市政污水處理廠污泥低溫干化工藝研究

摘要：市政污水處理廠產生的污泥量大，其穩定性非常差，同時污泥具有一定的危害性，處置不當會產生二次污染。采用低溫干化工藝處理市政污泥，其含水率可以降低到小于30%，處理后污泥運至發電廠進行摻燒。本文結合污水處理廠污泥低溫干化實例，總結項目運行情況，提出工藝優化建議。

關鍵詞：市政污泥；低溫干化；處理；工藝優化

中圖分類號：X703.1 文獻標識碼：A 文章編號：1008-9500（2023）05-0-04

DOI：10.3969/j.issn.1008-9500.2023.05.048

Abstract： The amount of sludge produced by municipal sewage treatment plants is large， and its stability is very poor， at the same time， sludge has a certain degree of harm， and improper disposal can cause secondary pollution. The low-temperature drying process is used to treat municipal sludge， which can reduce its moisture content to less than 30%， after treatment， the sludge is transported to the power plant for blending and burning. Based on the example of low-temperature sludge drying in a sewage treatment plant， this paper summarizes the project operation and proposes process optimization suggestions.

Keywords： municipal sludge; low-temperature drying; treatment; process optimization

市政污水處理廠每天產生大量污泥，全面提高市政污泥脫水率，實現污泥減量化是每個污水處理廠需要解決的問題。干化處理可以大幅度降低市政污泥的含水率，使其低于30%，污泥體積可以減少67%，污泥質量可以減少80%，從而大大節約運輸成本。低溫干化后的污泥完全可以進行焚燒處理。

1 低溫干化機工藝原理

帶式低溫干化機工藝流程如圖1所示。濕污泥蒸發的回風（溫度60 ℃）循環至回熱器，60 ℃回風和35 ℃送風在回熱器進行熱交換。回熱器回風和送風可以無損耗降溫、升溫5～8 ℃，達到節能效果，回風降溫至55 ℃。然后，利用33 ℃冷卻水對回風繼續降溫，使得回風中水分得以冷凝排出。冷卻水從33 ℃升溫至45 ℃。45 ℃冷卻水循環至天然氣吸收式熱泵降溫至39 ℃，再通過冷卻塔降溫至33 ℃。熱泵消耗電能，吸收45 ℃冷卻水降溫至39 ℃釋放的熱量。產生的90 ℃熱水對除濕后的冷干空氣繼續加熱，循環至干燥室內。90 ℃熱水變成70 ℃熱水后，再循環至熱泵加熱。整個烘干過程是密閉式循環，熱泵在消耗電能的同時可回收45 ℃冷卻水降溫至39 ℃釋放的熱量，從而讓整個系統節省熱能20%～50%。

2 設備工藝特點

帶式低溫干化機分為分配裝置與成型裝置。分配裝置用于將污泥平均分配在干化帶的寬度方向，成型裝置為對輥式造面條裝置。對輥兩端的銅梳可以將污泥造成直徑3～6 mm的細面條狀，從而增大污泥的比表面積，降低熱風穿過污泥層時的阻力損失，良好的布料效果可加快烘干速度，增加脫水能力，從而保證系統的穩定運行。

2.1 高能效，低運行費用

帶式低溫干化機代表污泥干化減量的最新技術應用趨勢，徹底解決傳統干化工藝的技術缺陷（能耗高、效率低、臭氣排放、高溫揚塵等），實現無熱損密閉工作，無臭氣排放，低溫安全無揚塵，干泥（DS）含水率可低于10%，它適用于污泥無害化減量處置。帶式低溫干化機極大地降低碳排放，減少運行費用。它采用低溫余熱回收技術，密閉式干化無廢熱排放。

