文_章華熔 暢凱旋 陳菲琳 福建龍凈環(huán)保股份有限公司

根據(jù)2020年生態(tài)環(huán)境部公布的《全國(guó)污水集中處理設(shè)施清單》公告，目前國(guó)內(nèi)多數(shù)污水處理廠處理規(guī)模小、而且布置相對(duì)分散，污水處理過程中產(chǎn)生的副產(chǎn)物污泥如果采用集中處理會(huì)造成污泥的運(yùn)輸成本增加。

熱泵機(jī)組與帶式干化本體相結(jié)合的技術(shù)是一種非常適合應(yīng)用于污水處理廠的技術(shù)。該技術(shù)主要的特點(diǎn)是模塊化組裝，處理量靈活多變，整個(gè)系統(tǒng)只消耗電能，且無廢氣排放。相比中溫干化技術(shù)，可以有效解決能耗高、排氣熱損失大等問題，節(jié)能效果更加顯著。目前，對(duì)于低溫?zé)岜茫鄬訋礁稍餀C(jī)組合技術(shù)應(yīng)用于污泥干化領(lǐng)域的研究相對(duì)較少。本文通過熱泵機(jī)組與多層帶式干燥機(jī)組合干化污泥，研究帶式層數(shù)、停留時(shí)間等因素變化對(duì)污泥干化效果的影響，以期為低溫?zé)岜茫鄬訋皆诟稍餀C(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、選型提供依據(jù)。

1 試驗(yàn)工藝與方法

1.1 工藝介紹

低溫?zé)岜枚鄬訋礁苫到y(tǒng)工藝：污泥經(jīng)成型機(jī)切條成型后進(jìn)入帶式干燥機(jī)網(wǎng)狀傳送帶上。經(jīng)熱泵加熱后的干燥熱空氣通過風(fēng)機(jī)從帶式干燥機(jī)下部送至干燥機(jī)內(nèi)，并垂直穿過傳送帶與傳送帶上的污泥進(jìn)行熱交換，使得污泥中水分蒸發(fā)。產(chǎn)生的濕熱空氣通過風(fēng)機(jī)經(jīng)布袋除塵后送回?zé)岜?，在熱泵?nèi)經(jīng)過冷凝除濕，再次升溫后進(jìn)入干燥機(jī)加熱污泥。

1.2 帶式干燥機(jī)本體結(jié)構(gòu)

帶式干燥機(jī)本體結(jié)構(gòu)主要由4層網(wǎng)帶（從上到下依次編號(hào)為#1、#2、#3、#4）和循環(huán)風(fēng)機(jī)組成。干燥熱空氣從干燥機(jī)下方依次通過#4、#3、#2和#1網(wǎng)帶，最后干燥機(jī)排出的濕熱空氣通過循環(huán)風(fēng)機(jī)送至熱泵系統(tǒng)降溫后進(jìn)行除濕，然后經(jīng)過加熱升溫，干燥熱空氣再次進(jìn)入干燥機(jī)干化污泥，如此周而復(fù)始運(yùn)行。

1.3 試驗(yàn)方法

研究污泥的成型粒徑大小（7mm和11mm）、鋪設(shè)厚度、停留時(shí)間、干燥機(jī)的網(wǎng)帶層數(shù)對(duì)污泥干化效果的影響，找出最佳組合方式實(shí)現(xiàn)污泥高效干化。

進(jìn)入干燥機(jī)的污泥量通過調(diào)節(jié)切條機(jī)的運(yùn)行頻率進(jìn)行控制，通過試驗(yàn)擬合方程后入泥量如式（1）、式（2）所示。

式中y1—切條機(jī)切條粒徑為7mm時(shí)的入泥量，kg/h；

y2=—切條機(jī)切條粒徑為11mm時(shí)的入泥量，kg/h；

x—切條機(jī)運(yùn)行頻率，Hz。

式中T—起始排泥時(shí)間，h；

S—網(wǎng)帶總長(zhǎng)，m；

v—網(wǎng)帶運(yùn)行速率，m/h。

式中Z—網(wǎng)帶運(yùn)行頻率，Hz。

干燥機(jī)從開始進(jìn)泥至出料口開始排泥的時(shí)間稱為起始排泥時(shí)間，起始排泥時(shí)間通過式（3）獲得。式（3）中網(wǎng)帶運(yùn)行速度通過擬合方程式（4）獲得。干燥機(jī)出料口進(jìn)入穩(wěn)定排泥后，記錄一段時(shí)間內(nèi)（0.5～2h）系統(tǒng)電耗、進(jìn)出口污泥平均含水率、污泥處理量、冷凝水排放量以及產(chǎn)生的冷凝液進(jìn)行相應(yīng)指標(biāo)檢測(cè)。記錄以上數(shù)據(jù)后停機(jī)，測(cè)定每層網(wǎng)帶上的污泥厚度，取每層網(wǎng)帶上的9點(diǎn)平均值作為每層網(wǎng)帶上污泥的實(shí)際厚度。

