余維金，黃開明，王篩林，李 紅

（武漢天源環(huán)保股份有限公司，武漢 430090）

隨著我國城鎮(zhèn)污水處理率的不斷提高，城鎮(zhèn)污水處理廠污泥產量也急劇增加。據(jù)住房和城鄉(xiāng)建設部《中國城市建設統(tǒng)計年鑒》統(tǒng)計，截至2017年年底，城鎮(zhèn)污水處理廠污水處理能力1.98 億m3/d，平均運營負荷率為82%。按此數(shù)值估算，全國城鎮(zhèn)污水處理廠濕污泥（含水率80%）產生量約2 241 萬t，每天約產生濕污泥6.14 萬t。由此可見，污泥處理與處置已經(jīng)成為迫切需要解決的問題。

現(xiàn)階段，我國絕大多數(shù)城鎮(zhèn)污水處理廠采用“加藥劑絮凝+高壓板框壓濾或帶式脫水機脫水”的工藝路線，將污泥含水率降至75%（板框脫水）或82%（帶式脫水）后出廠運送至污泥處置單位。目前，污泥處置多采用衛(wèi)生填埋、污泥焚燒、土地利用、熱干化、熱水解+厭氧消化、低溫熱解等技術[1-4]。《城鎮(zhèn)污水處理廠污泥處置 混合填埋用泥質》（GB/T 23485-2009）和《生活垃圾填埋污染控制標準》（GB 16889-2008）都明確規(guī)定，污泥混合填埋含水率應小于60%[5]。但是，脫水后直接填埋是不符合國家規(guī)范的。脫水泥餅直接送至垃圾焚燒發(fā)電廠焚燒，因其含水率較高、熱值較低，需要消耗大量輔助燃料，導致處理成本無法承受。熱干化、熱水解+厭氧消化、低溫熱解等技術由于占地面積大、投資和運營成本高等缺點也不能滿足市場需求，因此，尋找低能耗、高效率的污泥干燥技術對解決“污泥圍城”具有重大意義。

1 高速旋流低溫污泥干燥技術概述

1.1 基本原理

污泥中的水可分為間隙水、毛細結合水、表面吸附水和內部水等四類，謝波等人采用熱水解、超聲波和微波等3 種方法預處理污泥[6]。結果表明，在各種預處理中，污泥pH 值變化不顯著，污泥破解效果隨處理強度的增加而增強。而高速旋流低溫污泥干燥技術是依靠空壓機和鼓風機使污泥濕料高速旋轉形成的剪切力破除污泥的細胞壁，將內部水釋放出來。

城鎮(zhèn)污水廠污泥經(jīng)板框壓濾機或帶式脫水機脫水后，污泥含水率為75%～82%，經(jīng)螺旋輸送至高速旋流低溫污泥干燥系統(tǒng)，由電力驅動空壓機和鼓風機將固液混合物瞬間加速，固液混合物的水分因高速碰撞被擠壓出來，強大的撞擊剪力將固體破碎至 300 mesh以下，此過程因比重的差異分離出不同粒徑大小或形狀的顆粒，而表面水和細胞內水分受剪應力的影響而分離，分離出的水分在旋風離心的過程中因持續(xù)旋轉并破碎成更為細小的顆粒后隨著氣流被帶出，僅有少部分的液體隨蒸發(fā)而散去。出料污泥含水率約為30%。高速旋流低溫污泥干燥工藝流程如圖1所示，一級高速旋流低溫污泥干燥系統(tǒng)構造如圖2所示。

1.2 工藝重點設備介紹

本公司污泥旋風干燥機，以電動馬達驅動設備，將可降低噪音及運行成本。其主要部件有八個。

一是進料倉（A）。進料倉區(qū)分為濕料倉（80%含水率污泥）及干料倉（30%）含水率污泥，濕料及干料分別由不同料倉儲存，其出料分別由各倉定量輸送螺旋送至輸送帶（或螺旋）。二是混料機（B），主要將來自輸送帶（螺旋）送達的干料和濕料進行混合，降低污泥黏度，避免污泥在輸送過程中黏附在管路中。

三是鼓風機（C），提供污泥在設備中形成旋流狀態(tài)所需的風量，同時吸收空壓機產生的熱量供給整個系統(tǒng)。四是空壓機（D），提供高壓空氣在進料端產生局部震波破碎污泥。五是負壓進料系統(tǒng)（E），通過空壓機與風機形成局部負壓，將污泥瞬間吸入旋風分離桶中。

