五、污泥干化（干燥）
    污泥无论来自工业还是市政，其处理的一个可行目标就是使所有来自工业中的污染物作为原料返回到工艺中去。所有的污染物事实上都是中间过程流失的原料，造成流失的媒介大多数情况下是水，去除水，将使得大量的潜在污染物可以重新得到利用。
    污泥所含的污染物一般均有很高的热值，但是由于大量水分的存在，使得这部分热值无法得到利用。如果焚烧高含水率的污泥，不但得不到热值，还需要大量补充燃料才能完成燃烧。
    如果将污泥的含水率降到一定程度，燃烧就是可能的，而且，燃烧所得到的热量可以满足部分甚至全部进行干化的需要。同样的道理，无论制造建材还是其他利用，减少含水率是关键。因此，可以说污泥干化或半干化事实上是污泥资源化利用的{dy}步。
    1. 污泥干化概述
    干燥是为了去除水分，水分的去除要经历两个主要过程：
    1）蒸发过程：物料表面的水分汽化，由于物料表面的水蒸气压低于介质（气体）中的水蒸气分压，水分从物料表面移入介质。
    2）扩散过程：是与汽化密切相关的传质过程。当物料表面水分被蒸发掉，形成物料表面的湿度低于物料内部湿度，此时，需要热量的推动力将水分从内部转移到表面。
    上述两个过程的持续、交替进行，基本上反映了干燥的机理。干燥是由表面水汽化和内部水扩散这两个相辅相成、并行不悖的过程来完成的，一般来说，水分的扩散速度随着污泥颗粒的干燥度增加而不断降低，而表面水分的汽化速度则随着干燥度增加而增加。由于扩散速度主要是热能推动的，对于热对流系统来说，干燥器一般均采用并流工艺，多数工艺的热能供给是逐步下降的，这样就造成在后半段高干度产品干燥时速度的减低。对热传导系统来说，当污泥的表面含湿量降低后，其换热效率急速下降，因此必须有更大的换热表面积才能完成{zh1}一段水分的蒸发。
    污泥干燥中所谓的干化和半干化的区别在于干燥产品最终的含水率不同，这一提法是相对的。“全干化”指较高含固率的类型，如含固率85%以上；而半干化则主要指含固率在50-65%之间的类型。
    如果说干化的目的是卫生化，则必须将污泥干燥到较高的含固率，{zg}可能要求达到90％以上，此时，污泥所含的水分大大低于环境温度下的平均空气湿度，回到环境中时会逐渐吸湿。
    如果说干化的目的仅仅是减量化，则会产生不同的含固率要求。将含固率20%的湿泥干化到90%或干化到60%，其减量比例分别为78%和67%，相差仅11个百分点。根据最终处置目的的不同，事实上要求不同的含固率。比如填埋，填埋场的固废含固率平均低于60%，要求污泥达到90%含固率从经济上来讲没有实际意义。
    所以，将污泥干燥到该处置环境下的平衡稳定湿度，即周围空气中的水蒸气分压与物料表面上的水蒸气压达到平衡，应该是最经济合理的要求。
    有些污泥干化工艺可以将湿污泥处理至含固率50-65%，而这时的处理量明显高于全干化时的处理量。其原因有两个：
    首先，对于干燥系统来说，干燥时间决定了干燥器的处理量。当物料的最终含水率较高（所谓半干化）时，蒸发相同水量的时间要少于最终含水率高的情况（所谓全干化），单位处理时间内可以有更高的处理量。
    其次，污泥在不同的干燥条件下失去水分的速率是不一样的，当含湿量高时失水速率高，相反则降低。大多数干化工艺需要20－30分钟才能将污泥从含固率20％干化至90％。
    2. 污泥干化工艺
    干化（Dry）意味着在单位时间里将一定数量的热能传给物料所含的湿分，这些湿分受热后汽化，与物料分离，失去湿分的物料与汽化的湿分被分别收集起来，这就是干化的工艺过程。
　　从设备角度来描述这一过程，包括上料、干化、气固分离、粉尘捕集、湿分冷凝、固体输送和储存等。
如果因物料的性质（粘度、含水率等）可能造成干化工艺的不稳定性的（如黏着、结块等），则有必要采用部分干化后产品与湿物料混合的工艺（返料、干泥返混）。此时，在上料之前和固体输送之后应相应增加输送、储存、分离、粉碎、筛分、提升、混合、上料等设备。
    1）污泥干化的加热方式：直接干化和间接干化
    干化是依靠热量来完成的，热量一般都是能源燃烧产生的。燃烧产生的热量存在于烟道气中，这部分热量的利用形式有两类：
    (1) 直接利用：将高温烟道气直接引入干燥器，通过气体与湿物料的接触、对流进行换热。这种做法的特点是热量利用的效率高，但是如果被干化的物料具有污染物性质，也将带来排放问题，因高温烟道气的进入是持续的，因此也造成同等流量的、与物料有过直接接触的废气必须经特殊处理后排放。
    (2) 间接利用：将高温烟道气的热量通过热交换器，传给某种介质，这些介质可能是导热油、蒸汽或者空气。介质在一个封闭的回路中循环，与被干化的物料没有接触。热量被部分利用后的烟道气正常排放。间接利用存在一定的热损失。
    对干化工艺来说，直接或间接加热具有不同的热效率损失，也具有不同的环境影响，是进行项目环评和经济性考察的重要内容。
    直接加热形式中热源烟气直接成为介质，其热效率接近燃烧效率本身。其余加热形式均是通过换热设备将热传给某种介质的间接加热。烟气可以通过热交换器将热量传给空气，空气作为换热介质与湿物料进行接触。烟气可以提高热交换器将热传递给导热油或蒸汽，然后利用导热油或蒸汽来加热金属或工艺气体，由金属热表面或工艺气体与湿物料进行接触。这两类换通过热交换器的换热均形成一定的热损失，一般来说在8-15％之间。

