林喬喬，朱化軍

（1.南京大學(xué)，江蘇 南京 210000；2.江蘇省環(huán)境科學(xué)研究院，江蘇 南京 210036）

1 深度脫水和熱力干化方法介紹

1.1 深度脫水

污泥深度脫水是指對(duì)污泥進(jìn)行調(diào)理，破除細(xì)胞壁，釋放結(jié)合水、吸附水和細(xì)胞內(nèi)水，改善污泥的脫水性能，使處理后的污泥含水率達(dá)到60%以下的脫水方式。目前常用的做法是化學(xué)調(diào)質(zhì)+機(jī)械脫水，即污泥先經(jīng)化學(xué)調(diào)質(zhì)，并輔以鐵鹽和石灰、粉煤灰、煤灰等無(wú)機(jī)調(diào)理劑聯(lián)合調(diào)理使污泥中的間隙水和部分結(jié)合水釋放出來(lái)，然后通過(guò)機(jī)械壓榨將水分離。

1.2 熱力干化

熱力干化是采用熱物理方法去除污泥中水分的過(guò)程，其采用加熱、降溫、減壓或其他能量傳遞的方式使得污泥中的濕分發(fā)生揮發(fā)、冷凝、升華等相變過(guò)程，與物體分離以達(dá)到去濕的目的。包括對(duì)流干化、傳導(dǎo)干化、輻射干化等過(guò)程。

2 深度脫水研究

2.1 實(shí)驗(yàn)介紹

以處理量7 000 t/d污水處理廠為例，采用添加陽(yáng)離子聚丙烯酰胺（CPAM）對(duì)濃縮印染污水進(jìn)行深度調(diào)理，之后進(jìn)入高壓板框壓濾機(jī)中在1.6 MPa的壓力下進(jìn)行壓濾。

2.2 實(shí)驗(yàn)過(guò)程

為檢驗(yàn)其最佳經(jīng)濟(jì)性，選取3種調(diào)理藥劑配方進(jìn)行驗(yàn)證比較，見(jiàn)表1。

表1 調(diào)理藥劑配方 %

在污水進(jìn)高壓板框壓濾機(jī)進(jìn)行機(jī)械干化時(shí)，首先通過(guò)一個(gè)加藥口加入CPAM對(duì)其進(jìn)行絮凝調(diào)節(jié)，而硫酸鋁和CaO則在污水進(jìn)入板框壓濾機(jī)前的最后一個(gè)濃縮沉淀池中按照先硫酸鋁后CaO的順序添加［1］。被3種藥劑調(diào)理后的污泥進(jìn)入到板框壓濾機(jī)中壓濾到不再出水后，撿取不同板框處的污泥進(jìn)行含水率的檢測(cè)，取其平均值得出最終含水率。

2.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

3組實(shí)驗(yàn)得出最后污泥的含水率分別為57.73%、59.65%和55.34%。因此，3種結(jié)果中最佳配方是配方3：CPAM 0.125%，CaO12%，硫酸鋁9%。

3 熱力干化研究

3.1 實(shí)驗(yàn)裝置及材料

以圖1為例，該段選取機(jī)械干化后的污泥，用熱蒸汽在轉(zhuǎn)筒干燥機(jī)中對(duì)其進(jìn)行熱干化。整個(gè)系統(tǒng)由燃油器、加料機(jī)、轉(zhuǎn)筒干燥機(jī)、除塵器和引風(fēng)機(jī)組成，濕污泥（含水率約55%）從左端上部加入，經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)筒干燥機(jī)內(nèi)部時(shí)，與從左端送入的熱煙氣（180～220℃） 進(jìn)行有效接觸而被干燥［2］，干燥后的污泥從右端下部收集，廢煙氣從右端頂部排出，所有煙氣阻力由設(shè)置在轉(zhuǎn)筒干燥機(jī)后部的引風(fēng)機(jī)克服，確保系統(tǒng)在微負(fù)壓下運(yùn)行。

