摘要：本文對臥式薄層污泥干化兩段法工藝進(jìn)行了詳細(xì)介紹，并以上海市竹園片區(qū)污泥處理處置擴(kuò)建工程為例進(jìn)行了分析。臥式薄層干化機(jī)單機(jī)處理能力大，安全性高，密封性好，廢氣量少，車間環(huán)境友好，基于臥式薄層干化兩段法工藝在安全性、靈活性、經(jīng)濟(jì)性等方面的諸多優(yōu)勢，該工藝越來越多的應(yīng)用于污泥摻燒發(fā)電領(lǐng)域，可做為國內(nèi)電廠污泥處理處置項(xiàng)目的優(yōu)選工藝之一。

隨著城市的快速發(fā)展，污水量不斷增加，污水處理廠提標(biāo)改造進(jìn)度持續(xù)加快，導(dǎo)致污泥產(chǎn)量大大增加，截止到2016 年底我國污水處理量達(dá)到1.5億 m/d，污泥總量近 3000 萬噸，預(yù)計(jì)到2020 年以含水率80%計(jì)我國的污泥產(chǎn)量將突破 6000 萬噸。

在城市污水的收集及處理過程中產(chǎn)生的污泥，可能含有重金屬物質(zhì)、病原體、病毒、微生物和大量的毒性有機(jī)物，如不加以妥善處理和處置，將給排放區(qū)周圍環(huán)境造成嚴(yán)重的二次污染，威脅人類健康。污泥處理處置的問題已成為當(dāng)前形勢下的突出環(huán)境問題。

我國目前主要的污泥處理方式包括濃縮、調(diào)理、脫水、干化等，以濃縮、調(diào)理和脫水為主，干化率尚處于較低水平。污泥處置是指污泥經(jīng)處理后的最終去向，我國目前主要的污泥處置方式有衛(wèi)生填埋、土地利用、焚燒后建材利用等，其中衛(wèi)生填埋是最常用的方式。一方面由于有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)越來越嚴(yán)格，另一方面受制于有限的可利用土地資源，干化加焚燒的處理處置方式越來越普遍。

01 臥式薄層污泥干化兩段法工藝

污泥干化是利用燃燒化石燃料所產(chǎn)生的熱能或工業(yè)余熱、廢熱，通過專門的工藝和設(shè)備，使污泥中水份快速蒸發(fā)的一種工藝[7]。污泥干化對污泥中的水分進(jìn)行去除，從而達(dá)到干燥污泥、縮小污泥體積、提高污泥熱值的目的，同步實(shí)現(xiàn)污泥的減量化和穩(wěn)定化。

臥式薄層污泥干化兩段法工藝是目前我國大型污泥干化項(xiàng)目的主流工藝之一，它是利用飽和蒸汽或?qū)�熱油作為熱媒的間接加熱干化工藝。

1.1 核心設(shè)備

臥式薄層污泥干化兩段法工藝的核心設(shè)備是臥式薄層干化機(jī)，由德國Buss-SMS-Canzler公司生產(chǎn)。Buss-SMS-Canzler公司成立于1919年，相關(guān)產(chǎn)品涉及石油化工、醫(yī)藥、食品及環(huán)境能源等領(lǐng)域，總部位于德國布茨巴赫，并在瑞士巴塞爾擁有完善的產(chǎn)品研發(fā)中心和試驗(yàn)基地，是難處理混合物料熱分離解決方案及薄層蒸發(fā)技術(shù)的世界領(lǐng)先者，也是專業(yè)開發(fā)和生產(chǎn)用于干燥高粘性物料處理設(shè)備的全球領(lǐng)導(dǎo)企業(yè)。

圖1為臥式薄層干化機(jī)結(jié)構(gòu)簡圖，臥式薄層干化機(jī)主要由外殼、轉(zhuǎn)子和葉片、驅(qū)動裝置三部分組成。外殼為壓力容器，其殼體夾套內(nèi)可注入飽和蒸汽或?qū)�熱油作為污泥干化工藝的熱媒，材質(zhì)為歐標(biāo)的耐高溫鍋爐鋼，內(nèi)壁作為與污泥接觸的傳熱部分，提供主要的換熱面積和污泥薄層的載體，其材質(zhì)有多種材料可選，其中Naxtra700高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼覆層廣泛適用于市政行業(yè)，防腐蝕性和耐磨性優(yōu)于其他材料；轉(zhuǎn)子為一根整體的空心軸，其特殊的加工工藝可以確保轉(zhuǎn)子在受熱和高速轉(zhuǎn)動的同時(shí)不產(chǎn)生撓度，始終使葉片外沿與內(nèi)壁的距離保持5-10mm，在轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動及葉片的涂布下，進(jìn)入干化機(jī)的污泥會均勻的在內(nèi)壁上形成一個(gè)動態(tài)的薄層，污泥薄層不斷的被更新，在向出料口推進(jìn)的過程中持續(xù)被干化。

