中融（天津）環(huán)境科技有限公司 趙志霄
摘 要：
文章首先分析了電鍍及酸洗污泥的來源、數量、危害等情況，并道出了電鍍、鍍鋅企業(yè)迫切對污泥進行減量化的心理。同時對市場上常用污泥干化設備進行了介紹，并詳細剖析了友辰優(yōu)力聯合研發(fā)的污泥低溫熱泵干化設備的原理、特點，然后結合工程實例, 介紹了熱泵低溫污泥干化設備工藝流程和實際應用情況， 并進行了經濟技術分析。結果表明, 采用污泥低溫熱泵干化設備工藝對電鍍及酸洗污泥（危廢）進行干化減量處理, 可獲得含水率30%以下的泥條，并不產生任何二次污染。符合國家危廢資源化、減量化、無害化等要求，具有很大的市場推廣價值。
關鍵詞：電鍍及酸洗污泥；污泥減量化；熱泵；低溫干化設備；二次污染
工業(yè)污泥是環(huán)保部門定義的工業(yè)危廢最主要來源，而電鍍及酸洗污泥在工業(yè)污泥中占很大比重。從相關統(tǒng)計數據來看，工業(yè)危廢要占到社會危廢總量的70%～75%，電鍍及酸洗污泥占據15%以上。隨著我國工業(yè)企業(yè)的不斷發(fā)展和增加，工業(yè)危廢產生量也呈現顯著增長趨勢。環(huán)保部統(tǒng)計數據顯示2015年全國工業(yè)危險廢棄物產生量為4220萬t，較2014年的3633.5萬t增長16.1%。環(huán)保部的數據也顯示，全國大、中城市現有危廢處理能力明顯落后于危廢的產生量。危廢處理能力的提升不會一蹴而就，還需要一個時間過程。同時，有合法資質的處理單位少，工業(yè)污泥的處理價格比較高，（受地區(qū)性環(huán)保補貼政策差異影響，含運費價格在2000～5000元/t），加大了工業(yè)企業(yè)運營的經濟負擔。因此，工業(yè)污泥深度減量化對于降低社會成本和企業(yè)運營成本都具有重要意義。
1.電鍍及酸洗污泥處理使企業(yè)運營成本大幅提升
電鍍污泥的化學組分復雜，主要含有鉻、鐵、鎳、銅、鋅等重金屬化合物及可溶性鹽類。在我國《國家危險廢物名錄》（2016 年8 月1 日實施）所列出的50 類危險廢物中，電鍍污泥占了其中七大類，是一種典型復雜的危險廢物，具有易積累、不穩(wěn)定、易流失等特點，如不加以妥善貯存、處置，其后果是各類有害重金屬通過雨水淋溶作用、污泥水分揮發(fā)粉狀揚散至大氣等造成生物重金屬富集以及引起地表水、土壤、地下水污染，嚴重破壞環(huán)境。
1.1污泥來源及數量
電鍍污泥是處理電鍍廢水過程中產生的固體廢物，酸洗污泥是處理表面酸洗廢水產生的固體廢物。一般來說，電鍍廢水及表面酸洗廢水呈酸性，主要含有大量的重金屬離子，廢水處理站通常采用酸堿中和、絮凝沉淀、重金屬捕集等方法對電鍍廢水進行處理。在這些處理過程中形成的含有大量重金屬的固體廢物稱為電鍍及酸洗污泥。
以天津為例：規(guī)模較大的電鍍園主要山江電鍍園、濱港電鍍園、薊州專用汽車產業(yè)園等，鍍鋅、酸洗較集中的地區(qū)有靜海楊家園，津南、北辰、大港也有一定規(guī)模的鍍鋅、酸洗企業(yè)，這些企業(yè)或多或少都會產生一定數量的電鍍及酸洗污泥。根據《天津市危險廢物轉移計劃備案表》相關數據統(tǒng)計，HW17 的鍍鋅、鍍鎳污泥產生量較大。
1.2污泥特點及危害