    以导热介质为热油对间接干化工艺加以说明：热源与污泥无接触，换热是通过导热油进行的，相应设备为导热油锅炉。
    导热油锅炉在我国是一种成熟的化工设备，其标准工作温度为280度，这是一种有机质为主要成份的流体，在一个密闭的回路中循环，将热量从燃烧所产生的烟气转移到导热油中，再从导热油传给介质（气体）或污泥本身。导热油获得热量和将热量给出的过程形成一定的热量损失。一般来说，导热油锅炉的热效率介于80％-90％之间，含废热利用。
    根据干燥器的{zd0}蒸发量，以及该干燥工艺的实际热能消耗，可以得到一个每小时{zd0}热能净消耗的需求量，将导热油锅炉的热效率考虑进来，即可得到导热油锅炉的选型参照标准。

    2）污泥干化的热源
    干化的主要成本在于热能，降低成本的关键在于是否能够选择和利用恰当的热源。
    干化工艺根据加热方式的不同，其可利用的能源来源有一定区别，一般来说间接加热方式可以使用所有的能源，其利用的差别仅在温度、压力和效率。直接加热方式则因能源种类不同，受到一定限制，其中燃煤炉、焚烧炉的烟气因量大和腐蚀性污染物存在而难以使用，蒸汽因其特性无法利用。
    按照能源的成本，从低到高，分列如下：
    烟气：来自大型工业、环保基础设施（固废焚烧炉、电站、窑炉、化工设施）的废热烟气是零成本能源，如果能够加以利用，是热干化的{zj0}能源。温度必须高，地点必须近，否则难以利用。
    燃煤：非常廉价的能源，以烟气加热导热油或蒸汽，可以获得较高的经济可行性。尾气处理方案是可行的。
    热干气：来自化工企业的废能。
    沼气：可以直接燃烧供热，价格低廉，也较清洁，但供应不稳定。
    蒸汽：清洁，较经济，可以直接全部利用，但是将降低系统效率，提高折旧比例。可以考虑部分利用的方案。
    燃油：较为经济，以烟气加热导热油或蒸汽，或直接加热利用。
    天然气：清洁能源，但是价格{zg}，以烟气加热导热油或蒸汽，或直接加热利用。
所有的干化系统都可以利用废热烟气来进行。其中，间接干化系统通过导热油进行换热，对烟气无限制性要求；而直接干化系统由于烟气与污泥直接接触，虽然换热效率高，但对烟气的质量具有一定要求，这些要求包括：含硫量、含尘量、流速和气量等。
    只有间接加热工艺才能利用蒸汽进行干化，但并非所有的间接工艺都能获得较好的干化效率。一般来说，蒸汽由于温度相对较低，必然在一定程度上影响干燥器的处理能力。
    蒸汽的利用一般是首先对过热蒸汽进行饱和，只有饱和蒸汽才能有效地加以利用。饱和蒸汽通过换热表面加热工艺气体（空气、氮气）或物料时，蒸汽冷凝为水，释放出全部汽化热，这部分能量就是蒸汽利用的主要能量。

    3）污泥干化厂的系统组成：
    一般来说，干化工艺需要配备以下基础配套设施，但根据工艺可能有较大变化：
    （1）冷却水循环系统：用于干泥产品的冷却等
    （2）冷凝水处理系统：工艺气体及其所含杂质的洗涤等；
    （3）工艺水系统：用于安全系统的自来水
    （4）电力系统：整个系统的供电
    （5）压缩空气系统：气动阀门的控制
    （6）氮气储备系统：干泥料仓以及工艺回路的惰性化；
    （7）除臭系统：湿泥料斗、储仓、工艺回路的不可凝气体的处理
    （8）制冷系统：导热油热量撤除
    （9）消防系统：为整厂配置的灭火系统和安全区

    4）干泥返混：
    进料含水率的变化对于干化系统来说是非常重要的经济参数。这个数值越低，意味着投资更大。此外，它还是一个有关安全性的重要参数。
    含水率因不同来源的湿泥（可能来自几个不同的污水处理厂）、脱水机的运行不正常（机械故障、机械效率降低、更换蓄凝剂或改变添加量）等原因，可能出现波动。当波动幅度超过一定范围时，就可能对干化的安全性形成威胁。
    产生危险的原因在于干燥系统本身的特点。一般干燥系统在调试的过程中，给热量及其相关的工艺气体量已经确定，仅通过监测干燥器出口的气体温度和湿度来控制进料装置的给料量。
给热量的确定，意味着单位时间里蒸发量的确定。当进料含水率变化，而进料量不变时，系统内部的湿度平衡将被打破，如果湿度增加，可能导致干化不均；如果湿度减少，则意味着粉尘量的增加和颗粒温度的上升。
    全干化系统的含水率变化较为敏感，在直接进料时，理论上最多只允许2个百分点的波动（如设定20％，而实际22％），此时由于污泥水分的急遽减少，干燥器内产品的温度会飞升，形成危险环境。由于这一区间非常狭小，对调整湿泥进料量的监测反馈系统要求较高。
    解决湿泥含水率变化敏感性的{zh0}方法是在可能的范围内降低最终产品的含固率。当最终含固率从90％降为80％时，理论上可允许5个百分点的波动（如设定20％，而实际25％）。
    大多数全干化工艺都采用了干泥返混。这样做的目的一般都是为了避免污泥的胶粘相特性使之在干燥器内易于黏着、板结，另外一个好处正是由此扩大了可允许的湿泥波动范围。
    干泥返混一般要求将原含固率20－25％的湿泥，经过添加相当于湿泥重量1－2倍的已经干化到90％以上的干泥细粉，将其混合到平均含固率60－70％。从绝干物质量上增加了7－10倍以上。如果将干燥器的湿泥进料含固率设定为60％，其{zg}理论波动范围可以达到66％，这对返混工艺来说应该是可以轻松实现的了。

