摘 要 伴隨著城鎮(zhèn)化的快速發(fā)展，城市的污水產(chǎn)生量越來越大，污泥產(chǎn)生量也穩(wěn)步提升。污泥不僅含水率高、有機質含量高、易產(chǎn)生臭氣，還可能含有重金屬和有害物質。在沒有得到妥善處理時將污泥隨意堆放極易引起二次污染。污泥干化是減輕污泥運輸和處置負擔的重要步驟。歸納總結了目前污泥干化技術的優(yōu)缺點和污泥干化工藝優(yōu)化研究進展。發(fā)現(xiàn)目前單一的污泥干化技術均有一定的缺陷，因此建議在對單一技術進行優(yōu)化的同時，可開發(fā)聯(lián)合處理工藝，以期進一步提高干化性能，并為后續(xù)污泥處置提供更多選擇。

關鍵詞 城市污泥 干化技術 干化設備 工藝優(yōu)化 研究進展

中圖分類號 TQ051.8" "文獻標志碼 A" "文章編號 0254?6094（2025）02?0225?05

城市污泥主要來自污水廠、城市管網(wǎng)、給水廠及城市河流淤泥等[1]。目前對環(huán)境危害最大的是污水廠的市政污泥。

隨著我國經(jīng)濟的飛速發(fā)展，工業(yè)廢水和生活污水的排放量逐年增多，城市污水廠的處理規(guī)模也隨之增大。中國環(huán)境狀況公報中主要污染物總量減排顯示，截止到2021年底，污水處理能力為2.1 億m3/d，同比增長7.8%。我國現(xiàn)階段市政污水廠采用的工藝有氧化溝、CASS工藝、活性污泥法、A/O工藝、A2/O工藝、SBR等，污水處理產(chǎn)生大量污泥[2]。據(jù)調查，截止到2021年底，全國年產(chǎn)生含水量80%的污泥6 000多萬噸（不含工業(yè)污泥4 000多萬噸）。隨著我國城鎮(zhèn)化建設腳步的加快、工業(yè)的飛速發(fā)展、人口的與日俱增、市政基礎設施的不斷完善及污水處理標準的逐步提高，污水處理伴隨產(chǎn)生的污泥量還將進一步增加。據(jù)估計，2025年濕污泥產(chǎn)量規(guī)模將突破1.6億噸（包括生活污泥和工業(yè)污泥）。污泥的產(chǎn)量持續(xù)快速增加已經(jīng)成為一個亟待解決的問題。

為便于污泥后續(xù)處理處置，污水廠一般需要配套建設濃縮和脫水設備，將污泥含水率降至80%以下。根據(jù)我國頒布的相關污泥處置標準，污泥最終處置有建材利用、農用、制磚、填埋等方式。當污泥用于填埋場覆蓋土添加料時，污泥含水率需降至45%以下[3]。當污泥用于建材利用制磚時，污泥含水率需降至40%以下[4]。當污泥用于最終焚燒處置時，為達到自持燃燒，需要將含水率降至更低。污泥處置決定了污泥的處理工藝，對污泥含水率提出了更高的要求。污泥干化能實現(xiàn)污泥深度脫水，極大降低污泥含水率，符合國家規(guī)定的污泥最終處置含水率要求。學者們針對如何高效、經(jīng)濟地降低污泥的含水率進行了大量研究，并從工藝設備、工藝優(yōu)化等多方面做了闡述。筆者綜述了污泥干化技術的現(xiàn)狀，歸納總結了污泥干化處理的工藝優(yōu)化方法，以期進一步提高干化性能，為污泥干化技術在我國的工程化應用提供有效借鑒。

1 污泥干化技術現(xiàn)狀

目前，我國大部分污水處理廠僅將污泥進行簡單脫水，污泥外運量較大。污泥的處理處置需符合減量化、穩(wěn)定化、無害化及資源化的要求，污泥干化是通過能量引入、蒸發(fā)水分、降低污泥含水率，最終實現(xiàn)污泥的減容減重。經(jīng)過干化的污泥，性質較穩(wěn)定、病原菌能滅活，臭味也較小，后續(xù)處置途徑廣泛[5]。常規(guī)干化方式有：噴霧干化、圓盤干化、槳葉干化、流化床干化等。

