隨著社會經濟的不斷發展，化工行業（煤化工、石油化工）、印染造紙行業和城市生活產生的污水量越來越大，在處理這些污水的同時，產生了大量的生化污泥，建立一種處理效果好、投資成本低、運行穩定、技術先進、節能環保，環境效益、社會效益、經濟效益顯著的污泥資源化利用方法，達到污泥無害化處理和資源化利用的要求，是節能環保和各工業生產領域的一大技術難題。

污泥中不但含有大量的寄生蟲卵、病原微生物和重金屬離子等有毒有害物質，還散發著臭氣，隨意傾倒會對土壤、水、大氣環境造成二次污染。污泥的處理處置是污水處理的重要組成部分，是評價污水處理是否規范、完整和徹底的重要標準。目前，我國污泥的處理方式有污泥農用、衛生填埋和焚燒，沒有處置的也占很大一部分。污泥農用和填埋或堆放的方式存在的問題是：占地面積大，運輸費用高，含在污泥中的重金屬物質和有毒物質會在土壤中積累，并污染地下水，有報道污泥填埋場附近因毒物累積導致了一些食草動物死亡。污泥經焚燒后體積減少很多，可以解決填埋堆放的不足之處，但過程中煙氣二次污染、熱量損失等問題也沒有很好地解決。

因此，開發一種生物污泥的無害化有效利用技術，避免堆放占地和污染水資源，實現生化污泥的無害化和資源化，具有重要的現實意義和推廣示范價值。

1 生化污泥的性能分析

本研究項目生化污泥主要來源于污水處理生化系統二沉池和混凝沉淀池，經預處理工藝后，泥餅日產量約為60t，污泥含水量約為質量分數80%。原有處理方法為將預處理后的泥餅定期用火車運輸至指定的污泥堆場，由于含水量高，增加了運輸費用，而且需要的堆埋場地逐漸增大，對周邊空氣和水有一定污染。

生化污泥含有大量的有機物質、焦粉、煤塵等可燃物質，因此考慮將污泥適度脫水干燥，考察其發熱量。干燥后污泥和洗末煤灰分、發熱量對比如下：

由上表可知，干燥后污泥的灰分小于洗末煤，高位發熱量略低于洗末煤。

干燥后污泥和洗末煤按不同比例混合后的發熱量如下：

由上表可知，混合物的發熱量隨著干燥后污泥的百分比增加而減少，但二者不論是單獨作為燃料還是混合后作為燃料都符合循環流化床鍋爐對燃料發熱量的要求（≥4200kJ/kg）。

污泥和洗末煤燃燒后的灰分都很高，如若將灰分加以利用，將能增加經濟效益變廢為寶。對污泥和洗末煤燃燒后灰分進行分析：

發現污泥灰渣中的氧化鐵質量分數很高，接近50%，此外二氧化硅的質量分數也很高，達30%以上，灼燒后污泥的灰分顏色為紅褐色，原因是特的賦存形態為三氧化二鐵。洗末煤灰渣中，二氧化硅的質量分數超過50%，其次為三氧化二鋁，達到31%，而洗末煤灰分為淺灰色接近白色，原因是其主要成分為二氧化硅和三氧化二鋁。隨著混合燃料中污泥含量的增加，對應的灰分顏色逐漸由淺灰色變為紅褐色，是因為隨著干燥污泥配比增加，燃燒后灰分中三氧化二鐵含量也隨之增加。

2 生化污泥的干燥處理和綜合利用

2.1 生化污泥干燥利用思路及原理

根據對生化污泥性質以及燃燒后灰分的分析，設計用化工園區鍋爐煙氣余熱干燥污泥，干燥后污泥用于鍋爐燃料，并將污泥燃燒后的灰渣提取化工原料的一體化綜合利用技術。濕的生化污泥在旋轉干燥設備中與熱煙氣傳質傳熱，經過干燥后污泥體積和質量減少2/3以上，并且污泥處理速度快，污泥可作為燃料用于流化床鍋爐，不需長距離運輸，還能回收熱量產生蒸汽。

生化污泥的干燥、燃燒及其灰渣提取化工原料的資源化利用技術，主要由干燥系統、鍋爐燃燒系統和提取化工原料系統構成。濕污泥由汽車運至濕污泥儲槽，經運輸皮帶進入旋轉干燥機，旋轉干燥機由DCS控制轉速和旋轉干燥時間，從循環流化床排出的部分熱煙氣由風機吸入旋轉干燥機。干燥結束后，干污泥由運輸皮帶送至破碎機，經破碎后的干污泥經運輸皮帶直接進入干污泥料倉，或與其它鍋爐燃料混合后經皮帶輸送至混合料倉，料倉的燃料輸送進入循環流化床鍋爐燃燒放熱產生蒸汽，燃燒后產生的煙氣一部分經管道進入旋轉干燥機干燥濕污泥后，與其余大部分煙氣經管道進入煙氣凈化系統，經吸收有害氣體和布袋除塵后，經煙囪排入大氣。燃燒后的灰渣經皮帶輸送至高溫堿熔爐，水洗過濾后進入酸洗池，經酸溶解后過濾，濾渣經洗滌、干燥器干燥后得到產品白炭黑，濾液進入堿洗池與過量堿反應生成沉淀，過濾后的濾渣經過洗滌，進入干燥器干燥煅燒后得到產品鐵紅。