    3. 污泥干化设备
    目前，全世界大约有50余家污泥干燥公司，包括： Andritz Group， Baker-rullman，Berlie Technologies Inc, Flo-Dry，大川原公司，奈良，西格斯，USFilter， Atlas-Stord 等。市场上的污泥干燥设备主要有：
    三通式回转圆通干燥机（即转鼓干燥机）、间接加热式回转圆通干燥机、带粉碎装置的回转圆通干燥机、流化床干燥机、蝶式干燥机、 浆叶式干燥机、盘式干燥机、带式干燥机、太阳能污泥干燥房等。
    1）三通式回转圆通干燥机
    三通式回转圆通干燥机的结构如下：

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    干燥过程介绍：
    由于普通的回转圆通干燥机，包括三通式回转圆通干燥机，只能干燥颗粒状的物料。所以，湿污泥首先要与干污泥进行混合，产生含水为40%左右的半干污泥，然后再进入三通式回转圆通干燥机进行干燥。干湿污泥的比例大约为1.5到2。因此，此系统需要混合机，粉碎机和筛分机。整个系统的投资很大。对于每小时脱水4吨的污泥干燥设备，整个项目的投资大约在690万美圆（1999年价格，2002年佛罗里达的坦帕采用Andritz的污泥干燥设备, 整个项目的投资已达到1000万美圆。）。
    其运行参数为：
    热空气进口温度为：650度；
    热空气出口温度为：100度；
    蒸发每磅水需消耗1600BTU的热量，折合每公斤水需消耗8170KJ的热量。
    2）普通回转圆通干燥机
    普通回转圆通干燥机的工艺流程与三通式回转圆通干燥机相似，只是能耗稍高。 
    转筒干燥器的主体是略带倾斜并能回转的圆筒体。湿物料从左端上部加入，经过圆筒内部时，与通过筒内的热风或加热壁面进行有效地接触而被干燥，干燥后的产品从右端下部收集。在干燥过程中，物料借助于圆筒的缓慢的转动，在重力的作用下从较高一端向较低一端移动。干燥过程中的所用的热载体一般为热空气、烟道气或水蒸气等。如果热载体（如热空气、烟道气）直接与物料接触，则经过干燥器后，通常用旋风除尘器将气体中挟带的细粒物料捕集下来，废空气则经旋风除尘器后放空。
    回转圆筒干燥器是一种处理大量物料干燥的干燥器。由于运转可靠，操作弹性大、适应性强、处理能力大，广泛使用于冶金、建材、轻工等部门。回转圆筒干燥器一般适用于颗粒状物料，也可用部分掺入干物料的办法干燥粘性膏状物料或含水量较高的物料，并已成功地用于溶液物料的造粒干燥中。
    回转圆筒干燥机的主体是略带倾斜并能回转的圆筒体。湿物料从xx上部加入，与通过 筒体内的热风或加热壁面进行有效接触被干燥，干燥后的产品从低端下部收集。在干燥过程中，物料借助于圆筒的缓慢转动，在重力的作用下从较高一端向较低一端移动。 筒体内壁上装有抄板，它不断地把物料抄起又洒下，使物料的热接触表面增大，以提高干燥速率并促使物料向前移动。回转圆筒干燥机是传统干燥设备之一，由于有其他干燥设备不可替代的一些特点，所以人们在不断地进行优化改进后，目前仍被广泛使用于冶金、建材、化工等领域。

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回转圆筒干燥机（转鼓干燥机）

    3) 间接加热式回转圆通干燥机
    间接加热式回转圆通干燥机的工艺流程也与三通式回转圆通干燥机相似。佛罗里达的奥卡拉采用间接加热式回转圆通干燥机。该设备在调试两年后，也无法正常运行，并与今年4月发生爆炸。根据我们的分析，主要原因是由于间接加热式回转圆通干燥机采用普通的抄板，而造粒后的污泥的表面仍然较粘，粘着在抄板上，没有及时脱落，导致过干超温（干污泥的着火点为240度）。当通入空气时（间接加热式回转圆通干燥机需要通入空气，以带出蒸发的水分），其中的氧含量较高，从而引起爆炸。
    4) 带粉碎装置的回转圆通干燥机
    由于带粉碎装置的回转圆筒干燥机可直接干燥湿污泥，因此不需要混合过程，也就不需要混合机，粉碎机和筛分机。并且回转圆筒干燥机很短，整个系统的投资小。
    但是，对于湿污泥的干燥，其终水分只能到30%到40%。如果干燥到10%以下水分，需要两级干燥。
    如果干燥后的污泥用于焚烧，30%到40%已经足够。关于这点，在后面再详细论述。
    由于直接干燥湿污泥，并且回转圆筒干燥机很短，因此可采用较高的进口温度。对于污泥干燥，其进口温度可达850度以上。所以热能消耗比上述的所有回转圆筒干燥机都低，每公斤水需消耗7659KJ的热量（对于两级干燥）。

