高速旋流低溫污泥干燥技術(shù)與資源化利用研究

余維金，黃開明，王篩林，李 紅

（武漢天源環(huán)保股份有限公司，武漢 430090）

隨著我國城鎮(zhèn)污水處理率的不斷提高，城鎮(zhèn)污水處理廠污泥產(chǎn)量也急劇增加。據(jù)住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部《中國城市建設(shè)統(tǒng)計(jì)年鑒》統(tǒng)計(jì)，截至2017年年底，城鎮(zhèn)污水處理廠污水處理能力1.98 億m3/d，平均運(yùn)營(yíng)負(fù)荷率為82%。按此數(shù)值估算，全國城鎮(zhèn)污水處理廠濕污泥（含水率80%）產(chǎn)生量約2 241 萬t，每天約產(chǎn)生濕污泥6.14 萬t。由此可見，污泥處理與處置已經(jīng)成為迫切需要解決的問題。

現(xiàn)階段，我國絕大多數(shù)城鎮(zhèn)污水處理廠采用“加藥劑絮凝+高壓板框壓濾或帶式脫水機(jī)脫水”的工藝路線，將污泥含水率降至75%（板框脫水）或82%（帶式脫水）后出廠運(yùn)送至污泥處置單位。目前，污泥處置多采用衛(wèi)生填埋、污泥焚燒、土地利用、熱干化、熱水解+厭氧消化、低溫?zé)峤獾燃夹g(shù)[1-4]。《城鎮(zhèn)污水處理廠污泥處置 混合填埋用泥質(zhì)》（GB/T 23485-2009）和《生活垃圾填埋污染控制標(biāo)準(zhǔn)》（GB 16889-2008）都明確規(guī)定，污泥混合填埋含水率應(yīng)小于60%[5]。但是，脫水后直接填埋是不符合國家規(guī)范的。脫水泥餅直接送至垃圾焚燒發(fā)電廠焚燒，因其含水率較高、熱值較低，需要消耗大量輔助燃料，導(dǎo)致處理成本無法承受。熱干化、熱水解+厭氧消化、低溫?zé)峤獾燃夹g(shù)由于占地面積大、投資和運(yùn)營(yíng)成本高等缺點(diǎn)也不能滿足市場(chǎng)需求，因此，尋找低能耗、高效率的污泥干燥技術(shù)對(duì)解決“污泥圍城”具有重大意義。

1 高速旋流低溫污泥干燥技術(shù)概述

1.1 基本原理

污泥中的水可分為間隙水、毛細(xì)結(jié)合水、表面吸附水和內(nèi)部水等四類，謝波等人采用熱水解、超聲波和微波等3 種方法預(yù)處理污泥[6]。結(jié)果表明，在各種預(yù)處理中，污泥pH 值變化不顯著，污泥破解效果隨處理強(qiáng)度的增加而增強(qiáng)。而高速旋流低溫污泥干燥技術(shù)是依靠空壓機(jī)和鼓風(fēng)機(jī)使污泥濕料高速旋轉(zhuǎn)形成的剪切力破除污泥的細(xì)胞壁，將內(nèi)部水釋放出來。

城鎮(zhèn)污水廠污泥經(jīng)板框壓濾機(jī)或帶式脫水機(jī)脫水后，污泥含水率為75%～82%，經(jīng)螺旋輸送至高速旋流低溫污泥干燥系統(tǒng)，由電力驅(qū)動(dòng)空壓機(jī)和鼓風(fēng)機(jī)將固液混合物瞬間加速，固液混合物的水分因高速碰撞被擠壓出來，強(qiáng)大的撞擊剪力將固體破碎至 300 mesh以下，此過程因比重的差異分離出不同粒徑大小或形狀的顆粒，而表面水和細(xì)胞內(nèi)水分受剪應(yīng)力的影響而分離，分離出的水分在旋風(fēng)離心的過程中因持續(xù)旋轉(zhuǎn)并破碎成更為細(xì)小的顆粒后隨著氣流被帶出，僅有少部分的液體隨蒸發(fā)而散去。出料污泥含水率約為30%。高速旋流低溫污泥干燥工藝流程如圖1所示，一級(jí)高速旋流低溫污泥干燥系統(tǒng)構(gòu)造如圖2所示。

