劉金貴

（新鄉(xiāng)中新化工有限責任公司，河南 新鄉(xiāng) 453800）

0 引 言

新鄉(xiāng)中新化工有限責任公司（簡稱中新化工）200kt/a甲醇裝置，以煤為原料，采用航天爐粉煤加壓氣化工藝生產(chǎn)粗合成氣，2011年9月甲醇裝置一次投料試車成功，產(chǎn)出合格甲醇。甲醇裝置生產(chǎn)污水和生活污水送至廠區(qū)內(nèi)污水處理裝置集中處理，污水處理裝置采用A/O+深度處理技術(shù)，主要由物化處理、生化處理、污泥處理三部分組成，即各股廢水經(jīng)過物理處理后進入綜合調(diào)節(jié)池，在調(diào)節(jié)池內(nèi)混合均勻后進入A/O反應池，經(jīng)厭氧、好氧活性污泥處理后進入深度處理系統(tǒng)；深度處理系統(tǒng)主要包括絮凝沉淀池、曝氣生物濾池（BAF），合格的BAF產(chǎn)水進入清水池回收利用；物化處理和生化處理過程中產(chǎn)生的污泥通過排泥設施進入污泥濃縮池，濃縮后的污泥再通過污泥螺桿泵送至帶式壓濾機進一步脫水，最后污泥外運填埋。

近年來，環(huán)保政策日趨嚴厲，人們對污泥填埋這種處理方式的認識愈加深刻，尤其是化工企業(yè)污水處理裝置排放的生化污泥中含有部分有害物質(zhì)，污泥填埋不僅容易對環(huán)境造成二次污染，而且會占用大量的土地資源，尋找無害化污泥處理技術(shù)勢在必行。參考業(yè)內(nèi)經(jīng)驗，結(jié)合中新化工的實際情況，2016年開始將污泥送入鍋爐進行摻燒：中新化工污水處理裝置產(chǎn)生的污泥約15 t/d（含水量85% ～90%），送鍋爐（3臺UG-150/9.8型循環(huán)流化床鍋爐，兩開一備）與燃料煤摻燒，單臺鍋爐蒸汽產(chǎn)量150t/h、蒸汽壓力9.8MPa；剛開始摻燒量較少，加之燃料煤比較干，對鍋爐的運行基本上沒有影響，該處理方式切實可行，既環(huán)保又經(jīng)濟；后來，隨著污泥摻燒量增大，加之污水處理裝置產(chǎn)生的污泥添加了絮凝劑，具有粘度大、彈性大、不易晾干等特性，且鍋爐燃料煤比較濕、灰分高和含粉量大，污泥與燃料煤摻燒后經(jīng)常會因鍋爐煤倉堵煤而致鍋爐被迫減負荷或停車，嚴重影響甲醇裝置的正常生產(chǎn)。經(jīng)分析，污泥含水量大是主要原因，因此污泥干化成為中新化工亟需解決的技術(shù)難題。

1 污泥干化技術(shù)的考察與對比分析

通過了解、搜集污泥烘干技術(shù)與方案，中新化工先后與多家單位進行了技術(shù)交流，并有選擇性地對幾家單位的應用情況進行了實地考察。

1.1 蒸汽加熱空心漿葉式烘干機

1.1.1 考察情況

對江蘇常州3家公司、河南1家公司進行實地考察，這4家單位均有生產(chǎn)蒸汽加熱空心漿葉式烘干機的能力及應用業(yè)績，但大多用于制藥、染料、礦業(yè)、熱電等領域污泥的處理，在煤化工行業(yè)生化污泥干化方面沒有業(yè)績。

1.1.2 試驗情況

據(jù)考察情況，我們認為這些干燥設備生產(chǎn)廠家對煤化工企業(yè)生化污泥的粘結(jié)性能沒有進行專業(yè)的研究，這些干燥設備可能不適宜處理中新化工的污泥。于是，我們進行了驗證試驗：將河南某公司的小型試驗設備運到中新化工，經(jīng)過現(xiàn)場多次調(diào)試，包括添加干料作為返料，甚至廠家安排技術(shù)專家親自到現(xiàn)場進行指導，污泥干化效果沒有達到預期，且處理現(xiàn)場有異味。

