隨著工業(yè)化進(jìn)程加快以及城鎮(zhèn)人口數(shù)量的急速增長(zhǎng)，我國(guó)城鎮(zhèn)污水產(chǎn)量也在以驚人的速度增加。污泥是一種復(fù)雜的混合體，其內(nèi)部含有大量的有機(jī)物、細(xì)菌、致病微生物和重金屬等有毒有害物質(zhì)，一般占污水體積的0.3%～0.5%，可見對(duì)污泥進(jìn)行合理處置勢(shì)在必行，但目前的污泥處理成本很高。污泥減量化是解決我國(guó)龐大剩余污泥的重要途徑。目前，污泥減量化的方法有濃縮、消化、脫水、干化及焚燒等。其中污泥脫水技術(shù)包括壓濾式脫水、離心式脫水和疊螺式脫水等。但是機(jī)械式的脫水存在能耗大、泥餅含水率高、脫水前需要進(jìn)行污泥調(diào)理、過程復(fù)雜、運(yùn)行費(fèi)用過高等問題。污泥熱干化技術(shù)是針對(duì)污泥高度脫水的工藝或設(shè)備，其是對(duì)污泥脫水之后的進(jìn)一步減量化處理，通過傳熱介質(zhì)直接或間接地對(duì)污泥進(jìn)行加熱，使污泥中的水分絕大部分或者全部以水蒸氣的形式分離出來(lái)。經(jīng)過熱干化處理后，污泥含水率大幅降低，可進(jìn)行焚燒，從而實(shí)現(xiàn)污泥資源的有效利用，并且達(dá)到了減量化和無(wú)害化的目的。污泥熱干化是公認(rèn)的綠色環(huán)保技術(shù)，隨著我國(guó)對(duì)節(jié)能環(huán)保要求的日益提高，低溫干化技術(shù)會(huì)有巨大發(fā)展。
1、材料與方法
1.1 熱干化裝置
密閉式污泥熱干化裝置由熱泵循環(huán)系統(tǒng)、網(wǎng)帶干燥系統(tǒng)、風(fēng)機(jī)系統(tǒng)、自制控制系統(tǒng)及進(jìn)出料系統(tǒng)組成，如圖1所示。
熱泵循環(huán)系統(tǒng)由壓縮機(jī)、冷凝器、蒸發(fā)器、膨脹閥、冷媒、熱回收器、主流風(fēng)機(jī)、循環(huán)側(cè)風(fēng)機(jī)、水換熱器和管路等組成，根據(jù)每臺(tái)污泥處理設(shè)備每小時(shí)脫水200kg計(jì)算選型，壓縮機(jī)采用國(guó)際品牌壓縮機(jī)，蒸發(fā)器和冷凝器根據(jù)總換熱換冷量進(jìn)行設(shè)計(jì)，冷凝器的換熱面積為550m2，蒸發(fā)器的換熱面積為380m2。制冷劑選用安全環(huán)保型的R34a，該制冷劑主要用于高溫環(huán)境下的空調(diào)系統(tǒng)和熱泵等。網(wǎng)帶干燥系統(tǒng)包含物料輸送網(wǎng)帶及保溫干燥箱，上、下兩層輸送網(wǎng)帶布置在保溫箱內(nèi)部，保溫箱側(cè)面設(shè)有循環(huán)風(fēng)道。進(jìn)料系統(tǒng)及出料系統(tǒng)包含溫濕度計(jì)、電表、壓力表、信號(hào)線、進(jìn)泥切條機(jī)、干泥出口等。風(fēng)機(jī)選用耐高溫和耐腐蝕的離心風(fēng)機(jī)，風(fēng)量范圍為5000~8000m3/h。
1.2 實(shí)驗(yàn)流程