    5) 带式干燥机
    带式干燥机由若干个独立的单元段组成。每个单元段包括循环风机、加热装置、单独或公用的新鲜空气抽入系统和尾气排出系统。对干燥介质数量、温度、湿度和尾气循环量操作参数，可进行独立控制，从而保证带干机工作的可靠性和操作条件的优化。带干机操作灵活，湿物进料，干燥过程在xx密封的箱体内进行，劳动条件较好，免了粉尘的外泄。
    物料由加料器均匀地铺在网带上，网带采用12-60目不锈钢丝网， 由传动装置拖动在干燥机内移动。干燥机由若干单元组成，每一单元热风独立循环，部分尾气由专门排湿风机排出，废气由调节阀控制，热气由下往上或由上往下穿过铺在网带上的物料，加热干燥并带走水分。网带缓慢移动，运行速度可根据物料温度自由调节，干燥后的成品连续落入收料器中。上下循环单元根据用户需要可灵活配备，单元数量可根据需要选取。
    6）浆叶式干燥机
    空心桨叶干燥机主要由带有夹套的W形壳体和两根空心桨叶轴及传动装置组成。轴上排列着中空叶片，轴端装有热介质导入的旋转接头。干燥水分所需的热量由带有夹套的W形槽的内壁和中空叶片壁传导给物料。物料在干燥过程中，带有中空叶片的空心轴在给物料加热的同时又对物料进行搅拌，从而进行加热面的更新。是一种连续传导加热干燥机。
    加热介质为蒸汽，热水或导热油。加热介质通入壳体夹套内和两根空心桨叶轴中，以传导加热的方式对物料进行加热干燥，不同的物料空心桨叶轴结构有所不同。
物料由加料口加入，在两根空心桨叶轴内的搅拌作用下，更新介面，同时推进物料至出料口，被干燥的物料由出料口排出。
 
    浆叶干燥机外形

    浆叶式干燥机需要由蒸汽或导热油提供热量。所以需要锅炉及锅炉房。另外其产品是粉状，对存储和使用不方便。在干燥后，需要进行造粒。在小型废水处理厂得到广泛的应用。
    7）盘式干燥机
    工艺的能源采用天然气或沼气，利用热油炉加热导热油，然后通过导热油在干燥器圆盘和热油炉之间的循环，将热量间接传递给污泥颗粒，从而使污泥干化。污泥涂层机为盘式工艺的重要设备，循环的干燥污泥颗粒在此被涂覆上一层薄的湿污泥，涂覆过的污泥颗粒被送人污泥颗粒干燥器，均匀的散在顶层圆盘上。通过与中央旋转主轴相连的耙臂上的耙子的作用，污泥颗粒在上层圆盘上作圆周运动，从内逐渐扫到圆周的外延，然后散落到第二层圆盘上，借助于旋转耙臂的推动作用，污泥颗粒从干燥器的上部圆盘通过干燥器直至底部圆盘。
    每个污泥颗粒平均循环5到7次，每次都有新的湿污泥层涂覆到输人的颗粒表面，{zh1}形成一个坚硬的圆形颗粒。
    干燥后的颗粒进入分离料斗，一部分颗粒被分离出再返回涂层机，另一部分粒径合格颗粒通过进一步冷却后送人颗粒储存料仓。
    排气风机将污泥干燥器中的气体抽出，经冷凝器去除气体中的气态水后，送人热油锅炉中，经高温焚烧，彻底去除气味后高空排放。
    盘式干燥机的结构如下：
    与浆叶式干燥机相似，好处是工艺简单，尾气量少，容易处理。也需要由蒸汽或导热油提供热量。所以需要锅炉及锅炉房。
    但是盘式干燥机的传热效果是上述所有干燥机中最差的，因此盘式干燥机的体积庞大，造价高。根据美国Hazen and Sawer公司的资料，对于每小时脱水4吨的污泥干燥设备，整个项目的投资大约在750万美元（1999年价格）。
    8）蝶式干燥机
    蝶式干燥机的结构的结构如下：
    蝶式干燥机可以对污泥进行半干或全干处理。其产品也是粉状。
    其他设备，在污泥干燥方面应用较少。
 
