國內外污泥熱干燥工藝的應用進展及技術要點
行業(yè)動態(tài)
1 污泥干化設備工藝類型及工作原理
1.1 熱對流干燥系統(tǒng)
早期的直接熱干燥系統(tǒng)是將外部熱介質（熱空氣、燃氣或蒸汽等）加熱后通入干燥器與污泥直接接觸，蒸發(fā)污泥中的水分并運送污泥。熱介質離開干燥器后與干污泥顆粒分離，經除塵、熱氧化除臭后排放。由于系統(tǒng)所需熱風量很大，故尾氣處理成本較高。目前該工藝采用了氣體循環(huán)回用的設計，使尾氣處理成本高這一缺陷得到明顯改善。在其干燥工藝中，熱介質經除塵、冷凝、水洗后，只需對15%的熱介質進行熱氧化除臭并排放，其余的85%可直接返回干燥器。這不僅減小了尾氣處理的負擔，更重要的是大大降低了外部熱介質的引入量，將干燥器內的氧氣含量維持在較低水平，從而大幅提高了系統(tǒng)的安全性能。直接加熱轉鼓式干燥機是較常用的熱對流干燥設備。熱對流干燥系統(tǒng)具有如下優(yōu)、缺點：
（1）熱對流工藝對污泥進行全干化時傳熱傳質效率較高，對污泥進行半干化時能耗較高，因此該干燥系統(tǒng)更適于全干化工藝。
（2）熱對流干燥系統(tǒng)的強擾動和機械作用對污泥顆粒的堅硬外殼具有較強的破壞能力，可使內部的潮濕污泥外露，提高熱傳輸效率及蒸發(fā)速率。
（3）后續(xù)冷凝洗滌廢水量大，處理費用較高。
（4）系統(tǒng)的額外能耗增加。這是由于熱對流干燥系統(tǒng)采用的是氣體循環(huán)回用設計實際上是對循環(huán)載氣進行反復的加熱、冷凝和洗滌，致使熱損失很大。
（5）該系統(tǒng)內部的氣體流動量大，粉塵濃度高，因此安全性較低。
（6）整個系統(tǒng)龐大、復雜，給操作和管理帶來一定的麻煩。
1.2 熱傳導干燥系統(tǒng)
熱傳導干燥系統(tǒng)不存在大量工藝載氣的循環(huán)，系統(tǒng)僅抽取相當于蒸發(fā)量的部分進行冷凝，通常采用抽取微負壓方式，也有部分工藝采用少量載氣的方式，因此尾氣處理的負擔較輕，且載氣熱損失也較低。目前國內外常用的熱傳導干燥機主要有多層臺階式干燥機、轉盤式干燥機等。
熱傳導干燥系統(tǒng)具有如下優(yōu)、缺點：
（1）熱傳導工藝系統(tǒng)進行全干化時能耗高、效率低，更適于半干化工藝。
（2）無需載氣或所需載氣量較小，因此氣體產量少，后續(xù)尾氣處理費用較低。
（3）系統(tǒng)內部氣體流動性小，因此粉塵濃度低，系統(tǒng)安全性較高。
（4）干燥器內部的運動部件較多，維修費用較高。
目前歐美等 常用的干化系統(tǒng)主要以直接干燥轉鼓式工藝、多層臺階式干化工藝、轉盤式干化工藝、流化床干化工藝等為主。此外還有碟片式、帶式、日光式等干化工藝，但在大型工程中的應用很少。
1.3 干料返混工藝
為避免全干化過程中的污泥粘結、干燥效率低等問題，目前多采用干料返混工藝手段，該工藝具有如下特點：
（1）由于城市污泥干燥過程存在“膠粘相”階段（含水率為60%左右），在此過渡段內污泥極易結塊，具有表面堅硬、難以粉碎而里面卻仍是稀泥的特點，這給污泥的進一步干燥和滅菌帶來較大困難。而干料返混方式可以使污泥的含水率降至50%左右，使其直接越過“膠粘相”，大大減輕了污泥在干燥器內的粘結，從而提高了熱傳輸效率及蒸發(fā)速率。
（2）干料返混工藝還可改善初始進料濕污泥含水率變化的敏感性。一般干燥系統(tǒng)在運行過程中，供熱量及其相關的工藝氣體量已經確定，當進料含水率變化而進料量不變時，系統(tǒng)內部的濕度平衡被破壞，從而引發(fā)如下問題：
①濕度增加可能導致干化不均。
②濕度減少則意味著粉塵量的增加和顆粒溫度的上升，使系統(tǒng)安全性大大降低。
