污泥处理处置方法及技术比较

污泥处理处置方法及技术比较一、污泥处理处置方法及技术比较污泥的处理处置有填埋、农用和焚烧等多种方法，但所有的处理处置方法应符合稳定化、无害化、减量化和力争资源化的原则。

1.污泥无害化处理研究现状和发展趋势污泥是一种由有机残片、细菌体、无机颗粒和胶体等组成的非均质体。

它很难通过沉降进行彻底的固液分离。

污水处理产生的污泥是典型的有机污泥，其特性是有机物含量高（60%~80%），颗粒细（0.02~0.2mm），密度小（1002~1006Kg/m³），呈胶体结构，是一种亲水性污泥，容易管道输送，但脱水性能差。

随着污泥水分的减少，污泥从纯液状流动到粘滞状、塑性性状、半干固体状直到纯固体状这一过程进行变化。

通常浓缩可将含水率降到85%（含水状态）；含水率在70%~75%时，污泥呈柔软状态，不易流动；通常一般脱水只可降到60%~65%，此时，几乎成为固体；含水率低到35%~40%时，成聚散状态（以上是半干化状态）；进一步低到10%~15%则成粉末状。

污泥处理的总目标是确保污泥中的有毒有害物质，无论是现在还是将来都不致对人类及环境造成不可接受的危害。

污泥的处理先后经过了海洋投弃、土地填埋、堆肥化、干燥和焚烧等多种处理方法，逐步走向成熟，目前污泥的焚烧在污泥的最终处置方法中占有比较大的优势。

欧洲国家目前污泥的主要处置方式为农用、填埋和焚烧。

表3-1是目前欧洲各国的污泥情况。

随着欧盟各国签订的停止向海洋投弃污泥的协议生效，各成员国已逐步停止向海洋投弃，海岸国家受此协议的限制，已纷纷转用焚烧法。

卫生填埋操作相对简单，投资费用较小，处理费用较低，适应性强。

但是其侵占土地严重，如果防渗技术不够，将导致潜在的土壤和地下水污染。

污泥卫生填埋始于20世纪60年代，污泥填埋是欧洲特别是希腊、德国、法国在前几年应用最广的处置工艺。

由于渗滤液对地下水的潜在污染和城市用地的减少等，对处理技术标准要求越来越高（例如德国从2000年起，要求填埋污泥的有机质含量下坡与5%），许多国家和地区甚至坚决反对新建填埋场。

1992年欧盟大约40%的污泥采用填埋处置，近年来污泥填埋处置所占比例越来越小。

表3-1欧洲各国的污泥处置情况国家人口（百万）污泥产量（干吨×1000/年）处置方法（%）农用填埋焚烧其它奥地利7.83201356310比利时9.975315694丹麦 5.11303733282法国56700505000德国6225002563120希腊-1539700爱尔兰-242818054意大利578003455110卢森堡0.415811801新西兰152********葡萄牙-200801307西班牙3928010501030瑞士 6.42156030200英国5710755116528总计31666313843109美国污泥的主要处置方法是循环利用，而污泥填埋的比例正逐步下降，美国许多地区甚至已经禁止污泥土地填埋。

据美国环保局估计，今后几十年内美国6500个填埋场将有5000个被关闭。

污泥农用和陆地填埋曾是大多数国家污泥处置的两种主要方法。

农用和陆地填埋方案的选择很大程度上取决于各国政府有关的法律、法规和污染控制状况，同时也与国家的大小和农业发展情况有关。

近年来，随着污泥农用标准（如合成有机物和重金属含量）日益严格的趋势，许多国家，如德国、意大利、丹麦等污泥农用的比例不断降低。

以焚烧为核心的处理方法是目前污泥处置最彻底、快捷和经济的方法，它能使有机物全部碳化，可最大限度地减少污泥体积（减容70%，最大可到90%），同时可以能够将底泥中的能量转换为电能或者热能，变废为宝，使污泥得到充分的利用。

焚烧法与其它方法相比具有突出的优点：（1）焚烧可以使剩余污泥的体积减少到最小化，因而最终需要处置的物质很少，焚烧灰可制成有用的产品，是相对比较安全的污泥处置方法。