1.2 工藝流程

離心脫水后含水率80%-85%的濕污泥通過車載運(yùn)輸或管道輸送至濕污泥料倉，料倉內(nèi)部設(shè)有滑架以防止污泥架橋，底部設(shè)有卸料螺旋和濕污泥輸送泵。

濕污泥輸送泵將污泥輸送至薄層干化機(jī)入口，進(jìn)入薄層干化機(jī)的污泥被轉(zhuǎn)子上的葉片涂布于熱壁表面，葉片在對熱壁表面的污泥反復(fù)翻混的同時(shí)，還將其向前推送到出泥口。在此過程中，污泥中水分被加熱蒸發(fā)為水蒸汽，水蒸汽在干化機(jī)內(nèi)部與污泥逆向運(yùn)動，由污泥進(jìn)料口上方的乏汽箱進(jìn)入尾氣冷凝系統(tǒng)。

薄層干化機(jī)內(nèi)產(chǎn)生的蒸發(fā)尾氣通過乏汽箱進(jìn)入冷凝系統(tǒng)后，首先進(jìn)入冷凝器，在冷凝器中，廢蒸汽通過水洗，水分從蒸發(fā)尾氣中被冷凝下來。少量不凝氣體（空氣和污泥中揮發(fā)物）經(jīng)過除霧器進(jìn)行液滴分離后，由廢氣風(fēng)機(jī)排出干化系統(tǒng)，進(jìn)入除臭系統(tǒng)或進(jìn)入焚燒系統(tǒng)處理。自干化系統(tǒng)排出的廢氣量極少，僅為系統(tǒng)蒸發(fā)水量的5%-10%，廢氣風(fēng)機(jī)使整個(gè)干化系統(tǒng)處于負(fù)壓狀態(tài)，避免臭氣及粉塵的外溢。

自薄層干化機(jī)產(chǎn)出的含水率30%-40%的干污泥進(jìn)入到后續(xù)線性干化機(jī)中進(jìn)一步干化，含水率最低可干化至5%。當(dāng)對干污泥進(jìn)行暫存時(shí)，設(shè)置污泥冷卻器，線性干化機(jī)干化后的污泥先經(jīng)過冷卻，將污泥溫度降低到50℃以下以提高安全性，防止污泥燜燃或自燃，隨后依次通過卸料閥和刮板輸送機(jī)送至干污泥料倉儲存。當(dāng)后續(xù)接焚燒系統(tǒng)時(shí)，干化系統(tǒng)可通過輸送設(shè)備直接與焚燒系統(tǒng)串聯(lián)。

臥式薄層干化兩段法工藝可通過污泥中的蒸發(fā)水實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)自惰性化的要求，在開機(jī)及緊急情況下采用低壓蒸汽、新鮮水或氮?dú)庾鳛楦苫�系統(tǒng)的惰性化介質(zhì)。在乏汽箱出口設(shè)有氧含量分析儀，通過對干化系統(tǒng)內(nèi)氧含量的控制，實(shí)現(xiàn)污泥干化系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。

1.3 工藝優(yōu)勢

1）安全：系統(tǒng)密閉性好，始終維持-0.5到-1kPa的微負(fù)壓，無臭氣和粉塵外溢；系統(tǒng)可自惰性化并設(shè)置多種惰性化手段，市政項(xiàng)目中氧含量控制在5%以下；干化機(jī)出口干污泥溫度可以達(dá)到100℃，完全起到殺菌作用，符合美國環(huán)保署污泥處置規(guī)范EPA503標(biāo)準(zhǔn)；應(yīng)用歷史上無任何安全事故。

