为何「干化焚烧」成为污泥处理处置的首选？

文

章

导

读

当下对于剩余污泥的处理，有搞厌氧消化的，有搞好氧发酵的，也有搞焚烧的，还有搞填埋的。众所周知，常规的污泥填埋已经无法满足当前污泥无害化处置的需要。国家层面对污泥填埋规模的政策导向也从“合理压减”、“逐步限制”到“加快压减”。与之相反的，污泥焚烧的“待遇”截然不同。目前国家政策大力鼓励推动焚烧，地方政府正积极推进干化焚烧。那么，污泥焚烧为什么会成为大势所趋？干化焚烧又何以成为污泥处理处置的首选？

01

污泥焚烧已成趋势

「单独焚烧or掺烧」谁将“C位出道”

污泥处理处置的最终目的是实现污泥的减量化、稳定化、无害化和资源化。而 污泥焚烧，可以说是减量化最为彻底的一种手段 。

污泥焚烧是指在一定温度和有氧条件下，污泥分别经蒸发、热解、气化和燃烧等处理方式，使其有机组分发生氧化（燃烧）反应生成 CO2 和 H2O 等气相物质，无机组分形成炉灰、渣等固相惰性物质的过程。

从污泥焚烧方式来看，主要分为 单独焚烧 和 协同焚烧（掺烧） 。

单独焚烧是利用污泥焚烧炉，添加少量助燃燃料进行焚烧的方式。其中， 直接焚烧设备以鼓泡式流化床和回转窑焚烧炉焚烧为主流炉型 。

◎  鼓泡式流化床焚烧炉具有燃烧速度快、污泥停留时间短、焚烧热量可直接利用、效率高、适用性强、结构紧凑、占地面积小和事故率低等优点，但是存在动力消耗较大、飞灰量大等缺点。

图源：网络

◎  回转窑焚烧炉具有强大的废物焚烧处理能力，可处理废物的范围广（可同时处理固体、液体及气体废物），适用性强、操作稳定、焚烧安全，但多用于危险废物的焚烧处置。

图源：网络

单独焚烧存在对项目规模要求高（日处理 400 吨以上）、投资高、审批难、周期长以及技术层面等问题。不过 对于污泥产生量大、土地资源紧缺、经济条件较好的地区，应鼓励建设污泥单独焚烧设施 ，污泥单独焚烧要考虑系统能量的优化，以提高污泥热能利用效率。

协同焚烧也叫掺烧， 主要是在垃圾焚烧发电厂、燃煤热电厂和水泥窑中掺入少量污泥，对其进行协同处置的方式 。

◎  水泥窑协同焚烧的灰分能直接作为水泥熟料加以利用，且烟气余热用于污泥干化，其具有一定的技术经济优势，在环保和水泥行业得到极大关注。

◎  垃圾焚烧发电厂协同焚烧是将污泥与垃圾协同焚烧，相较于水泥窑协同焚烧和燃煤热电厂协同焚烧，其对锅炉的影响较小，运行成本较低。

◎  燃煤热电厂协同焚烧是干污泥与煤掺混后直接进入锅炉进行焚烧，既可解决污泥的处置问题，又能为热电厂节省锅炉燃料，降低发电成本。

需要特别说明的是， 无论是哪种焚烧工艺，在污泥入炉焚烧前，都应先将污泥进行干化处理，降低污泥含水率 ，以提高入炉污泥热值，提高焚烧效率。

所以， 干化 — 焚烧工艺也成为目前污泥处理处置最佳方案中的首选方式 。当污泥中有毒有害物质含量很高且短期不可降低时，这种处理方法尤为适用。

机械热干化 - 焚烧工艺路线图｜图源：网络

目前 国内新项目大多以干化 — 焚烧类居多 ，在国际污泥处理处置技术中“干化 — 焚烧”也是主流工艺之一。

02

焚烧工艺前处理-- 污泥干化技术

一般来说，剩余污泥采用机械脱水（ 带式压滤、板框压滤等 ) 后可将含水率降至  80% ，但距离自持燃烧含水率（ 40% ～ 70% ）还有一定距离，其处置难度和成本仍然较高，因此有必要进一步减量。

