摘要

本文對臥式薄層污泥干化工藝進(jìn)行了詳細(xì)介紹，并以成都市第一城市污水污泥處理廠一期工程為例進(jìn)行了分析。臥式薄層干化機單機處理能力大，安全性高，密封性好，廢氣量少，車間環(huán)境友好，基于臥式薄層干化工藝在安全性、靈活性、經(jīng)濟(jì)性等方面的諸多優(yōu)勢，該工藝越來越多的應(yīng)用于大型市政污泥干化項目中，可做為國內(nèi)市政領(lǐng)域污泥處理處置項目的優(yōu)選工藝之一。

0 引言

隨著城市的快速發(fā)展，污水量不斷增加，污水處理廠提標(biāo)改造進(jìn)度持續(xù)加快，導(dǎo)致污泥產(chǎn)量大大增加，截止到2016 年底我國污水處理量達(dá)到1.5億 m3/d，污泥總量近 3000 萬噸，預(yù)計到2020 年以含水率80%計我國的污泥產(chǎn)量將突破6000萬噸[1]。

在城市污水的收集及處置過程中產(chǎn)生的污泥，可能含有重金屬物質(zhì)、病原體、病毒、微生物和大量的毒性有機物，如不加以妥善處理和處置，將給排放區(qū)周圍環(huán)境造成嚴(yán)重的二次污染，威脅人類健康。污泥處理處置的問題已成為當(dāng)前形勢下的突出環(huán)境問題[2-4]。

我國目前主要的污泥處理方式包括濃縮、調(diào)理、脫水、干化等，以濃縮、調(diào)理和脫水為主，干化率尚處于較低水平。污泥處置是指污泥經(jīng)處理后的最終去向，我國目前主要的污泥處置方式有衛(wèi)生填埋、土地利用、焚燒后建材利用等，其中衛(wèi)生填埋是最常用的方式，一方面由于有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)越來越嚴(yán)格，另一方面受制于有限的可利用土地資源，干化加焚燒的處理處置方式越來越普遍[5-6]。

1 臥式薄層污泥干化工藝

污泥干化是利用燃燒化石燃料所產(chǎn)生的熱能或工業(yè)余熱、廢熱，通過專門的工藝和設(shè)備，使污泥中水份快速蒸發(fā)的一種工藝[7]。污泥干化對污泥中的水分進(jìn)行去除，從而達(dá)到干燥污泥、縮小污泥體積、提高污泥熱值的目的，同步實現(xiàn)污泥的減量化和穩(wěn)定化[8-9]。

臥式薄層污泥干化工藝是目前我國污泥干化領(lǐng)域的主流工藝之一，它是利用飽和蒸汽或?qū)嵊妥鳛闊崦降拈g接加熱干化工藝。

臥式薄層干化工藝的核心設(shè)備是臥式薄層干化機，由德國Buss-SMS-Canzler公司生產(chǎn)。Buss-SMS-Canzler公司成立于1919年，相關(guān)產(chǎn)品涉及石油化工、醫(yī)藥、食品及環(huán)境能源等領(lǐng)域，總部位于德國布茨巴赫，并在瑞士巴塞爾擁有完善的產(chǎn)品研發(fā)中心和試驗基地，是難處理混合物料熱分離解決方案及薄層蒸發(fā)技術(shù)的世界領(lǐng)先者，也是專業(yè)開發(fā)和生產(chǎn)用于干燥高粘性物料處理設(shè)備的全球領(lǐng)導(dǎo)企業(yè)。

圖1 臥式薄層干化機結(jié)構(gòu)簡圖

圖1為臥式薄層干化機結(jié)構(gòu)簡圖，臥式薄層干化機主要由外殼、轉(zhuǎn)子和葉片、驅(qū)動裝置三部分組成。外殼為壓力容器，其殼體夾套內(nèi)可注入飽和蒸汽或?qū)嵊妥鳛槲勰喔苫に嚨臒崦剑馁|(zhì)為歐標(biāo)的耐高溫鍋爐鋼，內(nèi)壁作為與污泥接觸的傳熱部分，提供主要的換熱面積和污泥薄層的載體，其材質(zhì)有多種材料可選，其中Naxtra700高強度結(jié)構(gòu)鋼覆層廣泛適用于市政行業(yè)，防腐蝕性和耐磨性優(yōu)于其他材料；轉(zhuǎn)子為一根整體的空心軸，其特殊的加工工藝可以確保轉(zhuǎn)子在受熱和高速轉(zhuǎn)動的同時不產(chǎn)生撓度，始終使葉片外沿與內(nèi)壁的距離保持5-10mm，在轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動及葉片的涂布下，進(jìn)入干化機的污泥會均勻的在內(nèi)壁上形成一個動態(tài)的薄層，污泥薄層不斷的被更新，在向出料口推進(jìn)的過程中持續(xù)被干化。