圖1 污泥干化系統(tǒng)

3.2 實(shí)驗(yàn)過(guò)程

選取的污泥含水率約為55%，燃油器中產(chǎn)生熱煙氣的溫度為180～220℃，干燥機(jī)出口煙氣溫度為87～110℃。轉(zhuǎn)筒干燥機(jī)的加料頻率為50 Hz，記錄加料時(shí)間及加料量，每隔5 min記錄1次煙氣進(jìn)出口溫度，待出料口穩(wěn)定出料時(shí)，記錄出料時(shí)間并用磅秤計(jì)量出料質(zhì)量，同時(shí)在煙氣取樣口及4個(gè)快開(kāi)取泥口取樣以備分析。改變轉(zhuǎn)筒干燥機(jī)的轉(zhuǎn)速及煙氣流速，重復(fù)實(shí)驗(yàn)。

3.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析

3.3.1 轉(zhuǎn)速對(duì)污泥干化的影響

圖2示出了出口煙氣速度為8 m/s時(shí)，不同轉(zhuǎn)筒轉(zhuǎn)速條件下，污泥含水率的變化情況。

圖2 轉(zhuǎn)筒轉(zhuǎn)速對(duì)污泥含水率的影響

在相同的轉(zhuǎn)筒位置和熱空氣流速情況下，污泥的含水率隨著轉(zhuǎn)筒轉(zhuǎn)速的增加而逐漸增大。這是因?yàn)槲勰嘣谵D(zhuǎn)筒中行進(jìn)的速度與轉(zhuǎn)筒的轉(zhuǎn)速成正比，轉(zhuǎn)筒的轉(zhuǎn)速越慢，污泥在轉(zhuǎn)筒內(nèi)行進(jìn)的速度就越慢，達(dá)到相同位置所需的時(shí)間就越多，污泥與熱煙氣的接觸時(shí)間就越長(zhǎng)［3］，水分吸收熱量蒸發(fā)的時(shí)間也就越長(zhǎng)，因此污泥含水率也就越低，其最終出口處污泥的含水率也低。因此，在對(duì)污泥進(jìn)行熱干化時(shí)，轉(zhuǎn)筒干燥機(jī)的轉(zhuǎn)速應(yīng)盡可能的小，以獲得好的干燥效果。

3.3.2 煙氣流速對(duì)污泥干化的影響

圖3示出了轉(zhuǎn)速為0.67 r/min時(shí)，不同煙氣出口流速條件下，不同位置處含水率的變化曲線。隨著出口煙氣流速的提高，污泥出口含水率降低，污泥在轉(zhuǎn)筒干燥機(jī)中停留時(shí)間受煙氣速度影響很小，因?yàn)樵龃笕肟跓煔饬魉?，相?dāng)于單位時(shí)間內(nèi)有更多熱量進(jìn)入轉(zhuǎn)筒中，同時(shí)煙氣與污泥顆粒的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)也提高，加大干燥速率。

圖3 煙氣流速對(duì)污泥含水率的影響

3.4 能耗分析

煙氣干化污泥基本參數(shù)見(jiàn)表2。

表2 煙氣干化污泥基本參數(shù)（0.67 r/min，1.2 m/s）

干燥過(guò)程中蒸發(fā)水量為：

由于蒸發(fā)水量相對(duì)煙氣量小得多，可忽略水蒸氣在煙氣中所占的體積。進(jìn)、出干燥器的煙氣密度為ρ1、ρ2，查表得ρ1=0.792 44 kg/m3，ρ2=0.925 76 kg/m3，因此干燥器進(jìn)口煙氣量為：