此时 采用污泥干化技术就能实现大规模减量 。污泥干化，主要是指通过通风、加热等手段，使污泥中的水分蒸发，从而使污泥减量化、稳定化和无害化。

01 污泥干化要关注哪些 技术参数？

污泥成分对于最终干化效果有明显的影响，这很大程度也受进水水质和污水处理工艺的影响，因此，对于干化工艺来说，以下内容值得注意：

污泥中絮凝剂含量；污泥的粘度、弹性；有机物在干物质中的比例；磨蚀性成分的比例（如沙、石等）；腐蚀性成分的浓度（如氯、硫等）；油脂类物质的百分比

02  六种污泥干化技术

目前应用较多的污泥干化工艺设备包括流化床干化、转筒干化、带式干化、浆叶式干化、卧式转盘式干化、圆盘式干化、喷雾干化和等涡轮薄膜干化等几种，可以将污泥干化至含水 60% 以下。

流化床干化技术

流化床干化系统中污泥颗粒温度一般为 40 ℃ ~85 ℃，系统氧含量 <3% ，热媒温度 180 ℃ ~220 ℃。推荐采用间接加热方式，热媒常采用导热油，可利用天然气、燃油、蒸汽等各种热源。

流化床干化干化技术的核心设备是流化床干燥机，从底部到顶部基本由风箱、带热交换器的中间部分和抽吸罩三部分组成。

通过流化床下部风箱，将循环气体送入流化床内，颗粒在床内流态化并同时混合。通过循环气体不断地流过物料层，达到干燥的目的。 工作原理如图所示：

 

流化床干化机工作原理｜图源： 网络

流化床干化工艺可用于各种规模的污水处理厂，尤其适用于大型和特大型污水处理厂， 干化效果好，处理量大。但投资和维修成本较高，当污泥含沙量高时应注意采用防磨措施。

带式干化技术

带式干化技术主要是通过干燥的热空气将均布在网带上的湿污泥中的水分吸收出来，使污泥被逐步烘干， 含水率降至 10%~30% 的污泥干化技术 。

低温带式 <65 ℃，中温带式 110-130 ℃，无需干泥返混，适用于污泥全干化和半干化。

 

带式干燥机｜图源： 网络

低温带式污泥脱水技术是一种污泥静止干化技术，装置一般需配套管道式挤压造粒。

污泥经过造粒后落入履带上便静止不动，污泥的干化全部依靠热泵产生的热量，在鼓风机作用下自下而上送至带式干燥机中循环吹干，从而带走污泥中的水分。

该技术的特点是装置独立，可移动放置，采用除湿热泵作为干化系统的热源，以电能作为输入能量，只消耗电能。

低温带式污泥干燥机温度较低，一般控制在 45 ～ 80 ℃之间，物料基本处于静止状态，无粉尘、废气排出，干净卫生，设备投资成本高，更适合低含水率 ( ＜ 50%)  物料的干燥，出料含水率可以控制在 10% 以下，更适用于较干净、经济价值较高的物料。

浆叶式干化技术

桨叶式污泥干化技术较为传统，一般采用蒸汽作为热源，配套湿污泥和干污泥储存、输送系统，以及尾气的处理系统。

该技术 可以将污泥含水率从 80% 降低至 40% 以下 ，设备制作简单，应用范围广，曾经在污泥处理领域占有率较大。

桨叶式污泥干化技术的核心设备是桨叶干燥机。常见的桨叶结构如下图所示，多为单轴或多轴形式，少见四轴形式，利用楔形结构的桨叶推动干燥机中的污泥向末端推进。

 

卧式空心浆叶干燥机｜图源： 网络

值得一提的是， 因桨叶换热面积小，热量利用率低，干化规模一般较小，多适用中小规模装置 。当日处理湿污泥质量超过 50t 时，需要 2 台以上设备。

圆盘式干化技术

圆盘式污泥干化技术是在桨叶式基础上发展起来的， 目前主要应用在市政污泥处理领域，其日处理规模大，装置自动化程度高 ，可建设于电厂，依托电厂现成的余热蒸汽和公用工程，同时干化脱水后的污泥可直接与电厂燃料煤掺烧。

圆盘式污泥干化技术的核心设备是圆盘干燥机，由同轴排列的盘片组成，污泥的翻动和前进主要依靠盘片上的推进片和固定在壳体上的刮刀片。

 

