污泥干化特性與焚燒處理分析

金志杰　俞錢龍　王志強

（天通吉成機器技術有限公司浙江嘉興314400）

污泥干化特性與焚燒處理分析

金志杰俞錢龍王志強

（天通吉成機器技術有限公司浙江嘉興314400）

污泥熱干化是污泥處理的重要方式，對于污泥的運輸、存儲和利用有重要作用，加強對污泥干化特性的了解，有助于后續焚燒等處理效果的提升。本文就對污泥干化特性展開分析，并在此基礎上提出焚燒處理方法，為污泥的處理提供參考。

污泥干化特性；焚燒處理；分析

1　污泥干化特性分析

1.1試驗準備

選擇的污泥樣品是某市污水處理廠脫水處理后的污泥，含水率是80%，在105℃條件下進行烘干與研磨，再使用60目篩進行處理，得到用于熱重試驗的試樣。其中，在污泥熱干化中，使用的是圓盤式干化系統，干化排放氣體分為兩部分，一部分是排出的冷凝液，另一部分是從活性炭吸附柜排出的氣體。

在干化排放氣體的氣體成分、濃度的測定中，需要選擇三個采樣點，分別是干化機、冷凝器和活性炭吸附柜的出口，然后再借助相應儀器分別測出冷凝液的COD、BOD5氨氮含量以及pH值。

在熱重試驗中，需要使用烘干后的污泥樣品15mg，儀器為TGA/SDTA85Le熱重分析儀，儀器參數為：熱解溫度取50℃～90℃；空氣流量取50mL/min，升溫速率分別取20℃/min、30℃/min和40℃/min。

1.2干化特性分析

1.2.1干化失重與速率

在干化失重與速率分析中，使用1000g污泥樣品，將其置于干化機內進行攪拌、加熱處理，溫度調節為160℃，干化蒸發氣體使用冷凝器進行收集，用電子天平對冷凝液質量進行實時測量，冷凝液質量變化表示的就是污泥干化失重過程，然后根據失重速度、傳熱面積，就能夠計算出干化速率，污泥干化失重與干化速率分別如圖1和圖2所示。

圖1　

圖2　

圖1可知，污泥失重在初始階段較快，在達到一定程度后，失重速度會放緩，直至不再變化，在經過300min干化后，污泥含水率會降至10%左右。圖2可知，在干化過程中，污泥含水率是逐漸減小的，在干化速率上，初始階段較高，然后隨著含水率減少而逐漸降低，到含水率50%～20%左右時，干化速率基本保持穩定，到最后階段，干化速率有小幅度增加，然后持續下降。

究其原因，當含水率在80%～50%階段，污泥處于黏稠狀態，具有一定流動性，容易攪拌和擠壓，熱量傳遞方便，熱干化具有較好傳熱效果，單位時間會蒸發出更多水分，體現為干化速率較高[1]。

當含水率在50%～16%階段時，污泥處于粘滯狀態，此時污泥會發生結塊，與攪拌軸、內表面之間出現粘附，降低熱傳遞效果，增加攪拌難度，導致水分蒸發難以增高，維持在一個相對穩定狀態，體現為干化速率變化不大；在這個階段中，隨著干化過程的持續，粘附的污泥已經干透，在攪拌作用下脫落，從塊狀成為粒狀，不再影響熱傳遞，出現短暫的水分蒸發加大，即干化速率增高的情況。

最后，含水率在16%附近時，污泥狀態會由粘滯轉為顆粒，當全部化為顆粒狀時，其含水率已經很低，蒸發的水分會越來越少，污泥的干化速率也會表現出下降趨勢，一直到零。

1.2.2干化尾氣成分

在干化機出口的氣體測定分析中，其排放的氣體中包含多種污染氣體，包括甲烷、揮發性有機酸等有機氣體和氨氣、氟化氫、氯化氫等無機氣體。其中，氨氣和有機酸來源于淤泥中含氮有機物蛋白質的水解，氯化氫、氟化氫等來源于污泥中同類游離氣體的揮發或者其它物質的受熱分解[2]。

