安全文化網 m.zltai.com

 　　概 述

　　水是人類生存的基本條件，是影響和制約社會發展的最關鍵因素。一方面，世界上的大部分地區水資源都嚴重短缺；另一方面，人口的急劇增長、工業的不斷發展，人類又在不斷制造大量的污染物，污染著本已稀缺的水資源。水資源短缺與水 污染是當前社會和人類共同面臨的兩大難題。

　　上個世紀以來，隨著人與自然關系的不斷激化，人們逐漸認識到只有污水處理和污水回用才是解決水資源短缺與 水污染的最有效方法。

　　眾所周知，目前的污水處理廠是先對污水進行各種物理、化學或生物的方法把污染物從水中分離出來，分離水變成“清潔水”排入水體；再集中處理濃縮了污染“精華”的分離“固體”――－污泥。顯然，不徹底解決污泥的處理問題，污泥中的污染物就會再通過各種途徑回到大自然，則再好的水處理效果對環保而言都只是掩耳盜鈴。

　　將污染物從污泥中徹底去除是解決水污染問題的關鍵步驟。

　　1　污泥處理的任務與方法

　　1.1污泥在實際中的表現

　　干凈的水經使用后因其中含有有機物、重金屬、病毒、細菌等對人類和自然界會造成危害而稱為污水。污水的凈化處理一定意義上講是部分地把這些污染物分離轉移至污泥中。

　　相對于污水，污泥的污染成分近似而濃度則要高得多，在實際中表現為：

　　（1）臭味大：眾多易腐化的有機物在污泥的處理、運輸、儲存中發出各種惡臭 的氣味影響環境；

　　（2）危險性高：污泥中含有大量的病毒、細菌、原生動物及高濃度的鋅、銅、鉻、鉛、鎘等重金屬、有毒的有機合成物等，對水資源和人體健康都是 一種潛在的危險；

　　1.2　污泥處理的幾大任務

　　污泥處理就是要對污泥進行深度無害化處理，徹底解決污泥對環境的污染及對人類的危害，通常有以下幾大任務：

　　（1）減少污泥體積：① 在水處理工藝中采用生物或化學的方法直接減少污泥的產生，避免和減少污泥的產生；② 在污泥處理系統中提高污泥的含固率；

　　（2）污泥性質穩定：去除污泥中易腐化變質的有機物；

　　（3）污泥無害化：去除污泥中對人體或自然界有危害的病毒、細菌、原生 動物 和重金屬等；

　　（4）污泥的資源化利用：① 利用污泥中富含的N、P、K等回收有機肥料，改善土壤條件，促進作物的生長；② 利用污泥中大量有機物儲藏的熱量進行焚燒，回收熱能。

　　目前，為達到污泥的最終無害化處理，完整的工藝如下圖所示：

 

　　由上圖可知：污泥處理包括污泥濃縮、機械脫水、干化或焚燒及最終廢棄物處置四個主要階段，其中前三個階段為污泥處理階段主要特性如下：

　　1.3 污泥處理最終廢棄物的處置及要求

　　（1）農業利用：① 去除病原體，重金屬等避免長期使用對人體及土地的副作用；② 具有施用期短，儲存期長的特點，應使肥料易于運輸、儲存、操作，提高衛生條件；③ 制定全面的施用標準，減少對環境的不良影響，消除用戶的不信任；

　　（2）填埋：① 盡可能小的體積；② 防止二次污染；

　　（3）建筑材料：材料性質穩定，無毒害；

　　（4）投海：已禁止使用。

　　1.4　污泥深度處理的必要性

　　污泥處理工藝的選擇與污泥性質、最終污泥處置方式、地方行政法規的限制、經濟性、處理規模、處理技術、現場條件等息息相關。

　　從以上所述可知，目前只做的濃縮、機械脫水并不能減少污染，也不能滿足衛生需要，因此不能滿足污泥處置的要求，進行污泥干燥或焚燒的深度處理是污泥處理發展的必然選擇。

　　（1）污染去除的要求：濃縮、脫水不能去除污染物，干燥或焚燒是徹底去除污染負荷的有效途徑；

　　（2）地方法規的要求：歐洲有些國家禁止沒有深度處理的污泥進行處置；

　　（3）最終污泥處置的要求：污泥農業回用、污泥填埋、建筑材料的使用都要求污泥無毒、滿足衛生要求；

　　（4）經濟性的要求：深度處理后的污泥，其體積僅為脫水污泥的一半至五分之一，減少運輸、儲存費用，同時減少填埋的費用（歐洲國家填埋的費用以體積計，且價格非常貴200～300歐元／立方米）。