工藝流程：離心脫水后含水率80%-85%的濕污泥通過車載運輸或管道輸送至濕污泥料倉，料倉內(nèi)部設(shè)有滑架，底部設(shè)有卸料螺旋和濕污泥輸送泵。

濕污泥輸送泵將污泥輸送至干化機入口，進(jìn)入干化機的污泥被轉(zhuǎn)子上的葉片涂布于熱壁表面，葉片在對熱壁表面的污泥反復(fù)翻混的同時，還將其向前推送到出泥口。在此過程中，污泥中水分被加熱蒸發(fā)為水蒸汽，水蒸汽在干化機內(nèi)部與污泥逆向運動，由污泥進(jìn)料口上方的乏汽箱進(jìn)入尾氣冷凝系統(tǒng)。

干化機內(nèi)產(chǎn)生的蒸發(fā)尾氣通過乏汽箱進(jìn)入冷凝系統(tǒng)后，首先進(jìn)入冷凝器，在冷凝器中，廢蒸汽通過水洗，水分從蒸汽中冷凝下來。少量不凝氣體（空氣和污泥中揮發(fā)物）經(jīng)過除霧器進(jìn)行液滴分離后，由廢氣風(fēng)機排出干化系統(tǒng)，進(jìn)入除臭系統(tǒng)或進(jìn)入焚燒系統(tǒng)處理。自干化系統(tǒng)排出的廢氣量極少，僅為系統(tǒng)蒸發(fā)水量的5%-10%，廢氣風(fēng)機使整個干化系統(tǒng)處于負(fù)壓狀態(tài)，避免臭氣及粉塵的溢出。

自干化機產(chǎn)出的低含水率的污泥通過輸送設(shè)備運至干污泥料倉或焚燒系統(tǒng)。當(dāng)進(jìn)行暫存時，設(shè)置污泥冷卻器，將污泥溫度由90℃降低到50℃以提高安全性，防止污泥燜燃或自燃，隨后依次通過卸料閥和刮板輸送機送至干污泥料倉儲存。當(dāng)后續(xù)接焚燒系統(tǒng)，可通過輸送設(shè)備直接與焚燒系統(tǒng)串聯(lián)。

臥式薄層干化工藝可通過污泥中的蒸發(fā)水實現(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)自惰性化的要求，在開機及緊急情況下采用低壓蒸汽、新鮮水或氮氣作為干化系統(tǒng)的惰性化介質(zhì)。在乏汽箱出口設(shè)有氧含量分析儀，通過對干化系統(tǒng)內(nèi)氧含量的控制，實現(xiàn)污泥干化系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行。

工藝優(yōu)勢：

1）安全：系統(tǒng)密閉性好，始終維持-0.5到-1kPa的微負(fù)壓，無臭氣和粉塵外溢；系統(tǒng)可自惰性化并設(shè)置多種惰性化手段，市政項目中氧含量控制在5%以下；應(yīng)用歷史上無任何安全事故。

2）靈活：適用領(lǐng)域廣泛，適用多種類型污泥，可接受進(jìn)泥含水率65%-90%的濕污泥；可生產(chǎn)多種含固率產(chǎn)品，出泥含水率可在10%-65%之間選擇；體積負(fù)荷低，啟停和排空時間短，再次啟動無需清掏作業(yè)。

3）經(jīng)濟(jì)：蒸發(fā)效率高，每平米每小時蒸發(fā)水量可達(dá)45kg以上；市政項目上可與其他系統(tǒng)結(jié)合（如消化系統(tǒng)），實現(xiàn)80%以上的高效率熱能回收；維護(hù)成本低，每年僅需1次5-10天的年檢；臭氣量極小，處理費用低；全自動化控制，低監(jiān)控需求。

4）簡單：設(shè)備數(shù)量少，占地空間小，操作控制簡單；無載氣循環(huán)，無污泥返混；按照《壓力容器檢修規(guī)程》各類干化機需進(jìn)行周期性內(nèi)壁檢測，薄層干化機檢修無需其他吊裝設(shè)備，檢修方便且高效。