2.2 安全環保，無臭氣排放

污泥低溫干化過程中，H2S、NH3析出量少，系統運行安全，無爆炸隱患，不需要沖氮保護[1]，O2含量小于12%。污泥靜態攤放，顆粒溫度小于70 ℃，與接觸面沒有機械靜電摩擦；粉塵濃度小于60 g/m3，干料為顆粒狀，沒有粉塵危險[1]；出料溫度低于50 ℃，不需要冷卻處理，直接存儲或外運[1]；干化系統中，最高烘干溫度不超過85 ℃（循環風溫度），H2S、NH3析出量大幅度減少；污泥干化過程只排放冷凝水，冷凝水COD濃度低。污泥干化析出的冷凝水容易處理，直接排放至污水處理工段，減少廢水（冷凝水）的處理成本。

帶式低溫干化機引入低溫余熱回收技術，采用密閉干化模式，無廢氣排放。烘干設備完全密封，微正壓下連續運行。為檢修方便，濕泥料倉、干泥料倉設置檢修門，濕泥進料、干泥出料可能有少量臭氣揮發到空氣中。為確保干化車間臭氣達標，要先對上述區域進行隔離換風，后進行除臭處理，從而大大降低除臭風量。

2.3 高效穩定化智能化控制，全自動運行

帶式低溫干化機可直接將污泥干化，不需要分段處置，其含水率從80%降低至10%；污泥體積可以減少67%，污泥質量可以減少80%，大大節約運輸成本；污泥干化過程可有效殺滅細菌。帶式低溫干化機基本實現全自動運行，現場1人值守即可，節約大量人工成本。設備配有中控系統及現場控制系統，可實現遠程傳輸及集中控制。出料含水率可以根據需要直接調節，使其保持在10%～50%。

2.4 占地面積小，使用壽命長

帶式低溫干化機占地面積小，土建基礎簡單，設備安裝方便，調試簡單，周期短。它采用不銹鋼等耐腐材料，換熱器采用316L不銹鋼，使用壽命長；運行過程無機械磨損，使用壽命大于10年；無易損易耗件，使用管理方便。

3 污泥低溫干化工藝應用案例分析

某市政污水處理廠總處理規模為20萬t/d，近期處理規模為15萬t/d，污泥脫水干化車間土建按照遠期污泥量48 t DS/d建設，設備按照近期污泥量36 t DS/d進行配置。污泥進料含水率按99%計。污泥經全流程濃縮、脫水、干化處理后，出泥含水率不大于30%。污泥低溫干化工藝的主要設計參數如表1所示。

3.1 項目工藝流程

項目工藝流程如圖2所示。含水率99%的污泥通過泵打入離心脫水機，經過離心脫水后，污泥含水率達到80%左右，離心脫水后的污泥通過緩存倉及其螺旋輸送機進入帶式低溫干化機。污泥低溫干化后，含水率達到30%。含水率30%、性質穩定的污泥通過刮板機輸送到污泥料倉儲存，然后外運處理。污泥離心脫水和低溫干化采用密閉方式，無臭氣、粉塵等二次污染，可充分消除脫水減量過程對周邊環境的影響。主要設備包括帶式低溫干化機、冷卻循環系統、天然氣吸收式熱泵、干污泥輸送及料倉系統。

3.2 項目工藝設計

3.2.1 離心脫水系統

離心脫水機為全封閉臥式螺旋沉降離心機，污泥、水及氣體均不會從機內溢出，操作環境干凈整潔。進料、分離、排出濾液和泥餅的過程是連續的，它可以24 h運行，也可間歇運行。可通過變頻器調節離心機的脫水效果，以適應不同的進泥特性，使脫水污泥的含固率、固相回收率滿足設計要求[2-3]。離心脫水機主機功率為75 kW，電機功率為15 kW，離心機帶有節能裝置，因此其實際消耗功率小于主機功率。同時，它配置節能型可調節堰板，進一步降低電機能耗。離心脫水機技術參數如表2所示。

3.2.2 污泥干化系統

帶式低溫干化機利用冷卻水對回風降溫，使得空氣中水分得以冷凝排出，再采用熱水對除濕后的冷干空氣加熱，送回干燥室。本項目采用的90 ℃熱水由吸收式熱泵提供，冷卻水通過冷卻塔提供。