圖1 高速旋流低溫污泥干燥工藝流程

圖2 一級高速旋流低溫污泥干燥系統(tǒng)構造

六是旋風分離桶（F），本設備設計三組旋風分離桶，直徑由小而大。第一、二個分離桶主要提供破碎功能，污泥由大顆粒破碎成小顆粒污泥，第三（最大）分離桶作為氣固分離使用。由于污泥比重較大，當空氣流速降低時，污泥靠離心及重力作用，朝分離桶下方聚集后予以收集。

七是出料螺旋（G），在旋風桶下方收集之污泥干料，由出料螺旋排出，部分返送回干料倉，作為進料調理使用。八是引風機（H），本風機將廢氣再次加壓，輸送至噴淋塔中進行處理，降低粉塵及臭氣濃度。

1.3 產品介紹

本設備可將帶式脫水機脫水后含水率82%的市政污泥脫水至含水率30%。燥產品實物如圖3所示。

圖3 干燥產品實物圖

高速旋流低溫污泥干燥技術主要有7 個優(yōu)點。一是無土建。本工藝不需增加額外池槽進行污泥調理或加藥，可直接由現(xiàn)有脫水設備出料至本工藝處理，可免去額外土建投資成本。二是無藥劑添加。本工藝不需加藥或石灰，可減少大量藥劑費用，在不改變污泥性質的條件下進行干燥脫水。三是無額外人力。本工藝為全自動化設備，所需人員配置少。

四是無污水產生。在高速旋風干燥系統(tǒng)中，污泥水分以水霧的形式被氣流帶出，散發(fā)到空氣中，無液態(tài)水產生。五是易于維護保養(yǎng)。本工藝構造簡單，主要運行設備為空壓機和風機，保養(yǎng)維護容易，不需大量額外耗材與配件更新。六是占地面積小：處理100 t/d 的市政污泥，占地面積不足1 000 m2。七是能耗低。本技術無需外加熱源，利用空壓機自身發(fā)熱配合風機提供的大風量來完成污泥旋流干燥，能耗非常低。常見干化方式對比如表1所示。

表1 常見干化方式對比

2 二次污染檢測

2.1 空氣污染檢測

本工藝可能產生的空氣污染相關檢測如表2所示，各項指標均符合國家空氣污染排放標準。

表2 空氣污染檢測指標對比

2.2 噪聲污染檢測

本工藝噪聲主要來源于空壓機、鼓風機和負壓進料設備，故將其用隔音設備進行降噪處理，污泥干燥系統(tǒng)廠區(qū)周界（20 m）處，噪聲檢測值為60.4 dB，干燥設備旁（6 m），噪聲測值為62.6 dB，相對應位置噪音量檢測表如表3所示。

表3 噪聲污染檢測

3 高速旋流低溫污泥干燥產品資源化

由于污泥中含有比較豐富的有機營養(yǎng)成分，如氮、磷、鉀等元素，可進行堆肥處置，趙麗君等人在1999年研究了城市污泥堆肥技術，結果表明污泥堆肥是可行的[7]。中國科學院蔡璐等人對我國大中型城市的37座污水處理廠的脫水污泥進行取樣調查，結果表明，污泥干基熱值范圍為5 844～19 303 kJ／kg，均值為11 850 kJ／kg[8]。蔣建國等人利用污泥的熱值將其制成了衍生成型燃料[9]。

方案一：污泥干料可進行堆肥，因為污泥在旋風干燥過程中未經(jīng)過加熱處理，有機質保存完整，可提供植物生長所需的營養(yǎng)。堆肥成品所含有機質及營養(yǎng)質有所差異，但整體養(yǎng)分所占比例皆在70%以上，可用于園林綠化、生態(tài)修復或土壤改良，如圖4所示。

圖4 污泥干料堆肥工藝流程

方案二：污泥干料可造粒制成成型燃料，熱值約為1 200 kcal/kg，可與生活垃圾混合燃燒，供垃圾焚燒發(fā)電廠燃料使用，如圖5所示。

圖5 污泥干料制成型燃料工藝流程

4 結論

高速旋流低溫污泥干燥技術充分利用空氣動力學加上特殊的結構設計，使系統(tǒng)內產生空氣流和物料流，并保持兩項不混合，通過二級旋流干燥系統(tǒng)可將污泥含水率從82%降至30%。整個系統(tǒng)做到了在無外加熱源的情況下將污泥中的水分脫除，水分以水霧的形式被空氣流帶走，干燥效果好，占地面積小，投資和運營費用相比其他干化工藝低，產品含水率低，粒徑小，可制成有機肥或造粒制成成型燃料，該技術應用在污泥處置領域將具有良好的發(fā)展前景。