由此可知，污泥干化過程會產生大量污染氣體，必須對其進行處理，以避免污染問題，在本試驗中，采用的處理方式是冷凝吸收與活性炭吸附。

在污泥干化過程中，污染氣體排放量最大的是氨氣，其濃度約為400mL/m3，最低的是氯化氫，有機酸、甲烷、氟化氫和氰化氫濃度差距不大。在污染氣體去除率上，冷凝和活性炭吸附對氨氣的去除率分別為81.35%、84.12%，總去除率合計為97.04%，是去除率最大的氣體；對比其他幾種氣體去除率，氨氣、氯化氫和氟化氫的冷凝吸附去除率均顯著高于活性炭吸附，而在氰化氫和有機酸去除率上，兩種方式差別不大，活性炭吸附只有甲烷去除率顯著高于冷凝吸附。

由于活性炭吸附成本相對較高，在大規模的污泥干化處理中，對于尾氣排放的處理，應采用冷凝吸附的方式，得到的干化氣體由臭氣管運輸至焚燒爐中，作為燃料使用。

2　污泥干化焚燒處理分析

污泥干化焚燒是先對污泥進行機械脫水，在污泥含水率降低到一定程度后，再進行焚燒，有效提高焚燒的效率，其處理系統包括干化系統、焚燒系統和煙氣凈化系統三大組成部分。

2.1污泥干化系統

污泥干化系統的原理是通過利用熱能來將污泥中水分蒸發，降低污泥水含量的，其傳熱過程發生在污泥與熱媒之間，污泥干化特性如上所述。在污泥干化中，根據干化后污泥含固率的大小，可以分為全干化和半干化兩種，其含固率分界點是90%，由污泥干化特性可知，在含水率降10%以后，其干化速率是逐漸降低的，所以，從經濟、低耗角度考慮，應當采取污泥半干化的處理方式。

在污泥干化系統的傳熱方式中，有對流、傳導和熱輻射三種方式，最常應用的是對流式、傳導式或者兩者結合的方式。

2.2污泥焚燒系統

污泥焚燒系統是在有氧條件下，根據高溫氧化作用，利用焚燒爐實現對有機物的氧化，得到盡量少的灰燼。在現階段，污泥焚燒爐采用的主要是流化床焚燒爐，其基本原理是物料與燃料以流化狀態置于爐膛內，燃料開始燃燒，在流化床焚燒爐的床內湍流、物料循環作用下，會延長燃燒停留時間，其燃料的燃燒更加徹底、充分，提高燃燒效率。

在污泥焚燒系統中，最為重要的是做好熱能平衡，由于熱能平衡會受污泥組成成分、含水率的影響，因此必須對污泥干化特性有詳細了解，在此基礎上，借助門捷列夫計算公式，得到污泥的低位和高位發熱量，確定熱能平衡點，判斷是否需要添加輔助燃料[3]。

2.3煙氣凈化系統

由污泥干化的尾氣特性可知，污泥中含有大量的污染物質，在燃燒時，會產生大量的二次污染，其排出方式主要是煙氣，因此，在污泥干化焚燒處理中，必須設計煙氣凈化系統。

在煙氣凈化系統中，其凈化的對象包括顆粒物、氮氧化物、酸性氣體以及其它有機氣體等，主要控制方式有：設置高效除塵系統，將煙氣中顆粒物和重金屬粒子除去；利用二級洗滌塔，將煙氣中的酸性氣體去除；利用煙氣溫度、爐內含氧量控制等手段，來降低氮氧化物產量。

3　結語

綜上所述，在現代污泥處理中，為避免產生二次污染、做好環境保護，干化焚燒處理成為污泥處理的主要方式。因此，加強對污泥干化特性的研究，以其為基礎做好污泥干化焚燒系統的設計，提高焚燒效率、降低污染產生，對環保型社會的建設有著重要意義。

[1]王睿坤,劉建忠,虞育杰,周俊虎,岑可法.城市污泥特性及其干化技術[J].給水排水,2010,S1:153-158.

[2]鄒道安,黃瑾,白海龍,王飛,麻紅磊,池涌.污泥熱干化和燃燒特性試驗研究[J].環境污染與防治,2012,04:5-10.

[3]李博,王飛,嚴建華,池涌.污水處理廠污泥干化焚燒處理可行性分析[J].環境工程學報,2012,10:3399-3404.

國家水體污染控制與治理科技重大專項（2013ZX07315-002）。