污泥干化过程中主要影响因素分析研究-北极星水处理网

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摘要：污泥干化是利用热物理的原理对污泥中的水分进行排除，从而达到干燥污泥、缩小污泥体积、提高污泥热值的目的。污泥干化所应用的污泥脱水能量主要是热能。应用自然热源的干化过程称为自然干化，使用人工热源的干化过程称为人工干化或污泥干燥。本文就污泥干化过程中主要影响因素展开探讨。

关键词：污泥；干化；含水率；数值分析

引言

污泥有很多种类,第一大类主要包括工业企业的污泥,如电镀污泥、印染污泥等。第二大类主要包括市政污泥(也称为污水处理厂污泥)，如河流、初期雨水、自来水厂污泥及生活污水污泥等。为城市长期稳定发展保驾护航，污水系统需长期稳定运行，然而污水处理过程产生大量的污泥,由于其独特的物理和化学性质,如不适当的处置,会造成环境的严重破坏。

1 我国污泥干化的主要应用方式

1.1 生物干化

污泥生物干化技术是以降低污泥含水率为主要目的，利用微生物好氧发酵产生的热量增强水分的蒸发，同时加以人工强制通风将污泥中的水分降低的干化技术。干化后的产物质量、体积和含水率等指标降低，便于运输与后续处理处置，为当前亟待解决的污泥问题提供了一条节能、经济的发展思路。污泥生物干化研究主要借鉴了污泥好氧堆肥技术和城市生活垃圾生物干化技术，与好氧堆肥相比，两者的主要区别在于生物干化以降低含水率为主要目的，而好氧堆肥则以有机物稳定和腐熟为主要目的；与城市生活垃圾生物干化相比，污泥的有机质含量、物理化学性质又有别于城市生活垃圾，物料调控和运行方式也有一定区别。影响生物干化的主要因素有：物料性质、温度、湿度、外源接种菌剂、调理剂、通风策略等，通过过程调控手段对这些因素加以合理控制，可使其达到适宜的环境，最大限度的提高干化效率。

1.2 污泥热干化技术

污泥热干化技术是当前最为重要且最常用的污泥干化技术。根据《广州市城镇生活污水处理厂污泥处理处置技术路线》的要求，综合考虑污水厂实际污泥特点，污泥处理工艺采取“预浓缩（含水率99.3%→97%）+调理+深度机械脱水（含水率 97%→80%）+低温热干化（含水率 80%→30%-40%）”的分段组合式工艺。低温热干化的主要工作原理是污泥经过成型机切条成形均匀分布在网带上，通过压缩机添加热源在污泥中蒸发水份来干化污泥。该污泥干化技术占地面积小，产品使用效果明显降低。其次,污泥热干化技术还能够根据传热方法、设备以及烘干设备的方式分为许多不同类型的干化技术,能够选择根据污泥的特征以及不同的污泥干化技术的实际成分。但是，在进行实际运用期间仍旧有许多问题。譬如，这项技术的设备投资成本就较高，因此，在生产期间所需要承担的营运费用也会高一些。并且，设备运行的能耗也非常之高，同时有引发粉尘爆炸的危险。

1.3 太阳能干化

太阳能干化技术是利用太阳能蒸发污泥中的水分，以实现降低污泥含水率，达到有效利用污泥的目的。虽然太阳能干化的干化时间较长，但其能耗较低。机械热干化过程的能耗（包括电能和热能）约300－400kWh/tH2O，而太阳能干化过程的电耗不到100kWh/tH2O，热能可全部或大部分由太阳能提供，因此太阳能干化是污泥干化的一个低能耗路线，但太阳能干化系统适合太阳能辐射强度常年较大且土地资源充足的地区。太阳能干化床具有节能、充分利用可再生能源、设备制造工艺相对成熟、技术要求相较较低、便于大规模推广使用、易于建设等优点。但太阳能干化床主要依靠蒸发，其负荷比砂干化床低，因此太阳能干化床效率低，干化时间长，从而导致占地面积大，同时易造成污泥内部的厌氧消化，产生恶臭气体。另外，太阳能干化床易受天气条件（如当地的降雨量、蒸发量、相对湿度、风速和年冰冻期）的影响，从而导致系统运行不稳定，因此大部分太阳能干化床都建在蒸发比较旺盛的南部或东南部地区。