首先，開啟熱泵預(yù)熱，采用65~80℃熱空氣通過管道進(jìn)入干燥箱使得箱內(nèi)溫度升高，同時(shí)耐高溫主風(fēng)機(jī)開始工作，新風(fēng)在干燥箱內(nèi)部循環(huán)，由熱泵系統(tǒng)通過送風(fēng)口進(jìn)入網(wǎng)帶熱干燥箱內(nèi)，將內(nèi)部空氣加熱成送風(fēng)溫度為65~80℃的熱干空氣；然后，開啟網(wǎng)帶輸送系統(tǒng)，開始進(jìn)料，污泥擠壓成型后進(jìn)入干燥箱內(nèi)的網(wǎng)帶上，條狀污泥平鋪在上層輸送網(wǎng)帶上，使其與熱空氣接觸，通過傳熱介質(zhì)進(jìn)行換熱，將污泥中的水分蒸發(fā)，熱干空氣由下層網(wǎng)帶往上循環(huán)，使污泥內(nèi)部含濕量逐步提升，產(chǎn)生潮濕空氣，經(jīng)過除塵布袋過濾后，高濕中溫空氣經(jīng)過回風(fēng)口時(shí)一分為二，一部分進(jìn)入熱回收器中進(jìn)行等濕降溫，經(jīng)過蒸發(fā)器后溫度降低到濕空氣的機(jī)器露點(diǎn)以下，析出大量水分，變?yōu)榈蜏氐蜐竦目諝�，緊接著低溫低濕的空氣再次進(jìn)入熱回收器中進(jìn)行一次升溫，之后經(jīng)過冷凝器進(jìn)行二次升溫加熱，重新加熱為65~80℃的熱干空氣；另一部分通過循環(huán)風(fēng)道經(jīng)過一級(jí)冷凝器，中溫高濕空氣在冷凝器中被等濕加熱，再經(jīng)過循環(huán)風(fēng)機(jī)到達(dá)一層輸送網(wǎng)帶下方。兩部分的高溫空氣重新匯合，在主風(fēng)機(jī)的作用下，在干燥箱與熱泵之間往復(fù)循環(huán)。
1.3 檢測(cè)方法
在熱干化裝置處理量為50t/d的前提下，進(jìn)行將含水率為55%~64%的污泥干化到30%以下實(shí)驗(yàn)，并測(cè)定污泥泥質(zhì)、干濕污泥量、進(jìn)料量、干濕污泥含水率、析出冷凝水量和耗電量等參數(shù)，確定這些參數(shù)與干燥效率及單位能耗脫水量的關(guān)系。同時(shí)檢測(cè)析出冷凝水的成分，使其能夠滿足污水水質(zhì)排放標(biāo)準(zhǔn)。污泥含水率采用水分分析儀檢測(cè)；析出冷凝水量由排水體積確定，使用流量計(jì)測(cè)量；干、濕污泥進(jìn)出量由電子秤測(cè)量；耗電量采用電表進(jìn)行讀數(shù)；污泥泥質(zhì)、冷凝水成分主要分析總氮、氨氮、總磷、COD、SS等指標(biāo)。干燥效果采用干燥效率及干燥后的污泥含水率進(jìn)行評(píng)價(jià)，采用單位能耗脫水量評(píng)價(jià)能耗情況。干燥效率為單位時(shí)間里析出的冷凝水量。單位能耗脫水量為每消耗1kW·h電量所能脫除的冷凝水質(zhì)量，單位能耗脫水量越大，干燥效率越高，脫水效果越好，性能越優(yōu)越。
2、結(jié)果與討論
2.1 污泥泥質(zhì)分析
進(jìn)行測(cè)試前，檢測(cè)污泥泥質(zhì)，選取5組同板框壓濾污泥和干化后污泥作為樣品，檢測(cè)結(jié)果見表1。
不同階段污泥照片如圖2所示。
通過表1和圖2可以看出，采用板框壓濾后濕泥平均含水率為63.26%，經(jīng)過低溫干化處理后的污泥含水率平均值達(dá)到27.06%，熱干化后污泥的泥性及顆粒狀態(tài)非常明顯，細(xì)小粉塵較少，滿足后期焚燒系統(tǒng)處置的要求。從檢測(cè)結(jié)果來(lái)看，熱干化污泥含水率在30%以下時(shí)，熱值與有機(jī)質(zhì)含量成正比，熱值與含水率成反比，即有機(jī)質(zhì)含量越高熱值就越高，含水率越低則熱值越高。還可以發(fā)現(xiàn)，經(jīng)低溫干化后的污泥有機(jī)質(zhì)含量與板框壓濾得到的有機(jī)質(zhì)含量基本持平；相比于板框壓濾得到的污泥熱值，熱干化后的污泥熱值更高，即可提供的熱量更多。
2.2 泥量分析