网络圆盘干燥机｜图源： 网络

喷雾式干化技术

喷雾干化是 利用雾化器将原料液分散为雾滴，并用热气体（空气、氮气、过热蒸汽或烟气）干燥雾化后含水颗粒而获得干燥产品 的一种干化方法   。

喷雾式污泥干化技术的核心设备是喷雾干燥设备，主要由三部分组成，第一部分是对料液进行雾化处理，第二部分是使被雾化处理的料液与空气接触，第三部分是使干燥后的粉末与空气分离。

喷雾干燥设备｜图源：网络

喷雾干化多采用向下流并流干化，即喷嘴安装在塔的顶部，污泥和热空气均从塔顶进入。

热空气和雾化污泥首先在塔顶温度最高区域接触，由于大量吸收高温空气的热量，污泥中的水分迅速蒸发，从而空气温度急剧下降当颗粒运动到塔的下部时，产品已干燥完毕，空气温度也已降低至最低点。

喷雾干化设备 干化时间短（以 s 计），传热效率高，干燥强度大 。干化污泥颗粒温度低，结构简单，操作灵活，安全性高，易实现机械化和自动化，占地面积小。但干燥系统排出的尾气中粉尘含量高，有恶臭，需经两级除尘和脱臭处理。

薄层式干化技术

薄层式污泥干化技术是对污泥减量化最彻底的技术 。顾名思义，该技术主要是将污泥制成 “ 煎饼 ” 一样的薄层，以此增加污泥中水分蒸发的表面积，实现污泥快速干化的目的。

该技术的核心设备是薄层蒸发器，其主要组成包括加热夹套、转子、转子叶片、转子驱动装置、轴密封装置等。

 

薄层蒸发器内部结构｜图源：网络

该技术理论上相当完美： 污泥在薄层状态下干化迅速、彻底，热量消耗低，干污泥含水率可以轻松达到 30% 以下 。

但是由于薄层蒸发器设备结构复杂，设备检修难度大，且不适用于杂质颗粒大的湿污泥，导致该技术市场占有率并不高。

03

其他新型污泥干化技术

除了以上提到的应用较广泛、成熟的是污泥热干化技术外，也有颇多新型污泥干化技术。

太阳能 污泥 干化 技术

利用太阳能，借助传统温室干燥工艺，具有低温干化、能耗小、操作简单、运行安全稳定等优点。其驱动力为污泥中水分含量和空气中水蒸汽分压之间的水蒸气压力差。

太阳能干化技术受气候、季节、天气等因素约束大，并且需要在一个配置翻泥机的大型暖房内进行，湿污泥从一端输入，干污泥从另一端输出。

微波干化技术

其实质是将电磁能转化为污泥内能蒸发水分，从而达到干化污泥目的。

在不同微波波长和频率工况下，污泥极性分子（如，水分子）产生反作用力（如，弹力、内摩擦力和分子作用力）抵抗变化磁场的偶极矩作用，导致分子内能上升，从而使水分逐渐蒸发，实现干化目的。

低温真空脱水干化一体化 技术

将传统污泥脱水与热干化工序合成一体， 含水率 90%~99% 的污泥，经一次工艺处理后可降低至 20% 以下 ，并可根据实际需求调整脱水干化后的污泥含水率，以满足各种污泥处置工艺的含水率要求。

超声波干化 技术

利用频率在 20kHz 到 10MkHz  范围内的超声波，在瞬态空化作用下对污泥进行破解，通过将破解后的污泥回流至生物反应器，作为底物供其他微生物重复代谢，可使得污泥总体产量下降。

国外研究者采用超声波技术调理污泥后， 污泥总固体含量增加 16.2% ，絮体平均尺寸在 22.3μm 左右，体积减小了 60.9% ，同时污泥粘度降低，导致污泥过滤性能提高，说明超声波调理促进污泥的脱水性。

生物干化 技术

生物干化是在好氧发酵基础上发展而来的技术，在强制通风条件下利用微生物产热实现快速脱水，目标是以更少的有机质降解实现更多的水分去除。

目前国内对于生物干化工艺的研究工作较少，且主要集中在实验室。

来源 | 环保水圈

作者 | 之淮

往期热文回顾

原生、起源、进化，百年活性污泥法极简创新史

中央经济工作会议，关于环保说了这么多！

以北京市为例看“环卫车电动化”现状及政策影响

中央生态环保督察，越来越不像“环保”督察了