随着我国城市化进程的加快，越来越多的污水得到处理，同时大量的污泥也随之产生。污泥的处理处置遵循减量化、稳定化、无害化和资源化的原则。传统的污泥处理流程为：污泥→浓缩→稳定→脱水。研究表明，经传统的浓缩和脱水工艺处理之后的污泥的含水率不可能达到60%以下，经过机械脱水之后污泥的含水率仍然在80%左右。污泥中的大量水分使得污泥的体积庞大，从而给后续的处理带来很大的困难。如果要达到较为深度的脱水，就必须对污泥干燥处理。污泥中含有大量的水分，理论上每千克水蒸发热能为2515kJ，实际生产中考虑到热损失，按每千克3349kJ蒸发热计算，每吨污泥蒸发800kg水，需消耗268万kJ蒸发热量，相当于487kg标准煤的发热量。如此巨大的能源消耗量一方面提高了污泥干燥的成本，同时消耗了大量的能源。

1 传统的污泥处置方法

1.1 污泥处置方法及特点

污泥是污水处理的终端产物，是一种由有机残片、细菌菌体、无机颗粒、胶体等组成的极其复杂的非均质体，里面含有病源微生物、多种有机和无机污染物以及重金属。从污泥中检测到的192种化合物中，有99种被确定为有害化合物，因此，污泥是一类危害性极大的固体废弃物，如果不加以彻底的处理与控制，将会对环境造成严重的二次污染。

目前国内外常用的污泥处置方法主要有填埋、农用、投海、焚烧，在这几种处理方法中，卫生填埋操作相对简单，投资费用较小，处理费用较低，但其侵占土地严重，如果防渗技术不够，将导致潜在的土壤和地下水污染。农用因脱水污泥含水率太高，造成运输困难，并且污泥中含有大量的重金属元素、病原体、难降解有机物以及对地表水和地下水的污染。沿海城市或有通往海洋航道的城市，会采用污泥投海的方法。污泥中富集的有毒有害物质会对投海区域造成污染，影响海洋生态环境。以焚烧为核心的处理方法是较彻底的处理方法，它能使有机物全部碳化，杀死病原体，可较大限度的减少污泥体积，可脱水污泥饼也因其含固率低不能达到维持过程自行运作所需的能量，需要加入辅助燃料，使处理成本明显增加，难以承受。综合分析上述污泥处理与处置技术系统在实际运用中所遇到的困难，不难看出污泥的含水率是关键的影响因素。因此，降低污泥含水率是解决目前在污泥处理所遇到的许多问题的关键。

1.2 污泥干燥方式

污泥干燥可以有效去除污泥中的水分，在很大程度上降低了污泥的含水率，体积可以减少4-5倍，产品稳定、无臭且无病源微生物，干化处理后的污泥产品用途多，可以用作肥料、土壤改良剂、替代能源等。污泥干燥技术按照介质是否与污泥相接触可以分为两类：直接干燥技术和间接干燥技术。直接干燥技术是将外部介质加热后通入干燥器与污泥接触，热介质低速流过污泥层，在此过程中吸收污泥中的水分。热介质离开干燥器后经除尘、热氧化除臭后排放。直接干燥技术需要热风量很大，由于与污泥直接接触，热介质将受到污染，故尾气处理成本较高，并且尾气中含有大量的热量不能有效的利用。在间接干燥技术中，热介质通过热交换器将热量传递给湿污泥，使污泥中的水分蒸发，同时热介质也不会受到污泥的污染，但是在污泥干燥过程中经常发生粘壁现象。污泥粘壁会降低传热效率，阻碍污泥中水分的蒸发，从而降低干燥速度，造成能源浪费。

污泥干燥是一个能量净支出的过程，耗能费用在一个标准干化系统运行成本中的比例＞80%。面对日益严峻的能源危机和环境压力，对污泥节能干燥技术的研究应是污泥干燥系统研究及改进的重点。