（2）焚烧处理污泥处理速度快，不需要长期储存。

（3）污泥可就地焚烧，不需要长距离运输。

（4）可以回收能量。

（5）能够使有机物全部碳化，杀死病原体。

此外，污泥焚烧还能将污泥中的热值利用，从而降低污泥处理的能耗，相应降低污泥处理成本。

污泥焚烧处置虽然一次性投资稍高，但由于它具有一些其它工艺不可替代的优点，特别是在污泥的减量化、无害化、节约土地资源和节能等方面，因此成为污泥最终出路的解决方法。

自1962年德国率先建议并开始运行了欧洲第一座污泥焚烧厂以来，焚烧的污泥量大幅度增加。

在国外，特别是西欧和日本已得到了广泛的应用，在日本，污泥焚烧处理以及占污泥处理总量的60%以上，欧盟也在10%以上。

到2005年欧盟的比例将提高到38%。

但由于污泥的高挥发分的特性，污泥焚烧时产生的燃烧污染物需特别注意和控制。

污泥焚烧被分为直接焚烧和干燥后焚烧两种。

（1）直接焚烧污泥的直接焚烧是将高温（含水率85%以上）污泥在辅助燃料的作为热源的情况下直接在焚烧炉内焚烧。

由于污泥含水量大、热值低，需要消耗大量的辅助燃料。

由于污泥含水量大，焚烧后的尾气量也比较大，后续尾气处理需要庞大的设备，操作控制难度大。

无论从运行成本和设备投资等方面，污泥的直接焚烧正逐渐被干燥后焚烧所代替。

下图所述湿污泥直接焚烧的难点。

（2）干燥后焚烧污泥因含水率高，不能简单作为燃料应用。

污泥要作为燃料，必须开发出独特的干燥技术和燃烧技术，使低热值的污泥转变成高热值的可用燃料，然后通过焚烧炉对污泥燃料进行燃烧。

污泥的干燥最早是二十世纪四十年代开发的。

经过几十年的发展，污泥干燥的优点正逐渐显现出来。

干燥后的污泥与湿污泥相比，可以大幅度减小体积，从而减少了储存空间。

以含水率85%的湿污泥为例，干燥至含水率40%时，体积可减少至原来的1/4，污泥的形状成为颗粒，有利于进一步的焚烧处理。

在焚烧工艺前采用污泥干燥工艺的目的是实现污泥的减量化、提高污泥热值、节省后续焚烧处理的费用，以及达到更优的焚烧效果。

干燥后的污泥经高温焚烧后产生的灰体积将缩小90%以上，有毒有机物热分解彻底，焚烧产生能源可回收利用，灰、渣可作为建材材料使用。

早在20世纪40年代，日本和欧美就已经用直接加热鼓式干燥器来干燥污泥。

由于污泥热干燥技术要求和处理成本较高，所以这项技术直到20世纪80年代末期在瑞典等国家的成功应用之后，才在发达国家推广起来。

在发达国家污泥干化和燃料化被认为是有望取代现有的污泥处理技术最有发展前途的方法之一。

通过以上的分析和比较，本项目选择污泥干燥后作为燃料外送的污泥处理方法。

2.污泥干燥技术的工艺选择干燥是为了去除污泥中的水分，提高污泥的热值，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减低后，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最后一段水分的蒸发。

污泥干燥的加热方式可以分为直接干燥和间接干燥。

直接干燥是将高温烟气直接引入干燥器，通过气体与湿物料的接触、对流进行换热。

直接干燥将增加污染性气体。

采用烟气进行直接干化的方法，如转鼓干化机，主要发源于日本和德国等国。

但是，对于污泥处理量较大的应用场合，由于其安全性、经济性和设备庞大等问题，目前德国等国已经基本不再采用。

采用烟气进行直接干化主要存在以下方面的问题：（1）安全性问题烟气直接干化的安全性取决于操作温度、氧气含量与粉尘含量3个因素。

当烟气温度较高，粉尘含量较高或氧含量较大时，容易发生安全事故，特别是在开机前和关机的边界条件下，最为危险，对控制和操作的要求非常高。

一度在德国很流行的转鼓（筒）式干化机发生过频繁的自燃和爆炸事故，现在已经淘汰了。

（2）为防止有机污染物析出，干化烟气温度须低于200°C污泥同其它废弃物一样，在一定的温度条件下，污染物会大量析出。

间接干燥是将高温烟气的热量通过热交换器，传给蒸汽，蒸汽在一个封闭的回路中循环，与污泥没有接触。

间接干燥存在一定的热损失，但需要处理的烟气量小，不会产生二次污染。

目前国内外的污泥干燥设备主要有：三通式回转圆筒干燥机（即转鼓干燥机）、间接加热式回转圆筒干燥机、带粉碎装置的回转圆筒干燥机、流化床干燥机、桨叶式干燥机、盘式干燥机、带式干燥机等。

（1）三通式回转圆筒干燥机三通式回转圆筒干燥机的结构如下：图3-1三通式回转圆筒干燥机的结构（2）普通回转圆筒干燥机普通回转圆筒干燥机的工艺流程与三通式回转圆筒干燥机相似，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而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段向较低一端移动。

干燥过程中的所有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。

图3-2回转圆筒干燥机（转鼓干燥机）普通回转圆筒干燥机，包括三通式回转圆筒干燥机，只能干燥颗粒物的物料。

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筒干燥机进行干燥。

干燥污泥的比例大约为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690万美元（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1000万美元）。

（3）间接加热式回转圆筒干燥机间接加热式回转圆筒干燥机的工艺流程也与三通式回转圆筒干燥机相似。

佛罗里达的奥卡拉采用间接加热式回转圆筒干燥机。

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。

据分析，主要原因是由于间接加热式回转圆筒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°C）。

当通入空气时（间接加热式回转圆筒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。