1 污泥干化技術

污泥含水率是制約污泥處置和利用的關鍵，污泥含水率從95%降至60%是填埋與堆肥的起點，50%是焚燒的起點，干化環節是污泥處理處置系統耗能的主要環節，干化環節的新技術研發是實現污泥處理系統節能降耗的著力點。目前我國經濟發達的長三角地區，污泥基本只進行了脫水處理，且其中60%的污水處理廠脫水污泥達不到含水率在80%以下的要求。污泥經濃縮和消化之后，其含水率仍在96%左右，體積很大，不便于運輸和使用，需要進一步脫水干化處理。污泥在不同含水率時需采取的工藝不同：90%～60%時，采用脫水工藝；60%～10%時，采用干化工藝。污泥進行土地利用時要求污泥含水率＜60%，混合填埋時含水率應＜60%，作覆蓋材料時含水率應＜45%。

污泥干化是靠熱量將水從污泥中蒸發出來。蒸發水分需要一定的熱能，每公升蒸發量只需要620kcal，還要加上一定的效率損失。其基礎機理是水分的蒸發過程和擴散過程，這兩個過程持續交替進行。蒸發過程：物料表面的水分汽化，由于物料表面的水蒸氣壓力低于介質中的水蒸氣分壓，水分從物料表面移入介質。擴散過程是與汽化密切相關的傳質過程。當物料表面水分被蒸發掉以后，物料表面的濕度低于物料內部濕度，此時，需要熱量推動力將水分從內部轉移到表面，繼而進行蒸發過程。

2 污泥干化工藝分類

初次接觸干化工藝的時候，常常會遇到所謂“全干化”或“半干化”的工藝路線選擇問題。

全干化是指將污泥干化至含固率85%～90%以上的一系列工藝或處理過程。這是相對半干化而言的一種通稱。

半干化是指將污泥經過一次性干化處理，直接獲得含固率80%以下的產品（35%～80%）的一系列工藝或處理過程。這是相對全干化而言的一種通稱，并沒有確切的界限。

所謂全干化和半干化的區別不僅僅是干燥產品的含水率。雖然這一提法是相對的，有不盡科學之處，但它也體現了兩類干化在安全、經濟意義上的較大差別。

如前所述，各種處置對污泥的含固率要求是不同的。干化是以熱能為代價降低含水率。單位處理量中的蒸發需求高，則能源投入大，反之則小。從經濟角度來看，過度干化是一種浪費。

干化的目的既然是為了提高含固率，降低含水率，但是到底提高多少和降低多少，并不是干化工藝所能夠隨意決定的。它要受到污泥性質（如膠粘相）和工藝本身條件（干污泥返混）的制約。這意味著干化后產品的干度可能存在一定的限制。比如當需要含固率60%的產品時，很多工藝不能通過一次處理得到這種干度的產品，而必須采用其它手段（后混）。

事實上全干化指的正是這種因工藝原因無法直接實現低含固率的工藝類型。而半干化則指哪些可以直接實現低含固率的工藝類型。

兩種工藝類型的工作狀況是非常不同的。前者要獲得很高的干度，必須提高溫度，降低干燥介質中的水分，而污泥失去的水分是很難蒸發的，因此存在干燥器效率（蒸發能力的降低）、單位能耗（蒸發每升水所需要的熱量）和安全性等三方面的問題。

半干化由于含固率低（適合焚燒、填埋、堆肥等的含固率一般低于60%），干燥器內部的濕度大，產品含水量高，因此在干燥器處理效率、單位能耗、安全性等各方面均優于全干化工藝。

根據“以處置定干化”的原則，需要半干化的處置顯然沒有必要投資全干化。而需要全干化的時候，半干化也無法代替使用。

其實，這兩種工藝有的時候是互補的，特別是在大型污水處理廠或污泥處置項目中，一條干化線常常不夠，這樣，采用不同工藝、多條線進行配合，能夠提供一般單純全干化或半干化所無法提供的靈活性。

污泥干化是由一系列功能模塊（設備）所構成的一種高度集成化的工藝過程。這里所謂的“集成化”意在指出這種用于污泥處理的工藝在應用中要比一般物料的干燥系統復雜得多。它具有特征如下：

（1）污泥是一種超細的有機質含量很高的粉末，具有引起粉塵爆炸和自燃的特征，因此采用熱量進行干燥必需具有很嚴格的操作規程和有效的保護措施。

（2）污泥含有一定比例的高分子聚合物，具有極強的持水性，干燥難度較高。因此干燥工藝必需適應這種物料本身，提供良好、有效的失水條件（空隙、混合、攪拌、接觸等）。

（3）污泥在一定溫度和含固率條件下具有較強的黏性。應采用有效的方式避免該物性對干化工藝巧性的破壞。

（4）污泥是一種大規模、長期穩定產生的污水處理副產物，同時也是一種具有很高病原體、病毒、蟲卵等有害微生物負荷的污染物，具有較強的臭氣；處理系統應置于一個相對封閉的環節中，具有極高的機械可靠性，能夠長期穩定運行，且不致對操作和維護人員產生直接或間接的傷害。

（5）污泥的含水率極高，采用熱能處理的成本相對較高，因此能耗方面的差別具有極端重要性：系統涉及熱、電、水（冷卻、冷凝、安全服務）、氣（介質氣體、安全氣體、動力服務氣體、不可凝氣體）等多種子系統的集成管理。

3 污泥干化設備

根據熱能供給的形式，可以分為兩個系列，每個系列分別有幾種代表性的工藝：

（1）直接加熱方式：轉鼓式、傳送帶式、氣動傳輸式、其它間歇式包括太陽能式。

（2）間接加熱方式：轉碟式、槳式、薄層式、流化床式、渦輪薄層式。

直接加熱方式將燃料燃燒后直接引入系統，煙氣沒有向大氣直接排掉，也沒有通過熱交換器，因此有著較高的熱效率，但是這部分煙氣連同整個系統的氣體均必須洗滌，從而有一次熱損耗。此外，不完全燃燒是一個潛在問題。問題在于空氣本身的換熱性質較差，在污泥方面必須干泥返混之外，還需考慮一系列的“廢熱回收”，才能在整體熱能消耗上保持競爭力。

間接加熱的干化無論如何要通過一個乃至多個熱交換器，這形成第一個損失。之后，洗滌氣體成為第二個損失點，因此應該考慮燃燒效率。間接加熱方式要獲得高的熱效率，必須依靠有效的熱傳導，以獲得高換熱效率。

兩段式污泥干化設備設置兩級干化程序：一級為間接干化（薄層蒸發器），二級為直接干化（帶式干燥機）。污泥顆粒成型過程在一級階段后污泥仍處于塑化狀態時完成，避免產生任何粉塵。其配置的工藝一體化的熱量回收系統，使得一級干化階段的剩余能量經回收后用于二級階段的加熱。成品污泥顆粒密度可達600kg/m3，衛生無害、生物穩定性好并可長期存放。根據污泥用途需要，顆粒粒徑可調。渦輪薄層干化工藝是極少數在能源、溫度、物流條件方面較為寬松的方案之一。各種燃料，各種廢熱，各種污泥，無論其性質如何，均能找到較佳利用和處理途徑。

按照熱源換熱方式來分，典型的污泥干化方法包括兩類：一類是利用鍋爐煙道抽取的高溫煙氣或鍋爐排煙直接加熱濕污泥；另一類是利用低壓蒸汽作為熱源，通過換熱裝置間接加熱污泥。濕污泥含水率約為80%，干化污泥含水率為20%～40%。