薄層干化技術在含油污泥處置中的應用

王爭剛

（東華工程科技股份有限公司，安徽合肥230024）

近年來，隨著工業化快速發展，我國每年石油化工等行業產生的污泥總量已超過500余萬噸，并且產量呈現逐年增加的趨勢。含油污泥來源主要有三種途徑：原油開車、油田集輸過程、煉油廠污水處理場。

含油污泥的成份非常復雜，其含有大量老化原油、固體懸浮物、鹽類、細菌、腐蝕產物等，還含有在生產過程中加入的大量水處理劑。含油污泥是一種極其穩定的懸浮狀溶液體系，含有硫化物、苯系物、酚類、蒽、芘等有惡臭的有毒有害物質，其所含的某些烴類物質具有致癌、致畸、致突變作用。除此之外，含油污泥含有銅、鋅、鉻、汞等重金屬，難降解有機物及生物病原菌等，若直接排放會污染土壤、水體、植被和大氣，同時造成石油資源的浪費。因而，含油污泥已被列入《國家危險廢物名錄》中的含油廢物類，《國家清潔生產促進法》要求必須對含油污泥進行無害化處理。

目前，通過系統評價含油污泥特性來指導污泥處理方法的相關研究報道非常有限，對比分析含油污泥處理效果缺乏科學依據。通常認為，含油污泥是由油包水（W/O）、水包油（O/W）乳化液及懸浮固體等成分組成的穩定懸浮乳狀膠體，具有含水量高、體積大、成分復雜、有害成分多、干燥速率慢、脫水難度大等特點。現階段，含油污泥處置方法有多種，但從綜合利用的技術現狀來看，缺少高附加值的深度處理和利用技術，且存在二次污染問題。鑒于污泥干化焚燒處理方式在西方國家已經得到普遍應用和推廣，無疑干化焚燒將成為現階段最主要、最理想的技術處置方案之一。而污泥干化工藝作為減量化、無害化、資源化處理的重要環節，具有重要的意義。

由于含油污泥的特殊性，干化工藝的選擇需要綜合考慮其安全性、技術適用性、經濟適用性、應用推廣情況，結合國內外已經投運的含油污泥干化所應用的工藝設備類型，對帶式、槳葉式、圓盤式、薄層式這4種污泥干化工藝設備類型進行比選，并結合上述4種干化設備的技術成熟性、系統穩定性、運行安全性、處置環保性及適用廣泛性，綜合考慮最終采用薄層干化工藝設備。

本文通過介紹薄層干化技術的工作原理，結合工程項目說明薄層干燥技術在含油污泥處理上的優勢，供工程設計人員在選擇含油污泥干化技術時參考。

1 薄層干化機的工作原理

德國BUSS-SMS-Canzler臥式薄層干化工藝技術具有30多年的應用歷史，近年來引進國內市場用于工業污泥、市政污泥處置，在多個工程項目上均有應用。

薄層干化機由帶加熱層的圓筒形殼體、殼體內轉動的轉子、轉子的驅動裝置組成。主要由外殼、單軸轉子葉片和驅動裝置三大部分組成。外殼體夾套間可注入蒸汽或導熱油作為污泥干燥工藝的熱媒；內筒壁作為與污泥接觸的傳熱部分，提供主要的換熱面積以及形成污泥薄層的載體。轉子上由螺栓連接固定有作為涂層、混合和推進用的槳葉，槳葉與內壁間距僅5～10 mm，槳葉可對內殼壁加熱表面進行自清潔。進入薄層干化機中的污泥被轉子涂布于加熱壁表面，轉子上的不同規格、不同傾斜角度的槳葉在對加熱壁表面的污泥反復翻混的同時向前推進，輸送干泥到出泥口。在此過程中，污泥中水分被逐漸蒸發至設定值。污泥在干化機內停留時間為10 min左右，可實現快速啟停和排空，對工藝控制反應迅速。

薄層干化工藝分一段法和二段法，一段法工藝僅有薄層干化機，主要是以分離自由水為主的污泥半干化；二段法工藝是在薄層干化機后增加了線性干化機。線性干化機為U型螺旋輸送機，通過轉軸和U型殼體加熱，可有效釋放含油污泥中的結合水。在污泥全干化方面，二段法比一段法優勢明顯。