    9）太阳能干燥工艺
    将脱水后的污泥放置于温室中，利用太阳能蒸发污泥中的水份即可获得百分之60～80的干化污泥，运行中可利用搅拌轮将污泥翻转平铺在地板上或增加强制通风以提高蒸发效率。这种工艺设计简单，投资运行费用低，但需要很大的占地面积，适合于产泥量较低，污泥用作农业应用，并需长期储存的场合。
    10）流化床干燥工艺
    工艺的热能采用蒸汽，通过换热器将热量间接传递给污泥，从而使污泥干化。工艺的主要设备为流化床干燥器。污泥直接送人流化床干燥器内，无需任何前段准备。在流化床内通过激烈的流态化运动形成均匀的污泥颗粒，整个系统在一封闭性的气体回路中运行，干化系统巾的细颗粒在旋风除尘器中被收集，然后与少量湿污泥混合后送回污泥干燥器。经除尘后的气体中含有大量的气态水，需要经过污水厂出水冷却回收气态水后方可进人鼓风机，经增压后返回流化床干燥器。
    在运行期间，循环的气体自成惰性化，氧气的含量降低到几乎为零。流化床干燥机的干化能力由能量的供应所决定，即由热油温度或蒸气温度决定。根据所能获得的热量和床内的固定温度，一个特定的水蒸发量被确定。进料量的波动或进料水分的波动，在连续供热温度保持恒定的情况，会使蒸发率发生变化。一旦温度变化，自动控制系统分别通过每台泵的变频调速控制器调节给供料分配器供料泵的供料速率，从而使干燥机的温度保持恒定。根据污泥的特性和污泥的含水率，污泥的进料量有所变化。
    干化颗粒经冷却后，通过被密闭安装在惰性气体环境中的传送带送至干颗粒储存料仓。为保证安全，料仓同时被惰性气体化。干化系统中产生的少量废气被送人生物过滤器，经生物除臭处理后排人大气。

    纵观40年来污泥干化技术的发展历程，可以看出，污泥干化采用的仍是几十年前的传统干燥技术，只不过经过一定的改造，以使之更适应污泥这种物料而已。在污泥干化领域，至今仍不断有新的技术出现，但是在近期内发现一种更好的、革命性的技术来代替一切，其可能性很小。
    绝大多数干化设备是已经存在几十年甚至上百年的“古老”技术，这方面的技术壁垒并不高。干化工艺是一种综合性、实验性和经验性很强的生产技术，其核心在于干燥器本身。
    对干化技术进行不断的优化努力，一直是以安全性为目标的，而解决安全性的出路极为有限，它仍然是以干燥器结构为中心、综合一系列边缘技术的持续不断的改进过程。
    考虑到污泥干化xx是污水处理的延伸，而我国污水厂污泥的治理仍处于起步阶段，因此其前景非常广阔，所有的新技术、新工艺都将有一个广阔的发展空间。

    根据《上海市污泥处理处置管理战略研究》推荐使用流化干燥、带式干燥、桨叶干燥、多级圆盘干燥机械设备。

    六、污泥处理处置工艺选择
    根据当前世界上污泥处理的可行方案，以及未来的立法趋势。结合中国的具体情况，才能提出合理的污泥处理方案。
    1. 污泥干化工艺选择
    污泥干化处理技术要求先进可靠，污泥干化处理厂要求自动化水平高，所以工艺选择时需进行xxx的比较。
    1）污泥干化处理技术呈现出多样化的格局，各种工艺均有优缺点，需结合不同处理情况综合考虑。①投资成本:设备投资费用高，主要设备均需进口，要充分考虑设备的使用年限、备品备件的更换频率等。②运行成本:主要为电耗、药耗与日常维护等费用。③系统安全评估:干化系统的含氧率，管道的密封性，厂房的通风等。④日常维护工作:包括易损件的更换，停机维护时的操作。
    2）污泥干化装置投资费用很高，设备购置时可以考虑“引进技术、国内加工”的方式降低投资成本，还能培育国内环保设备生产能力。
    3）由于国内已建成的污泥干化厂很少，缺少必要的运行数据和经验，实践中可考虑先建设小规模试验性生产线，学习并积累建设与运行管理经验。
    污泥处理处置“资源化”不是目的，而是一个重要原则，不能盲目的分割整个处理处置过程而强调实现能量回收和物质回用，应从处置技术的发展程度考虑污泥资。

