污泥干化的安全意识及危险防范

污泥干化的安全意识及危险防范

1 安全意识的重要性

污泥是所有垃圾中最难处理的一种，其本身的特性决定了我们从一开始就应该抱着极为慎重的态度来对待。

1.1 安全问题涉及干化的全过程

干燥器内以及后续处理工艺的粉尘量取决于不同的干燥工艺。所有干燥工艺中，有部分工艺会产生粉尘。污水污泥产生的粉尘是St1级的爆炸粉尘，其粉尘爆炸常数范围为0～200 bar.m.sec-1。根据干化厂的设计，主干燥器中、粉尘收集和处理装置、造粒和最终处理装置均有潜在的粉尘爆炸的危险。干燥后，干燥设施内的干燥产品也可因自热导致燃烧或因另有空气加入导致燃烧的加剧。储料仓的干燥产品也可能自燃。在欧美已经发生了很多起干燥器爆炸/着火和附属设施着火的事件。

1.2 安全隐患的不可预见性

干化的难点一般被认为是开机、停机、紧急停机、尤其是短暂停机后重新启动时。

开机时，原有设备中会有一定的干泥留存，此时，温度升高后，干燥器内的氧气水平接近外部环境，极少量的干泥遇到大量的热，将

会迅速蒸发掉表面水分，干泥表面形成过热，此时形成的粉尘团就变得极为危险；

同样，关机时，由于上料器不再喂料，此时，热量仍然大量存在，干燥器内的总蒸汽浓度下降，热量的撤除需要一定时间，大量的余热可能对残留的物料形成焖燃，此时也将形成危险的环境；

然而，危险并不限于此，往往在人们自以为最安全的时候，一些特殊因素的变化常常是意想不到的：

（1）因为操作失误如絮凝剂增加，或脱水机器运行异常，导致污泥含水率突然下降；

（2）因为天气、停机等原因，一些在空气中部分干化、含水率低的污泥混入；

（3）污水进水导致污泥的物理/化学特性发生较大变化。工业废物，如造纸纤维、食物废渣、脂肪、油脂和清洁剂，意外事件的污染物如汽油泄漏等；

（4）不同来源的污泥混入，如污水处理工艺添加三氯化铁等；

（5）由于储存、搬运等条件的异常，金属或碎石混入污泥。

以上诸多原因，都可能严重影响干化工艺的安全性。

1.3 干化系统的安全余量非常有限

众所周知，干化系统是以单位时间内的水蒸发能力来衡量的。蒸发能力一定，热量供给也确定了，之后一般只能根据进料量来调节。假设一个每小时处理1000公斤泥饼的设备，蒸发能力750公斤/小时，泥饼含固率20%，产品含固率80%；此时，正常工况下物料平衡如下（单位：公斤）：

蒸发750

绝干污泥200＋水800 ======> 绝干污泥200＋水50 （1）

如果由于前述某些特殊因素导致泥饼的含固率发生波动，而系统的进料速率未变，此时的含固率不再是20%，而是25%，情形将如何呢？

蒸发750

绝干污泥250＋水750 ======> 绝干污泥250＋水0 （2）

此时，由于水分低于预计，而热能供给未变，系统内温度立即飞升，污泥颗粒严重过热，产生大量粉尘，这种情况仅需数秒钟，即可形成大量危险的粉尘团。

正是由于以上的原因，干燥厂运行期间，用户必须确保质量控制程序可以检测到影响安全运行的进厂污泥的变化。如果污泥是来自于其他处理厂，必须另作进一步检测。

季节的变化，进料性质的变更如果是出于计划中可见的原因，尚能引起足够重视，然而，污水厂管理方面的波动（因人为过失）而形成的漏洞，却足以导致污泥干化轻易超过其特性安全临界值。当系统因为以上原因所造成的温度骤然升高、湿度急剧下降而做出反应时，已经是紧急状况下的处理。

其实，干化系统的真正安全瓶颈在于最终含固率的设定，这是干化工艺最重要的参数。

对比举例（1）和（2）时不难看出，系统设定的进料含固率20%，干燥到80%，其进料湿度的最大理论波动范围为5%。假如干燥到90%，这一幅度是多少呢？

蒸发750

绝干污泥193＋水771 ======> 绝干污泥193＋水21 （3）

蒸发750

绝干污泥214＋水750 ======> 绝干污泥214＋水0 （4）

其进料含固率的最大理论波动范围仅有2.22%。干化的最终含固率越高，系统安全余量越小。而对于大多数采用干泥返混的系统来说，最终含固率高于90%是一种必要性，这就形成了一对不可解的矛盾。

1.4 控制安全的手段十分有限

科技发达的今日，使得我们对复杂的仪器抱有某种幻想，人们希望通过对所处理的物质进行鉴别和测定，以确定某些临界特性，并根据这些特性来决定干燥厂不同设施的基本安全值。但是这种期待的实际可行性不高。以下是四个用来判断粉尘爆炸和燃烧的参数：（1）污泥最低爆炸浓度（MEC）

经测量为60g／m3。MEC指数只能用于设计者设计干燥厂的保护系统。由于MEC变化范围较大，该值不可能作为干燥厂不同部位的不同的粉尘浓度要求。

（2）测量污泥的粒度以确定最小点燃能量（MIE）

各个干化厂、厂内不同的部位的粒度也均不同，目前还无法获得应用于干燥厂设计中的数据。而且干燥器内的能量如果远远超过MIE 时就没有必要测量MIE。唯一的例外是在装袋装置。

（3）最低着火温度（MIT）

范围很宽，360～550℃。对于使用高温烟气进行直接干燥的工艺，这个数值成为相关参数。着火时往往超过MIT值，因而MIT不太可能作为控制参数。

（4）含氧量最低值（LOC）

参考样本间的差距较大，在5～15%，尚不明确实验室测得的LOC 值是否代表工厂高温、高湿度运行工况下的LOC值。由于颗粒粒度和形状也会影响LOC值，因此实际中必须修正。目前较为精确的仪器尚不多见。

实际上目前干化厂赖以运行和做出报警事故判断的参数仍然只有两个：温度、湿度。由于一般干化工艺均采用微负压运行，爆炸所形成的压力只能作为系统设计中耐受瞬间增压的一个参照值。氧气的浓度也仅能作为参考值。不难理解，焖烧过程中的氧气含量并不高，真正起作用的可能是物料内部的氧原子，对于污泥这种高有机质物料来说氧含量并不少。

因此，至少在目前污泥干化仍然是一种难以依赖分析仪器来完全控制和掌握的复杂工艺。

2 危险防范的措施

2.1 预防性措施

理论上的预防性措施有以下几个：

（1）避免爆炸性气体进入；阻止污染物进入干燥器中，例如：甲烷、汽油和柴油液滴、化工污染源等。鉴于气体的在线分析和控制要求的仪器灵敏度高，反应速度快，实施起来困难较大，成本高昂。