低溫熱泵用于降低污泥含水率的研究

摘 要：隨著城市擴張速度加快，疊加制造業產值的持續增長，廢水處理設施中產生的污泥數量持續上升，處置問題愈發顯著。傳統污泥處理方法如填埋、焚燒等不僅成本高昂，而且環境污染嚴重，難以滿足日益嚴格的環保要求。近年來，低溫熱泵技術作為一種新型的污泥減量技術，因其高效、節能、環保等優勢受到了廣泛關注。本文以東風柳州汽車有限公司為例，詳細探討了低溫熱泵技術在污泥減量中的應用及其帶來的環境與經濟效益。通過引入低溫熱泵技術，東風柳汽成功將污泥含水率從80%～85%降至30%以下，平均減重率達到了60%，有效降低了環境壓力，履行了企業社會責任。同時，該技術還帶來了顯著的經濟效益，年凈效益為144.3萬元。

關鍵詞：低溫熱泵技術 污泥減量化 汽車制造業

1 緒論

隨著城市擴張速度加快，疊加制造業產值的持續增長，廢水處理設施中產生的污泥數量持續上升，處置問題愈發顯著。特別是在汽車制造業，生產過程中產生的大量污泥可能對環境造成嚴重的污染。在現有的污泥處理處置方法中，填埋占我國主要處置方法的65%，而堆肥、自然干化及焚燒則分別為15%、6%、3%[1]，它們存在一系列問題：高昂的成本、二次污染的風險以及難以滿足日益嚴格的環保標準等，這不僅帶來了較大的經濟負擔，而且在運輸過程中還存在泄漏風險，存在環境隱患。

面對上述挑戰，尋找一種既能降低成本又能減少環境污染的新型污泥處理技術顯得尤為重要。《污泥無害化處理和資源化利用實施方案》中指出，我國至2025年將基本形成設施完備、運行安全、綠色低碳、監管有效的污泥無害化資源化處理體系。[2]由此可見，探索污泥無害化、資源化是未來發展的方向。低溫熱泵技術作為一種新興的方法，因其獨特的節能、高效和環保特性受到了廣泛關注。該技術不僅能顯著提高干化后污泥的可再利用價值，還可為后續的資源化利用提供了良好條件。

本文將以東風柳州汽車有限公司（以下簡稱“東風柳汽”）為例，詳細探討了低溫熱泵技術在實際應用中的表現及其帶來的積極影響。希望通過本研究，可以為其他面臨類似問題的企業提供參考，同時也為推動低溫熱泵技術在更廣泛領域的應用做出貢獻。

2 技術原理

在低溫干化處理過程中，空氣通過干化設備與污泥接觸，使污泥水分蒸發并轉移至空氣中[3]。在這個系統中，熱泵設備負責循環熱風以冷凝脫水的方式烘干污泥。熱泵在此過程中充當干燥裝置的驅動源，無需額外引入熱量即可完成干燥作業，從而減少了能源消耗。該技術通過制冷機制降低來自干燥室空氣的溫度以去除其中的濕氣，并同時運用熱泵的工作原理來回收因水分凝結而釋放的熱量，進而加熱空氣用于物料干燥。

3 技術特點

（1）節能：此技術可將每噸污泥由含水率85%降至25%，綜合電耗為216kWh，即1kWh電能可除水分約3.7kg。

（2）環保：低溫可以有效避免有機物大量揮發，其他條件相同的情況下，低溫可減少尾氣處理系統的投入，同時還能降低惡臭氣體的產生。[4]翁煥新等發現干化溫度為320℃的情況下，相比干化溫度為120℃時NH3和H2的釋放量分別增長10倍和107倍。[5-6]而污泥低溫熱泵除濕技術的溫度主要在40-75℃之間，因此釋放的各種氣體將大大減少，無需安裝復雜的除臭裝置。

（3）高效：污泥低溫熱泵除濕技術可直接將85%含水率污泥干化至25%，無需分段處置。

4 在工業中的應用

東風柳汽是一家整車制造企業，其污泥處置面臨著如下風險。

（1）危險廢物泄漏風險：現階段東風柳汽污水站污泥壓濾主要采用疊螺機進行脫水，壓濾后的污泥含水率高達85%，導致，轉運期間難以避免廢液及少量污泥滴落地面，存在著危險廢棄物泄漏的風險；（2）成本上漲風險：由于日益加嚴環保法規要求，促使危險廢物處置費用呈逐年上漲趨勢，上漲幅度高達15%；（3）職業健康安全風險：目前東風柳汽污水站污泥自污泥斗下料后由人工拖著污泥車運至污泥間存放，轉移過程中臭氣逸散 ，影響職工呼吸道健康。

為解決以上問題，東風柳汽決定引進熱泵除濕干化技術。

4.1 產品選型

某廠商低溫熱泵除濕烘干設備如表1所示。由于東風柳汽柳東基地設計產能為40萬臺車/年，滿負荷生產時，所需污泥干化設備處理能力與車輛產量之間如表2所示。為合理控制投資強度，提高設備運行效率和能耗效率，可考慮根據柳東基地的實際計劃產量，分步導入設備。

