郝先鵬

（四川大學(xué)建筑與環(huán)境學(xué)院，四川成都，610065）

近年來(lái)，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)、社會(huì)的不斷發(fā)展，城市規(guī)模不斷擴(kuò)大，城市污水量不斷增加，由于現(xiàn)代污水廠主要采用活性污泥法，與之相應(yīng)的污泥產(chǎn)量也迅速增加。截至2011年，我國(guó)年污泥產(chǎn)量已達(dá)2200萬(wàn)噸，預(yù)測(cè)到2020年，我國(guó)年污泥產(chǎn)量將突破6000萬(wàn)噸［1］。污泥中含有大量有機(jī)質(zhì)，多種微生物和寄生蟲，惡臭、容易腐爛，還含有鋅、銅、鉻、汞等重金屬，以及二惡英、多氯聯(lián)苯等難降解的有毒有害物質(zhì)，如果不加處置或處置不當(dāng)，很容易造成對(duì)環(huán)境的二次污染［2］。我國(guó)目前污泥的處理處置方法主要有：填埋、干化及焚燒、制肥、建材及其他資源化利用，其中填埋約占62.4%、干化及焚燒占9.6%、制肥占10.6%、建材占5.1%、其他占12.4%［3］。

我國(guó)污泥處理的原則和要求是實(shí)現(xiàn)“減量化、穩(wěn)定化、無(wú)害化和資源化”。經(jīng)過(guò)污水廠濃縮機(jī)械脫水后的污泥，含水率在80%左右，但此時(shí)含水率對(duì)于后續(xù)的運(yùn)輸轉(zhuǎn)移和處理處置來(lái)說(shuō)還是較高，污泥體積和重量依舊很大，用于焚燒、堆肥的污泥含水率均要求低于60%左右，此時(shí)的污泥含水率顯然還達(dá)不到要求。污泥干化可以使污泥含水率降到30%～50%，且干化后剩余物質(zhì)比較穩(wěn)定，惡臭味和病原生物得到極大的去除，并使污泥體積減少4～5倍，同時(shí)其熱值和營(yíng)養(yǎng)成份得到保留。因此，污泥干化是污泥處理處置技術(shù)的前提和關(guān)鍵所在［4－6］。

1 污泥熱干化技術(shù)及設(shè)備

污泥熱干化是一種利用煙氣、水蒸氣或者工業(yè)余熱使污泥中水份蒸發(fā)的深度脫水技術(shù)，現(xiàn)在已經(jīng)廣泛用于美國(guó)、日本等發(fā)達(dá)國(guó)家，并且可以通過(guò)調(diào)整工藝參數(shù)，使產(chǎn)品污泥的含水率可任意控制，且對(duì)于各種污泥均具有很好的適應(yīng)性。

現(xiàn)有的污泥干化工藝主要有：直接加熱轉(zhuǎn)股干化技術(shù)、間接加熱轉(zhuǎn)股干燥技術(shù)、流化床干化技術(shù)、離心干化技術(shù)、帶式干化技術(shù)、轉(zhuǎn)盤干化技術(shù)［7］、槳葉式干化技術(shù)［6］、太陽(yáng)能熱泵聯(lián)合干燥技術(shù)、微波加熱干化技術(shù)、生物干化技術(shù)［8］。

相應(yīng)的污泥干化設(shè)備為轉(zhuǎn)股式干燥器、流化床干燥器、離心干燥器、帶式干燥器、薄膜式干燥器、螺環(huán)式干燥器、噴霧式干燥器以及多效蒸發(fā)器［9］。

2 國(guó)外污泥熱干化技術(shù)研究發(fā)展現(xiàn)狀

國(guó)外對(duì)污泥熱干化技術(shù)研究較早，Vaxelaire等［10，11］通過(guò)試驗(yàn)，研究了干化溫度、風(fēng)速、空氣濕度與干化速率之間的關(guān)系，并總結(jié)了典型的干化速率曲線，指出污泥干化過(guò)程并非勻速，但其結(jié)論在往后的研究中也受到了很多質(zhì)疑。Arlabosse［12］通過(guò)攪拌法對(duì)污泥干化過(guò)程的形態(tài)進(jìn)行研究，指出污泥在干化過(guò)程中會(huì)依次呈現(xiàn)糊狀、塊狀和顆粒狀。Gomez－Rico等［13］研究了污泥熱干化過(guò)程中揮發(fā)分的排放特性。Saveyn等［14］對(duì)污泥餅熱進(jìn)行對(duì)流干化研究，對(duì)比水熱干化和空熱干化的能量，發(fā)現(xiàn)前者比后者要少。Slim等［15］利用實(shí)驗(yàn)干化設(shè)備，研究了污泥低溫?zé)岣苫奶匦浴uhammad T等［16］研究了污泥微波干化過(guò)程中的特性。Bart Peeters等［17］提出在污泥干化過(guò)程中加入PACI調(diào)節(jié)污泥性質(zhì)，可以降低污泥粘度，有助于減少對(duì)干化機(jī)械的磨損，使工藝順利運(yùn)行。如今國(guó)外的研究熱點(diǎn)主要集中在降低污泥黏度和加入添加劑來(lái)提高污泥干化效率等方面。