    2. 污泥干化-焚烧工艺选择
    目前，污泥的焚烧有两种情况：采用流化床或多级焚烧炉在处理厂内进行焚烧；干燥后运到其它地方进行焚烧，如电厂，水泥厂，砖厂等地方。
    在考虑合理的污泥处理方案时，不仅要考虑到技术的可行性，未来的立法趋势，更为重要的是要结合中国的国情。否则投资巨大的环保项目只能是摆设。
    因此，合理的技术方案应该是先将湿污泥干燥到水分为30到40%的颗粒状污泥，此时污泥热值为1560到1820Kcal/ Kg（对于绝干污泥热值为2600Kcal/ Kg），并且粒度也正是流化床燃烧炉的{zj0}燃烧粒度。干燥后的污泥再进入流化床燃烧炉焚烧。因此，无论是从热值，还是其粒度来看，焚烧是没有任何问题。
要选择合理的污泥处理处置工艺就需要考虑当前的能源价格和能源结构。
    在美国，能源主要是天然气和电能。因此，几乎所有的污泥干燥都是采用天然气做为能源的。在绝大数地方，想采用煤做为能源几乎不可能。在中国的许多大中城市，煤也被禁止直接作为能源使用。
    在北美，天然气的价格为每1000000BTU：4美圆（现在为6美圆），按6美圆计，折合49.38元人民币；每1000000BTU的热量折合热值为8300Kcal的天然气30.36立方米；天然气的价格为折合为每立方米的热值为8300Kcal，则为每立方米1.63元人民币。电价为每千瓦时：0.06美圆，折合0.4838元人民币。
    而国内的电价为每千瓦时：0.683元人民币；天然气的价格为每立方米：2.2元人民币（以北京为例）。
    所以中国的电价比北美高41%；天然气的价格比北美高35%。
    蒸发每吨水需要消耗887025Kcal的热量，合热值为8300Kcal的天然气107立方米。如湿污泥的水分按80%，干燥到10%，则每吨干污泥大约需消耗428立方米的天然气。仅考虑天然气的价格，不计电力消耗，人员工资，设备折旧等，每吨干污泥的干燥成本就要940元人民币。在美国，干污泥的出厂价为每吨10到20美圆，合100到200元人民币。在中国，如果用做肥料，每吨干污泥的可能售价在300到400元人民币；如果用做燃料，每吨干污泥的可能售价在100到1500元人民币（要与煤的价格做比较）。每吨干污泥的耗电大约为300千瓦时，则每吨干污泥的干燥成本就要1144.9元人民币（不计人员工资，设备折旧等）。每吨干污泥的处理要亏损744.9到994.9元人民币；每吨湿污泥的处理要亏损148.98到198.99元人民币。对该项目每年需财政补贴大约1000万元人民币（不计人员工资，设备折旧等）。这就存在建的起，用不起的可能性。
    以循环流化床为例对合理的污泥干化-焚烧处理工艺路线加以说明：
    来自浓缩池的湿污泥，不需要消化处理，但要先经过机械脱水至水分75%（对于热值为2600Kcal/ Kg的热值，75%是{zg}的许可水分，而不需补充燃料）。机械脱水输送至湿污泥储存仓，再输送至干燥机。湿污泥在干燥机中干燥至水分含量为30%到40%。干燥后的污泥再输送至流化床焚烧炉，在流化床焚烧炉中进行焚烧。为了防止有害物质的产生，如氧化氮（NOX）、二恶英（Dioxins）的产生，焚烧温度应严格控制在900度左右。为了保证流化焚烧的正常运行，在流化床焚烧炉中应当放入一定量的砂子，以定期补充流化床中砂子的损耗。一部分灰渣从流化床焚烧炉溢流口排出，一部分灰渣被燃烧空气带出。在流化床焚烧炉后，应加设下排式分离器，以分离被燃烧空气带出的细灰。经过分离除尘的燃烧空气进入干燥机，对湿污泥进行脱水干燥。离开干燥机的排气，经过旋风分离器除尘后，对燃烧空气进行预热，以保持整个系统的能量平衡。{zh1}排气再经过湿式除尘器进行净化处理后，排入烟囱。因为该项目的污泥的重金属含量较高，可在湿污泥中加入特定的化学产品，以防止在焚烧过程中金属汞蒸发尾气中。在湿式除尘器的洗涤水中还可加入化学产品，进一步xx异味。
    这样，整个系统只消耗电能，而无需补充任何辅助燃料。处理每吨干污泥的耗电大约为300千瓦时，则每吨干污泥的处理成本只要204.9元人民币（不计人员工资，设备折旧等）；每吨湿污泥的处理要亏损40.98元人民币。对于年处理50000吨湿污泥的项目，每年需财政补贴大约215万元人民币（不计人员工资，设备折旧等）。如果设备全部是国产化，整个项目的投资只有2000到3000万元人民币。
    对于年处理50000吨湿污泥的项目，如果干燥后作肥料或者燃料，每年需财政补贴大约1100到1300万元人民币（不计人员工资，设备折旧等）。
    由于污泥干化和污泥焚烧相结合比单污泥焚烧一次性投资少，处理成本低，故污泥干化往往是焚烧的前处理。北京市清河污水厂二期工程和天津市咸阳路污水厂，拟先建污泥干化装置。污泥干化可使污泥含水率控制在10%～40%，减少了污泥的体积和重量，降低了运输费和填埋费，而且污泥的臭味大为减少。