（1）當基地計劃產量小于或等于25萬臺時，選用1型設備對應；（2）當基地計劃產能大于25萬臺時，可通過在1型設備基礎上增加1套干化機標準干化模塊，將設備改造成2型設備對應。

4.2 設備布置

按照污泥除濕烘干工作流程布置設備位置：原污泥料斗——皮帶輸送機——污泥料倉（稱重）——刮板輸送機——污泥干化機——干料倉，在污水站一期原疊螺機下方的污泥料斗出口安裝電動插板閥，并料倉落料口在下面安裝稱重裝置。將污泥處理后析出的冷凝水收集并用水管排入污泥干化機周邊的排水溝，并匯集到污水池里。污泥干料倉出口安裝自動收口裝置。設備布置如圖2所示。

4.3 設備特點

該系統設計有智能檢測機制：當檢測到污泥儲料倉未滿時，落料口保持關閉狀態；而位于疊螺機下方的污泥收集斗則通過皮帶運輸機將污泥送入儲料倉。一旦儲料倉達到滿載，收集斗即刻停止向其送料。

隨后，儲料倉的落料口開啟，刮板輸送機會把污泥傳輸至干燥機的進料端，與此同時干燥設備開始運作。如果干燥機的進料端被填滿，儲料倉則會立即停止供料，同時關閉落料口。

污泥輸送系統按照上述流程循環工作，確保所有待處理的污泥都能順利完成干燥過程。整個操作流程完全自動化，無需人工干預，保證了高效穩定的污泥處理作業。

4.4 實施效果

4.4.1 環境效益

通過采用低溫熱泵除濕干化技術進行處理之后，烘干后的污泥被切割成條狀，其含水率降至30%以下（如圖4所示）。這一轉變不僅降低了污泥的重量與體積，還改善了其物理特性，使其更加便于儲存和運輸。根據實際數據記錄顯示（見表3），污泥平均減重率達到了約60%。

隨著污泥含水率的降低，其流動性得到了有效控制，降低了危險廢物轉移過程中可能出現的泄漏風險。這種改進對于保障工作人員的職業健康安全以及防止環境污染具有重要意義。此外，干燥后的污泥更易于后續資源化利用或進一步處理，為實現循環經濟提供了可能。

4.4.2 經濟效益

經測算，項目年收益可達144.3萬元，具體如下。

（1）根據實際數據，每年能夠減少污泥排放量達943.8噸，按照每噸危險廢物處理費用2300元計算，僅此一項就可節省約217萬元人民幣。

（2）雖然實施新技術帶來了額外的運營成本，包括電費、人工費以及設備維護保養等支出，但這些總和僅為72.7萬元/年，相較于傳統方法下高昂的污泥處理費用，低溫熱泵技術的應用仍顯示出明顯的經濟效益優勢。

5 結語

本文以東風柳州汽車有限公司為例，深入探討了低溫熱泵技術在污泥減量化處理中的實際應用及其帶來的顯著環境與經濟效益。通過采用低溫熱泵除濕干化技術，東風柳汽成功將污泥含水率從80%～85%降至30%以下，平均減重率達到60%，有效緩解了企業面臨的污泥處理難題，減少了對環境的負面影響。此外，該技術的應用還為公司帶來了可觀的經濟收益，年凈效益達到144.3萬元人民幣，這不僅體現了低溫熱泵技術在節能減排方面的優勢，也展示了其在提高企業運營效率上的潛力。

隨著環保要求的日益嚴格以及資源利用效率提升的需求，低溫熱泵技術作為一種高效、節能且環保的解決方案，在工業領域特別是汽車制造業中的應用前景廣闊。希望本研究能夠為企業在選擇合適的污泥處理方案時提供有價值的參考，并激發行業內外對新型環保技術探索的熱情。

參考文獻：

[1]趙錦.幾種污泥焚燒處理技術[J].工業爐， 2018，40（6）：1-6.

[2]中華人民共和國國家發展和改革委員會，中華人民共和國住房和城鄉建設部，中華人民共和國生態環境部.關于印發《污泥無害化處理和資源化利用實施方案》的通知[R].北京：中華人民共和國國家發展和改革委員會，北京：中華人民共和國住房和城鄉建設部，北京：中華人民共和國生態環境部.2022.

[3]孫玥，高敏，姜曉霞，等.豐樂河夏季非洪水期與洪水期河水和底泥不同形態磷研究[J].水科學與工程技術，2022（2）：1-5.

[4]吳青榮，張緒坤，王高敏.城市污泥低溫干化技術研究進展[J].環境工程，2017，35（03）：127-131.

[5]翁煥新，高彩霞，劉瓚，等.污泥硫酸鹽還原菌（SRB）與硫化氫釋放[J].環境科學學報，2009，29（10）：2094-2102.

[6]翁煥新，章金駿，劉瓉，等.污泥干化過程氨的釋放與控制[J].中國環境科學，2011，31（7）：1171-1177.