1.1 噴霧干化

噴霧干化工藝早期用于化工類產(chǎn)品的干化，原理為通過噴嘴將物料霧化成細顆粒，熱氣體與霧化顆粒進行直接接觸，可在短時間內對物料進行干燥處理。噴霧干化用于市政領域，一般是將污泥全干化，干化物料為粉狀，性質穩(wěn)定。熱源一般來自燃燒天然氣、生物質、煤等，通過將空氣加熱，再與污泥快速接觸干燥。苑宏英等研究污泥干化性能[6]，結果表明：隨著噴入量減小，污泥的含水率逐漸降低，在噴入量為12 L/h時，干化后污泥的含水率降低到25.9%。噴霧干化的干燥時間短（以s計），傳熱效率高，干燥強度大，結構簡單，操作靈活。但干燥系統(tǒng)排出的尾氣中粉塵含量高，有惡臭，對流動性低的污泥，干化前需要加水調稀，以便噴嘴充分霧化，這也增加了干化過程中的能耗。

1.2 圓盤干化

圓盤干化的主體設備由一根中空軸上焊接著各種圓盤組成，外加一個圓筒的外殼。污泥被均勻緩慢地輸送通過整個干化機，通過與空心軸上空心盤內流動的熱源間接接觸，實現(xiàn)污泥的熱干化。污泥在干化機內受到圓盤激烈的攪拌和振動，以及換熱面的加熱，水分被迅速蒸發(fā)出來。同時配套載氣，能將圓筒內水分帶出。載氣采用空氣，干化機出來的高溫載氣進入載氣除塵器除塵后進入載氣冷凝器。該干化方式為間接式，通過調節(jié)圓盤的轉動速率，可自由調節(jié)污泥含水率，該工藝可實現(xiàn)污泥的半干化和全干化。章華熔等研究了污泥粘性的影響因素及污泥粘性對干燥特性的影響[7]，結果表明：圓盤設備干化污泥時，在高含水率下，當污泥的黏度較小時，不利于污泥在設備內形成堆積狀態(tài)，降低了污泥與干化機的有效接觸面積，進而降低了干化機的出力。圓盤干化具有運行時含氧量低、含塵量低、安全性好、結構緊湊、設備運行平穩(wěn)、操作維護簡單等特點。缺點為設備易磨損，對材質要求較高。

1.3 槳葉干化

槳葉干化設備最早用于化工物料的干燥處理。工作原理跟圓盤干化類似，熱源通入一根空心軸，軸上均勻安裝有槳葉。污泥由一端進入，通過槳葉連續(xù)不斷地翻滾，與換熱面充分接觸，推動其向前移動[8]。載氣的引入能快速置換設備內的水蒸氣，保持干化的高效率。槳葉式干化法結構簡單、緊湊，但由于對污泥采用干態(tài)輸送，容易造成污泥結塊，粘結在槳葉上影響傳熱，導致熱效率下降。因為物料在加料及推移時易抱團結塊，推動阻力大幅增加。為降低傳動功率、提高熱效率，現(xiàn)在很多槳葉干化機的形狀和結構非常復雜，造成槳葉式干化機的制造和維修較麻煩。

1.4 流化床干化

流化床干化是通過內置于流化床干燥機內的U型管換熱器加熱污泥。最早用于化工、制藥、食品、礦產(chǎn)的干燥，該工藝通過在一個裝置內鼓風，使得載體處于沸騰狀態(tài)，再通過熱源的輸入，能維持穩(wěn)定的熱容量。因而對進泥含水率適應范圍較廣，污泥干化效率高、運行穩(wěn)定。流化床內部沒有傳動部件，故障率低，同時裝置可針對性設計，單臺處理量大。缺點是干化顆粒的粒徑無法控制，為維持流化床內物料處于沸騰狀態(tài)，因而需要大量空氣涌入，導致氣體流量大，空氣系數(shù)過高，造成后續(xù)配套建設的除塵工序和冷卻工序的設施處理規(guī)模大、投資較高且流程相對較復雜。范辭冬等在240 mm×80 mm振動流化床中以干污泥顆粒為實驗物料，研究了振動對臨界流化速率和床層空隙率等流態(tài)化特征參數(shù)的影響[9]，結果表明：振動的引進大大降低了顆粒的流化速率，同時提高了污泥床層空隙率。

2 污泥干化工藝優(yōu)化研究進展

常規(guī)機械脫水只能將污泥含水率降至80%，通過污泥干化可將含水率降至10%以下[10]，可以大幅降低污泥體。干化污泥性質穩(wěn)定、臭味小，后續(xù)處置途徑多。查閱國家污泥相關處置標準，無論后續(xù)污泥是制磚或制陶粒或焚燒熱能利用，污泥干化都是非常重要的處理過程，是實現(xiàn)后續(xù)節(jié)能低碳及資源化處置的關鍵步驟。常見的污泥干化優(yōu)化技術有：薄層+帶式組合型干化、熱水解+板框壓濾干化、低溫除濕干化、低溫真空干化等。