2 几种城市污泥节能干燥技术及特点

2.1 太阳能热泵污泥干燥

太阳能干燥因其能耗低、系统安全性高、环境友好等特点使其应用于污泥干燥过程具有明显优势，但是太阳能是一种不连续的、分散性的热源，热流密度低，受季节和天气影响大，单独使用太阳能时，干燥温度低、波动大、干燥周期长。热泵是一种消耗一部分能量，将低品位热源转换为高品位热源的装置。利用太阳能热泵联合干燥污泥，在保证充分利用太阳能的同时，克服了单独使用太阳能干燥污泥时其本身热源的稀薄性和间歇性。太阳能热泵干燥系统主要由干燥室、太阳能集热器、热泵、循环系统组成，整个干燥过程在密闭空间内进行。传统干燥能耗大的原因主要有两个：一方面是干燥污泥所用的热能是由电能或化石能源提供，另一方面污泥干化处理后产生的大量废气，经过无害化处理后排入大气，用常规换热器虽然可以回收废气中部分显热，但废气中60%～80%的热量是以潜热形式存在的，还是被排放掉。太阳能热泵污泥干燥在充分利用太阳能作为干燥污泥能源的同时，利用热泵技术吸收来自干燥过程排放废气中的热量，把废气冷却降到露点一下，排掉冷凝水，将回收的能量再用于干燥过程。王明根等人进行了利用太阳能和高温热泵对城市污泥热干化的系统技术研究，经实验得出在污泥干燥过程中，热泵出气温度为100℃，干燥机内热风温度可达80℃，每度电可脱水5～6kg，能耗费用低，运行成本低。此外，法国的Slim等对热泵太阳能温室干化污泥进行研究，并建立了S&HPSDS的稳态数学模型，该数学模型反映了质量、能量、时间和状态平衡与热量传递的耦合关系。太阳能热泵干燥是在密封条件下进行的，粉尘含量大大降低，干燥过程循环进行，无废气排放，在一定程度上减缓了环境压力。另外，强调系统安全性也是衡量污泥干燥设备的关键因素，太阳能热泵干燥属于中、低温干燥，系统运行稳定安全，无起火和爆炸危险。

利用太阳能热泵干燥污泥，设备初期投资高的缺点。在污泥干化过程中热泵回收的气体具有腐蚀性，为了使热泵处于 工作状态，必须定期对热泵装置进行维修保养。另外，在无太阳能而单独使用热泵干燥污泥时，干燥温度低、时间长，能耗也会相应的增加，所以需要添加储热装置，常用的有卵石、岩石和水箱等。

2.2 污泥载体干燥

污泥载体干燥是指湿污泥在干燥前，向污泥中添加一种物质与湿污泥混合，然后再造粒、干燥的方法。污泥载体干燥可以选用粉煤灰、粘土、干污泥或者它们的混合物作为干燥载体。目前常用的是使用干污泥作为载体，即干料返混工艺。高含水率的污泥在干燥过程中有一个特殊的胶粘阶段（含水率约为40%～60%），在胶粘阶段，污泥极易结块，表面坚硬，而内部仍然是稀泥的“糖心现象”，此阶段污泥的流体特性类似胶水，很难干化，污泥干化时含水率由80%降到60%和由35%降至10%所消耗能量较小，而污泥含水率由60%降至35%所消耗的能量明显增加。采用载体干化，将干、湿污泥按照一定的比例在机械设备中混合，一方面避开了污泥在干燥过程中出现的胶粘阶段，另一方面在混合的过程中使污泥进一步颗粒化，增加了污泥的比表面积，进而改善了污泥传热传质的效果，干燥的效率也会随之提高。在污泥热干燥的过程中经常会出现污泥粘壁的现象，当含水率在60%左右时，污泥黏壁量较大，降低传热效率，阻碍污泥中水分的蒸发，污泥粘壁还会影响污泥干燥设备的使用寿命或对其造成破坏。采用污泥载体干燥，降低污泥干燥的初始含水率，有效的控制了污泥的粘壁量，在保证干燥设备安全性的同时提高了干燥效率。

污泥载体干燥工艺需加装有返料机、混合器、筛选器等辅助设备，污泥中夹杂着大量的沙砾，在湿污泥与载体混合过程中，极易造成混合器的磨损，因此干燥设备成本、维修费用较高。另外，干燥过程中污泥呈细颗粒状，含水率较低，所以在干燥过程中要严格监测粉尘浓度、干燥器温度和含氧量，防止干燥器起火或爆炸。