污泥干化時，空氣在干燥室與余熱干化機之間進行閉式循環，不排放任何廢熱。傳統熱風干燥利用熱源對空氣進行加熱，將吸濕后空氣排放（排放廢熱），能源利用率低（20%～50%）。除濕熱泵將除濕、加熱結合，干燥過程中，能量循環利用[4]，可充分對污泥進行減量化、穩定化、無害化和資源化處理[5]，最終污泥顆粒可作為摻燒燃料、建筑材料、生物燃料等。帶式低溫干化機配備4臺（3用1備），單臺處理能力不小于9.6 t DS/d，綜合除濕性能比不小于11.5 kg H2O/（kW·h），穩定性好，額定去水量為50 000 kg/d，冷凝水回用率不小于90%，冷凝水排放順暢，沒有夾帶大量污泥沉渣，系統配電功率為165 kW。

污泥經離心脫水后進入帶式低溫干化機進行緩存和切條成型，帶式低溫干化機設有阻旋式上、下料位開關，料位開關對前端的離心脫水機進行聯動控制，污泥進入帶式低溫干化機進行干化處理。污泥切條成型后，內部循環的熱風直接作用于污泥[6]，換熱機組對循環風升溫，烘干溫度為80 ℃，溫度較低，不會使污泥中有機物分解和揮發，循環熱風僅帶走污泥中水分。污泥低溫干化后，含水率可小于30%[6]。干泥利用無軸螺旋輸送機和刮板輸送機輸送到干料倉存儲，最后外運處理。

3.2.3 除臭系統

余熱干化機、濕污泥進料口、干泥輸送刮板和干泥料倉可能產生廢氣[7-8]。余熱干化機可設置密封的集氣罩，罩頂預留臭氣口，臭氣收集系統可維持罩內微負壓，廢氣集中排往除臭系統；濕污泥料倉預留臭氣口，臭氣收集系統將廢氣集中排往除臭系統；干泥輸送刮板預留臭氣口，臭氣收集系統將廢氣集中排往除臭系統；干泥料倉預留臭氣口，臭氣收集系統將廢氣集中排往除臭系統。

末端除臭系統需要處理污泥處理區（含儲泥池）排放的廢氣，處理風量為28 200 m3/h，臭氣處理采用化學洗滌+生物過濾+活性炭吸附的組合工藝，活性炭吸附裝置位于除臭系統后端，若臭氣經前端處理后達標，可直接通入風機排放。處理后的臭氣達到《城鎮污水處理廠大氣污染物排放標準》（DB 31/982—2016）。離子送風系統服務污泥脫水機房，送風量為80 000 m3/h，確保操作環境空氣清新。

3.3 項目投資及運行費用

本項目投資約為6 300萬元，單位運行費用為1 350.60元/tDS，即每生產1 t含水率30%的污泥（初始含水率99%），成本為1 350.60元，如表3所示。

3.4 污泥低溫干化工藝優化

本項目采用離心脫水工藝，占地面積小，脫水效率高，但脫水電耗較大，污泥含水率較高（80%左右）。污泥脫水系統優化設計可以采用高壓帶式脫水機替換離心脫水機，提高脫水率，污泥脫水后含水率可以達到70%左右，后續低溫干化可以大幅度降低能耗。由于申請用電額度的限制，本項目采用天然氣吸收式熱泵作為熱源，相比直接采用電力，天然氣價格較高。本項目增加吸收式熱泵，設備造價較高，運行費用偏高。因此，后續項目采用電力作為熱源，減少投資和運行費用。

4 結論

污泥低溫干化工藝徹底解決了傳統干化工藝的技術缺陷（能耗高、效率低、臭氣排放、高溫揚塵等），系統可以實現無熱損密閉工作，無臭氣排放，低溫安全無揚塵，干泥含水率低。污泥可以實現大幅度減量化，干化后污泥進行焚燒處理，徹底解決污泥性質不穩定的問題。該工藝適用于市政污水處理廠污泥的集中處理，為市政污泥處理提供了一種新選擇。

參考文獻

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