束牮
上海依科绿色工程有限公司 上海市
摘 要 ：介绍了污泥低温干化设备在污水处理厂应用情况，并重点分析了其在污泥干化效果、能耗等方面的表 现。生产实践表明，污泥低温干化设备非常适合污泥在污水处理厂内的干化减量处理，易于管理，可以将污泥含水率由 80%~90%降低至30%以下，每消耗1 kWh电能可以蒸发3.3 kg以上的水分，且生产过程中对环境的影响较小。文中同时对 污泥低温干化设备性能表现的相关生产条件进行了分析，并提出了污泥低温干化设备在日常运行的管理要点。
关键词 ：污泥低温干化 ；除湿能效 ；环境影响 ；运行管理
污泥干化是实现污泥含水率降低的有效方法，是污泥处理处置及资源化利用的前提。污泥低温干化技术是一种新型干化技术，利用热泵技术将干燥过程排放废气中的水蒸气冷凝释放的潜热转化为通过冷凝器的显热，对污泥进行干化。近年来，国内外研究学者对污泥低温干化的应用研究取得了新的进展[1]。热泵干燥技术从低温热源吸取热量并转移到温度相对较高的烘干房中，对物料进行干燥，不仅节能高效，而且能为污泥干化解除地域限制，具有很大的应用前景[2]。近年来，随着污水处理设施的普及及处理率与处理标准的不断提高，城市水环境治理取得显著成效。但作为污水处理的副产物，大量的污泥并未普遍得到有效处理处置，而这些污泥因易腐烂发臭，同时含有难降解有机物、致病菌、重金属等有害物质，易对大气、地下水、土壤等造成二次污染，严重威胁城市环境安全与公众健康。因此，如何科学合理地处理处置城市污水处理厂产生的污泥，实现污泥“减量化、无害化、稳定化”，促进污泥资源化，已成为比污水处理本身更棘手的问题。污泥处理和处置是污泥进入环境之前和进入环境之后的2个不同阶段，其中污泥处理是污泥减容、减量、稳定及无害化的过程，而污泥处置是将经过处理后的污泥或污泥产品在环境中或利用过程中达到长期稳定，并对人体健康和生态环境不产生有害影响的最终消纳方式。因此，污泥如何处理要按照污泥处置的方式和要求确定，即处置决定处理。
在污泥机械脱水中，常用设备主要有带式压滤机、离心脱水机、叠螺脱水机、旋转压滤机及板框压滤机。其中，前四种应用最为广泛，这四种脱水机械处理后的泥饼含水率下限一般只能达到78%左右。板框压滤机作为污泥机械脱水设备，在污水厂污泥脱水中的应用虽然较少，但国内外的工程实践表明，若采用石灰、铁盐或铝盐进行调理，泥饼含水率的下限可以达到60%左右。然而，板框压滤前的传统调理技术大量采用石灰、铁盐或铝盐，但石灰有结垢问题，氯化铁则对设备产生腐蚀，同时将增加污泥干固体量，降低污泥肥效和热值。脱水泥饼的含水率高，不但增加了运输的难度，而且给后续的污泥处理处置带来极大的不便：堆肥时满足不了含水率的要求；填埋时达不到垃圾填埋场的准入条件；土地利用时也不能满足园林绿化和农用的准入条件；焚烧时水分蒸发耗费过多的热量，更易造成尾气污染。为此，国家环保部于2010年11月下发了《关于加强城镇污水处理厂污泥污染防治工作的通知》，明确要求“出厂污泥含水率＜50%”。污泥低温干化就是将污泥机械脱水后污泥含水率降至50%以下。
目前，国内外已有多家公司研发出污泥低温干化技术，并相续建立了示范型性工程。其中，在成都郫都区某污水处理厂建设的污泥低温干化工程于2019年2月投入试生产，已稳定运行一年，泥饼平均含水率控制在50%以下。
1 项目概况
某市经济开发区污水处理厂主要处理区内化工企业排放的废水，一期日处理规模达到1 万m3/d，二期工程建设规模为1 万m3/d，污水处理采用初沉+厌氧水解+A/O （PACT） 生化池＋二沉＋混凝沉淀＋臭氧氧化＋BAF+纤维过滤＋消毒工艺，污水经处理后尾水达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》 （GB 18918—2002） 一级A标准。污泥经离心脱水含水率达到80%左右，再经污泥低温干化处理，使污泥含水率降至20%~30%，送往固废处理有限公司焚烧处置。污泥经干化处理后，减量化达到70%，大大减少了该厂污泥外运处置的成本。2 生产应用表现
2.1 工艺流程
污泥经离心脱水后，由螺旋输送机送入污泥料仓，再由2台 （1用1备） 污泥螺杆泵将污泥送入2台污泥低温干化设备中，每台污泥低温干化设备设计日处理污泥5 m3 （含水率80%）。污泥经成型形成Φ5 mm左右的面条状，污泥敷设厚度5~10 cm[3]。热泵干化设备内污泥停留时间约2~3 h，干化后含水率可降低至20~30%。其工艺流程简图如图1所示。
图1 污水厂脱水污泥干化减量化流程图
2.2 干化效果
受离心脱水机性能的影响，该厂脱水污泥含水率波动较大，波动范围在70%~90%之间。由于污泥低温干化设备需对污泥进行成型处理，含水率大幅度变化对污泥成型装置的运行造成挑战。根据现场实现运行，污泥成型装置运行基本稳定，处理量达到设计要求。
干化后污泥的含水率也有所波动，总体来看，干化后污泥的含水率可控制在10%~40%之间，能够较好地与后续处置如焚烧等工艺相结合[4]。如要求较严格的控制干化污泥含水率的变化，会对设备的干化处理能力造成影响。
2.3 能耗表现
