鐘彩霞，宋華君

（1.濰坊市濱海建設(shè)工程施工圖審查有限公司，山東 濰坊 261031；2.濰坊市建筑設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司，山東 濰坊 261031）

1 前言

目前，某石化企業(yè)配套污水處理場(chǎng)所產(chǎn)生固體廢物主要為預(yù)處理單元預(yù)沉池所產(chǎn)生浮渣、污泥，生化處理單元二沉池所產(chǎn)生剩余污泥。原污泥處理流程為：各單元所產(chǎn)生污泥首先進(jìn)入污泥濃縮池進(jìn)行濃縮，然后再輸送至帶式濾機(jī)進(jìn)行脫水處理，脫水后污泥含水率可降至65-75%左右，然后外送至公司外部有資質(zhì)危險(xiǎn)固廢處理公司進(jìn)行處置，污泥年產(chǎn)量約為2萬噸。

2018年，企業(yè)污水處理場(chǎng)新上一套廢水回用裝置，其污泥脫水單元年產(chǎn)生含水率65%污泥5000噸，雖然其主要成分為氫氧化鈣、氫氧化鎂等無機(jī)物，但因其含有少量有機(jī)污染物，因此必須進(jìn)行無害化處置。因此污水處理場(chǎng)配套新上一套污泥干化裝置，將廢水回用處理裝置產(chǎn)生的污泥，以及污水處理場(chǎng)產(chǎn)生的脫水污泥進(jìn)行干化處理，使污泥含水率降至不大于10%，最終送至公司內(nèi)鍋爐進(jìn)行焚燒，達(dá)到無害化處置目的。

目前，污泥干化工藝[1]主要有渦輪薄層干化技術(shù)、中溫帶式干化技術(shù)、太陽能干化及熱泵污泥干化技術(shù)，現(xiàn)根據(jù)技術(shù)原理、特點(diǎn)、工業(yè)應(yīng)用情況進(jìn)行對(duì)比分析，以確定最終工藝路線。

2 污泥干化工藝及應(yīng)用

2.1 渦輪薄層干化技術(shù)[2]

2.1.1 工藝原理

渦輪薄層干化技術(shù)的核心在于薄膜換熱原理。待處理污泥通過柱塞泵輸送進(jìn)入渦輪薄層污泥干化設(shè)備主機(jī)內(nèi)，主機(jī)為圓柱狀臥式設(shè)備，其內(nèi)部內(nèi)設(shè)置襯套內(nèi)循環(huán)有高溫介質(zhì)，高溫介質(zhì)可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況選擇飽和高溫蒸汽或?qū)嵊停邷亟橘|(zhì)的熱傳導(dǎo)使反應(yīng)器內(nèi)壁得到均勻有效的加熱。

該工藝采用經(jīng)過預(yù)熱的空氣，與待處理濕污泥一同從進(jìn)口進(jìn)入渦輪薄層污泥干化設(shè)備主機(jī)內(nèi)，兩者運(yùn)動(dòng)方向一致，在設(shè)備主機(jī)內(nèi)部高速渦流形成共同作用，推動(dòng)濕污泥沿內(nèi)壁向出口方向做螺線運(yùn)動(dòng)，污泥在空氣的包裹、攜帶與穿流下，實(shí)現(xiàn)劇烈熱對(duì)流換熱。

在渦輪薄層污泥干化設(shè)備主機(jī)內(nèi)設(shè)置有同軸轉(zhuǎn)子，在轉(zhuǎn)子的不同位置上裝配有槳葉，同軸轉(zhuǎn)子通過設(shè)備主機(jī)外電機(jī)驅(qū)動(dòng)，形成高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生強(qiáng)烈渦流。濕污泥在高速渦流作用下，在主機(jī)內(nèi)壁形成污泥薄層，并以一定的速率從進(jìn)料端向出料端做環(huán)形螺線移動(dòng)，濕污泥在薄層內(nèi)不斷與熱壁接觸、碰撞，最終完成干燥過程。

