摘要：污泥干化是利用熱物理的原理對(duì)污泥中的水分進(jìn)行排除，從而達(dá)到干燥污泥、縮小污泥體積、提高污泥熱值的目的。污泥干化所應(yīng)用的污泥脫水能量主要是熱能。應(yīng)用自然熱源的干化過程稱為自然干化，使用人工熱源的干化過程稱為人工干化或污泥干燥。本文就污泥干化過程中主要影響因素展開探討。

關(guān)鍵詞：污泥；干化；含水率；數(shù)值分析

引言

污泥有很多種類,第一大類主要包括工業(yè)企業(yè)的污泥,如電鍍污泥、印染污泥等。第二大類主要包括市政污泥(也稱為污水處理廠污泥)，如河流、初期雨水、自來水廠污泥及生活污水污泥等。為城市長(zhǎng)期穩(wěn)定發(fā)展保駕護(hù)航，污水系統(tǒng)需長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行，然而污水處理過程產(chǎn)生大量的污泥,由于其獨(dú)特的物理和化學(xué)性質(zhì),如不適當(dāng)?shù)奶幹?會(huì)造成環(huán)境的嚴(yán)重破壞。

1 我國(guó)污泥干化的主要應(yīng)用方式

1.1 生物干化

污泥生物干化技術(shù)是以降低污泥含水率為主要目的，利用微生物好氧發(fā)酵產(chǎn)生的熱量增強(qiáng)水分的蒸發(fā)，同時(shí)加以人工強(qiáng)制通風(fēng)將污泥中的水分降低的干化技術(shù)。干化后的產(chǎn)物質(zhì)量、體積和含水率等指標(biāo)降低，便于運(yùn)輸與后續(xù)處理處置，為當(dāng)前亟待解決的污泥問題提供了一條節(jié)能、經(jīng)濟(jì)的發(fā)展思路。污泥生物干化研究主要借鑒了污泥好氧堆肥技術(shù)和城市生活垃圾生物干化技術(shù)，與好氧堆肥相比，兩者的主要區(qū)別在于生物干化以降低含水率為主要目的，而好氧堆肥則以有機(jī)物穩(wěn)定和腐熟為主要目的；與城市生活垃圾生物干化相比，污泥的有機(jī)質(zhì)含量、物理化學(xué)性質(zhì)又有別于城市生活垃圾，物料調(diào)控和運(yùn)行方式也有一定區(qū)別。影響生物干化的主要因素有：物料性質(zhì)、溫度、濕度、外源接種菌劑、調(diào)理劑、通風(fēng)策略等，通過過程調(diào)控手段對(duì)這些因素加以合理控制，可使其達(dá)到適宜的環(huán)境，最大限度的提高干化效率。

1.2 污泥熱干化技術(shù)

污泥熱干化技術(shù)是當(dāng)前最為重要且最常用的污泥干化技術(shù)。根據(jù)《廣州市城鎮(zhèn)生活污水處理廠污泥處理處置技術(shù)路線》的要求，綜合考慮污水廠實(shí)際污泥特點(diǎn)，污泥處理工藝采取“預(yù)濃縮（含水率99.3%→97%）+調(diào)理+深度機(jī)械脫水（含水率 97%→80%）+低溫?zé)岣苫ê?80%→30%-40%）”的分段組合式工藝。低溫?zé)岣苫闹饕ぷ髟硎俏勰嘟?jīng)過成型機(jī)切條成形均勻分布在網(wǎng)帶上，通過壓縮機(jī)添加熱源在污泥中蒸發(fā)水份來干化污泥。該污泥干化技術(shù)占地面積小，產(chǎn)品使用效果明顯降低。其次,污泥熱干化技術(shù)還能夠根據(jù)傳熱方法、設(shè)備以及烘干設(shè)備的方式分為許多不同類型的干化技術(shù),能夠選擇根據(jù)污泥的特征以及不同的污泥干化技術(shù)的實(shí)際成分。但是，在進(jìn)行實(shí)際運(yùn)用期間仍舊有許多問題。譬如，這項(xiàng)技術(shù)的設(shè)備投資成本就較高，因此，在生產(chǎn)期間所需要承擔(dān)的營(yíng)運(yùn)費(fèi)用也會(huì)高一些。并且，設(shè)備運(yùn)行的能耗也非常之高，同時(shí)有引發(fā)粉塵爆炸的危險(xiǎn)。