　　（5）工藝發展的保證：污泥干燥和焚燒技術的發展成熟減少了投資和運行費用，提高了處理效率。

　　2　污泥的干燥處理工藝

　　干燥是利用熱源加熱脫水后的污泥，進一步去除污泥中的毛細水，使污泥固體含量達到70%～90%的過程，目前，昂帝歐得利滿公司已開發使用了多種干燥工藝，如利用太陽能加熱的HELIANTS®工藝，利用高溫氧化有機物的MINERALIS®工藝及各種形式的加熱干燥工藝。

　　2.1 HELIANTS®太陽能干燥工藝

　　將脫水后的污泥放置于溫室中，利用太陽能蒸發污泥中的水份即可獲得百分之60～80的干化污泥，運行中可利用攪拌輪將污泥翻轉平鋪在地板上或增加強制通風以提高蒸發效率。這種工藝設計簡單，投資運行費用低，但需要很大的占地面積，適合于產泥量較低，污泥用作農業應用，并需長期儲存的場合。

　　2.2 MINERALIS®高溫濕氧化工藝

　　將污泥和純氧同時導入溫度為2900C壓力為80～100巴的反應容器中，純氧在高溫、高壓情況下不需使用催化劑即可將絕大部分有機物氧化成CO2和水，剩余污泥通過機械脫水干度即可達50～60%以上。濕氧化的工藝適用于污泥非農業利用的場合，脫水泥餅可以填埋或作為建筑原材料。

　　2.3 NARATHERM®槳式加熱干燥工藝

　　干燥工藝中應用更廣泛的還是加熱干燥系，所有的加熱干燥均需要熱源。結構上，除了干燥器以外，還應包括污泥進料器，輔助熱源、送氣系統，熱量回收裝置，灰塵 控制、灰燼排出、控制系統等。

　　目前的熱干燥系中已使用的有轉鼓式、圓盤式、螺旋槳式、薄膜式、管式等多種干化系統。干化系統的選擇與最終產品的要求、處置方式、污泥類型等密切相關如下圖所示。

 

　　2.3.1 工藝流程

　　NARATHERM®工藝是由得利滿公司和GOUDA公司共同開發的槳式加熱干燥工藝，是歐洲目前使用最廣泛的加熱工藝，其流程簡述如下：

 

　　2.3.2 NARATHERM®工藝主要包括以下幾個步驟

　　（1）進料

　　用螺旋輸送器將15～35%的脫水污泥送至干燥器的進口，有時會根據污泥的性質，選擇是否將篩分后的細小干化污泥與待干化的污泥進行預混合。

　　（2）熱源產生

　　NARATHERM®可使用熱蒸汽或油經鍋爐加熱作為熱交換的熱源。一般熱流體的溫度為180～200℃。熱流體被分別引入中空的干燥器殼體和轉動的軸、槳葉等所有與污泥接觸進行熱交換的加熱金屬表面。

　　（3）污泥干燥

　　加熱的金屬表面與污泥均勻接觸，加熱污泥，蒸發污泥中的水份。沿干燥器的軸向長度，水蒸汽蒸發會經歷恒定蒸發效率和低蒸發率兩個階段；污泥干化經歷塑化、破塑、塊化、顆粒化四個步驟；污泥的溫度呈快速上升、穩定、快速上升的趨勢，最后出口污泥溫度為100～110℃左右（見下圖）。干燥時間3至7小時，出口污泥含固率達到90%以上。

 

　　（4）冷卻篩分

　　冷卻有直接冷卻和間接冷卻兩種方式。兩種方式單獨使用或組合使用，使干污泥溫度從110℃減至40℃左右，冷卻后進入細格柵進行篩分，或經過造形機造型后達到所要求的干污泥形狀。

　　（5）冷凝回收

　　干燥器內的熱蒸汽送至冷凝器冷凝處理。冷凝溶劑回收；不可凝氣體送至鍋爐再加熱成熱源；冷凝水回污水處理廠。

　　2.3.3 工藝的優勢

　　NARATHERM®工藝采用巧妙設計的槳式干燥器，可對污泥進行徹底攪拌并使污泥一直處于干凈接觸面進行熱交換，解決了一般間接傳熱工藝傳熱效率低的問題，同時用汽量比直接加熱又大為減少。整個工藝系統的組合使其具有明顯的優勢：