由于各電鍍廠家的生產工藝及處理工藝不同，電鍍企業(yè)在初步處理電鍍污泥時，都需要將電鍍廢液中的各種重金屬鹽類轉化為相應的氫氧化物并沉淀固化，因而一般電鍍廠在處理電鍍廢液時都加入了相關的還原劑、中和劑及絮凝劑等化學藥品，導致電鍍污泥中化學組分增多，而各種重金屬化合物在組分中分散而含量偏低。某些電鍍企業(yè)采用石灰中和劑，在中和處理時通過化學反應產生大量石膏或氫氧化鈣，更使電鍍污泥的總量增大，重金屬組分含量降低，以致進一步的無害化處理、分離和綜合利用較為困難。
一般新處理產生的電鍍污泥含水率很高，達到75％～80％，而鉻、鐵、鎳、銅及鋅的化合物含量一般在0．5％～3％（以氧化物計），石膏（硫酸鈣）含量為8％～10％，其他水溶性鹽類及雜質含量為5％左右［1］。
1.3污泥減量化需求迫切
目前多數電鍍企業(yè)規(guī)模較小且分散，電鍍污泥產生點多且散，對收集運輸要求較高；電鍍廠廢水處理技術普遍落后，造成廢水處理后污泥重金屬含量較低，回收價值不大，故更是無人問津，造成大量污泥長期堆放在廠區(qū)內，疏于管理，環(huán)境風險大，也容易發(fā)生環(huán)境違法案件。
近年來，環(huán)境違法案件數逐年增多，如隨意傾倒、丟棄、填埋污泥或將污泥交由無資質單位處置案件。2017 年，有多家鍍鋅廠因傾倒污泥受到經濟及刑事處罰�，F在企業(yè)都了解到了污泥傾倒的嚴重性，企業(yè)為了節(jié)省污泥處置費用，努力給污泥“瘦身”。一些電鍍廠經常在廠房空地上曝曬污泥，由于防滲漏、防揚散措施不到位，遇到大雨大風將場地上污泥沖刷進河道和下水道，造成周圍河道重金屬含量超標。
2.電鍍及酸洗污泥常用干化設備
在電鍍及酸洗污泥機械脫水中, 常用設備主要有分別是疊螺脫水機、板框式脫水機、離心式脫水機、帶式脫水機和螺壓脫水機。這幾種脫水機械處理后的泥餅含水率下限一般只能達到70%左右。
2.1 污泥機械脫水設備分類及對比［2］
幾種機械脫水設備各有優(yōu)缺點，從脫水效果來看，板框式脫水機最優(yōu)，特別是高壓板框脫水機可以使污泥含水率降低到70%甚至以下，但是相應的成本較高，且效率低。從占地面積、水電消耗方面，疊螺脫水機具有很大優(yōu)勢，但它的脫水效果一般，且最大能力受限。帶式脫水機與離心式脫水機效果略好，但是耗水耗電量巨大，是其它設備數倍甚至數十倍。而螺壓式脫水機效果不太理想，占地面積太大，設備布置非常受限制。下圖是各型設備的性能特點對比。
2.2污泥干化技術分類
2.2.1按熱介質和污泥接觸方式分為：
①直接加熱式（傳導式）：燃燒室產生的熱氣與污泥直接進行接觸混合, 使污泥得以加熱, 水分得以蒸發(fā)并最終得到干污泥產品，是對流干化技術的應用。②間接加熱式（對流式）：將燃燒爐產生的熱氣通過蒸氣、熱油介質傳遞, 加熱器壁, 從而使器壁另一側的濕污泥受熱、水分蒸發(fā), 是傳導干化技術的應用。③直接-間接聯合式。
2.2.2按設備形式可分為：
轉鼓式、轉盤式、帶式、螺旋式、離心式干化機、噴淋式多效蒸發(fā)器、流化床、多重盤管式、薄膜式、漿板式等多種形式。
2.2.3按干化設備進料形態(tài)分為：
①干料返混:濕污泥在進入干化設備前先與一定比例的干泥混合。②濕泥進料：機械脫水后產生的濕污泥直接進入干化設備。
2.3不同污泥干化技術的對比