而采用干料返混工藝則能夠擴大可允許的濕泥波動范圍。干料返混實際上就是用5～10倍的絕干物質來混合初始污泥，例如用5倍含固率為90%的干泥顆?；旌蠞衲?，則當濕泥的含固率為10%～20%時，混合物你的含固率為50%～55%，可見干料返混可擴大濕泥波動范圍，提高系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性。
（3）干料返混工藝的熱損失能耗高。這是由于濕泥的含固率一般較低，致使返混比例較高，從而形成對大量干污泥載體的反復加熱、冷卻造成的。干料返混工藝的熱損失由兩個因素決定：
①返混的目標含固率。含固率越高則所需返混干泥的比例越高，形成熱損失的物質總量越高。
②干燥器進口混合料和出口產品的溫差。該值決定了單位質量物質的熱損失幅度，由此可以計算干料返混工藝的熱損失。
2 干燥工藝的技術要點
2.1 能耗
污泥干燥是一個能量凈支出的過程，耗能費用在一個標準干化系統(tǒng)運行成本中的比例＞80%，因此對熱能損耗的研究是干化系統(tǒng)研究及改進的重點。
干化的熱損失主要來自熱源和干燥工藝兩方面。不同類型熱源的熱利用效率不同，傳輸距離、保溫狀況均對熱源的熱利用效率產生較大影響，減少這部分熱損失的原則是：優(yōu)化熱源，優(yōu)化選擇和組合換熱器，縮短傳輸距離，強化保溫效果。
不同的工藝類型對熱損失的影響很大，含水率較高時熱傳導通過傳熱面發(fā)生固液傳熱，傳熱效率高于熱對流的氣液傳熱，干燥后期污泥進入“膠粘相”階段，此時熱對流的傳熱效率較高；全干化工藝干燥載氣的反復冷凝、洗滌、加熱過程具有較大的熱損失；此外干料返混工藝的特點也決定了其熱損失較大。減少這部分熱損失的原則是：合理降低產品含固率，使之優(yōu)化并適應污泥的處置要求；選擇適合產品含固率的工藝類型；改善冷凝條件如減少載氣量、分步冷凝等，減少工藝步驟、縮短工藝路線，優(yōu)化運行參數以提高干燥效率。
2.2 安全性
老式干燥器存在起火或爆炸頻繁的缺點，使污泥干燥設備的安全性能倍受質疑。對工藝安全性具有重要影響的要素包括：粉塵濃度，一般要求粉塵濃度＜60g/m3；工藝允許的含氧量（燃燒氣氛的惰性化），一般要求氧氣含量＜12%；顆粒溫度（點燃能量）；濕度（氣體的濕度和物料的濕度對提高或降低粉塵爆炸下限具有重要影響）。
由于污泥的粉塵爆炸濃度下限值較低，當含氧量條件具備時，污泥顆粒的點燃溫度較低。因此，降低污泥顆粒溫度并不是排除粉塵爆炸的根本性條件。此外，提高干燥器內的濕度，易使水蒸氣的平衡分壓增大，導致濕污泥中水分的干燥速率降低，同樣也不是提高干燥器安全性的主要手段。這表明保障系統(tǒng)的安全性應從降低粉塵濃度和降低含氧量兩方面考慮，對干燥器內的粉塵濃度和含氧量進行實時監(jiān)測，并采取針對性措施來完善設計和加強管理。
3 結語
（1）降低污泥含水率是解決目前污泥處理所面臨困難的關鍵。污泥干化處理是污泥處理、處置重要的“ 步”，為后續(xù)的污泥處理處置及資源化提供了多種選擇。
（2）目前國內外污泥干燥工藝主要分為熱對流工藝和熱傳導工藝兩種類型。熱對流工藝更適合污泥的全干化，熱傳導則更適合污泥的半干化。與熱傳導相比，熱對流具有對尾氣、洗滌水等二次污染處理費用高、系統(tǒng)安全性低、循環(huán)載氣導致的熱損失大等缺點。但熱傳導干燥器內部較多的運動部件將導致系統(tǒng)的維修費用很高。
（3）干料返混工藝是目前許多干燥工藝常用的操作單元，可以避免干化過程污泥粘壁、干燥效率低等問題，同時可改善初始進料濕污泥含水率變化的敏感性，但干料返混單元導致的系統(tǒng)熱損失能耗較大。
（4）污泥干燥是一個能量凈支出的過程，干燥工藝的能量消耗高低是衡量一種干燥工藝優(yōu)劣的關鍵因素，而整個干燥系統(tǒng)的安全性則是干燥工藝的首要控制條件。
（5）目前干燥工藝技術均引自化工行業(yè)的熱干燥技術，而污泥與晶體物質的干燥特性有較大的差異，因此需對污泥的熱干燥特性、污泥干燥過程的形態(tài)變化、干燥過程的有機物反應機理等加以深入研究，以期為適合污泥干燥的設備開發(fā)和研究提供必要的理論基礎。