1.1.3 試驗結(jié)論

處理量15t/d的蒸汽加熱空心漿葉式烘干機投資較小，在160～200萬元。經(jīng)測算，污泥干化崗位人員三班倒共計6人、噸污泥干化的蒸汽消耗0.6t、小時電耗40kW·h，按蒸汽價格130元/t、電價0.60元/（kW·h）、人工成本150元/（人·日）、設備投資10a折舊計算，生化污泥干化完全成本為180～200元/t；另外，現(xiàn)場有異味，還需增設除臭裝置。

組織有關(guān)技術(shù)人員討論，并結(jié)合實際生產(chǎn)情況，認為蒸汽加熱空心漿葉式烘干機不適合中新化工生化污泥的處理。

1.2 低溫干化除濕技術(shù)

1.2.1 山東某公司的太陽能污泥干化技術(shù)

該公司利用太陽能供熱和太陽能復合板儲熱形成溫室效應來除去污泥中的水分，技術(shù)先進，能實現(xiàn)全自動化操作，同時具有設備制造能力。實地參觀了某城市污水處理廠200t/d的污泥處理車間和操作室，污泥水分可由80%降至30%。

該公司為中新化工設計的太陽能污泥干化裝置（污泥處理量15t/d）設備投資為643.79萬元。運行費用包括電費、人工、設備維修保養(yǎng)費，經(jīng)測算，不含外部熱源蒸汽的成本，濕料的處理成本約25.87元/t；將折舊（設備投資按10a折舊計）和蒸汽成本（噸濕污泥的蒸汽消耗約0.52t，蒸汽價格按130元/t計）計算在內(nèi)，生化污泥干化完全成本約222.23元/t。

優(yōu)點：能實現(xiàn)連續(xù)自動化生產(chǎn)，處理后污泥含水率約30%，現(xiàn)場無異味，直接生產(chǎn)成本低。

缺點：投資大，裝置占地面積大。

適用范圍：適用于城市污水處理廠和大型企業(yè)，污泥量越大運行越經(jīng)濟。

1.2.2 廣州某公司的污泥低溫除濕干化技術(shù)

該公司生產(chǎn)的節(jié)能型污泥低溫除濕干化機，利用低溫熱泵除濕原理，采用對流熱風干燥的方式對網(wǎng)帶上的濕污泥進行脫水干化處理；整套系統(tǒng)全密閉式設計，干燥熱風無熱損，無臭氣排放，低溫、安全、無揚塵，干泥含水率低于10%，適用于更苛刻要求的污泥無害化減量處置。

處理量15t/d的節(jié)能型污泥低溫除濕干化設備投資約680萬元。經(jīng)測算，污泥干化崗位人員三班倒共計6人、污泥干化小時電耗160 kW·h，按電價0.60元/（kW·h）、人工成本150元/（人·日）、設備投資10a折舊計算，生化污泥干化完全成本為349.6元/t。

2018年12月上旬中新化工將6kg污泥寄到該公司進行干化處理試驗，12月21日該公司將處理過的污泥樣品寄回，處理后的污泥樣品非常干，呈長條型，完全滿足預期要求。

優(yōu)點：能實現(xiàn)連續(xù)自動化生產(chǎn)，設備占地面積較小，處理后污泥含水率≤20%，現(xiàn)場無異味。

缺點：投資大，運行成本較高。

適用范圍：適用于城市污水處理廠和大中小型企業(yè)，污泥量越大運行越經(jīng)濟。

1.2.3 山東某公司的封閉式低溫濾餅干燥機

該公司研制的封閉式低溫濾餅干燥機，利用低溫蒸發(fā)、冷凝除濕原理，采用對流熱風對不銹鋼網(wǎng)帶上的高含水量物料進行干燥，然后對潮濕熱風進行冷凝除水，以達到污泥干燥減量化處理的目的；整機采用全封閉式模塊設計，干燥過程無熱損、無異味。