2.3 烟气余热污泥干燥

烟气余热污泥干燥是指利用大型工业、环保基础设施（垃圾焚烧炉、电站、窖炉、化工设施）的废热烟气作为干燥热源对污泥进行干燥。利用烟气余热干燥污泥可以分为两种形式： 种是采用烟气直接与污泥接触进行干燥，第二种是通过烟气余热加热其他干燥介质（空气、导热油、蒸汽等）对污泥干化的过程。与传统热干燥技术相比，利用烟气干燥不需要单独建造热源设备，并且干化后的污泥可与煤等原料混合作为燃料，减少了污泥后续处理的费用，投资低，节能效果显著。翁焕新等建立了二段式污泥低温干化工艺，利用热电厂的烟气余热对污泥进行干化，将含水量为75%的污泥干燥到含水率为30%左右，结果显示：在100t/d污泥干化的整个过程中，利用烟气余热的热量相当于每天节约7.73t标准煤，而干化后的污泥作为辅助燃料所提供的热量相当于7.53t标准煤。另外，污泥是高湿性物质，热烟气与湿污泥直接接触，可以使烟气中的部分烟尘被湿污泥吸附并被固定在污泥颗粒中。同时污泥表面吸附水中还含有丰富的碱性物质，对于酸性气体有一定的吸附作用。翁焕新等研究表明，含水率为75%和55%的污泥对烟气中SO₂的吸收率分别达到25%和16%。

利用烟气对污泥干燥也存在一些局限性，烟气中含有SO₂、HCL等大量酸性气体，当烟气温度降低到露点时，冷凝液中的酸性离子会腐蚀干燥设备，势必会增加设备维修费用。另外，污水处理系统与烟气发生系统地点必须近，否则难以利用。

2.4 过热蒸汽污泥干燥

过热蒸汽污泥干燥是指利用过热蒸汽直接与污泥接触而去除水分的干燥方式。利用过热蒸汽干燥污泥，排出的废气全部是蒸汽，温度在100℃以上，可经冷凝、压缩回收其潜热，也可以经过加热器加热后继续参加干燥过程，故降低单位能耗。袁佳丽等进行了过热蒸汽污泥干燥的机理与经济性分析，得出利用过热蒸汽干燥污泥蒸发1kg水消耗能量为815.4kJ，而传统的热风干燥每蒸发1kg水需要耗能4000～6000kJ，可见过热蒸汽的能耗要远远低于热风干燥。过热蒸汽干燥污泥由于只有一种气体成分存在，水分不是通过扩散作用从湿表面移动，而是通过压力差产生的体积流移动的，无传质阻力，并且在干燥后期无表面硬化现象，传热系数大，因此传热传质效率高。众所周知过热蒸汽的比热约为空气的两倍，所以蒸汽用量少，有利于减少设备的体积和废气的净化量。整个干燥过程是在密闭环境内进行的，无空气存在，无爆炸和失火危险，有利于保护环境。国际干燥协会主席Mujumdar把过热蒸汽干燥称为在未来具有巨大潜力和发展前景的干燥技术。

较常规干燥系统讲，过热蒸汽干燥设备结构复杂，投资大，主要有两方面原因：一是设备中包含有废气再循环利用系统，而尾气回收利用技术复杂；二是过热蒸汽干燥的整个过程是在密闭环境中进行的，对设备的密闭性和绝热性要求很高。若干燥系统内部蒸汽发生冷凝，就会和干燥过程中产生的酸性气体形成酸性液体腐蚀设备，维修费用也相应提高。

3 结语

污泥干燥技术的不断完善与革新，直接推动了污泥处置手段的发展，拓宽了污泥处置手段的范围，为污泥的资源化利用提供了可靠的保证，但是污泥干燥过程的高能耗仍然是制约污泥干燥处理的瓶颈。常规的污泥干燥利用电能或化石能源提供热量，消耗大量的能源，增加了温室气体的排放。干燥温度高，与环境温差大，排气温度高，导致能源利用率低。因此，发展污泥节能干燥技术，降低污泥干燥能耗，减少污泥二次污染，并实现污泥的低碳资源化利用。