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摘要：各污水处理厂都面临着如何处置每天产生的大量剩余污泥的问题。在我国目前尚无妥善的最终处置方法，加之，致病菌的超标，传统上用作农肥，不能完全符合卫生标准。污水中工业废水的比例一直较高，污泥中含有一定比例的重金属物质长期使用会在土壤中富集，造成土地板结，因此近年来污水处理厂脱水污泥无适当出路随意堆放造成二次污染，污泥处置问题已经成为多数污水处理厂急待解决的问题，污泥处置是否妥当已关系到污水处理厂的生存。
关键词：污水处理厂 污泥热干化技术 应用 工程设计要点
引言
污水厂污泥热干化工程对该市各大污水处理厂产出的大量含有高致病菌、重金属和各种有害物质的湿污泥进行减量化和无害化处理，其重要功效在于避免大量未经处理的湿污泥给环境造成严重的二次污染，确保该市水体水质和生态环境良好。
1.污泥中水分及其黏度
1.1污泥中水分分布
污水处理厂的污泥一般来自初沉池和二沉池，其组成复杂，是细胞结构体、腐殖质、盐、水分及其他杂质复合体。污水厂常用的污泥脱水设备，如带式压滤、离心分离以及螺压等，只能将污泥含水率降低到80%左右，难以进一步降低。研究发现，污泥脱水的程度由污泥中水分的分布特征决定。国外学者对污泥中水的形态和分布做了大量研究。Carberry将污泥中的水分分为间隙水、吸附水、毛细水、细胞内部水和化学结合水，研究表明：含水 95%的浓缩污泥中间隙水约占 70%，表面吸附水和毛细水占 22%，细胞内部水以及水合结合态水占 8%。Vesilind将污泥中的水分分为自由水、间隙水、表面水和化学结合水，研究表明：自由水最容易分离；间隙水存在于污泥颗粒的间隙中，破坏污泥颗粒的结构或压缩污泥可将此部分水挤出，很多脱水机械都能分离出污泥中的间隙水和自由水；表面水和化学结合水很难或无法用机械方法分离。
1.2 污泥的黏度
污泥属于触变型非牛顿流体，在刚开始剪切的时候其表观黏度比较大，随着剪切的进行表观黏度逐渐减小至稳定。温度和含水率均可影响污泥黏度，但是污泥黏度对含水率的敏感度要高于对温度的敏感度，在常温下可以认为污泥的黏度取决于含水率，温度对黏度的影响相对较小。王伟云研究了室温下，污泥含水率的变化对其黏度的影响，结果见图 1。
图 1 污泥含水率对其黏度的影响
2.各系统工艺设计思路
2.1热干化单元
通过干化单元的每日水蒸发量，计算出系统输入加热量。根据进泥物料总量确定进泥螺杆泵选型。干污泥输送和储存系统的设计则基于出泥量。根据循环热空气风量对除臭系统进行设计。风机选型则根据循环热空气风量确定，同时考虑设备及管道阻力。冷凝系统根据蒸发水量的冷凝量设计换热器。进泥含固率为 25%、出泥含固率为 90% 时，总蒸发量为13 542 kg/h，单线蒸发量为4 514 kg/h（一段薄层蒸发器蒸发量为 3 409 kg/h，二段带式干燥机蒸发量为 1 105 kg/h），单线螺杆泵进泥量为6 250 kg/h（干物质通量为1 562．5 kg/h），单线出泥量为 1 736 kg/h。干化设备不包括热油系统的单线工艺需求热能为 0．706 kW·h/kgH 2 O，热油系统效率为 85%时，天然气单线耗量为 380 m 3 /h，则包括热油系统在内的热能指标为 0．83 kW·h/kgH 2 O，考虑电能在内，其能耗指标为 0．89 kW·h/kgH 2 O。干化机内工艺循环风量为 96 859 kg/（h·台）。两段式干化工艺采用间接加热方式，在第一阶段，污泥在薄层蒸发器内约 85 ～ 95 ℃，蒸汽约 100℃，经干燥至含固率为 55% 左右，随后经挤压成型设备形成污泥颗粒。污泥颗粒在进入带式干燥机污泥时温度保持在 90 ℃，热风温度约 100 ℃，经带机二级干化处理后达到所要求的最终干度，并在最终步骤— — —独立颗粒冷却带被冷却降温，最终出泥温度低于50 ℃，污泥颗粒冷却回路上的循环冷却风由风机和颗粒冷却器产生。
2.2加热单元
输入干化系统的全部热能有四个用途：加热空气、蒸发水分、加热物料和热损失。每升水从环境温度 20 ℃升温至沸点温度 100 ℃需吸热0． 335 MJ 的热量，在 100 ℃汽化需耗热量约 2.26 MJ（一个标准大气压下），因此蒸发每升水至少需要约 2.6 MJ 的热能作为干化系统的“基本热能”。蒸发水分耗热量和输入热能之比成为干化全系统的热效率。排风量大的系统由于空气带走热量大，一般为 30% ～60%，排风量小、热损失小的系统则热效率较高，可达 70% ～ 80%。在没有设计废热回收装置的系统中，系统蒸发每升水所耗热量最少约为 2.6/0.80 =3. 25 MJ，约 0.90 kW·h/kgH 2 O。本工程设计三台有机热载体锅炉，从节能的角度出发，热源可采用天然气以及污水厂自产脱硫沼气。干化单元的输入加热量由水蒸发量确定，通过调节导热油进油量和加热温度实现。加热薄层蒸发器的热油进油温度约 180 ℃、进油流量约 330 m 3 /h、经间接加热待干化污泥后的出油温度约 160 ℃；加热热量回收回路中的空气加热器的热油进油温度约 160 ℃，进油流量约 65 m 3 /h、经间接加热待进入带式干燥机的热空气后出油温度约 145 ℃。
2.3热源选择
热源的持续稳定供给对污泥干化厂的正常运行有着及其重要的意义。干化厂投入使用后，再更改热源，不可避免地会对管道和工艺进行调整，这不仅需要资金投入，还会耗费大量的时间。由于市政污水厂的污泥是持续不断产生的，并且量较大。对于持续产生污泥的污水厂来说，干化厂长时间停运是不能接受的。选择干化热源时，应结合当地实际情况如有无矿石燃料和廉价的工业废热等，充分论证所选择的热源的可靠性和经济性。对于直接加热干化类型的设备传热介质一般为高温烟气或热空气，而间接热干化类型的设备热介质多为蒸汽或导热油。具体选择何种介质要视干化机的特点、干化后污泥处置方式及有无其他廉价热源等因素而定。
3.结束语
深度去除污泥中的水分是污泥无害化、减量化和资源化处理处置的关键。污泥热干化脱水是污泥深度脱水的一种有效方式，干化后的污泥可进行堆肥，也可进行单独焚烧或掺烧，也可卫生填埋，但目前这种方式处理成本较高。此外，热量来源和整个干化系统的安全性与环境友好性在工艺设计时也应该引起足够的重视。
参考文献：
[1]张鹏，吴志超，敖华军．污泥的粘度与浓度、温度三者关系式的实验推导［J］．环境污染治理技术与设备，2013，7（3）：72- 74.
[2]王伟云．脱水污泥流变特性及表观干燥动力学研究［D］．沈阳：沈阳航空工业学院，2015.
论文作者:张振旺
论文发表刊物:《建筑科技》2017年第23期
论文发表时间:2018/2/26
标签：污泥论文; 黏度论文; 热油论文; 温度论文; 热源论文; 系统论文; 水分论文; 《建筑科技》2017年第23期论文;