1.3 太陽(yáng)能干化

太陽(yáng)能干化技術(shù)是利用太陽(yáng)能蒸發(fā)污泥中的水分，以實(shí)現(xiàn)降低污泥含水率，達(dá)到有效利用污泥的目的。雖然太陽(yáng)能干化的干化時(shí)間較長(zhǎng)，但其能耗較低。機(jī)械熱干化過程的能耗（包括電能和熱能）約300-400kWh/tH2O，而太陽(yáng)能干化過程的電耗不到100kWh/tH2O，熱能可全部或大部分由太陽(yáng)能提供，因此太陽(yáng)能干化是污泥干化的一個(gè)低能耗路線，但太陽(yáng)能干化系統(tǒng)適合太陽(yáng)能輻射強(qiáng)度常年較大且土地資源充足的地區(qū)。太陽(yáng)能干化床具有節(jié)能、充分利用可再生能源、設(shè)備制造工藝相對(duì)成熟、技術(shù)要求相較較低、便于大規(guī)模推廣使用、易于建設(shè)等優(yōu)點(diǎn)。但太陽(yáng)能干化床主要依靠蒸發(fā)，其負(fù)荷比砂干化床低，因此太陽(yáng)能干化床效率低，干化時(shí)間長(zhǎng)，從而導(dǎo)致占地面積大，同時(shí)易造成污泥內(nèi)部的厭氧消化，產(chǎn)生惡臭氣體。另外，太陽(yáng)能干化床易受天氣條件（如當(dāng)?shù)氐慕涤炅?、蒸發(fā)量、相對(duì)濕度、風(fēng)速和年冰凍期）的影響，從而導(dǎo)致系統(tǒng)運(yùn)行不穩(wěn)定，因此大部分太陽(yáng)能干化床都建在蒸發(fā)比較旺盛的南部或東南部地區(qū)。

2 模型描述

污泥經(jīng)過成型機(jī)平鋪在污泥干化設(shè)備履帶表面，高溫氣體從一端流入，在流動(dòng)過程中與濕污泥進(jìn)行熱量傳遞，污泥溫度升高，污泥水分蒸發(fā)后隨高溫氣體進(jìn)入冷凝器，變?yōu)槔淠髋懦?。本模型將污泥?jiǎn)化成具有一定孔隙結(jié)構(gòu)的多孔介質(zhì)，污泥中水分填充在多孔介質(zhì)的孔隙結(jié)構(gòu)中。

3 污泥生物干化技術(shù)的研究方向

總的來說，作為污泥干化來說，就是一種凈能量消耗的過程，因此在進(jìn)行干化期間對(duì)能量消耗進(jìn)行探究是非常有必要的。污泥干化現(xiàn)階段國(guó)內(nèi)外的熱干化,盡管進(jìn)行了優(yōu)化熱源,將流程步驟進(jìn)行了簡(jiǎn)化,優(yōu)化了相關(guān)操作參數(shù),如減少能源消耗的方法,但由于使用過程本身的技術(shù)缺陷,加上熱源決定了熱干化能耗不能減少到一個(gè)理想的值。使用微生物需氧發(fā)酵生產(chǎn)熱蒸發(fā)水分干化過程,由于污泥充分利用生物質(zhì)本身,除了微生物發(fā)酵強(qiáng)制通風(fēng)所需的,沒有額外需要加熱源,因此是一種經(jīng)濟(jì)和節(jié)能干化技術(shù)。在倡導(dǎo)可持續(xù)發(fā)展和化石能源的概念的今天，生物干枯的生物處理方法越來越多地應(yīng)用于動(dòng)物糞便的生物干化以及生活垃圾脫水處理中。常州市生物干化試驗(yàn)得出，適當(dāng)降低發(fā)酵基質(zhì)含水率，能夠?qū)⒒|(zhì)物理?xiàng)l件進(jìn)行改善，并有效提高脫水速度。