處理量15t/d的封閉式污泥低溫干燥設備投資約650萬元。經(jīng)測算，污泥干化崗位人員三班倒共計6人、污泥干化小時電耗150kW·h，按電價0.60元/（kW·h）、人工成本150元/（人·日）、設備投資10a折舊計算，生化污泥干化完全成本為334元/t。

優(yōu)點：能實現(xiàn)連續(xù)自動化生產(chǎn)，設備占地面積較小，處理后污泥含水率≤20%，現(xiàn)場無異味。

缺點：投資大，運行成本較高。

適用范圍：適用于城市污水處理廠和大中小型企業(yè)，污泥量越大運行越經(jīng)濟。

1.2.4 河南某公司的污泥無害化處理技術(shù)

該公司的污泥無害化處理及資源化利用技術(shù)，其原理為，使用“泥水分離劑”對污泥中的水分進行分離，然后利用低溫干化技術(shù)對污泥進行晾曬，現(xiàn)場基本無異味。其工藝技術(shù)方案為，含水率約80%的污泥通過螺旋機輸送到預攪拌裝置內(nèi)，在這里污泥與輔料（生石灰粉）進行攪拌，然后送入混合主機，再與兩種添加劑和兩種不同的輔料均勻混合、充分攪拌，達到除濕除臭的效果，最后攤鋪翻晾。

處理量15t/d的污泥無害化處理項目投資約700萬元。經(jīng)測算，污泥干化崗位人員三班倒共計6人、污泥干化小時電耗200kW·h，按電價0.60元/（kW·h）、人工成本150元/（人·日）、設備投資10a折舊計算，生化污泥干化完全成本為392元/t（不含添加劑費用）。

優(yōu)點：能實現(xiàn)連續(xù)自動化生產(chǎn)，污泥處理后含水率≤30%，現(xiàn)場無異味。

缺點：投資大，運行成本較高，占地面積大（需攤鋪翻晾）。

適用范圍：城市污水處理廠和大型企業(yè)，污泥量越大運行越經(jīng)濟。

1.2.5 廣州某公司的污泥低溫干化設備

該公司生產(chǎn)的污泥低溫干化設備，采用低溫冷凝除濕技術(shù)，含水率約80%的污泥通過螺旋提升裝置運送到烘干機頂部，再通過切條機把污泥切成長20～30mm的小條，落到網(wǎng)帶傳送流水線，與熱風進行熱交換，從而實現(xiàn)污泥烘干，熱風經(jīng)冷凝除濕后循環(huán)利用。

污泥進烘干機前先切條，加大了污泥與熱風接觸的表面積，干燥效率大幅提升，干燥后的污泥仍保持條狀，不產(chǎn)生粉塵，能滿足中新化工烘干后污泥（含水量20%）入鍋爐進行摻燒的要求；由于采用低溫干燥，生化污泥中的有機物沒有被破壞，后期的焚燒熱值較高；采用閉式冷凝除濕，無任何臭氣外漏，不會對環(huán)境造成污染；污泥的干度可以根據(jù)需要通過網(wǎng)帶轉(zhuǎn)速精準調(diào)節(jié)，不會因過干而造成能源浪費；設備安裝方便，無需復雜的土建投資。

處理量15t/d的污泥低溫烘干設備投資約300萬元。經(jīng)測算，污泥干化崗位人員三班倒共計6人、污泥干化小時電耗150kW·h，按電價0.60元/（kW·h）、人工成本150元/（人·日）、設備投資10a折舊計算，生化污泥干化完全成本為264元/t（不含添加劑費用）。