2.1.2 典型工業(yè)應(yīng)用實(shí)例

中石化天津石化污泥干化項(xiàng)目運(yùn)行現(xiàn)狀：

（1）天津石化80%的脫水前油泥直接送兩套焦化處理，其脫水后污泥（含水率85%左右）大部分進(jìn)入污泥干化裝置，最終使含水率降低到20-25%，送熱電煤粉爐摻燒。裝置處理量1.5噸濾餅/時(shí)，設(shè)計(jì)投資4000萬元，使用中壓蒸汽（180℃）做熱源，正常運(yùn)行干化每噸污泥費(fèi)用約300-400元。

（2）干化裝置由SEI設(shè)計(jì)，采用意大利主體設(shè)備，配備完善的除塵、換熱設(shè)施，運(yùn)行環(huán)境良好。

（3）干化后污泥因含水率很低呈細(xì)粉狀，帶來落灰及運(yùn)輸、摻燒過程嚴(yán)重飛塵問題，正在研究改進(jìn)。

2.2 中溫帶式干化技術(shù)[3]

2.2.1 工藝原理

待處理濕污泥鋪設(shè)在烘干帶上后，通過傳送帶方式被緩慢輸送進(jìn)入帶式干化機(jī)內(nèi)，其內(nèi)采用鼓風(fēng)裝置進(jìn)行空氣抽吸，使得熱空氣穿過烘干帶及帶上濕污泥，并通過鼓風(fēng)機(jī)在烘干模塊內(nèi)循環(huán)流動(dòng)。濕污泥中的水分被熱空氣蒸發(fā)并排出裝置。整個(gè)污泥烘干過程可通過以下三個(gè)參數(shù)進(jìn)行過程控制：①輸入的污泥流量；②烘干帶的輸送速度；③輸入的熱能。

中溫帶式污泥干化裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理緊湊。干化傳送帶空間設(shè)計(jì)為上下疊加布置，統(tǒng)一布置安裝在保溫外殼之內(nèi)。為了增加空氣和污泥的接觸面積，采用污泥面條造型機(jī)使污泥穿流網(wǎng)孔板，將成面條形狀污泥鋪設(shè)在干化帶上。待處理濕污泥鋪設(shè)在上烘干帶上后穿流干化裝置，在上層干化帶尾端經(jīng)過料槽滑入下層干化帶。因整個(gè)污泥干化過程中沒有被機(jī)械擠壓，摩擦和切割，設(shè)備產(chǎn)生的粉塵含量極少。

熱空氣通過鼓風(fēng)機(jī)穿越烘干帶和待處理濕污泥層，當(dāng)熱空氣接觸濕污泥的同時(shí)會(huì)帶走其中水份。在穿流干化裝置的過程中，濕污泥逐漸變熱，其所含水分被帶至熱空氣。通過調(diào)整熱空氣溫度和污泥停留時(shí)間,可將濕污泥含水率從80%降至65- 93%DS。

當(dāng)熱空氣穿流污泥層時(shí)，熱空氣溫度下降，濕度上升。當(dāng)熱空氣在冷凝裝置內(nèi)被冷卻處理時(shí)，需要采用循環(huán)冷卻水對(duì)熱空氣進(jìn)行冷卻處理，使得熱空氣溫度降低至露點(diǎn)之下，熱空氣冷凝脫水后形成冷凝液，收集后排入污水處理系統(tǒng)進(jìn)行處理。冷空氣可通過熱交換器進(jìn)行熱能回收，降低整套系統(tǒng)能耗。

循環(huán)空氣通過熱交換器進(jìn)行能量回收后，再進(jìn)行間接加熱至設(shè)定溫度，然后通過鼓風(fēng)機(jī)輸送至干化裝置內(nèi)。通過鼓風(fēng)機(jī)將循環(huán)熱空氣中的部分濕度飽和氣體排出設(shè)備主機(jī)外，保證整套設(shè)備主機(jī)內(nèi)部處于微低壓狀態(tài),防止內(nèi)部熱空氣、臭味和水蒸氣外泄。排出濕度飽和氣體首先通過水洗降溫處理，然后輸送至廢氣處理裝置進(jìn)行除臭處理。同時(shí)，補(bǔ)充環(huán)境空氣進(jìn)入干化裝置。

在干化裝置內(nèi)部，在線監(jiān)測(cè)內(nèi)部溫度、一氧化碳濃度。當(dāng)出現(xiàn)異常情況需要應(yīng)急停機(jī)，系統(tǒng)設(shè)置得噴淋系統(tǒng)自動(dòng)啟動(dòng)工作，進(jìn)行快速冷卻以及消防滅火。

