，通過排氣風機將水蒸氣從造粒機中抽出，從而使污泥干化。每個污泥顆粒平均循環5～7次，每次都有新的濕污泥涂覆到輸入的顆粒表面。顆粒的生長類似珍珠形成過程，在干化工藝最后形成一個堅硬容易處理的圓形顆粒。該工藝是一種獨具特色的回收能量和節省費用的污泥處理方案，但目前在國內沒有工程實例。

6 轉鼓式直接加熱工藝設備

熱對流式轉鼓干燥工藝屬于污泥直接干化工藝，干化機內部有三個同軸圓筒狀轉鼓，因此也稱為三通道轉鼓。污泥和熱空氣直接進行接觸，通過熱對流作用，不飽和的熱空氣（工藝氣體）分布在污泥表面，提供水蒸發所需的能量，迅速去除污泥中的水分。

轉鼓進口處的污泥是濕污泥與干污泥混合而成的，通過調節混合比例可以改變污泥的含水率，能適應脫水污泥含水率的波動。在整個工藝過程中，轉鼓和其他所有的設備都是在微負壓狀態下工作，因此整個系統不會外泄粉塵和臭氣。最終的產品污泥是均質的顆粒狀泥球，適合于大中型干化廠。

7 轉盤式干化工藝設備

轉盤式干化機的轉子為一組由中空軸貫穿連通的中空轉盤。干化器的轉盤夾套內有充入高溫的質（蒸汽、熱油或熱水等），均勻加熱干化器內的所有轉盤壁。

脫水污泥從干化機的一端流入，流過轉盤與定子之間的空隙，達到另一端，經底部的出料閥流出。經過轉盤表面接觸傳熱，脫水污泥中所含的水分被蒸發。干化后的顆粒進入分離料斗，一部分顆粒被分離出再返回進口，另一部分粒徑合格的顆粒通過進一步冷卻后送入料倉儲存。

干化機中的刮泥刀和輪翼系統可防止物料粘在熱交換器表面，使污泥與熱表面保持連續接觸，而不被粘結在上面的導熱性能很差的干料阻隔，從而提高干化效率；備有真空吸氣裝置的定子可以降低干化過程的溫度；依據物料性質設計的填料函可自動加注潤滑油。

圖8 轉盤式干化機原理示意圖