2.1 薄層+帶式組合型干化

薄層+帶式兩段式組合型工藝充分利用了薄層干化和帶式干化的優(yōu)點。薄層干化的原理為：將污泥涂抹在換熱面轉盤上，傳熱效率高使得污泥的水分能快速蒸發(fā)干燥?？紤]到污泥存在一個高粘滯區(qū)間（含水率50%～60%之間），該區(qū)間的污泥粘滯力大，阻力大，不易干燥。因而污泥通過薄層干化至含水率65%，再后接帶式干化機。低溫運行、安全可靠、封閉運行是帶式干化的優(yōu)點，污泥通過切條后，均勻分布在網(wǎng)帶上，隨著傳動裝置的推移，熱風不斷循環(huán)將污泥干化至含水率40%以下。能量回收系統(tǒng)使每蒸發(fā)1 t水量的能耗為650～850 kW/h。該工藝組合能實現(xiàn)能量的充分利用，由于帶式干化所需的溫度比薄層干化低，因而薄層干化后的熱蒸汽能用于后續(xù)帶式干化。帶式干化過程對污泥無擾動，因而對高粘滯區(qū)污泥也能實現(xiàn)高效干燥處理。根據(jù)后續(xù)污泥最終處置要求，帶式干化的污泥干度和污泥顆粒尺寸均可靈活調節(jié)。該工藝目前在蘇州、重慶雞冠石、重慶唐家沱等地方的污泥干化項目有所應用。

2.2 熱水解+板框壓濾干化

熱水解+板框壓濾干化技術先通過加熱對污泥進行預處理，加熱溫度一般在160～220 ℃。污泥在熱水解罐容器內熱處理，在一定的溫度和壓力作用下，污泥最終發(fā)生相應的物理及化學反應。在加熱過程中，污泥的微生物絮體解散，微生物細胞體破裂，胞內水被釋放出來，提高了污泥的沉降性能和脫水性能。后接板框壓濾脫水設備，污泥經(jīng)過脫水干化處理至含水率40%以下，滿足了污泥的減量化、穩(wěn)定化及無害化要求。杜莉娟和鄢祖喜研究了污泥熱水解反應[11]，得出的最佳工藝條件為：進泥含固率20%、有機物質量分數(shù)60%的市政污泥30 L，不添加外界壓力的情況下保持轉速30 r/min、200 ℃反應30 min，得出市政污泥通過熱水解-深度脫水后含固率達65%?？扇〈鸁岣苫に嚕瑢崿F(xiàn)污泥資源化處理。該工藝主要優(yōu)點為：工藝設備占地面積小，布置緊湊，系統(tǒng)操作自動化程度高，工藝流程簡單，便于運行管理;經(jīng)高溫處理后的污泥臭味極小，有利于環(huán)境保護;不添加外源藥劑，處理后污泥可滿足更多種污泥處置要求;污泥處于高溫高壓環(huán)境下，細菌、病毒等基本均被滅活;可實現(xiàn)污泥高干度脫水至含水率40%，泥餅有機質含量與熱值高，并容易進一步降低泥餅含水率。但該工藝缺點主要是壓濾液難以處理，且熱水解的臭氣問題比較難控制。

2.3 低溫除濕干化

低溫除濕干化工藝的原理是利用熱泵回收空氣里的潛熱，再加熱空氣的方法。其他結構類似帶式干化機，通過熱空氣不斷循環(huán)，將網(wǎng)帶上的污泥水分帶走。除濕干化是回收排風中水蒸汽潛熱和空氣顯熱，除濕干化過程沒有任何廢熱排放，傳統(tǒng)污泥熱干化系統(tǒng)供熱量90%轉化成排風熱損失。該方法的特點為：系統(tǒng)可調節(jié)性強，含水率在10%～50%之間可調;高度集成化、自控程度高、故障率低、穩(wěn)定性高。缺點為：濕度高，干燥效率比較低，所需周期較長;運行過程能耗也較高。深圳某水質凈化廠采用“離心濃縮+板框壓濾+低溫除濕干化”集成工藝處理高有機質污泥，結合了板框壓濾和低溫除濕干化的優(yōu)點，能將98%污泥含水率穩(wěn)定降至40%以下，能達到減量化、穩(wěn)定化和無害化的要求，且能與末端摻燒焚燒友好銜接[12]。