2 試驗(yàn)結(jié)果分析

一般情況下，當(dāng)污泥含水率≤40%以下時(shí)，污泥熱值≥1534.4kcal/kg，支持自燃燒。為干化后污泥能順利進(jìn)入后續(xù)無害化焚燒處理環(huán)節(jié)，降低或避免污泥焚燒過程對(duì)焚燒系統(tǒng)設(shè)備的不利影響，行業(yè)內(nèi)現(xiàn)行污泥干燥干度為含水率40%以下。因此，本次干燥機(jī)出泥含水率≤40%時(shí)，尋找污泥停留時(shí)間最短，污泥鋪設(shè)厚度和成型粒徑最佳的組合。

2.1 污泥理論厚度與鋪設(shè)厚度的差異

當(dāng)控制成型粒徑（7mm）相同，將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行一元二次方程擬合，理論厚度與實(shí)際厚度存在關(guān)系如式（5）所示。

式中h—理論厚度，mm；

H—實(shí)際厚度，mm。

2.2 停留時(shí)間對(duì)污泥干化效果的影響

對(duì)比表1中工況1～3，網(wǎng)帶層數(shù)為兩層，污泥初始理論厚度、成型粒徑相同時(shí)，網(wǎng)帶停留時(shí)間越長(zhǎng)，網(wǎng)帶出口污泥含水率越小。但是相同大小干燥機(jī)組，污泥停留時(shí)間越長(zhǎng)直接導(dǎo)致干燥機(jī)組的單位時(shí)間處理量的下降。這是因?yàn)橥Ａ魰r(shí)間越長(zhǎng)，出口含水率越小，污泥的失水過程由間隙水向胞內(nèi)水轉(zhuǎn)變，失水過程更加困難。

表1 雙層網(wǎng)帶試驗(yàn)污泥的干化效果

2.3 鋪設(shè)厚度對(duì)污泥干化效果的影響

當(dāng)網(wǎng)帶層數(shù)為兩層，污泥干化停留時(shí)間為73min，污泥成型粒徑為7mm時(shí)，研究鋪設(shè)厚度對(duì)污泥干化效果的影響。對(duì)比表2中工況1、工況4、工況5數(shù)據(jù)，污泥鋪設(shè)厚度為48.7mm時(shí)，除水量最大，干燥效率最好。這是因?yàn)楫?dāng)污泥層厚度過?。?0.2mm）時(shí)，污泥干燥體積收縮后在網(wǎng)帶上形成較大空隙，局部阻力減少，部分熱風(fēng)通過空隙從下層網(wǎng)帶直接進(jìn)入上層網(wǎng)帶，干燥熱風(fēng)無法與網(wǎng)帶上的污泥充分接觸換熱，導(dǎo)致熱損大，除水量減小；當(dāng)污泥層厚度過厚（57mm）時(shí)，全面阻力增加，干燥熱風(fēng)穿透性能不好，干燥熱風(fēng)風(fēng)量減少，降低了熱泵干燥效率，除水量減小。

通過對(duì)比實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，當(dāng)處理量為3.427t/d時(shí)，通過調(diào)整污泥初始鋪設(shè)厚度都無法滿足干燥機(jī)出口污泥含水率在40%以下的要求。但是對(duì)比表2中工況1與工況2，隨著處理量的降低，污泥停留時(shí)間增加，污泥的干化效果隨之提高，但污泥含水率仍高于40%?？梢?，2層網(wǎng)帶處理污泥的能力有限。

2.4 不同網(wǎng)帶層數(shù)對(duì)污泥干化效果的影響

通過雙層帶式實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，干燥機(jī)干化污泥時(shí)的除水量無法達(dá)到熱泵的額定除濕量，帶式干燥機(jī)無法同時(shí)滿足污泥處理量和干燥機(jī)出口污泥含水率達(dá)到40%以下的這兩個(gè)性能指標(biāo)。為此，增加網(wǎng)帶層數(shù)觀察污泥的干化效果。

如表2所示，污泥成型粒徑在7mm、停留時(shí)間約112min，保證出口含水率為40%左右，研究?jī)蓪?、三層和四層網(wǎng)帶對(duì)污泥干化效果的影響?；谏鲜鲅芯拷Y(jié)果，此3種工況設(shè)定初始鋪泥厚度都為48.7mm。三層濕污泥處理量比兩層多42.0%；三層與四層干燥效果近似相同，四層沒有因?yàn)閹釉黾佣稍镄阅芴嵘?。?duì)比雙層試驗(yàn)時(shí)#2網(wǎng)帶出口污泥含水率要小于三層試驗(yàn)時(shí)#2網(wǎng)帶出口污泥含水率，一部分原因是兩層網(wǎng)帶下#1和#2網(wǎng)帶的總停留時(shí)間要比三層網(wǎng)帶下#1和#2的總停留時(shí)間大，另一部分原因是干燥熱空氣首先與#3網(wǎng)帶上的污泥接觸換熱，使得熱空氣濕度上升，溫度降低，再與#2網(wǎng)帶上污泥接觸換熱時(shí)水分相對(duì)難蒸發(fā)；同時(shí)，干燥熱空氣經(jīng)過三層換熱后，溫度與濕度均接近于干燥飽和值，增加干燥層數(shù)也無法提升干燥效果。根據(jù)此次實(shí)驗(yàn)結(jié)果，在保證出口污泥含水率＜40%前提下，三層網(wǎng)帶的處理量遠(yuǎn)高于兩層網(wǎng)帶的處理量，四層網(wǎng)帶的處理量和三層網(wǎng)帶的處理量，因四層網(wǎng)帶會(huì)增加設(shè)備成本，綜合考慮三層網(wǎng)帶結(jié)構(gòu)具有優(yōu)勢(shì)。