2）穩(wěn)定：在污泥與煤協(xié)同焚燒的項(xiàng)目中，當(dāng)進(jìn)入電廠鍋爐的污泥含水率較大時(shí)，易對鍋爐設(shè)備產(chǎn)生負(fù)面影響，可能導(dǎo)致嚴(yán)重的設(shè)備損壞，一是對爐膛內(nèi)墻沖刷加劇，磨損嚴(yán)重，二是易導(dǎo)致輸送系統(tǒng)堵塞，造成停爐停機(jī)事件。薄層污泥干化兩段法工藝出泥含水率低，并可通過調(diào)節(jié)干化機(jī)內(nèi)蒸汽壓力實(shí)現(xiàn)出泥含水率20%-33%之間快速調(diào)節(jié)，與其它工藝相比優(yōu)勢明顯，對維持電廠設(shè)備和電網(wǎng)運(yùn)行穩(wěn)定起到積極作用。

3）簡單：污泥產(chǎn)品的均勻性和顆�；�可增強(qiáng)電廠鍋爐運(yùn)行的穩(wěn)定性，其它工藝均需增加破碎或造粒設(shè)備，而薄層干化機(jī)可自造粒（圖2），產(chǎn)品為均勻顆�；�污泥（圖3），無需額外增加造粒設(shè)備；附屬設(shè)備數(shù)量少，占地空間小，操作控制簡單；無載氣循環(huán)，無污泥返混；按照《壓力容器檢修規(guī)程》各類干化機(jī)需進(jìn)行周期性內(nèi)壁檢測，薄層干化機(jī)檢修無需其它吊裝設(shè)備，檢修方便且高效。

4）靈活：適用領(lǐng)域廣泛，適合多種類型污泥，可接受進(jìn)泥含水率65%-90%的濕污泥；兩段法工藝可生產(chǎn)任意含固率均一的產(chǎn)品；啟停和排空時(shí)間短，再次啟動無需清掏作業(yè)。

5）經(jīng)濟(jì)：蒸發(fā)效率高，在污泥協(xié)同焚燒的項(xiàng)目中，可直接以電廠蒸汽作為熱媒，薄層干化機(jī)每平米每小時(shí)蒸發(fā)水量可達(dá)45kg以上，與以蒸汽產(chǎn)熱水作為熱媒的工藝相比，蒸發(fā)效率高出5倍以上；市政項(xiàng)目上可與其他系統(tǒng)結(jié)合（如消化系統(tǒng)），能實(shí)現(xiàn)80%以上的高效率熱能回收；維護(hù)成本低，每年僅需1次5-10天的年檢；臭氣量極小，處理費(fèi)用低；全自動化控制，低監(jiān)控需求。

02 臥式薄層污泥干化工藝在市政領(lǐng)域的應(yīng)用現(xiàn)狀

截止到2020年12月，臥式薄層干化工藝在國內(nèi)共有34個(gè)業(yè)績，共78臺臥式薄層干化機(jī)，其中市政項(xiàng)目共有20個(gè)共62臺干化機(jī)，表1展示了近幾年臥式薄層干化工藝（一段法和二段法）在市政項(xiàng)目中的典型業(yè)績。

03 臥式薄層污泥干化兩段法工藝在污泥摻燒發(fā)電領(lǐng)域的實(shí)例分析

上海竹園片區(qū)污泥處理處置擴(kuò)建工程服務(wù)對象為竹園第一、第二污水處理廠提標(biāo)改造至一級A出水標(biāo)準(zhǔn)及新建升級補(bǔ)量工程建成后220萬m/d 污水處理產(chǎn)生的脫水污泥。工程建設(shè)規(guī)模223tDS/d，折合含水率80%的污泥量1115t/d，設(shè)施配置考慮一期工程焚燒線檢修工況，工程高峰處理規(guī)模為288.5tDS/d，折合含水率80%的污泥量1442.5t/d。

污泥處理工藝路線采用薄層干化兩段法+電廠摻燒工藝，含水率80%的脫水污泥由自卸式卡車運(yùn)輸至污泥處理廠，經(jīng)污泥接收、儲存系統(tǒng)后，由濕污泥泵送至薄層污泥干化系統(tǒng)，然后經(jīng)干化系統(tǒng)處理后，平均含水率降低至30%（可調(diào)節(jié)范圍20%～30%），產(chǎn)生的干污泥由密閉式卡車運(yùn)輸至上海外高橋第二電廠或第三電廠與煤協(xié)同焚燒，表2為該工程污泥干化系統(tǒng)主要參數(shù)表。

