概 述

　　水是人類生存的基本條件，是影響和制約社會發(fā)展的最關(guān)鍵因素。一方面，世界上的大部分地區(qū)水資源都嚴(yán)重短缺；另一方面，人口的急劇增長、工業(yè)的不斷發(fā)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(dāng)前社會和人類共同面臨的兩大難題。

　　上個(gè)世紀(jì)以來，隨著人與自然關(guān)系的不斷激化，人們逐漸認(rèn)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(jìn)行各種物理、化學(xué)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(huán)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(guān)鍵步驟。

　　1　污泥處理的任務(wù)與方法

　　1.1污泥在實(shí)際中的表現(xiàn)

　　干凈的水經(jīng)使用后因其中含有有機(jī)物、重金屬、病毒、細(xì)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(zhuǎn)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(shí)際中表現(xiàn)為：

　　（1）臭味大：眾多易腐化的有機(jī)物在污泥的處理、運(yùn)輸、儲存中發(fā)出各種惡臭 的氣味影響環(huán)境；

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

　　1.2　污泥處理的幾大任務(wù)

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

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

　　（2）污泥性質(zhì)穩(wěn)定：去除污泥中易腐化變質(zhì)的有機(jī)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(xì)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(jī)肥料，改善土壤條件，促進(jìn)作物的生長；② 利用污泥中大量有機(jī)物儲藏的熱量進(jìn)行焚燒，回收熱能。

　　目前，為達(dá)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(jī)械脫水、干化或焚燒及最終廢棄物處置四個(gè)主要階段，其中前三個(gè)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(nóng)業(yè)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(diǎn)，應(yīng)使肥料易于運(yùn)輸、儲存、操作，提高衛(wèi)生條件；③ 制定全面的施用標(biāo)準(zhǔn)，減少對環(huán)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(zhì)穩(wěn)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(zhì)、最終污泥處置方式、地方行政法規(guī)的限制、經(jīng)濟(jì)性、處理規(guī)模、處理技術(shù)、現(xiàn)場條件等息息相關(guān)。

　　從以上所述可知，目前只做的濃縮、機(jī)械脫水并不能減少污染，也不能滿足衛(wèi)生需要，因此不能滿足污泥處置的要求，進(jìn)行污泥干燥或焚燒的深度處理是污泥處理發(fā)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(fù)荷的有效途徑；

　　（2）地方法規(guī)的要求：歐洲有些國家禁止沒有深度處理的污泥進(jìn)行處置；

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

　　（4）經(jīng)濟(jì)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(yùn)輸、儲存費(fèi)用，同時(shí)減少填埋的費(fèi)用（歐洲國家填埋的費(fèi)用以體積計(jì)，且價(jià)格非常貴200～300歐元／立方米）。

　　（5）工藝發(fā)展的保證：污泥干燥和焚燒技術(shù)的發(fā)展成熟減少了投資和運(yùn)行費(fèi)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(jìn)一步去除污泥中的毛細(xì)水，使污泥固體含量達(dá)到70%～90%的過程，目前，昂帝歐得利滿公司已開發(fā)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(jī)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(fā)污泥中的水份即可獲得百分之60～80的干化污泥，運(yùn)行中可利用攪拌輪將污泥翻轉(zhuǎn)平鋪在地板上或增加強(qiáng)制通風(fēng)以提高蒸發(fā)效率。這種工藝設(shè)計(jì)簡單，投資運(yùn)行費(fèi)用低，但需要很大的占地面積，適合于產(chǎn)泥量較低，污泥用作農(nóng)業(yè)應(yīng)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(shí)導(dǎo)入溫度為2900C壓力為80～100巴的反應(yīng)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(jī)物氧化成CO2和水，剩余污泥通過機(jī)械脫水干度即可達(dá)50～60%以上。濕氧化的工藝適用于污泥非農(nóng)業(yè)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(yīng)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(jié)構(gòu)上，除了干燥器以外，還應(yīng)包括污泥進(jìn)料器，輔助熱源、送氣系統(tǒng)，熱量回收裝置，灰塵 控制、灰燼排出、控制系統(tǒng)等。

　　目前的熱干燥系中已使用的有轉(zhuǎn)鼓式、圓盤式、螺旋槳式、薄膜式、管式等多種干化系統(tǒng)。干化系統(tǒng)的選擇與最終產(chǎn)品的要求、處置方式、污泥類型等密切相關(guān)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(fā)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(gè)步驟

　　（1）進(jìn)料

　　用螺旋輸送器將15～35%的脫水污泥送至干燥器的進(jìn)口，有時(shí)會根據(jù)污泥的性質(zhì)，選擇是否將篩分后的細(xì)小干化污泥與待干化的污泥進(jìn)行預(yù)混合。