1.2 工藝重點(diǎn)設(shè)備介紹

本公司污泥旋風(fēng)干燥機(jī)，以電動(dòng)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)設(shè)備，將可降低噪音及運(yùn)行成本。其主要部件有八個(gè)。

一是進(jìn)料倉（A）。進(jìn)料倉區(qū)分為濕料倉（80%含水率污泥）及干料倉（30%）含水率污泥，濕料及干料分別由不同料倉儲(chǔ)存，其出料分別由各倉定量輸送螺旋送至輸送帶（或螺旋）。二是混料機(jī)（B），主要將來自輸送帶（螺旋）送達(dá)的干料和濕料進(jìn)行混合，降低污泥黏度，避免污泥在輸送過程中黏附在管路中。

三是鼓風(fēng)機(jī)（C），提供污泥在設(shè)備中形成旋流狀態(tài)所需的風(fēng)量，同時(shí)吸收空壓機(jī)產(chǎn)生的熱量供給整個(gè)系統(tǒng)。四是空壓機(jī)（D），提供高壓空氣在進(jìn)料端產(chǎn)生局部震波破碎污泥。五是負(fù)壓進(jìn)料系統(tǒng)（E），通過空壓機(jī)與風(fēng)機(jī)形成局部負(fù)壓，將污泥瞬間吸入旋風(fēng)分離桶中。

圖1 高速旋流低溫污泥干燥工藝流程

圖2 一級(jí)高速旋流低溫污泥干燥系統(tǒng)構(gòu)造

六是旋風(fēng)分離桶（F），本設(shè)備設(shè)計(jì)三組旋風(fēng)分離桶，直徑由小而大。第一、二個(gè)分離桶主要提供破碎功能，污泥由大顆粒破碎成小顆粒污泥，第三（最大）分離桶作為氣固分離使用。由于污泥比重較大，當(dāng)空氣流速降低時(shí)，污泥靠離心及重力作用，朝分離桶下方聚集后予以收集。

七是出料螺旋（G），在旋風(fēng)桶下方收集之污泥干料，由出料螺旋排出，部分返送回干料倉，作為進(jìn)料調(diào)理使用。八是引風(fēng)機(jī)（H），本風(fēng)機(jī)將廢氣再次加壓，輸送至噴淋塔中進(jìn)行處理，降低粉塵及臭氣濃度。

1.3 產(chǎn)品介紹

本設(shè)備可將帶式脫水機(jī)脫水后含水率82%的市政污泥脫水至含水率30%。燥產(chǎn)品實(shí)物如圖3所示。

圖3 干燥產(chǎn)品實(shí)物圖

高速旋流低溫污泥干燥技術(shù)主要有7 個(gè)優(yōu)點(diǎn)。一是無土建。本工藝不需增加額外池槽進(jìn)行污泥調(diào)理或加藥，可直接由現(xiàn)有脫水設(shè)備出料至本工藝處理，可免去額外土建投資成本。二是無藥劑添加。本工藝不需加藥或石灰，可減少大量藥劑費(fèi)用，在不改變污泥性質(zhì)的條件下進(jìn)行干燥脫水。三是無額外人力。本工藝為全自動(dòng)化設(shè)備，所需人員配置少。