2 模型描述

污泥经过成型机平铺在污泥干化设备履带表面，高温气体从一端流入，在流动过程中与湿污泥进行热量传递，污泥温度升高，污泥水分蒸发后随高温气体进入冷凝器，变为冷凝器排出。本模型将污泥简化成具有一定孔隙结构的多孔介质，污泥中水分填充在多孔介质的孔隙结构中。

3 污泥生物干化技术的研究方向

总的来说，作为污泥干化来说，就是一种净能量消耗的过程，因此在进行干化期间对能量消耗进行探究是非常有必要的。污泥干化现阶段国内外的热干化,尽管进行了优化热源,将流程步骤进行了简化,优化了相关操作参数,如减少能源消耗的方法,但由于使用过程本身的技术缺陷,加上热源决定了热干化能耗不能减少到一个理想的值。使用微生物需氧发酵生产热蒸发水分干化过程,由于污泥充分利用生物质本身,除了微生物发酵强制通风所需的,没有额外需要加热源,因此是一种经济和节能干化技术。在倡导可持续发展和化石能源的概念的今天，生物干枯的生物处理方法越来越多地应用于动物粪便的生物干化以及生活垃圾脱水处理中。常州市生物干化试验得出，适当降低发酵基质含水率，能够将基质物理条件进行改善，并有效提高脱水速度。

4 结果分析

主要分析了不同的风速u、不同气体温度Tair以及不同污泥高度h对污泥干化的影响。污泥干化过程分为恒速干化和降速干化2个阶段，这是因为污泥中水分主要分为自由水和结合水，在干化的前期阶段主要是自由水受热蒸发。随着自由水的逐渐减少，逐渐进入降速干化阶段，这是因为结合水污泥多孔结构毛细现象的存在，需要克服毛细力的影响才能将结合水蒸发出去，导致蒸发速率降低。

（1）高温气体不同速度对污泥干化的影响。在污泥高度h为5mm、气体温度为50℃时，随着气体速度的增加，污泥恒速干燥速率缓慢增加，污泥干化所需要的时间也逐渐减少，在速度为1m/s时，污泥完全干化所需时间约400min；在速度为2m/s时，污泥完全干化所需时间约300min。随着高温气体速度的提高，污泥干化过程中恒速干化的速率的也逐渐增大，污泥干化时间也逐渐缩短。

（2）不同气体温度对污泥干化的影响。在污泥厚度h为5mm，气体速度u为1m/s时，随着进气温度的提高，污泥恒速干燥速率逐渐增加，污泥干化所需要的时间逐渐缩短。在温度为50℃时，污泥完全干化所需时间为400min左右，进气温度100℃时，污泥干化所需时间为180min左右，且随着温度的升高，恒速干燥速率呈现明显增加的趋势。但是，随着温度的提升，污泥干化的强化效果有减缓趋势。

5 污泥太阳能干化技术的未来发展

关于污泥太阳的技术缺陷，污泥太阳能技术将是未来优化污泥加热系统设备的主要方向，并且太阳也把供热系统的面积得到了有效降低，无形中就降低了成本，使用了太阳能技术，能够不断加强设备的蓄热能力，这样就能够提高污泥的太阳能稳定性，有效提高太阳能的回收效率，可以有效地保证污泥系统的连续运行。

结语

污泥干化过程中，气体速度、温度以及污泥铺层厚度对污泥干化过程中都具有明显的影响。随着气体速度、温度的增加，能够强化污泥干化的效果，但是强化效应逐渐降低；污泥铺层厚度的降低也能有效减少干化时间，且随着污泥厚度降低强化效果也逐渐提高。在气体速度满足要求时，提高气体温度、减少污泥铺层厚度所达到的干化效果更为明显。

参考文献

［1］姜瑞勋，李爱民，王伟云.脱水污泥薄层干燥特性及动力学模型分析［J］.中国环境科学，2015，29（1）：22-25.

［2］黄雅曦，李季，李国学.污泥处理与资源化利用现状分析［J］.农业环境科学学报，2015，22（6）：765-768.

［3］汪家兴，刘欢，刘鹏，等.深度脱水污泥的热干化特性［J］.化工学报，2017，68（6）：2491-2496.

原标题：污泥干化过程中主要影响因素分析研究

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