　　（2）熱源產(chǎn)生

　　NARATHERM®可使用熱蒸汽或油經(jīng)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(zhuǎn)動的軸、槳葉等所有與污泥接觸進(jìn)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(fā)污泥中的水份。沿干燥器的軸向長度，水蒸汽蒸發(fā)會經(jīng)歷恒定蒸發(fā)效率和低蒸發(fā)率兩個(gè)階段；污泥干化經(jīng)歷塑化、破塑、塊化、顆粒化四個(gè)步驟；污泥的溫度呈快速上升、穩(wěn)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(shí)間3至7小時(shí)，出口污泥含固率達(dá)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(dú)使用或組合使用，使干污泥溫度從110℃減至40℃左右，冷卻后進(jìn)入細(xì)格柵進(jìn)行篩分，或經(jīng)過造形機(jī)造型后達(dá)到所要求的干污泥形狀。

　　（5）冷凝回收

　　干燥器內(nèi)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(yōu)勢

　　NARATHERM®工藝采用巧妙設(shè)計(jì)的槳式干燥器，可對污泥進(jìn)行徹底攪拌并使污泥一直處于干凈接觸面進(jìn)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(shí)用汽量比直接加熱又大為減少。整個(gè)工藝系統(tǒng)的組合使其具有明顯的優(yōu)勢：

　　（1）適應(yīng)性強(qiáng)：適用于各種類型和性質(zhì)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(chǎn)生減少，末端處理變得容易；

　　（3）高品質(zhì)干化污泥：① 有機(jī)含量極低，污泥性質(zhì)穩(wěn)定；② 足夠長的加熱時(shí)間，消除病毒、細(xì)菌等，滿足衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)；③ 具有農(nóng)業(yè)利用價(jià)值；④ 含固率高（＞90%），可成粒便于儲存、運(yùn)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(tǒng)全自動控制，對系統(tǒng)的O2、CO、惰性氣體等能實(shí)時(shí)檢測，并有自動安全保護(hù)。

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

 

 

　　干燥器包括一個(gè)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(jìn)入，通過重力緩慢流至另一端。傳熱流體從同一側(cè)進(jìn)入中空槽、軸和槳的內(nèi)部對所有可能與污泥接觸的金屬進(jìn)行加熱。同時(shí)，成對的兩根軸轉(zhuǎn)向相反，槳葉齒形配合，可調(diào)轉(zhuǎn)速的軸帶動攪拌槳將污泥緩慢均勻的翻轉(zhuǎn)攪拌。

　　此設(shè)計(jì)體現(xiàn)了如下優(yōu)點(diǎn)：

　　（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(tài)確保與加熱表面100%的進(jìn)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(dǎo)效率；

　　（3）高干化污泥品質(zhì)：① 形狀平滑的槳葉和不產(chǎn)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(xù)加熱可使所有干化污泥性質(zhì)類似。

　　NARATHERM®加熱干燥工藝所具有投資運(yùn)行費(fèi)用相對較低、適應(yīng)性強(qiáng)、污泥干度高，性能穩(wěn)定、安全衛(wèi)生等優(yōu)點(diǎn)為其在歐洲北美占領(lǐng)了很大市場份額，積累了豐富的運(yùn)行 管理經(jīng)驗(yàn)。如在Saint Brieuc、Lavelanet、Barrow、Metz等眾多水廠均有成功運(yùn)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(jī)物燃燒成CO2、NO和無機(jī)物等。焚燒最終廢棄物為含固率99％以上的無機(jī)灰燼。

　　與污泥干燥一樣，污泥的焚燒也要經(jīng)過污泥干化和污泥焚燒兩個(gè)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(jié)省大量的燃料。

　　污泥焚燒有污泥單獨(dú)焚燒和與城市垃圾混合焚燒兩種。實(shí)際上，單獨(dú)燃燒因費(fèi)用較高而很少使用。

　　昂帝歐得利滿公司開發(fā)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(jī)物燃燒成無機(jī)灰燼。

　　IC850®具有適應(yīng)范圍廣、運(yùn)行費(fèi)用低、污泥噴嘴無堵塞、系統(tǒng)靈活可調(diào)節(jié)、操作簡單、系統(tǒng)自動化運(yùn)行等優(yōu)點(diǎn)，適合于污泥非農(nóng)業(yè)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(nèi)，年處理量超過20000噸干污泥的處理廠成功運(yùn)轉(zhuǎn)。

　　3　結(jié)束語

　　最近半個(gè)世紀(jì)，隨著人口和工業(yè)的持續(xù)快速增長，污泥的產(chǎn)生量也大量增加。據(jù)統(tǒng)計(jì)，歐洲每年每個(gè)人會產(chǎn)生15～25 kg的干污泥，歐盟國家1992年全年干污泥產(chǎn)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(chǎn)量的增加、污染成份的復(fù)雜化、各國對污泥的最終處置都提出了越來越嚴(yán)格的規(guī)定，一般的污泥處理已經(jīng)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(fā)展成熟、逐漸表現(xiàn)出很強(qiáng)的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢，在未來很短的一段時(shí)間里，它們將是污泥處理的必然選擇。