2.5 不同粒徑對(duì)污泥干化效果的影響

保證相同的鋪設(shè)厚度及停留時(shí)間，研究不同成型粒徑對(duì)污泥干化效果的影響。如表3所示，在相同層數(shù)進(jìn)行污泥干化時(shí)，11mm粒徑污泥比7mm粒徑污泥除水量更少，這是因?yàn)?mm粒徑的污泥比表面積更大，與熱風(fēng)接觸面大，干化效果更好。

表3 不同粒徑污泥下污泥的干化效果

2.6 污泥干化過程污染物排放分析

低溫?zé)岜脦礁苫到y(tǒng)為密閉式循環(huán)系統(tǒng)，熱空氣經(jīng)加熱除濕可循環(huán)利用，無需外排廢氣。在污泥受熱干化過程中，會(huì)產(chǎn)生揮發(fā)性有機(jī)物，伴隨著廢氣中水汽的冷凝而溶解在冷凝液中，使得廢水中具有少量的COD、BOD和氨氮等污染物。如表4所示，與中溫干化技術(shù)相比，低溫?zé)岜脦礁苫夹g(shù)產(chǎn)生的廢水污染物濃度相對(duì)較低。這是因?yàn)闊岜脦礁苫夹g(shù)干化污泥的溫度更低，一方面蛋白質(zhì)和脂肪發(fā)生水解的可能性和水解程度降低，另一方面產(chǎn)生的揮發(fā)性有機(jī)物種類及含量相對(duì)較少。同時(shí)，低溫?zé)岜眉夹g(shù)產(chǎn)生的廢水低于《城鎮(zhèn)下水道水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》，略高于《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》，意味著低溫?zé)岜卯a(chǎn)生的廢水處理費(fèi)用更低。

表4 污泥干化廢水污染物排放特征分析

2.7 案例應(yīng)用經(jīng)濟(jì)性分析

某污水處理廠建設(shè)污泥低溫?zé)岜脦礁苫こ蹋仗幚砹?.2t（具體參數(shù)見表5）。運(yùn)輸至污泥處置點(diǎn)運(yùn)費(fèi)為A元/t，工程年運(yùn)行時(shí)間330d。未建設(shè)該工程時(shí)，污泥通過運(yùn)輸車運(yùn)出廠外處理的費(fèi)用為3.2×330×A=0.1056A萬元/d，建設(shè)該工程后的運(yùn)行費(fèi)用+運(yùn)費(fèi)為0.8×330×A＋200×330=0.0264A+6.6萬元/a。不考慮項(xiàng)目一次性投資，當(dāng)運(yùn)輸費(fèi)用A＜83.33元/t時(shí)，建設(shè)該項(xiàng)目工程對(duì)電廠有利。同時(shí)，經(jīng)過干化后的污泥具有一定的熱值，可作為輔助燃料進(jìn)行銷售，該部分的價(jià)值未考慮在內(nèi)。并且產(chǎn)生的冷凝廢水因水量少且濃度低可以直接排放至水廠的進(jìn)水口進(jìn)行處理，對(duì)原系統(tǒng)不會(huì)產(chǎn)生影響。

表5 處理量為3.2t/d的低溫?zé)岜脦焦こ掏顿Y及運(yùn)行參數(shù)

3 結(jié)語

通過本次實(shí)驗(yàn)研究表明，多層帶式干化技術(shù)具有較大優(yōu)勢(shì)。

①在保證處理量的情況下，污泥干化停留時(shí)間越大，干化效果越好。#1網(wǎng)帶污泥實(shí)際厚度為48.7mm時(shí)干化效果最好。同種工況下，7mm切條污泥對(duì)比11mm切條污泥的干燥效果提升14.6%。

②相比不同傳送帶層數(shù)干化實(shí)驗(yàn)，三層帶式干燥機(jī)與兩層相比，濕污泥處理量增加27.4%；四層與三層對(duì)比，干燥效率與處理量無明顯變化。采用三層帶式結(jié)構(gòu)，可以同時(shí)滿足污泥最大處理量和干燥機(jī)出口污泥含水率要求，同時(shí)也可以減少干燥機(jī)占地空間。

③與中溫干化技術(shù)對(duì)比，低溫?zé)岜脦礁苫夹g(shù)干化溫度低，產(chǎn)生的冷凝液污染物濃度較低，可以經(jīng)過簡(jiǎn)單處理后進(jìn)行排放，處理費(fèi)用較低，同時(shí)無廢氣排放，對(duì)環(huán)境更友好。