優(yōu)點：能實現(xiàn)連續(xù)自動化生產(chǎn)，投資較小，占地面積較小，處理后污泥含水率≤20%，現(xiàn)場無異味。

缺點：運行成本較高。

適用范圍：城市污水處理廠和大中小型企業(yè)，污泥量越大運行越經(jīng)濟。

1.3 高壓帶式壓濾污泥深度脫水技術(shù)

上海某公司開發(fā)的高壓帶式壓濾污泥深度脫水技術(shù)，可在原帶式脫水污泥（含水率80%左右）的基礎上通過投加化學藥劑對生化污泥進行改良（破除污泥細胞壁），原污泥和藥劑通過設備充分混合后，進入深度污泥脫水裝置，經(jīng)脫水后污泥含水率在60%以下，再經(jīng)風干或晾曬后，水分進一步降至40%左右。

經(jīng)現(xiàn)場實地考察，深度污泥脫水裝置運行穩(wěn)定，深度脫水污泥達到設計要求，現(xiàn)場干凈整潔，無明顯異味。

濕污泥處理量15t/d的高壓帶式壓濾深度脫水裝置設備投資約200萬元。直接運行成本含藥劑和電費，經(jīng)測算，直接運行成本約70元/t；若將人工、設備折舊、財務費用等計算在內(nèi)，污泥干化崗位人員三班倒共計6人，按人工成本150元/（人·日）、設備投資10a折舊計算，生化污泥干化完全成本為170元/t。

優(yōu)點：能實現(xiàn)連續(xù)自動化生產(chǎn)，投資較小，運行成本較低，現(xiàn)場無異味。

缺點：經(jīng)脫水后污泥含水率在60%以下，再經(jīng)風干或晾曬后水分進一步降至40%左右，需要晾曬場地，占地面積較大，且滿足不了與中新化工燃料煤直接摻燒的要求。

適用范圍：城市污水處理廠和大中小型企業(yè)。

2 污泥干化技術(shù)的選擇

通過技術(shù)交流、實地考察和方案對比，形成以下結(jié)論：①蒸汽加熱空心漿葉式烘干機投資小（160～200萬元）、裝置占地面積較小，對無粘性污泥脫水效果較好，但運行成本較高（180～200元/t）、現(xiàn)場有臭味，需增設除臭裝置，適用于熱電廠污泥處理；②高壓帶式壓濾污泥深度脫水工藝投資小（設備投資約200萬元，不包括土建費用）、運行成本較低（170元/t）、現(xiàn)場無異味，但脫水率只能達60%以下，需要進一步晾曬脫水，占地面積較大，難以滿足直接摻燒要求；③低溫干化除濕工藝投資費用較高——前四家設備投資大（約650～700萬元）、第五家設備投資較低（約300萬元），運行成本較高（220～400元/t）、現(xiàn)場無異味、脫水效果好（處理后污泥含水率大致在20%～30%），能夠滿足與燃料煤直接摻燒的要求。

綜上所述，從技術(shù)先進性、投資大小、環(huán)保排放、占地面積和實際運行效果等方面進行綜合考量，中新化工最終決定采用廣州某公司的污泥低溫干化技術(shù)和設備。

3 污泥低溫干化裝置建設、運行情況及整改

3.1 污泥低溫干化裝置建設情況

中新化工將污泥低溫干化裝置建在廠外外供水裝置區(qū)，污泥低溫干化裝置距離污水處理裝置約1km，通過車輛將污泥運至污泥低溫干化裝置界區(qū)存放。污泥通過皮帶輸送到污泥干化設備的網(wǎng)帶，網(wǎng)帶分上下兩層，污泥和熱風直接接觸換熱，在網(wǎng)帶運轉(zhuǎn)過程中污泥被干化；熱風經(jīng)除濕后循環(huán)使用，冷凝水通過水泵返回廠內(nèi)污水處理裝置進行處理；干化后的污泥通過車輛運回廠內(nèi)燃料煤場，再送鍋爐摻燒。