四是無污水產(chǎn)生。在高速旋風(fēng)干燥系統(tǒng)中，污泥水分以水霧的形式被氣流帶出，散發(fā)到空氣中，無液態(tài)水產(chǎn)生。五是易于維護(hù)保養(yǎng)。本工藝構(gòu)造簡(jiǎn)單，主要運(yùn)行設(shè)備為空壓機(jī)和風(fēng)機(jī)，保養(yǎng)維護(hù)容易，不需大量額外耗材與配件更新。六是占地面積小：處理100 t/d 的市政污泥，占地面積不足1 000 m2。七是能耗低。本技術(shù)無需外加熱源，利用空壓機(jī)自身發(fā)熱配合風(fēng)機(jī)提供的大風(fēng)量來完成污泥旋流干燥，能耗非常低。常見干化方式對(duì)比如表1所示。

表1 常見干化方式對(duì)比

2 二次污染檢測(cè)

2.1 空氣污染檢測(cè)

本工藝可能產(chǎn)生的空氣污染相關(guān)檢測(cè)如表2所示，各項(xiàng)指標(biāo)均符合國家空氣污染排放標(biāo)準(zhǔn)。

表2 空氣污染檢測(cè)指標(biāo)對(duì)比

2.2 噪聲污染檢測(cè)

本工藝噪聲主要來源于空壓機(jī)、鼓風(fēng)機(jī)和負(fù)壓進(jìn)料設(shè)備，故將其用隔音設(shè)備進(jìn)行降噪處理，污泥干燥系統(tǒng)廠區(qū)周界（20 m）處，噪聲檢測(cè)值為60.4 dB，干燥設(shè)備旁（6 m），噪聲測(cè)值為62.6 dB，相對(duì)應(yīng)位置噪音量檢測(cè)表如表3所示。

表3 噪聲污染檢測(cè)

3 高速旋流低溫污泥干燥產(chǎn)品資源化

由于污泥中含有比較豐富的有機(jī)營(yíng)養(yǎng)成分，如氮、磷、鉀等元素，可進(jìn)行堆肥處置，趙麗君等人在1999年研究了城市污泥堆肥技術(shù)，結(jié)果表明污泥堆肥是可行的[7]。中國科學(xué)院蔡璐等人對(duì)我國大中型城市的37座污水處理廠的脫水污泥進(jìn)行取樣調(diào)查，結(jié)果表明，污泥干基熱值范圍為5 844～19 303 kJ／kg，均值為11 850 kJ／kg[8]。蔣建國等人利用污泥的熱值將其制成了衍生成型燃料[9]。

方案一：污泥干料可進(jìn)行堆肥，因?yàn)槲勰嘣谛L(fēng)干燥過程中未經(jīng)過加熱處理，有機(jī)質(zhì)保存完整，可提供植物生長(zhǎng)所需的營(yíng)養(yǎng)。堆肥成品所含有機(jī)質(zhì)及營(yíng)養(yǎng)質(zhì)有所差異，但整體養(yǎng)分所占比例皆在70%以上，可用于園林綠化、生態(tài)修復(fù)或土壤改良，如圖4所示。

圖4 污泥干料堆肥工藝流程

方案二：污泥干料可造粒制成成型燃料，熱值約為1 200 kcal/kg，可與生活垃圾混合燃燒，供垃圾焚燒發(fā)電廠燃料使用，如圖5所示。

圖5 污泥干料制成型燃料工藝流程

4 結(jié)論

高速旋流低溫污泥干燥技術(shù)充分利用空氣動(dòng)力學(xué)加上特殊的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，使系統(tǒng)內(nèi)產(chǎn)生空氣流和物料流，并保持兩項(xiàng)不混合，通過二級(jí)旋流干燥系統(tǒng)可將污泥含水率從82%降至30%。整個(gè)系統(tǒng)做到了在無外加熱源的情況下將污泥中的水分脫除，水分以水霧的形式被空氣流帶走，干燥效果好，占地面積小，投資和運(yùn)營(yíng)費(fèi)用相比其他干化工藝低，產(chǎn)品含水率低，粒徑小，可制成有機(jī)肥或造粒制成成型燃料，該技術(shù)應(yīng)用在污泥處置領(lǐng)域?qū)⒕哂辛己玫陌l(fā)展前景。