2.2.2 典型工業(yè)應(yīng)用實(shí)例

鎮(zhèn)海煉化乙烯污水處理場(chǎng)主要處理乙烯裝置生產(chǎn)污水，設(shè)計(jì)規(guī)模為1000m3/h，系統(tǒng)產(chǎn)生含水率98%剩余污泥7.5t/h，利用離心脫水機(jī)將污泥水含量降至85%以下。

污泥干化系統(tǒng)采用德國SEVAReco 帶式干燥機(jī)污泥干燥工藝，系統(tǒng)設(shè)計(jì)處理能力1050kg濕泥/h，總投資約2000萬元，主體設(shè)備部分1600萬元左右。設(shè)備廠房設(shè)計(jì)尺寸(L×W×H)20 ×15×8 m，系統(tǒng)總占地35×30m左右（包括濕泥儲(chǔ)運(yùn)區(qū)、干泥儲(chǔ)存區(qū)、廢氣處理等）。

運(yùn)行現(xiàn)狀：

（1）鎮(zhèn)海煉化乙烯污泥干化裝置及污水處理系統(tǒng)2009年隨100萬噸乙烯工程配套建設(shè)，2009年底投入運(yùn)行。目前每年干化裝置實(shí)際處理濕污泥量在6000噸左右，主要為生化系統(tǒng)剩余活性污泥，根據(jù)系統(tǒng)污泥情況采用間歇運(yùn)行方式，每次大約運(yùn)行10-15天。

（2）鎮(zhèn)海煉化相關(guān)人員介紹系統(tǒng)自投運(yùn)以來整體運(yùn)行穩(wěn)定，沒有出現(xiàn)大的問題和故障；現(xiàn)場(chǎng)看設(shè)備設(shè)施狀況良好，場(chǎng)地整潔，設(shè)備處于停運(yùn)狀態(tài)，進(jìn)出泥端有一定污泥臭味。

（3）干化系統(tǒng)最終產(chǎn)出干泥含水率在10%以內(nèi)，包括蒸汽消耗、電耗等處理每噸濕泥直接運(yùn)行成本在200元左右。干泥成細(xì)顆粒狀，由于地方環(huán)保要求限制，雖設(shè)計(jì)有送Ⅳ電站煤堆場(chǎng)進(jìn)鍋爐焚燒路線和條件，但目前全部送外部環(huán)保公司填埋，每噸需繳費(fèi)2150元。

（4）乙烯區(qū)域含油浮渣與煉油區(qū)域油泥一起進(jìn)焦化爐回?zé)挘瑹捰臀鬯幚砗螽a(chǎn)生污泥，送海邊濕地，現(xiàn)準(zhǔn)備送干化設(shè)施進(jìn)行干化處置。

2.3 太陽能干化及熱泵污泥干化技術(shù)[4]

2.3.1 工藝原理

太陽能干化工藝是采用溫室原理，在相對(duì)封閉空間里，通過溫室效應(yīng)在密閉空間內(nèi)產(chǎn)生高溫空氣，污泥中水分向高溫空氣中轉(zhuǎn)移。主要利用白天的太陽能來提高干化空氣的溫度，并可以輔助輻射加熱、熱空氣吹掃、提高通風(fēng)量等技術(shù)手段，以提高待處理濕污泥溫度，增加濕污泥內(nèi)水分與高溫空氣之間的氣體蒸汽壓差，從而降濕污泥中得水分轉(zhuǎn)移到高溫空氣中，降低濕污泥的含水率。

2.3.2 工藝特點(diǎn)

污泥太陽能干化與污泥熱干化技術(shù)相比, 其優(yōu)點(diǎn)主要在于: ①投資費(fèi)用低，以年處理20000噸含水率為85%污泥計(jì)算，其投資費(fèi)用約為1500萬元，而采用德國SEVAR的中溫帶式干燥技術(shù)投資費(fèi)用約為3500萬元。②運(yùn)行費(fèi)用低，污泥太陽能干化工藝的運(yùn)行費(fèi)用約為60-130元/噸濕污泥，而采用德國SEVAR的中溫帶式干燥技術(shù)，其運(yùn)行費(fèi)用約為150-200元/噸濕污泥。③系統(tǒng)操作溫度低,安全性高，產(chǎn)生灰塵產(chǎn)生量小。④系統(tǒng)操作運(yùn)行維護(hù)簡(jiǎn)易、設(shè)備使用壽命長。其主要缺點(diǎn)在于: ①占地面積大, 現(xiàn)場(chǎng)日處理20噸污泥設(shè)施中陽光板溫房的占地面積為960m2（L*B=60*16m）。② 污泥干化處理后最終含水率為30-40%，處理效果受天氣和季節(jié)性條件約束。