2 臥式薄層污泥干化工藝在市政領(lǐng)域的應(yīng)用現(xiàn)狀

截止到2019年9月，臥式薄層干化工藝在國內(nèi)共有29個業(yè)績，共63臺臥式薄層干化機，其中市政項目有17個共50臺干化機，表1展示了近幾年臥式薄層干化工藝在市政項目中的典型業(yè)績。

表1 臥式薄層干化工藝市政項目近期典型業(yè)績表

3 臥式薄層污泥干化工藝在市政領(lǐng)域的實例分析

四川省成都市第一城市污水污泥處理廠工程，位于四川省成都市成華區(qū)，建設(shè)規(guī)模含水率80%濕污泥處理量400t/d，接納成都市中心城區(qū)9座污水處理廠所產(chǎn)生的脫水污泥，在該污泥處理廠集中處理，包括臥式薄層污泥干化系統(tǒng)、鼓泡式流化床污泥焚燒系統(tǒng)、濕污泥接收儲存系統(tǒng)、臭氣處理系統(tǒng)等，表2為該工程污泥干化系統(tǒng)主要參數(shù)表。

表2 成都項目一期工程干化系統(tǒng)主要參數(shù)

含水率80%的濕污泥進(jìn)入干化機后，濕污泥被涂布在內(nèi)壁表面，形成污泥薄層，干化機轉(zhuǎn)子上分布有不同形式的葉片，在葉片的涂布、混合、推進(jìn)作用下，污泥在干化的同時被輸送到干污泥出口，干化后的污泥含水率約65%，通過溜槽落入半干污泥料倉。半干污泥料倉下方設(shè)置卸料螺旋和柱塞泵系統(tǒng)，半干污泥通過柱塞泵輸送至后續(xù)焚燒系統(tǒng)。

自干化機產(chǎn)生的蒸發(fā)尾氣與污泥逆向運動，自干化機上方的乏汽箱進(jìn)入后續(xù)尾氣冷凝系統(tǒng)，蒸發(fā)尾氣在冷凝器內(nèi)在噴淋水作用下被噴淋冷凝下來，不凝氣體進(jìn)入到后續(xù)除霧器中，在除霧器中進(jìn)行液滴分離后，最終尾氣通過風(fēng)機排出干化系統(tǒng)，進(jìn)入臭氣處理系統(tǒng)當(dāng)中。 表3 成都項目一期工程單條干化線公用工程消耗表

表3為成都項目一期工程單條干化線公用工程消耗表，臥式薄層干化系統(tǒng)所用到的公用工程條件主要有飽和蒸汽、中水、儀表風(fēng)、循環(huán)冷卻水、新鮮水。干化系統(tǒng)所用蒸汽主要來自于焚燒系統(tǒng)，車間內(nèi)還設(shè)有補充熱源系統(tǒng)，正常運行工況下，整套系統(tǒng)可實現(xiàn)自給自足，無需外來蒸汽僅靠焚燒系統(tǒng)產(chǎn)生的蒸汽即可滿足干化系統(tǒng)的需要。

表4 成都項目一期工程單條干化線三廢排放表

表4為成都項目一期工程單條干化線三廢排放表，廢水部分主要為使用中水噴淋洗滌蒸發(fā)尾氣后的噴淋水，COD約為230mg/L，SS約為15mg/L，這部分污水返回到污水處理場進(jìn)行處理。臥式薄層干化系統(tǒng)密封良好，廢氣產(chǎn)生量少，廢氣進(jìn)入臭氣處理系統(tǒng)當(dāng)中集中處理。干化后的污泥通過柱塞泵輸送至下游焚燒系統(tǒng)處理。

成都市第一城市污水污泥處理廠工程自2013年起已經(jīng)連續(xù)穩(wěn)定運行6年多，平均運行負(fù)荷在105%-110%之間，年運行時間可達(dá)8000h，每年規(guī)律性地進(jìn)行1次5~10天的預(yù)檢修，干化系統(tǒng)處理量和蒸發(fā)水量始終滿足性能要求，臥式薄層干化系統(tǒng)密封性極好，現(xiàn)場環(huán)境友好，在整個成都市污泥處理處置領(lǐng)域中起到舉足輕重的作用，為成都市經(jīng)濟(jì)實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，保護(hù)城市生態(tài)環(huán)境作出了積極貢獻(xiàn)，可為國內(nèi)同類污泥處理處置項目提供參考。