2 應用實例

2.1 工程概況

某環保企業位于某市經濟技術開發區，污泥處置項目建設規模為60 t/d，該項目是以焚燒為目標處置污泥的，系統包括含油污泥干化、焚燒、煙氣處理、配套設施等處理設備。本文主要介紹其污泥干化工段。

2.2 含油污泥來源及性質

本項目為污水處理場的含油污泥安全化處置配套項目，含油污泥主要來源于煉油廠隔油池底泥、浮選池浮渣、原油罐底泥等，俗稱“三泥”。這些含油污泥組成各異，通常含油率為10%～50%，含水率為40%～90%，同時伴有一定量的固體。污水處理場含油污泥脫水后含水率為80%，由于本項目為工業園區配套污泥處置工程，且接收外來污泥，含油量不穩定，約在2%～25%。因此綜合考慮系統設置為兩段法污泥干化，一段采用薄層干化，一開一備，減量后共用一臺線性干化機。含水率80%含油污泥處置量為2.5 t/h。根據下游焚燒爐燃料配伍要求，實現污泥半干化或全干化，僅通過一段薄層干化含水率為30%，再通過二段線性干化含水率可降低為約10%。

2.3 薄層干化工藝流程

采用薄層干燥處理含油污泥的流程圖見圖1。

圖1 含油污泥干化處理工藝流程Fig.1 Dry treatment process of oily sludge

干化流程主要分為污泥介質流程和廢氣介質流程。污泥介質流程：濕污泥接收倉+污泥輸送螺桿泵+薄層干化機+線性干化機+污泥冷卻器；廢氣介質流程：混合氣（污泥接收倉臭氣+薄層干化機廢氣+線性干化機廢氣）+旋風除塵器+水膜除塵器+引風機+除臭裝置。

來自污水處理站含水率80%濕污泥由專用污泥運輸車運輸至廠內，傾倒入污泥接收倉，倉內污泥經螺旋輸送機、螺桿泵變頻控制輸送至污泥薄層干燥機進行干化處置。干化機內除設有重氮保護裝置，還有氧含量、溫度檢測等安全保護設備，參與系統聯鎖控制，保證系統安全穩定運行。污泥干燥機通過變頻控制轉速，調節污泥在干燥機內的停留時間，從而調節干化后干污泥的含水率。在污泥干燥機中，飽和蒸汽通過薄層干燥機外殼夾套和空心轉子葉片的金屬壁面與濕污泥進行間接換熱，將熱量傳遞給污泥干燥機內的濕污泥，飽和蒸汽以冷凝水的形式排出，送入焚燒系統處理后作為余熱鍋爐上水。一段薄層干化可使含水率約為80%的濕污泥干化成含水率約為30%的半干污泥，如熱值達到下游危廢焚燒爐配伍要求，再輔助噴入少量天然氣，可達到焚燒爐熱負荷。如不能達到熱值要求，則需要二段式薄層干化，經線性干化后污泥含水率可進一步減量到約5%～15%，具體根據焚燒爐燃料熱值要求設定。

含油污泥自干化機排出的廢氣組成主要為水蒸汽、粉塵、少量氮氣和一定量的低沸點揮發性氣體，如果直接排放會對環境造成污染。本工程結合焚燒系統綜合處置，當焚燒爐正常工作時，干化廢氣經旋風除塵后與污泥接收倉臭氣一同作為焚燒爐一次風焚燒處置；當焚燒爐停工檢修時，干化系統載氣經旋風后與污泥接收倉臭氣一同通過水膜除塵器、冷凝器，不凝性廢氣經引風機送入除臭系統，處置達標后排放。

薄層干化后的污泥溫度較高，設置減溫裝置降低干化污泥的溫度，以減少臭氣析出和減小污泥輸送過程的危險性。自干化機中產出的熱干污泥進入冷卻器，通過流動于冷卻器殼體內的冷卻水進行冷卻。污泥經降溫至約45℃后，由鏈斗提升機、分料器、斗式提升機輸送至焚燒爐，進行焚燒減量化、無害化處置。干化系統配套有干污泥緩存儲倉，當下游焚燒系統停車檢修時，污泥通過二段法薄層干化全干化減量至含水率為5%～10%，通過分料器、帶式輸送機等設備暫存于干污泥儲倉；當焚燒系統復運行后，干污泥緩沖倉內物料出料至焚燒系統處置。