如脱水污泥与固废一并焚烧，国外的经验是每吨固废添加15%～20%含水率为30%的污泥。污泥的干化和焚烧，可能将是一些大城市大型污水处理厂的发展方向。当然，由于国外对焚烧炉排尘有严格的要求，除了采用电除尘，还要降温加温，加酸加碱，达到无烟尘的排放。
    七、污泥干化实例
    1. 上海石洞口污水处理厂污泥干化、焚烧工程
    石洞口城市污水处理厂设计水量为40 万m3/ d。采用具有除磷脱氮功能的一体化活性污泥法作为污水处理工艺,处理对象为城市污水(含有大量以化工、制药、印染废水为主的工业废水) ,产生的污泥量为64 t/ d 干泥,经脱水后含水率为70 % ,污泥体积为213 m3/ d。
    上海市石洞口城市污水处理厂污泥干化焚烧工程由北京金州工程有限公司总承包。上海石洞口设计污泥的干化和焚烧，污泥热值高，能源平衡有余。污泥流化床焚烧炉，温度在800℃以上，炉内有砂粒循环使用，外排气体要适当处理。污泥焚烧炉远比固废焚烧炉的工艺简单得多，且污泥焚烧不会产生二恶英。给水排水 Vol129 No19 2003 19
    1）污泥特性分析
    采用不同的脱水工艺其脱水污泥的含水率是不同的,大致范围是65 %～85 %。对于后续干化焚烧处理工艺,脱水污泥的含水率直接影响到后续处理构筑物的规模以及干化焚烧的热量平衡,理论上越低越好,但是机械脱水程度越高,设备投资会增加,加药量也会增加,处理成本随之提高,因此合理选择设计含水率很重要。
    理论上脱水污泥含水率在70%时,可以不加辅助燃料,实现直接燃烧,但是由于污泥中的水分在高温下蒸发(850℃以上),会损失大量热能,所以必须通过高效的高温空气预热器回收这些热量,并将助燃空气预热到600℃以上。就目前的工程技术水平而言较难实现。采用目前相对较成熟的低温干化工艺,使污泥中水分在较低的温度下蒸发,以较少的热量降低含水率,提高系统的热效率,使整个系统的热量处于平衡状态。
    在总结已有工程和现有技术的基础上,根据石洞口城市污水处理厂特点采取对脱水污泥进行低温干化高温焚烧联合处理的工艺方案。同时污泥焚烧装置能兼顾焚烧干化污泥和替代燃料。当污泥可以作为绿化基质土或其他用途时,使用替代燃料焚烧,产生的热量干化污泥,干化污泥综合利用,当污泥重金属含量严重超标或污泥出路困难时,直接焚烧干化污泥产生的热量提供干化使用。
    干化焚烧联合处理工艺主要采用低温干化和高温焚烧二套系统串联运行。通过招标,确定采用流化床干化工艺,可将脱水污泥含水率从70 %左右降至10 %左右({zd1}可至5 %) 。焚烧采用循环流化床焚烧炉,通过焚烧干化污泥,以导热油(或蒸汽) 形式回收烟气中热量,并将回收的热量用于干化系统。该联合工艺可以达到能量的自平衡。
    2）干化工艺
    干化工艺是本系统的核心工艺。由于干化污泥具有易燃、易分解的特点,为保证安全和卫生,干化系统内必须保证低温、低氧状态。同时由于污泥在40%～60%含水率时具有易粘结的特性,因此选用设备必须防止污泥粘结在换热面,从而降低热效率,甚至影响运行。
    经过多次方案比较和设备招标,最终选用了进口流化床低温干化系统。该系统干化温度为85 ℃,系统内控制含氧量< 4 %。该系统的特点是采用流化床干化机。干化过程在流化床内进行,流化床底部布置蒸汽盘管。空气从床底经过盘管加热后进入床身,热空气一方面使床身中的污泥处于流动化,防止污泥粘结,另一方面也与污泥进行充分换热,蒸发其中的水分,蒸发出来的水分和空气一起被引入洗涤冷却塔内,经喷淋后,水分被去除,余下的干空气则循环使用。经干化后的污泥含水率降为5%～10%。干化系统每蒸发1t水分,消耗热能为2800kJ。
    3）焚烧工艺
    经干化系统处理后的污泥储存在干污泥料仓中,通过输料机送入焚烧炉,在投加污泥的同时,可以投加生石灰(用于脱硫) 。投加的干污泥经炉内预置的床砂加热后迅速升温,并开始着火燃烧,经燃烧后的污泥被循环流化床床身内的高速气流带出,通过热旋风分离器,将其中比重较大的未燃尽颗粒收集下来,然后重新送入焚烧炉焚烧,燃尽后的轻小颗粒和高温烟气一起进入后续烟道。烟道内布置余热锅炉、空气预热器用于回收热量。
烟气排出前通过半干法脱硫和布袋除尘器除尘,参照《生活固废焚烧污染控制标准》( GB18485 -2001) 的排放标准排放
    由于干化污泥燃烧特性接近褐煤,经过循环流化床焚烧炉现场试验,其焚烧特性良好,因此许多国内厂家均有能力配套,技术也相当成熟,采用国产的流化床焚烧炉。
    4）投资及运行费
本工程预计投资8000万元(含干化和焚烧设备、土建、自控及辅助设施),运行费用160元/t湿污泥(含水率为70%,并包含电费、药剂费、人工费、维修费等)。