本文以除湿能效 （SMER，kg/kWh） 来表征污泥低温干化设备的能耗表现，除湿能效是指每消耗单位电量所去除的水分质量。除湿能效主要受湿污泥含水率、干污泥含水率、运行方式及环境温度等因素影响。运行期间，重点对比了干化污泥含水率对除湿能效的影响。通过调整低温干化设备运行参数设置，将干化污泥含水率控制在20%或30%左右，分别考察其对除湿能效的影响。
保持出泥含水率为30%左右，连续5 d进行采样分析，测试运行时间5 d，总计处理污泥量14.98 t，产生干泥量3.44 t，合计除湿量11.54 t。测试期间平均能效比3.33 kg/kWh。保持出泥含水率为20%左右，连续4天进行检测分析。测试运行时间4 d，总计处理污泥量9.57 t，产生干泥量1.97 t，合计除湿量7.51 t。测试期间平均能效比2.94 kg/kWh。根据测试对比结果，干化污泥的含水率对低湿干化设备的除湿能效有较大影响，干化污泥的含水率较低，其除湿能效也较大，建议在允许的条件下，控制较高的干化污泥含水率。由于受污泥成型装置处理能力的影响，本次测试未能进一步测试更高干泥含水率的表现。
2.4 环境影响
污泥低温干化设备运行对环境影响较小。污泥干化冷凝水出水清洁，除氨氮指标外，基本可达到目前国内最严格的地标排放标准。低温干化是抑制污泥臭气污染物排放的有效措施[5]。由于干化温度控制在70 °C左右，该设备异味控制较好，运行期间基本无臭气外溢，生产现场未设置专门的臭气控制措施。 废水和废气排放指标远远低于常规热干化工艺。
3 运行管理要点
3.1 气温的影响
从原理上讲，本设备采用闭式循环运行，环境温度对设备的运行影响较小，温度对设备的影响主要体现在物料的温度变化上。但从实际测试来看，温度对设备运行的影响与运行方式有很大的影响。在测试期间，由于曾经采用间断生产方式，每天8 ：00到17 ：30运行，夜间热量散发，早晨启动时再将温度提升到预定温度，需要产生额外的能耗，造成设备能效下降。此外，污泥低温干化机本身存在密闭不良的问题，需要在制造工艺上进行进一步的优化。
3.2 空气滤网的影响
测试过程中发现，滤网的清洁度对设备总体效能有较大的影响。以连续2 d之间的数据对比，8日除湿能效参数3.09 kg/kWh，9日进行了滤网清理之后除湿能效提升到了3.19 kg/kWh。滤网的影响主要体现在以下几个方面 ：①对风机能耗的影响，增加了风机克服风阻的无效做功 ；②对压缩机能耗的影响，由于滤网阻力增大，导致循环和除湿风量及风速减小，从而降低了冷凝器和蒸发器的换热效率，增大了压缩机排气压力、吸气压力降低、压缩比增大，影响压缩机的正常运行工况，导致能耗增加和压缩机高压、过流报警频率。如何减小滤网的风阻是需要关注的重要一点。
3.3 污泥成型装置的卡堵
污泥成型装置的卡堵是污泥低温干化设备最常见的故障，卡堵后污泥无法正常进行干化，需及时停机清掏，造成干化设备不能连续运行，增加了现场操作工作量为了防止污泥成型装置的卡堵，除了防止异物混入污泥外，还需增加成型装置的动力余量，并针对卡堵现象设置可退缩装置。
4 结语
污泥低温干化设备用于含水率70%~90%的湿污泥的干化处理，干化后污泥含水率可以达到20%以下，最低可以做到10%左右，适用面较广。整体来说湿污泥含水率越高能效越高，湿污泥含水率的变化对污泥成型机的表现会成一定影响，但对设备能效影响较小。干泥含水率对设备能效影响较大，干泥含水率越低，能效越低。污泥低温干化设备工艺具有运行安全，干化过程采用无粉尘设计，维护简单；采用多效热泵除湿技术，无废热排放，减量过程综合成本低；干化过程无需添加石灰、三氯化铁等强氧化剂，干泥量无增加，干基热值高等显著特点。通过运行结果表明，采用旋转压滤机+污泥低温干化设备对该厂二沉池底泥进行脱水，可获得含水率在50%以下的滤饼、污泥回收率在94%以上的良好效果。工程经济技术分析表明，采用旋转压滤机+污泥低温干化设备对该厂二沉池底泥进行脱水，在确保干泥含水率在50%以下、污泥回收率在94%以上的前提下，污泥干化处理成本为574.99元/tDS，具有一定的市场推广价值。
参考文献
[1]吴青荣，张绪坤，王高敏.城市污泥低温干化技术研究进展[J].环境工程，2017，35 （3）：127-131.
[2]李海燕，刘欢，汪家兴，等.基于化学改性的脱水污泥低温热风干化特性[J].化工学报 （网络出版），2018（7）：3257-3262.
[3]陈成，司丹丹，李欢，等.低温干化床污泥干化特性及优化方案[J].四川环境，2016，35 （5）：1-6.
[4] 卢骏营.入炉污泥含水率对污泥干化焚烧工艺影响研究[J].能源研究与信息，2016，32 （2）：75-79
[5]俞益辉，张宝茸.污泥低温干化污染物排放及环境影响研究[J].污染防治技术，2015，28 （5）：24-26.
[6]孙明华，王凯军，张耀峰，等.污泥干化协同焚烧的环境影响实例研究[J].环境工程，2016，34 （213）：128-132.
[7]李安峰，骆坚平，黄丹，等.污泥干化冷凝水水质特征分析[J].环境工程学报，2015，9 （1）：253-256.作者简介：梁华杰，硕士，工程师，研究方向为污水及污泥处理技术。