4 結(jié)果分析

主要分析了不同的風(fēng)速u、不同氣體溫度Tair以及不同污泥高度h對(duì)污泥干化的影響。污泥干化過程分為恒速干化和降速干化2個(gè)階段，這是因?yàn)槲勰嘀兴种饕譃樽杂伤徒Y(jié)合水，在干化的前期階段主要是自由水受熱蒸發(fā)。隨著自由水的逐漸減少，逐漸進(jìn)入降速干化階段，這是因?yàn)榻Y(jié)合水污泥多孔結(jié)構(gòu)毛細(xì)現(xiàn)象的存在，需要克服毛細(xì)力的影響才能將結(jié)合水蒸發(fā)出去，導(dǎo)致蒸發(fā)速率降低。

（1）高溫氣體不同速度對(duì)污泥干化的影響。在污泥高度h為5mm、氣體溫度為50℃時(shí)，隨著氣體速度的增加，污泥恒速干燥速率緩慢增加，污泥干化所需要的時(shí)間也逐漸減少，在速度為1m/s時(shí)，污泥完全干化所需時(shí)間約400min；在速度為2m/s時(shí)，污泥完全干化所需時(shí)間約300min。隨著高溫氣體速度的提高，污泥干化過程中恒速干化的速率的也逐漸增大，污泥干化時(shí)間也逐漸縮短。

（2）不同氣體溫度對(duì)污泥干化的影響。在污泥厚度h為5mm，氣體速度u為1m/s時(shí)，隨著進(jìn)氣溫度的提高，污泥恒速干燥速率逐漸增加，污泥干化所需要的時(shí)間逐漸縮短。在溫度為50℃時(shí)，污泥完全干化所需時(shí)間為400min左右，進(jìn)氣溫度100℃時(shí)，污泥干化所需時(shí)間為180min左右，且隨著溫度的升高，恒速干燥速率呈現(xiàn)明顯增加的趨勢(shì)。但是，隨著溫度的提升，污泥干化的強(qiáng)化效果有減緩趨勢(shì)。

5 污泥太陽(yáng)能干化技術(shù)的未來發(fā)展

關(guān)于污泥太陽(yáng)的技術(shù)缺陷，污泥太陽(yáng)能技術(shù)將是未來優(yōu)化污泥加熱系統(tǒng)設(shè)備的主要方向，并且太陽(yáng)也把供熱系統(tǒng)的面積得到了有效降低，無(wú)形中就降低了成本，使用了太陽(yáng)能技術(shù)，能夠不斷加強(qiáng)設(shè)備的蓄熱能力，這樣就能夠提高污泥的太陽(yáng)能穩(wěn)定性，有效提高太陽(yáng)能的回收效率，可以有效地保證污泥系統(tǒng)的連續(xù)運(yùn)行。

結(jié)語(yǔ)

污泥干化過程中，氣體速度、溫度以及污泥鋪層厚度對(duì)污泥干化過程中都具有明顯的影響。隨著氣體速度、溫度的增加，能夠強(qiáng)化污泥干化的效果，但是強(qiáng)化效應(yīng)逐漸降低；污泥鋪層厚度的降低也能有效減少干化時(shí)間，且隨著污泥厚度降低強(qiáng)化效果也逐漸提高。在氣體速度滿足要求時(shí)，提高氣體溫度、減少污泥鋪層厚度所達(dá)到的干化效果更為明顯。

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