　　（1）適應性強：適用于各種類型和性質的脫水污泥；

　　（2）消耗低：① 用汽量小，部分熱能回收，減少熱耗；② 消除粉末，臭味產生減少，末端處理變得容易；

　　（3）高品質干化污泥：① 有機含量極低，污泥性質穩定；② 足夠長的加熱時間，消除病毒、細菌等，滿足衛生標準；③ 具有農業利用價值；④ 含固率高（＞90%），可成粒便于儲存、運輸及靈活處置；

　　（4）安全操作：用汽量小，溫度較低，且無直接接觸，安全性能較高。

　　（5）易操作：系統全自動控制，對系統的O2、CO、惰性氣體等能實時檢測，并有自動安全保護。

　　NARATHERM工藝的優越性能主要得益于其獨特的槳式干燥器（如下圖所示）：

 

 

　　干燥器包括一個可加熱的中空槽、兩根或四根成對安裝中空的傳動軸、裝于軸上許多楔形攪拌槳、槳頂端的刮板等。工作中，污泥從干燥器的一端進入，通過重力緩慢流至另一端。傳熱流體從同一側進入中空槽、軸和槳的內部對所有可能與污泥接觸的金屬進行加熱。同時，成對的兩根軸轉向相反，槳葉齒形配合，可調轉速的軸帶動攪拌槳將污泥緩慢均勻的翻轉攪拌。

　　此設計體現了如下優點：

　　（1）接觸面積大：較大的面積／容積比加大了接觸面積；

　　（2）傳熱效率高：① 物料的流化狀態確保與加熱表面100%的進行接觸熱交換；② 自清潔的槳形使加熱接觸面始終保持清潔，提高傳導效率；

　　（3）高干化污泥品質：① 形狀平滑的槳葉和不產生軸向推力的攪拌形式避免易碎污泥的破壞；② 推流式的通過形式、槳葉兩面的均勻連續加熱可使所有干化污泥性質類似。

　　NARATHERM®加熱干燥工藝所具有投資運行費用相對較低、適應性強、污泥干度高，性能穩定、安全衛生等優點為其在歐洲北美占領了很大市場份額，積累了豐富的運行 管理經驗。如在Saint Brieuc、Lavelanet、Barrow、Metz等眾多水廠均有成功運行的記錄。

　　2.4 IC850®污泥焚燒工藝

　　污泥焚燒是最徹底的污泥處理工藝，它可將15%～35％的脫水污泥投入焚燒爐中，直接把有機物燃燒成CO2、NO和無機物等。焚燒最終廢棄物為含固率99％以上的無機灰燼。

　　與污泥干燥一樣，污泥的焚燒也要經過污泥干化和污泥焚燒兩個階段，所不同的是，污泥的焚燒利用污泥自身的熱值即可維持污泥焚燒，可節省大量的燃料。

　　污泥焚燒有污泥單獨焚燒和與城市垃圾混合焚燒兩種。實際上，單獨燃燒因費用較高而很少使用。

　　昂帝歐得利滿公司開發的IC850®是目前使用最廣泛的一種混合燃燒工藝。它將干度為15%至35%的脫水污泥以1:10至1:5的混合比例與城市垃圾投入最低溫度為850℃的焚燒爐中迅速將有機物燃燒成無機灰燼。

　　IC850®具有適應范圍廣、運行費用低、污泥噴嘴無堵塞、系統靈活可調節、操作簡單、系統自動化運行等優點，適合于污泥非農業使用、污泥和垃圾混合集中處理的場合。目前，該工藝已在包括AMSTERDAM、CENON、DINAN、SARCELLES等地在內，年處理量超過20000噸干污泥的處理廠成功運轉。

　　3　結束語

　　最近半個世紀，隨著人口和工業的持續快速增長，污泥的產生量也大量增加。據統計，歐洲每年每個人會產生15～25 kg的干污泥，歐盟國家1992年全年干污泥產量為600萬噸，到2002年就增長至1200萬噸，直至2007年，每年污泥量仍將以5%以上的速度增長。

　　污泥產量的增加、污染成份的復雜化、各國對污泥的最終處置都提出了越來越嚴格的規定，一般的污泥處理已經不能滿足要求。而一些以NARATHERM®、IC850®等為代表干燥和焚燒工藝又在不斷的發展成熟、逐漸表現出很強的技術和經濟優勢，在未來很短的一段時間里，它們將是污泥處理的必然選擇。

安全文化網 m.zltai.com