圖4為竹園片區(qū)污泥處理處置擴(kuò)建工程污泥干化系統(tǒng)圖，污泥車經(jīng)過地磅稱量后，將濕污泥傾倒至地下接收料倉，然后通過柱塞泵系統(tǒng)輸送至濕污泥儲存?zhèn)}，隨后濕污泥通過卸料螺旋和螺桿泵被輸送至薄層干化機(jī)，螺桿泵為變頻設(shè)備，可靈活控制進(jìn)入薄層干化機(jī)的污泥量。

濕污泥進(jìn)入薄層干化機(jī)進(jìn)行第一段干化，干化后的污泥通過溜槽落入線性干化機(jī)中，干污泥在線性干化機(jī)中進(jìn)一步干化，出泥含水率可在20%-33%范圍內(nèi)通過調(diào)節(jié)干化機(jī)內(nèi)蒸汽壓力快速完成。經(jīng)二段干化后的污泥進(jìn)入冷卻螺旋中進(jìn)行冷卻，隨后通過卸料閥和刮板輸送至干污泥料倉進(jìn)行暫存。

自干化機(jī)產(chǎn)生的蒸發(fā)尾氣與污泥逆向運(yùn)動，自干化機(jī)上方的乏汽箱進(jìn)入后續(xù)尾氣冷凝系統(tǒng)，蒸發(fā)尾氣在冷凝器內(nèi)被噴淋冷凝下來，不凝氣體進(jìn)入到后續(xù)除霧器中，在除霧器中進(jìn)行液滴分離后，最終尾氣通過風(fēng)機(jī)排出干化系統(tǒng)，進(jìn)入臭氣處理系統(tǒng)進(jìn)行處理。

臥式薄層干化系統(tǒng)所用到的公用工程條件主要有飽和蒸汽、中水、儀表風(fēng)、循環(huán)冷卻水、新鮮水。干化系統(tǒng)所用蒸汽來自電廠，經(jīng)分氣缸分配至10條生產(chǎn)線。干化系統(tǒng)配套有空壓系統(tǒng)為系統(tǒng)供應(yīng)儀表空氣，凝液回收系統(tǒng)用于回收干化機(jī)蒸汽凝液，循環(huán)冷卻水系統(tǒng)為系統(tǒng)提供循環(huán)冷卻水。

干化系統(tǒng)產(chǎn)生的廢水主要是使用中水噴淋洗滌蒸發(fā)尾氣后的噴淋水，這部分污水將返回污水處理場進(jìn)行處理。廢氣進(jìn)入臭氣處理系統(tǒng)集中處理。干化后的污泥送至外高橋電廠與煤協(xié)同焚燒。

竹園片區(qū)污泥處理處置擴(kuò)建工程污泥干化系統(tǒng)于2020年8月順利通過性能考核，項(xiàng)目年運(yùn)行時(shí)間可達(dá)8000h，年污泥處理量可達(dá)40萬噸以上，工程的建成投運(yùn)將根本解決竹園片區(qū)污泥的出路問題，助力上海市經(jīng)濟(jì)實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，可為國內(nèi)與電廠協(xié)同焚燒的污泥處理處置項(xiàng)目提供參考。

04 總結(jié)

1）臥式薄層干化系統(tǒng)密閉性好，能實(shí)現(xiàn)嚴(yán)格的氧含量控制，安全性極高，在30多年應(yīng)用歷史上從未發(fā)生過任何安全事故，是當(dāng)今污泥干化領(lǐng)域最安全的干化工藝之一。

2）在污泥摻燒發(fā)電項(xiàng)目中，干污泥形態(tài)及含水率的控制非常關(guān)鍵，將影響到干化系統(tǒng)后續(xù)的焚燒系統(tǒng)的運(yùn)行，臥式薄層干化兩段法工藝一方面可以生成粒徑均勻且無粉塵的顆粒化產(chǎn)品，另一方面能通過改變蒸汽壓力和二段線性干化機(jī)的轉(zhuǎn)速快速實(shí)現(xiàn)含水率的調(diào)節(jié)，臥式薄層干化兩段法工藝對干污泥形態(tài)及含水率的良好控制能保證整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定。

3） 臥式薄層干化兩段法污泥干化協(xié)同處置是市政污泥處理處置的發(fā)展潮流，在安全性、穩(wěn)定性、可靠性、先進(jìn)性等方面均具有明顯優(yōu)勢，將臥式薄層干化兩段法工藝應(yīng)用在協(xié)同處置污泥方面是當(dāng)今市政污泥處理處置科學(xué)合理的選擇。