干燥系統的主要原理是，濕污泥由儲槽經皮帶輸送至直接接觸式旋轉攪拌干燥機中，與熱的煙氣直接接觸干燥，水分隨煙氣排出。污泥由于不斷地旋轉，增加了傳熱傳質接觸面積，通過DCS系統對轉速、干燥煙氣流量等進行調節，可以控制污泥在干燥機內的滯留時間。

直接接觸式旋轉干燥機的優點在于：

（1）加熱均勻、蒸發速度快、熱效率高、出料干化均勻，干燥機滾筒內有4塊對稱分布的突起隔板，在旋轉過程中，污泥經均勻分布的4塊隔板從內筒的頂部摔落到底部，有利于污泥粒度的均勻和提高受熱效率。

（2）機械磨損少，干燥機內的隔板與內筒接觸面為弧形，不容易掛料，維護清理方便。

（3）轉速可調節，控制污泥干燥度和適應現場不同的工藝條件性能好，干燥后的污泥由皮帶送往粉碎機粉碎后，由干污泥儲槽經皮帶輸送至干污泥料倉。

（4）干燥過程是在密閉狀態下全程負壓工作，系統密閉性能良好，有效防止氣味外散。

工業中普遍使用的循環流化床鍋爐具有以下特點：

（1）燃料適應性廣，低發熱量（≥4200kJ/kg）的煤渣、煤泥、洗矸、污泥都可燃燒，并且可達到很高的燃燒效率。

（2）循環流化床鍋爐溫度一般控制在850～950℃，排渣溫度低，灰渣不軟化黏結。

干污泥料倉的干污泥可直接用作鍋爐燃料，也可以和動力煤混合后進入混合料倉，再送入鍋爐燃燒，污泥或污泥混合燃料燃燒放熱產生蒸汽可以調壓后供工業生產使用，也可用于發電。

為防止干燥污泥燃燒后的煙氣污染環境，煙氣凈化主要有4個途徑：

（1）在燃料中加入一定量的石灰固硫生成硫酸鈣，抑制SO₂的產生。

（2）安裝煙氣凈化器，可以去除95%左右的SO₂氣體。

（3）流化床鍋爐由于燃燒穩定，爐膛溫度均勻，且爐溫高于600℃，抑制了二惡英的產生。

（4）采用高性能可更換的布袋除塵，可去除99.9%的灰塵。

鍋爐燃燒后的灰渣用來提取化工原料，干污泥直接燃燒后的灰渣與動力煤混合燃燒后的灰渣經堿熔、水溶后，過濾掉不溶部分。在濾液中加酸，二氧化硅會沉淀下來，過濾收集沉淀，經洗滌、干燥、煅燒后可得到白炭黑。在二次濾液中加堿，當堿過量時，鋁會生成可溶的偏鋁酸鹽，而鐵會生成沉淀，過濾收集沉淀，經洗滌、干燥、煅燒后可得到鐵紅。

2.2 具體運行效果

本項目某段時間的運行數據：生化污泥含水體積分數為78.94%，旋轉干燥機入口處煙氣溫度為195℃，旋轉干燥機轉速為40r/min，干燥時間為20min，干燥后的污泥含水體積分數為27.32%，旋轉干燥機出口溫度為116℃。干燥后污泥的高位發熱量為9240kJ/kg，而另一種鍋爐燃料某洗末煤的高位熱值為11348kJ/kg。在燃燒過程中，每噸污泥熱量相當于0.8t洗末煤。

3 結論

（1）利用循環流化床鍋爐煙氣，在直接接觸式旋轉干燥機中將濕的生化污泥干燥，生化污泥水分從質量分數80%左右降為27%左右，污泥干燥后用于循環流化床鍋爐燃料，每噸污泥熱量相當于0.8t燃料煤。

（2）直接接觸式旋轉干燥機可調速、負壓操作，避免氣味外散，熱效率高，出料干化均勻。

（3）本項目有效地處理了生化污泥，解決堆放和污染環境的問題，合理地利用產生的熱量和產物，具有處理效果好、節能環保的特點。