表1中所列的前4種干化技術：直接加熱轉鼓干化技術、間接加熱轉鼓干化技術、離心脫水干化一體技術和間接或多盤干燥技術（又名珍珠工藝），雖然干化脫水效果比較明顯，個別甚至達到5%以下，但這幾種干化技術的不足也非常明顯：首先，干化作業(yè)的溫度很高，均達到200℃以上，甚至高達700℃，這對能源的消耗巨大。而且工業(yè)污泥中普遍存在油性成分，溫度過高有可能會引起燃燒甚至爆炸；其次，前4種污泥干化技術中脫水過程產生的高熱氣體都是通過水冷降溫后，凈化排放到空氣中，能量不能循環(huán)利用，造成巨大浪費�；谝陨显�，以上4種技術不適用于工業(yè)企業(yè)的污泥干化處理。
流化床污泥干化技術與熱泵干化技術相對于以上4種污泥干化技術有明顯的優(yōu)點。兩者所需干化溫度較低，而且均采用封閉式的空氣對流空間，耗能較少，無尾氣排放，適用于工業(yè)污泥的干化處理。但是，兩者也存在明顯的差異。流化床干化是間接加熱方式，加熱的媒介是熱油，由外部熱源輸送熱量加熱。在干燥機內脫水溫度85℃，產生的含有大量水汽的空氣被冷卻塔用水冷卻到40℃以下，再通過風機進入流化床干化機循環(huán)，這意味著要重新消耗外部熱源將冷卻后的循環(huán)空氣加熱到85℃左右。流化床類的干化技術的脫水效率一般不超過1kg/kWh。
3.熱泵低溫污泥干化設備優(yōu)勢
3.1熱泵低溫干化技術原理
熱泵低溫污泥干化技術利用現在愈加成熟的熱泵技術對干化過程中的熱量進行回收利用，達到了良好的節(jié)能效果。熱泵低溫干化與傳統(tǒng)熱風干化的區(qū)別在于空氣循環(huán)和空氣除濕的方式不同。熱泵干化時空氣在干化室與熱泵干化機間進行閉式循環(huán)，利用熱泵干化機的制冷系統(tǒng)使來自干化室的濕熱空氣降溫脫濕，當濕熱空氣流經熱泵蒸發(fā)器時，內部的低壓制冷劑吸收空氣的熱量由液態(tài)變?yōu)闅鈶B(tài)，空氣因此降溫從而使其中的水氣凝結后以液態(tài)水的形式排出。來自蒸發(fā)器的低壓制冷蒸汽由壓縮機升壓后送至冷凝器，當脫濕后的干冷空氣流經冷凝器時，內部的高壓制冷劑因冷凝而放出熱量，外部空氣被加熱為熱、干風又回到干化室，從冷凝器流出的高壓制冷劑經膨脹閥降壓后流入蒸發(fā)器繼續(xù)下一個循環(huán)。該技術的工藝流程增加了回熱循環(huán)，對加熱過程中產生的熱量可以充分回收再用于加熱干化。因此，熱泵低溫干化技術的脫水效率顯著增加，部分先進產品可以達到3～4kg/kWh。圖3為熱泵脫水熱能回用原理圖，圖4為熱泵低溫污泥干化系統(tǒng)工藝流程示意。
3.2熱泵低溫干化設備工藝流程
工業(yè)污水污泥（含水率約99%）經機械脫水，成為含水率80%～85%或更低的成型濕泥，成型濕泥進入熱泵低溫干化機，經成型機變?yōu)闂l狀濕泥落到傳送網帶，干化設備送入的65～80℃干風自下而上穿過載有污泥的網帶，對污泥進行脫水，脫水后帶有大量水汽的熱風進入熱泵冷凝器進行冷卻，排出水分，熱量被熱泵的冷媒吸收，通過回熱器循環(huán)重新用于干風加熱，加熱后的空氣重復循環(huán)進入干化室對網帶上的污泥進行脫水干化。整個過程自動控制，封閉運行，一個循環(huán)大約1.5～2.0h以使?jié)衲喑浞置撍_到理想的減量效果。經熱泵自動低溫干化機脫水后污泥含水率可以降到10%～30%，污泥總重減少70%以上。而且，該技術用于干化脫水的耗電量與其他干化技術相比具有突出的節(jié)能優(yōu)勢。
3.3熱泵低溫干化設備幾大特點［3］
3.3.1直接用電
采用低溫帶式頻譜干化設備，全部采用電能， 在污泥干燥過程中，采用除濕熱泵對空氣進行脫濕加熱，以達到污泥在全密閉空間熱風中循環(huán)的蒸發(fā)、冷凝除濕干化。