2.4 低溫真空干化

設備采用熱壓濾真空干化系統(tǒng)，該系統(tǒng)是采用高耐壓材料結合加熱、真空干化技術為一體的新型脫水干化設備。污泥的脫水干化包括兩個過程，首先污泥經(jīng)進料初濾、熱壓濾脫水，污泥含水率可降至60%。然后污泥再經(jīng)過負壓抽真空干化后，污泥含水率可降至40%。熱壓濾真空干化系統(tǒng)的工藝原理為：在進料完成后，通過高壓熱水擠壓隔膜板，污泥被壓榨、濾液透過濾布被排出。當污泥通過機械壓榨脫水后，再通過管道內抽真空，通過熱量和負壓雙重作用，污泥中水的沸點降低、水分被快速蒸發(fā)出來[13]。該工藝特點為：實現(xiàn)脫水干化一體化，減少設備成本，含水率一次降至40%以下;負壓狀態(tài)抽離水汽并在冷凝后排放，顯著降低熱源溫度，能效優(yōu)勢明顯;模塊化設計，方案設計靈活，設備布置簡便;全密閉工藝段，無粉塵、臭氣溢出，輕松除臭，滿足環(huán)保要求。

3 結論與展望

綜上所述，污泥干化是解決污泥處理處置的重要過程。目前城市污水廠污泥干化的主要方式是依靠常規(guī)機械設備干化，總結如下：

a. 噴霧干化技術傳熱效率高，干燥強度大，結構簡單，操作靈活。但干燥系統(tǒng)排出的尾氣中粉塵含量高，有惡臭，且對流動性低的污泥，需加水調稀便于霧化，增加了能耗。

b. 圓盤干化傳熱性能好，物料調節(jié)可控性高，設備運行平穩(wěn)，操作維護簡單，且可以連續(xù)或間歇運行。

c. 槳葉干化結構簡單、緊湊，但污泥易結塊，影響傳熱，導致熱效率下降，且易磨損，維修麻煩。

d. 流化床無動部件，故障率低，處理量大、效率高、效果好。干化溫度低，無須返混。缺點是干化顆粒的粒徑無法控制，氣體流量大，除塵、冷卻等處理設施復雜、規(guī)模大。

常規(guī)污泥干化技術由于設備實現(xiàn)了國產(chǎn)化，大部分的投資費用都不高，但是這些技術也存在著一些缺點：安全性和穩(wěn)定性較差、處理效率和適應性較低、環(huán)境友好和自動化程度不高等。

污泥干化工藝優(yōu)化則是通過對設備和工藝進行改良設計，能提高污泥熱干化效率和運行穩(wěn)定性、增強熱干化設備對泥質適應性，減少工程熱損失，總結如下：

a. 薄層+帶式兩段式組合型工藝可避開污泥塑性階段，確保無塵。低溫操作、不含粉塵以及封閉的環(huán)境，更加安全可靠，且能源利用率高。

b. 熱水解+板框壓濾工藝設備占地面積小，布置緊湊，自動化程度高，工藝流程簡單，便于運行管理;污泥處于高溫高壓環(huán)境下，細菌、病毒等基本均被滅活，污泥臭味極小;但該工藝壓濾液難處理，且熱水解的臭氣問題比較難控制。

c. 低溫除濕干化對污泥含水率可調節(jié)性強;高度集成化、自控程度高、故障率低、穩(wěn)定性高。但該工藝濕度高，干燥效率比較低，所需干化周期較長;運行過程能耗也較高。

d. 低溫真空干化可實現(xiàn)脫水干化一體化;負壓狀態(tài)抽離水汽并在冷凝后排放。顯著降低熱源溫度，能效優(yōu)勢明顯;全密閉工藝段，無粉塵、輕松除臭，滿足環(huán)保要求。

針對目前城市污泥干化技術的研究現(xiàn)狀及運行實踐中面臨的問題，現(xiàn)對今后研究提出幾點建議：

a. 加強污泥干化工藝設備的技術攻關，讓更多高效低耗的污泥干化技術早日實現(xiàn)工程化應用。重點研究污泥干化過程機理;如何提高污泥熱干化效率及運行穩(wěn)定性;如何實現(xiàn)能源利用最大化、降低工程熱損失。

b. 加強設備材質的篩選與研究。由于國內污泥含沙量高，導致設備磨損嚴重。需加強干化設備材料耐磨性的研發(fā)，延長設備的使用壽命。例如污泥槳葉干化技術在使用中，槳葉材料容易被磨損，需研究開發(fā)新的耐磨損材料。

c. 根據(jù)2022年國家住建部和發(fā)改委聯(lián)合頒布的《城鎮(zhèn)污水處理廠污泥處理處置技術指南（試行）》公布的污泥熱干化技術，今后以熱干化為主，結合多種預處理和干化技術的組合型工藝及設備將成為污泥干化的研究發(fā)展方向。隨著技術的進展，單一的高性能干化設備和設備與工藝集成的干化技術將廣泛應用于市場。

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