在工程應(yīng)用方面，在上個(gè)世紀(jì)40年代，美國(guó)、日本和歐洲國(guó)家就開始采用轉(zhuǎn)股干化技術(shù)，80年代末期，投海、填埋等污泥處置方式在發(fā)達(dá)國(guó)家限制因素越來(lái)越多，污泥熱干化研究也越來(lái)越成熟，干化設(shè)備不斷改進(jìn)，使污泥熱干化技術(shù)得到迅速發(fā)展和推廣，到1994年底歐盟國(guó)家已經(jīng)有110家專業(yè)的污泥干化處理廠。2001年7月英國(guó)頒布了世界上第一個(gè)關(guān)于污泥熱干化處理廠設(shè)計(jì)、運(yùn)行、管理方面的標(biāo)準(zhǔn)：《HSE847/9污泥干燥廠的健康和安全控制》。在北美所有的污泥處理處置工藝中，污泥熱干化的市場(chǎng)增長(zhǎng)速度是最快的，平均年增長(zhǎng)速率達(dá)到7%～10%（同期污泥年增長(zhǎng)率為1.5%）［18］。日本、韓國(guó)等污泥干化技術(shù)也已經(jīng)基本成熟，在日本，污泥干化焚燒處理占污泥處理量的60%。

3 國(guó)內(nèi)污泥熱干化技術(shù)研究發(fā)展現(xiàn)狀

國(guó)內(nèi)對(duì)于污泥干化的研究相對(duì)起步較晚，但是近些年也做了很多。吳靜等［19］利用水分分析儀對(duì)污泥進(jìn)行干化實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)將干化溫度提高至沸點(diǎn)以上時(shí)，污泥干化率明顯提升，同時(shí)提出了污泥干化常擴(kuò)散模型和污泥干化簡(jiǎn)變擴(kuò)散模型，可以用來(lái)預(yù)測(cè)污泥含濕量在不同工況下隨時(shí)間的變化情況。魏礫宏等［20］通過(guò)熱重差熱分析儀（DTG）對(duì)干化終溫、升溫速率和空氣流速等干化參數(shù)對(duì)脫水污泥等溫干化性能的影響進(jìn)行了研究，其提出的模型方程可用來(lái)描述城市污泥的干化工程。候鳳云等［21］對(duì)濕污泥循環(huán)流化床的焚燒干化一體化進(jìn)行驗(yàn)證試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)熱灰流量和進(jìn)料速度對(duì)燃燒爐和干化器的穩(wěn)定運(yùn)行有重要的作用。王興潤(rùn)等［22］在實(shí)驗(yàn)室建立序批式動(dòng)態(tài)污泥間壁熱干化實(shí)驗(yàn)臺(tái)，深入研究了干化溫度對(duì)干污泥熱值、干化效率等工藝參數(shù)的影響。馬德剛等［23］深入研究了電場(chǎng)協(xié)同污泥熱干化技術(shù)，發(fā)現(xiàn)加入電場(chǎng)后，污泥干化過(guò)程中的粘壁現(xiàn)象大大降低，污泥內(nèi)部傳熱效率得到提高，污泥與加熱面之間的傳熱阻力減小，易于泥水分離，提高了污泥的干化效果。

2004年底我國(guó)第一座采用污泥干化/焚燒處理工藝的污水處理廠在上海市石洞口建成運(yùn)行，設(shè)計(jì)采用污泥干化/焚燒聯(lián)合處理工藝，可將脫水污泥含水率從70%降到10%。此后，國(guó)內(nèi)很多經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)、土地資源利用緊張的大型城市開始研發(fā)或引進(jìn)國(guó)外的污泥干化技術(shù)和相關(guān)設(shè)備。上海某環(huán)保公司采用低溫真空干化技術(shù)，可在一套系統(tǒng)內(nèi)連續(xù)地一次性將脫水污泥含水率從90%降到30%以下［24］。最近幾年又涌現(xiàn)出許多以節(jié)能為賣點(diǎn)的新興低溫干化技術(shù)，如微波干化和太陽(yáng)能干化，但這些工藝距大規(guī)模工程應(yīng)用還需要做更多的改進(jìn)和優(yōu)化。

4 結(jié)論和展望

污泥資源化利用是污泥處理的最終歸宿，而污泥熱干化技術(shù)是關(guān)鍵所在。目前污泥干化工藝尚未在國(guó)內(nèi)污水廠大規(guī)模運(yùn)行的主要障礙在于成本過(guò)高，其安全性、穩(wěn)定性以及跟國(guó)內(nèi)相關(guān)污水污泥性質(zhì)的適應(yīng)性等都是需要解決的問(wèn)題。提高干化效率和降低設(shè)備及運(yùn)行成本是今后工藝研究和發(fā)展的主要方向。

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