3.3.2安全衛(wèi)生
在污泥干化過程中，超過250℃時污泥中的揮發(fā)分會逸出(VOC)，導致熱值降低，而超過60℃時氨會揮發(fā)出來，對污泥干化設備造成一定程度的腐蝕。低溫干化可降低能耗同時將有效降低惡臭氣體排放，同時全密閉隔熱干化，無廢氣廢熱排放，無需除塵除臭，污泥中水分冷凝成液態(tài)水排出干燥空間，冷凝水可以直排。污泥顆粒出料溫度低于50度，污泥成型后靜態(tài)攤放，無粉塵爆炸危險。
3.3.3應用廣泛
吸收歐美先進工藝并針對國內污泥現狀進行改進，對所有污泥均可處理，含水率80%-90%以內的危廢污泥，均可一次性減量到含水率10%-30%。
3.3.4耐用安全
主設備采用西門子、施耐德、艾默生、ABB等國際知名品牌產品、并配有公司自行研發(fā)的專利產品不粘、防腐且透氣的特氟龍輸送帶及微波破壁儀，采用不銹鋼等耐腐材料、換熱器采用電鍍防腐處理，運行過程無機械磨損，使用壽命可達15年。
3.3.5全智能化
設備全自動運行，節(jié)約大量人工成本。PLC觸摸屏智能控制，可實現遠程集中控制，出料含水率30%-50%任意選擇。
3.4熱泵低溫干化設備成本優(yōu)勢
3.4.1能耗較低
低溫干化只需要消耗電能，不需要其它輔助能源，且能耗是常規(guī)干化設備的1/3，整個干化溫度控制在60℃以內，干化過程中不需要外界加熱設備，由于溫度不高，污泥中的有機質揮發(fā)損失小，貢獻熱值高。含水率80%污泥干化到30%含水率，每噸耗電量不超過200度。
3.4.2 運費節(jié)省
設備可直接安裝在企業(yè)出泥口，對壓濾出的污泥進行直接干化處理，大大節(jié)省企業(yè)的運輸、儲存及人工成本。舉例：企業(yè)年產1500噸80%污泥，需要對污泥進行裝車、裝袋、轉運、儲存等環(huán)節(jié)，按20元/噸計算，干化后含水率為30%，1噸污泥重量不到0.30噸，年可節(jié)省費用2.1萬元。并大大節(jié)省倉儲及人工成本。
3.4.3減容減量
企業(yè)經板框壓濾后的污泥（一般含水率80%以上），按性價比最優(yōu)的方案干化到含水率率30%上交危廢處理中心，體積減少4/5，重量減輕2/3。舉例：企業(yè)日產5噸80%污泥，干化后含水率為30%，1噸污泥重量不到0.30噸，按交危廢3000元/噸算，年可節(jié)省上繳費用315萬元，減去每噸處理成本（電費1元/kWh，每噸濕泥耗電200度計算）30萬元，理論上年節(jié)省費用280萬元。該項技術能夠為工業(yè)企業(yè)顯著降低污泥處理成本。
4.結論
熱泵低溫干化技術在工業(yè)污泥干化領域的應用具有節(jié)能、降費等優(yōu)勢，同時因為該干化系統(tǒng)自動控制封閉運行，不會產生廢氣、廢水、粉塵等二次污染。其低溫干化過程安全，且有利于殺滅有害細菌。而且該系統(tǒng)低速運行，無機械碰撞，磨損小，長久耐用，對企業(yè)來講，可一次投入，長期受益。
參考文獻
[1] 邵筠婭，喬燕，“城市電鍍污泥現狀及管理對策”《環(huán)境管理》，2016
[2] 張義,郝樹江,張乾,“熱泵低溫干化技術在工業(yè)污泥深度減量化領域的應用”，《工程機械與維修》
[3] 污泥干化設備+酸再生設備公眾號
[4]中國城鎮(zhèn)污泥處理處置技術與應用高級研討會，論文集，2018年4月