經(jīng)計(jì)算，進(jìn)入密閉式污泥熱干化裝置濕泥的含水率為60%~70%，經(jīng)過干燥以后的干泥含水率為20%~30%。2018年10月4日—22日連續(xù)24h運(yùn)行數(shù)據(jù)表明，濕泥的平均含水率為63.26%，經(jīng)過約85min的低溫干化處理以后，干泥的平均含水率為27.06%，達(dá)到設(shè)計(jì)要求，即干化到30%以下，滿足現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際工況的使用要求。圖3為干泥量和濕泥量的變化。2018年10月4日—9日為裝置運(yùn)行前期的適應(yīng)階段；2018年10月10日—22日，裝置運(yùn)行穩(wěn)定，但該階段干泥量和濕泥量有所波動(dòng)，這是由于隨著設(shè)備運(yùn)行時(shí)間的延長(zhǎng)，濕污泥中的雜物以及干化過程中粉塵的積累對(duì)除塵布袋產(chǎn)生了影響，同時(shí)對(duì)污泥切條系統(tǒng)、風(fēng)道等也均有不同程度的影響。該波動(dòng)的出現(xiàn)屬于正常現(xiàn)象，操作設(shè)備需要嚴(yán)格按照“干化機(jī)設(shè)備操作規(guī)程”執(zhí)行，以確保干化機(jī)內(nèi)部及各系統(tǒng)保持穩(wěn)定狀態(tài)。
圖4反映了冷凝水析出的實(shí)際值和脫水量之間存在的差異。熱泵經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行以后，空氣的相對(duì)含濕度有所提高，能夠容納水蒸氣的能力下降。另外，由于熱泵的機(jī)器露點(diǎn)與實(shí)際環(huán)境之間存在一定的差異，導(dǎo)致空氣能夠容納的污泥所蒸發(fā)出來(lái)的水分存在差異。
2.3 冷凝水成分分析
對(duì)裝置排出的冷凝水進(jìn)行成分分析，結(jié)果表明其含氮量為48.32mg/L、氨氮為37.72mg/L、總磷為0.3mg/L、COD為152mg/L、SS為6mg/L。使用該裝置處理其他幾家市政污水處理廠產(chǎn)生的污泥，并測(cè)試熱干化過程中冷凝水的成分，結(jié)果表明，檢測(cè)結(jié)果與本研究有所區(qū)別，COD平均在50mg/L以下，甚至更低達(dá)到25mg/L以下。這是因?yàn)槊孔鬯幚韽S的工藝不同，因此處理后污泥的成分也會(huì)有所不同。
2.4 能耗及經(jīng)濟(jì)成本分析
圖5為裝置的單位能耗脫水情況。
由圖5可以看出，單位能耗脫水量最低為3.2kg/（kW·h），最高能達(dá)到3.47kg/（kW·h）。按單位能耗脫水量平均為3.32kg/（kW·h）計(jì)算，將1t含水率為63.26%的濕泥干化到含水率為27.06%，脫除1m3的水耗電約298kW·h，成本約為193.7元（1kW·h的電費(fèi)按0.65元計(jì)算），折算成原污水成本為0.023元（按照將熱干化脫除1m3水分與處理得到1m3可排放污水成本進(jìn)行折算，處理污水量為19×104m3/d）。
3、結(jié)論
密閉式污泥熱干化裝置的熱回收器將回風(fēng)中的熱量回收利用，使熱量能夠高效利用。通過循環(huán)風(fēng)道增加濕熱空氣與污泥的接觸時(shí)間，增大濕熱空氣的相對(duì)濕度，提高干化效率，更加節(jié)能。干燥過程中，濕熱空氣都是在密閉的空間內(nèi)進(jìn)行循環(huán)，不對(duì)外排放臭氣和廢料，因此更加環(huán)保。脫除1m3水需要耗電298kW·h，成本約為193.7元，折算成原污水的成本為0.023元，相比其他干燥方式具有更大的經(jīng)濟(jì)潛力。（來(lái)源：浙江諾曼環(huán)保工程技術(shù)有限公司，中國(guó)計(jì)量大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院）