煙氣釋放的熱量：

蒸發(fā)水分耗熱：

干燥器的干燥效率為：

計(jì)算方式同上，得出轉(zhuǎn)速為0.67 r/min，煙氣流速分別為4.7、8 m/s時(shí)，干燥機(jī)的干燥效率為24.4%、15.3%。干燥效率如此小，表明煙氣流速過(guò)大也沒(méi)用，浪費(fèi)能量。故轉(zhuǎn)筒轉(zhuǎn)速為0.67 r/min，出口煙氣流速為1.2 m/s時(shí)，干燥效果較好［4］。

4 經(jīng)濟(jì)性分析

4.1 干化成本分析

實(shí)驗(yàn)時(shí)機(jī)械干化設(shè)備的處理量為110 t/d（含水率為80%），而熱力干化時(shí)轉(zhuǎn)筒干燥機(jī)處理的污泥為機(jī)械干化后的含水率為55%的污泥，其進(jìn)料速率為4.76 kg/min，其處理量為6.85 t/d。2種情況下，污泥處理的成本如表3所示。

機(jī)械干化是將污泥的含水率處理到55%左右，由表3可知處理110 t含水率為80%的污泥的費(fèi)用為13535元，則可得污泥機(jī)械干化的成本為123元/t，處理后的污泥量為48.5 t。

熱力干化處理量為6.85 t（含水率為55%） 時(shí)的處理總費(fèi)用為1 000元，則110 t含水率為80%的污泥，經(jīng)機(jī)械干化處理到55%后，再熱干化將其含水率降低到35%左右，需要的總成本費(fèi)為20 615元，即其處理成本為187元/t。

表3 污泥干化成本分析

4.2 焚燒成本

計(jì)算污泥焚燒成本時(shí)，按照每天處理80%的含水率污泥110 t來(lái)計(jì)算，折合為48.5 t/d的含水率為55%的污泥、或者是33.85 t/d的含水率為35%的污泥。假設(shè)污泥進(jìn)行焚燒時(shí)，鍋爐的電耗、效率等都不改變，僅僅是耗煤量和蒸汽產(chǎn)生量發(fā)生了改變。表4示出了污泥的焚燒成本。

表4 污泥焚燒的處置成本分析

4.3 兩者污泥處置總成本

由前面的分析可知，將含水率為80%的污泥機(jī)械干化后直接焚燒的污泥的處置費(fèi)用為190元/t；干化后再利用熱電廠的煙氣將含水率降低到35%以后再對(duì)污泥進(jìn)行焚燒，整個(gè)過(guò)程的污泥的處理處置成本為210元/t。

5 結(jié)論

比較上述2種污泥處置方法可知盡管熱干化可以利用鍋爐產(chǎn)生的煙氣的余熱對(duì)污泥進(jìn)一步的脫水，但是其費(fèi)用卻也會(huì)相應(yīng)地增加，而機(jī)械干化后的污泥含水率降至55%，此時(shí)已能滿足污泥焚燒的要求，因此污泥與煤摻燒時(shí)直接用機(jī)械干化后的污泥即可。

采用污泥深度脫水技術(shù)不僅為后續(xù)處置帶來(lái)方便，也能兼顧污泥處理處置過(guò)程的經(jīng)濟(jì)和環(huán)境平衡，是適合我國(guó)污泥處理處置的新途徑。

［1］潘永康，王喜忠，劉相東．現(xiàn)代干燥技術(shù)［M］．北京：化學(xué)工業(yè)出版社，1998：1-180．

［2］李姝娟，李洪遠(yuǎn)．國(guó)內(nèi)外污泥堆肥化技術(shù)研究［J］．再生資源與循環(huán)經(jīng)濟(jì)，2011，4（6）：42-46.

［3］李博，王飛，朱小玲，等.污泥干化焚燒聯(lián)用系統(tǒng)最佳運(yùn)行工況研究［J］．環(huán)境污染與防治，2014，36（8）：29-33，42.

［4］駱仲泱，何宏舟，王勤輝，等．循環(huán)流化床鍋爐技術(shù)的現(xiàn)狀及發(fā)展前景［J］．動(dòng)力工程，2004，24（6）：761-767.