含油污泥經焚燒處置后，系統產生的灰渣和爐渣需通過國家固體危險廢物鑒別專業機構檢測，確認是一般固廢的，可作為一般固廢填埋，也可綜合利用，用于生物炭土、建筑材料、制磚、制纖維板、水泥摻合料等，具有經濟效益明顯、無處置殘留物等優勢；確認為危險廢物的需進行穩定化固化等安全處置，處理達標后安全填埋。

2.4 薄層干化系統工藝參數

本工程根據污水處理廠污泥量確定了干化系統能力，薄層干化機處理含水率80%濕污泥能力為60 t/d，為保證下游焚燒系統不停爐，設置為一開一備。單臺薄層干化機額定蒸發量為1.786 t/h，換熱面積為52 m，污泥出口含水率為30%。薄層干化采用的熱媒為1.0 MPa飽和蒸汽，單臺薄層干化機蒸汽消耗為2.41 t/h。

線性干化機可將薄層干化后的污泥中的水分進一步蒸發，根據污泥產品實際運行需要（啟停），最終污泥含水率可達10%。線性干化機處理量為0.714 t/h（含水率30%），額定蒸發量為0.159 t/h，換熱面積為48 m，污泥出口含水率為10%。采用飽和蒸汽參數同薄層干化用蒸汽。單臺線性干化機蒸汽消耗為0.235 t/h，數量配置一臺。

2.5 薄層干化系統的經濟能耗

本工程單臺薄層干化機含水率80%污泥處理設計能力為60 t/d。實際運行中污泥含水率稍有波動，平均含水率按80%計，薄層干化后的半干污泥平均含水率為30%，再經線性干化后半干污泥含水率為29%，基本符合目標值30%。經飽和蒸汽流量儀表計量后其消耗量為37 t/d，飽和蒸汽1.0 MPa下理論汽化潛熱為2 019.3 kJ/kg，理論總熱耗為7.5×10kJ/kg，干化系日平均蒸發總水量為31 098 kg/d，那么干化系統的單位熱耗為2 410.8 kJ/kg蒸發水。因污泥干化系統受濕污泥含水率高低影響，蒸汽品質高低變化、輸送過程、存儲方式的變化等因素，需要根據實際運行尋找最佳的運行工況和經濟技術指標。

2.6 技術方案設計特點

（1）薄層干化在干燥筒內壁布料形成干燥薄層，具有干燥面積大，干燥效率高的特點，很好地解決了污泥含油率高、難脫水的問題。

（2）薄層干燥技術先進，工藝成熟，運行穩定，采用全封閉設計，無臭味，節能環保。一方面污泥干化加熱的蒸汽冷凝后可返回鍋爐循環使用；另一方面，干化產生的廢氣直接作為一次風在焚燒爐內無害化處置，里面的有機可燃氣可作為焚燒爐燃料。

（3）設計采用兩段式薄層污泥干化，不僅適用于一般市政污泥、工業污泥，也可用于含油污泥，特別是對含油較高污泥具有明顯的優勢。整個過程通過低壓蒸汽間接低溫干燥，且系統設有充氮保護和氧含量檢測聯鎖控制，可保障系統安全運行，避免爆炸危險，安全性高。

（4）薄層干燥不返混，熱效率高，尾氣產生量少，處理簡單，因此，整個系統綜合能耗低，約80%的熱耗熱能可以回收，運行費用低。

（5）含油污泥作為焚燒爐燃料，產生的熱能通過余熱鍋爐產出高溫蒸汽用于污泥干化的熱媒，可降低運行成本。

3 結束語

含油污泥減量化技術可降低其儲存、運輸、處理成本，是污泥處理必不可少的環節。減量化技術的選擇需結合污泥特性、操作條件、后續處理方法等進行綜合考慮。

薄層干燥可對含油污泥進行半干化和全干化處置，減量化明顯，干化后的污泥既可用于油品回收，也可用于焚燒爐燃料。該技術的推廣應用對我國實現含油污泥減量化、穩定化、資源化、無害化處置具有重要意義，有著良好的市場前景。