中新化工污泥低溫干化裝置總投資300萬元，其中干化設備260萬元、安裝現(xiàn)場費用40萬元 （包括水泥地面、彩鋼房、鏟車、輸水泵），占地面積約400m2，水泥平地面安裝即可，對土建基礎無苛刻要求；廠家負責安裝，安裝時間7d。2019年6月污泥低溫干化裝置安裝、調(diào)試，運行情況較好，干化后的污泥含水率≤20%，現(xiàn)場無異味，基本達到預期效果。

3.2 污泥低溫干化裝置運行情況

污泥干化設備采用不銹鋼等耐腐材料，運行平穩(wěn)，現(xiàn)場無噪音、無異味，PLC智能化控制，操作簡單方便。2019年10月10日干化后污泥成分分析結(jié)果為：水分12.70%、灰分30.15%、揮發(fā)分 53.42%、硫含量 0.35%、固定碳3.38%，發(fā)熱量986cal/g。實際運行情況表明，含水率80%的污泥經(jīng)干化處理后，其含水率降到20%以內(nèi)，滿足與燃料煤直接摻燒的要求。

污泥低溫干化裝置總功率156kW、正常運行功率120kW，現(xiàn)場每天最多4人操作（兩班運轉(zhuǎn)模式），按電價0.60元/（kW·h）、人工成本4000元/（月·人）計算，生化污泥處理的直接成本約150.73元/t；設備投資按10a折舊計提，生化污泥完全處理成本約210.73元/t。

中新化工污泥低溫干化裝置投運后，干化后的污泥含水率約20%、發(fā)熱量約400～900cal/g、干污泥量約1.8～2.0t/d，送鍋爐摻燒，燃料煤與干化污泥摻燒質(zhì)量比為90∶10，由于單臺鍋爐的設計投煤量為16～17t/h，故采取間歇摻燒的方式。理論上污泥低溫干化裝置投運后煤耗可下降10%～15%，實際上煤耗下降不明顯，因是間歇摻燒，我們沒有實際統(tǒng)計。但污泥低溫干化裝置投運后的環(huán)保效益等顯著：一是解決了污泥填埋對土壤造成的二次污染；二是解決了之前燃料煤摻燒污泥后煤倉和落煤管堵塞的難題；三是污泥摻燒后的爐渣作為水泥生產(chǎn)原料外銷，變廢為寶，真正實現(xiàn)了污泥無害化處理。

3.3 污泥低溫干化裝置運行問題及整改

中新化工污泥低溫干化裝置投運后，由于來自污水處理裝置的污泥含水量高達90%，較設計指標80%高出10%，導致皮帶輸送污泥時容易打滑、粘結(jié)，需人工上料或二次干化，現(xiàn)場工人勞動量大，不能實現(xiàn)自動化運行，干化時間較長。分析原因有二：一是污水處理裝置原污泥帶式壓濾機老化，壓濾效率不高，導致污泥含水量增高；二是污水處理單元操作時添加化學藥劑較多，污泥粘度較大，壓濾機不易抽干。

為解決上述問題，中新化工對污水處理單元的藥劑添加比例進行了調(diào)整，但實施后效果不是很明顯，壓濾后的污泥含水率仍有85% ～87%。下一步中新化工計劃對帶式壓濾機進行更換，以將壓濾后污泥的含水率降至80%，滿足污泥低溫干化裝置的正常運行所需。

4 結(jié)束語

通過對污泥干化技術(shù)的考察、分析、試驗、比較，結(jié)合煤化工企業(yè)污水處理裝置生化污泥的特性，中新化工選擇了性價比高的低溫干化技術(shù)，應用實踐表明，污泥低溫干化裝置運行成本較低、現(xiàn)場無異味、脫水效果好，烘干后的條狀污泥送鍋爐摻燒，既能降低生產(chǎn)成本、減少環(huán)境污染，又能變廢為寶（鍋爐灰渣可作為水泥生產(chǎn)原料），從而實現(xiàn)了生化污泥的無害化處理。