    2. 杭州市固废中心“热干燥造粒技术”
    日前，杭州市环保局经反复论证和专家审定，针对该市污水处理厂产生的污泥拿出了一套“热干燥造粒技术”的处置工艺。
    杭州市四堡污水处理厂和七格污水处理厂，日处理污水约为90万吨，同时两厂每天要产出约600吨污泥。按照规划，到2010年，两大污水处理厂将日处理污水150万吨，所产生的污泥也将激增至每天1125吨。以往污泥经过简单脱水后，送入填埋场填埋。然而高含水（含水率80％）的污泥会给填埋场的安全运营带来隐患。
为有效处置这些污泥，杭州市“固废中心”专门成立了课题小组，最终选取了“热干燥造粒技术”作为杭州市污泥处理的关键技术。该技术使污泥的干燥和造粒同时进行，一次性完成。处理后的污泥用途极其广泛，既可用于焚烧发电、填埋场的每日覆土，又可用于道路两旁的绿化用土、草坪养护，焚烧后的灰分还可用于生产建材。其中，利用干燥污泥的高热值，与生活固废混合焚烧发电最为理想。据估算，该技术每天可有效处置600余吨的市政污泥。

    3．意大利涡龙公司污泥涡轮干燥技术
    涡轮干燥技术的核心在于成功利用了薄膜换热的原理，它将待处理的物料通过定量上料装置喂入一个圆柱状卧式处理器，处理器的衬套内循环有高温介质，如饱和蒸汽或导热油，使反应器的内壁得到均匀有效的加热，干燥的主要热量交换通过热壁的热传导来完成。
    与此同时，工艺还可以采用一定量的经过预热的工艺气体，与物料的运动方向一致，在处理器的内部与高速涡流形成共同作用，推动物料沿内壁向出口方向做螺线运动，物料颗粒在工艺气体的反复包裹、携带和穿流下，实现强烈的热对流换热。
    在圆柱形处理器内有与之同轴的转子，在转子的不同位置上装配有不同曲线的桨叶，转子通过处理器外的电机驱动，高速旋转，形成强烈涡流。物料在高速涡流的作用下，通过离心作用，在处理器内壁上形成一层物料薄层，该薄层以一定的速率从处理器的进料端向出料端做环形螺线移动，物料颗粒在薄层内不断与热壁接触、碰撞，完成接触、反应、xx或干燥等过程。
    意大利涡龙设备与工艺公司（VOMM）是世界污泥干化处理设备方面的重要供应商，在污泥和湿性固废处理方面具有近20年的经验，这些经验来自其涡轮薄层干燥技术在制药、化工、食品行业的广泛应用和长期积累。
    VOMM公司的涡轮干燥设备已成功地在意大利、法国、德国、西班牙以及美国等国家的几十家污水处理厂运行了10多年。
    VOMM涡轮干燥技术可实现①减量化：干燥处理后(含水率<5％)仅为脱水后污泥(含水率为70％～80％)体积的20％～25％，减量率>70％；②无害化和稳定化：干燥工艺可将污泥均匀加热到巴氏xx温度并保持一定的时间，可以保证对微生物及病菌的彻底消灭，而且干燥后污泥的含水率(<5％)低于微生物生存所需的含水率(≥23％)要求，因此在干燥污泥进一步处理、贮存和运输过程中不会产生腐化、发臭等问题；③资源化：污泥的资源价值主要是所含r的植物养分(N、P、K、有机物)和生物能，在干燥工程中有效地去除了污泥中的重金属，并保护污泥中的植物养分和生物能不被破坏。同时，由于其贮存和运输特性比脱水污泥大为改善，可为绿化、农业利用创造更大的可能性。污泥的生物能还可通过燃烧的方式回收。④商品化：VOMM工艺在干燥的同时可以完成造粒过程，干燥污泥可以形成规则的圆形颗粒，这样更便于包装和运输、以商品的方式投入市场。
    VOMM涡轮干燥技术的优势在于：
    1）运行经济。VOMM涡轮干燥技术的特点是结合热传导和对流两种热交换方式进行干燥，可处理任何初始含水率的污泥。而且干燥器的能耗是目前世界上{zd1}的，是现有可行的最为经济的干燥技术，其低廉的运行成本更适合国内需求。
    2）占地面积小、易于安装维护。设备布局紧凑、无需专用地基、易于安装维护，比其他类型的设备节约占地面积>50％。
    3）运行灵活、可靠。干燥器独特的干燥工艺可以处理任意含水率的污泥和残渣，而且可按照最终产品的要求达到任何含水率。在反应过程中也可根据需要添加不同的药剂或化学制剂，从而中和污泥的化学活性或xx其中的重金属成分。反应温度和滞留时间都可实时监控，不会造成过热或燃烧现象。涡轮转子驱动和支撑部分都不接触污泥，使设备的运行更加可靠。
    4）设备安全。VOMM设备xx符合欧洲安全标准。由于气路实行闭环系统，故无废气排放到大气中，冷凝水也可循环使用，不会造成二次污染。
    八、综述
    污水处理厂的污泥问题已经成为目前我国亟待解决的环境问题之一。城市污水处理厂的污泥处理与处置问题不仅仅是一个技术层面需要进行进一步研究的问题，而且还是一个观念上需要进一步重视、资金上需要进一步扶助、政策上需要进一步倾斜的环境问题。
    目前在国内城市污水厂的建设和运行中存在不少的问题，以BOT、TOT等为代表的融资方式和建设、运行方式日益兴起，这在一定程度上解决了国家市政、环保建设的资金缺口，可是如果新建和已建的污水处理厂只重视污水的处理，而忽视了污水处理过程中产生的污泥的处理，那么其结果只能是表面上解决了水污染问题，可是又造成了严重的污泥问题，而后者在根本上又造成了地下水等水体污染，如此造成的恶性循环将对我国的环境保护造成极大的伤害。
    根据对当前污泥处理与处置的研究和应用现状的考察，可以发现以下污泥处理与处置的发展现状和趋势：
    1.污泥处理日益被人们所重视，以上海石洞口污泥干化焚烧工程为代表的污泥处理处置项目的建设标志着我国污泥处理与处置已经进入工程实施阶段；
    2.在污泥浓缩处理中已经渐渐淘汰效率低、占地大的污泥重力浓缩池，取而代之的是机械浓缩设备的应用和浓缩-脱水一体化装置的大量应用；
    3.目前国内污泥脱水设备以带式压滤机为主，而且目前国内的带式压滤机的产品性能已逐渐向国际产品靠拢，并且向浓缩-脱水一体机方向发展。离心脱水机因其脱水效率高、占地小等优点在国外应用很多，目前国内也已经开发了大型、高效的离心脱水机械，随着技术的进步，离心脱水机噪音大等缺点逐渐被消减，其应用前景还是比较好的；
    4.污泥干化技术在国内应用不多，相关的设备生产厂商也比较少，国内的技术水平与国外相比还存在比较大的差距。国外的污泥干化技术设备种类很多，但是由于在国内的应用较少，所以在选择的时候还应当慎重，同时应该考虑与后继污泥处置工艺的衔接。鉴于国外产品的昂贵的价格，在现阶段引进国外技术、开发自主产品比单纯进口国外产品更适合我国国情，或者投入一定的精力和经费研究开发适合我国国情的污泥干化技术设备。