3 結(jié)論及建議

1.固廢處理作為一項(xiàng)費(fèi)用高、難度大、民眾敏感度高的問題，國內(nèi)尚沒有足量完善的公共處理場(chǎng)所和相關(guān)政策，石化企業(yè)目前普遍在不同程度嘗試?yán)米杂绣仩t進(jìn)行摻燒，從節(jié)約費(fèi)用、規(guī)避環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)層面以及污泥減量化、無害化目的都具有現(xiàn)實(shí)和長遠(yuǎn)意義[5]。

2.從污泥減量化角度，建設(shè)污泥干化設(shè)施非常必要上，干化后污泥可以減少70%。從鎮(zhèn)海石化調(diào)研情況看，污泥干化后水分可降到10%以下，污泥干化技術(shù)是可行的。

3.山東富航新能源環(huán)?？萍加邢薰疚勰嗵柲芨苫夹g(shù)主要優(yōu)點(diǎn)在于投資、運(yùn)行費(fèi)用低，其存在主要缺點(diǎn)為占地面積較大、污泥含水率高，且污泥干化效率受天氣影響較大，其真實(shí)投資、運(yùn)行成本需進(jìn)一步實(shí)地考察確定。

4.從工業(yè)應(yīng)用案例運(yùn)行看，上海石化、燕山石化成功利用熱電CFB鍋爐進(jìn)行了污泥摻燒處置，對(duì)鍋爐整體運(yùn)行未發(fā)現(xiàn)明顯影響；鎮(zhèn)海煉化污泥干化后具備了與煤一起摻燒條件，建設(shè)干化設(shè)施時(shí)也已經(jīng)考慮將干泥送堆煤場(chǎng)摻混后由鍋爐焚燒路線，只是由于環(huán)保部門明確禁止未能實(shí)施，外送固廢公司填埋。

5.根據(jù)調(diào)研情況，結(jié)合污水處理場(chǎng)實(shí)際情況，企業(yè)一方面擁有相對(duì)多、總量大的鍋爐，一方面有相對(duì)大量的污泥，具有內(nèi)部摻燒消化處置污泥的基本條件和必要性?？尚新肪€有兩條，一是將現(xiàn)有污泥干化后（含水率10-35%）與煤混合后摻燒，進(jìn)熱電煤粉爐和二化CFB鍋爐均可，此路線具有含水率和污泥量進(jìn)一步降低，不粘附，后路多、處置靈活等優(yōu)點(diǎn)，但投資略高；二是利用CFB鍋爐直接摻燒脫水后污泥，方式有直接由高壓泵輸送進(jìn)爐焚燒和先與煤進(jìn)行摻混后進(jìn)爐兩種選擇，優(yōu)點(diǎn)是不必上污泥干化設(shè)施，投資較低，缺點(diǎn)是污泥容易在煤運(yùn)輸環(huán)節(jié)造成粘附堵塞，特別是第二種方式在熱電摻燒時(shí)難以持續(xù)穩(wěn)定操作。

6.綜合考慮，建議首選污泥干化摻燒路線，干化裝置優(yōu)選鎮(zhèn)海煉化技術(shù)，因其所產(chǎn)干泥呈小顆粒狀，較天津石化SEI設(shè)計(jì)、意大利裝置所產(chǎn)粉末狀干泥基本無揚(yáng)塵，且投資低，設(shè)計(jì)能力考慮環(huán)氧停車后乙烯污水場(chǎng)污泥量大幅降低因素可取2000kg/h，可滿足處理污水場(chǎng)現(xiàn)有污泥及低含鹽污水回用產(chǎn)泥需要。次選上海石化方式在二化CFB爐焚燒脫水后污泥。