市政污泥的干化处理和回收利用

在污泥处置费用不断上升的背景情况下，采用太阳能和带式污泥干化变得十分安全，为污泥后处置提供了可靠技术途径。除了降低体积和重量之外，全干化后的污泥还能够稳定库存和运输。对于污泥干化工艺来说，要求对全年的能耗和物流进行合理管理 ，废气处理必须达到令人满意的处理程度。根据各国不同的污泥处置政策，产生的干泥可作为燃料或作为肥料回收利用。

1 污泥干化是污泥热处置和作为农肥的前提条件

1.1 降低重量体积，提高污泥库存稳定性

污泥干化处理的最大优点是可以大幅度降低污泥体积和重量。太阳能干化后的污泥密度一般是在 800 - 900 kg/m³ 范围内, 污泥体积可从原来 1 m³ 降低至0.18 – 0.27 m³。 在进行带式污泥干化时，因为在污泥干化之前必须进行面条化处理, 全干化之后的污泥密度一般是在400 - 600 kg/m³ 范围内。污泥体积可从原来 1 m³ 降低至 0.37 – 0.55 m³。举例来说，如果将进料污泥 25% DS全干化至 90% DS时，重量可以降低77.8%。

图 1 显示了消化污泥在20°C 时从实验室内确定的干化等温曲线, 此时蓝色曲线表示在不同水活性情况下– 即可供微生物利用的水量 –污泥固含量变化情况。红色曲线表示微生物生长速率。可以清楚看出, 当污泥固含量超过 87% DS时，微生物活性几乎下降至零，因此全干污泥可以长期库存，不会产生异味

1.2干泥作为燃料

如果需要将市政污泥作为燃料进行能源回收利用时，则采用免费热能或工业废热进行污泥干化处理则是能源回收的前提条件。采用以下公式，可以通过污泥有机物含量大致估计干化后污泥的热值:

当消化污泥的有机物含量 OTR = 50% 和干化后污泥固含量为90% DS时，污泥热值大约是Hu = 10,100 kJ/kg 或 2.81 kWh/kg。在以下表 1内，举例列出了各种不同类型的消化污泥和好氧稳定化污泥性能参数，并和褐煤进行比较。根据污泥热值，还计算了干化污泥的热能商业价值。

表 1 不同市政污泥和褐煤的燃料性能/数值

表 1一方面显示, 干化后的市政污泥含有较高的炉灰含量, 与褐煤相比较灰烬处置费高和焚烧效率低。此外与燃料例如褐煤，石煤和木料相比较，灰烬软化温度较低。因此在焚烧有些市政污泥时会产生以下问题: 许多国家规定，最后一段焚烧空气温度必须在850°C 时至少维持2秒[2], 此时飞灰就很容易粘在烟气热交换器表面。较低的灰烬熔化温度会容易产生炉渣, 从而在市政污泥气化装置的运转过程中产生负面影响。在褐煤燃烧时，当灰烬内SiO2 上升时灰烬熔化温度会逐步下降[3]。在德国 Emscherfluß-污水处理厂内，流化床污泥气化装置采用氧气和水蒸汽作为气化介质，主要处理市政污泥。运转数据显示: 灰烬中SiO2-含量大约 40.3%, 灰烬软化温度1,038°C, 灰烬熔化温度 1,104°C [4].

另一方面，采用市政污泥作为燃料焚烧时具有CO2-零排放扩散的优点。但只有今后CO2-排放指标能够在全球范围销售运转时，才能在商业基础上显示这一优点。原则上说，在采用单焚烧炉和污泥气化装置时，应该优先考虑采用好氧稳定化市政污泥。

必须注意, 不同焚烧系统对于污泥固含量要求是不同的。对于炉架焚烧炉来说，半干污泥的固含量至少在 65 - 70% DS 以上, 而对于流化床焚烧炉来说，污泥固含量在45 - 50%DS 范围就可以满足要求。此时，可通过接触性污泥干化装置直接将污泥干化至规定的污泥固含量，或者将脱水污泥和全干化污泥进行混合处理后输入焚烧装置。

1.3干泥作为肥料

目前在德国瑞士基本上市政污泥以热处置为主情况下，在法国和美国仍然还存在很大市场，允许干化后市政污泥作为肥料被回收利用。但此时必须注意, 污泥农用时必须通过肥料中间商的销售途径进入市场。举例来说，污泥的理论肥料价值可通过其中的矿化物质组成来计算(价格基础 2007)[6]。不管如何，计算所获得的理论商业价值要比前面的污泥燃料高出好几倍。以下表 2 可以清楚地显示这一点。

表 2举例说明市政污泥的理论肥料价值

但在很多国家或地区，有时要求污泥颗粒直径是在3.25 mm +/- 0.25 mm 范围内[7]，而对于带式污泥干化装置和太阳能污泥干化装置往往很难直接满足要求，经常要求额外配置干泥造粒装置。