近年来，随着我国社会经济和城市化的发展，城市污泥产量不断攀升。城市污泥主要来自于污水处理后的副产品，是一种固体废弃物，由有机残片、细菌菌体、无机颗粒、胶体等组成。

污泥处理方法有填埋、农用、焚烧、干燥、热处理、堆肥以及海洋倾倒等。污泥干燥可以使污泥体积显著减小、稳定性增强，污泥焚烧可使有机物全部碳化并杀死全部病原体，是彻底的处理方法。由于污泥具有较高的亲水性，未经处理的污泥含水率高达95%以上。污泥中的有机物具有较高热值，如果直接焚烧含水率高的污泥，不仅无法利用其热值，还需添加一定的燃料。因此，污泥的干燥是污泥进行焚烧的前提。相关学者针对污泥的干燥和燃烧进行一系列的研究，城市污泥燃烧前进行干燥预处理逐渐成为业内人士关注的焦点。本文在分析污泥含水特性的基础上，研究不同的进料湿含量、产品湿含量和不同品质的热源分别对蒸发水量、蒸汽耗量和设备有效干燥面积的影响。

1 城市污泥的水分

胶质是污泥中主要的固体物质，具有较强的亲水性，通常污泥含水量高达95%以上。污泥经过简单机械浓缩之后含水量仍会高达85%以上。

污泥中的水主要以3种形态存在：

（1）间隙水为处于污泥团块之间的水，作用力弱，易于分离，约占污泥总含水量的70%，可以通过简单的机械或热处理方法脱除。

（2）外部水分为粘附水、吸附水、空隙虹吸水、虹吸水、毛细虹吸水。

（3）内部水为细胞液（水合作用含水、内部虹吸水）。外部水分和内部水分约占污泥水分的30%，用简单的机械方法或低温处理方法很难脱除。

近年来，随着城镇污水处理规模的扩大和处理深度的提高，城市污泥产量不断增加，城市污泥的稳定化、减量化、无害化处理成为公众关注的焦点之一。目前，圆盘干燥机干化工艺与焚烧发电工艺相结合成为城市污泥处理主流工艺之一。焚烧发电可以为圆盘干燥机干化系统提供必需的热源和电力，干化系统的热源来自于发电后的低品质蒸汽，很容易干燥出城市污泥中的间隙水，从而实现能量的梯级利用。圆盘干燥机干化后的污泥又可以充当部分能源用于发电。

2 基于圆盘干燥机的城市污泥清洁化处理工艺

污泥的清洁化处理工艺是一种新型的无污染的处理方法，整个系统综合了固体废弃物（城市垃圾、干化污泥）掺杂部分煤粉的燃烧、污泥干燥及生化废水处理等单元的优点，实现污泥的清洁、高效、循环利用。

城市污水处理厂产生的污泥含有较高的水分，直接燃烧会导致燃烧不稳定，且产生的大量蒸汽也会腐蚀设备和损失部分热量。因此，污泥燃烧前，进行干燥预处理非常重要。

本工艺中采用以热导型圆盘干燥机为关键设备的污泥干化系统，利用固体废弃物掺杂部分煤粉燃烧产生的过热蒸汽对市政污泥进行间接加热，使污泥中的间隙水分蒸发，从而达到干燥的目的。干燥后的污泥与城市垃圾和部分粉煤一起用来发电，产生的烟气通过水吸收和生化处理后合理利用。城市污泥的清洁化处理工艺系统主要由圆盘干燥机、换热器、洗涤塔、凉水塔、生化废水处理系统和发电系统等组成。

3 结果与讨论

3.1 城市污泥干燥后含水率的选取

众所周知，城市污泥的含水率越高，焚烧时候添加其它辅助燃料越多，能耗越高。在我国城市污泥的干基发热量通常在10460～16736kj/kg。在现行的城市污泥干化过程中，污泥含水率一般由80%降到40%。针对于干基发热量12552kj/kg的污泥，城市污泥干化原料含水率为80%，其能量损失达90%以上：干化后的污泥含水率为40%，其能量损失仅有15%。

以处理每吨原污泥为计算标准，处理每吨污泥蒸发出800kg水分，同时得到200kg绝干污泥，假定绝干基城市污泥的发热量为12552kj/kg。

将800kg水由室温25℃加热成100℃的水蒸气耗费的热能为：

[334.72kj/kg(显热)+2259.36kj/kg(潜热)]×800kg=2075264kj

将200kg绝干污泥焚烧产热为：

12552kj/kg×200kg=2510400kj

考虑到15%的能量损失，城市污泥循环利用过程需要补充热量为：

2075264kj-2510400kj×85%=58576kj

由此可见，城市污泥干化过程中无需额外添加补充燃料，从而利用自身蕴含的热值干化污泥，实现了变废为宝。城市污泥含水率由80%干燥降低到40%，去除的水分大都是间隙水，利用低品质蒸汽很容易实现此过程，实现了能源的高效梯级利用。

3.2 污泥进料湿含量对水分蒸发量、蒸汽耗量和有效干燥面积的影响

城市污泥计算的基础条件为：城市污泥处理量为100000kg/d，干化后的污泥含水率为40%，湿污泥进料温度为20℃，干污泥出料温度为90℃，载气进口为20℃，载气出口温度为100℃，圆盘干燥机内部为微负压，热源为0.5Mpad的饱和蒸汽，热损失为5%，实验测定的污泥传热系数为80～120W/(㎡·℃)（计算取值为80W/(㎡·℃)）。

本文通过计算，考察了不同的污泥进料湿含量（60%～85%）对水分蒸发量、蒸汽耗量和圆盘干燥机有效干燥面积的影响。

通过模拟实验得知，随着污泥进料湿含量的增加，水分蒸发量和蒸汽耗量逐渐增大，且有一定的线性关系。这是由于该干燥过程去除的水分主要是间隙水，干燥速率曲线属于典型的恒速干燥阶段。同时，随着污泥进料湿含量的增加，蒸汽耗量与水分蒸发量的比值有增大的趋势。这可能是由于污泥进料湿含量增加与水分蒸发量增加量不成正比和热损失的放大效应。此外，可以看出圆盘干燥机的有效干燥面积随污泥进料湿含量增加而变大。针对于城市污泥含水率一般由80%干燥降到40%，圆盘干燥机的有效干燥面积大约需要258.5㎡，市场上常用的330㎡圆盘干燥机很好的应用于该干燥过程。

3.3 干燥后产品湿含量对水分蒸发量、蒸汽耗量和有效干燥面积的影响

同时考察了干燥后产品湿含量对水分蒸发量、蒸汽耗量和有效干燥面积的影响。城市污泥计算的基础条件同3.2。

本文通过计算，考察了干化产品湿含量（30%～50%）对水分蒸发量、蒸汽耗量和圆盘干燥机有效干燥面积的影响。

通过模拟实验得知，随着产品湿含量的增加，水分蒸发量和蒸汽耗量逐渐降低，且有一定的线性关系。由此可见，产品湿含量越大， 干燥过程越容易。另外，我们同样可以看出圆盘干燥机的有效干燥面积随污泥产品湿含量增加而变低。可以看出进料湿含量对水分蒸发量、蒸汽耗量和有效干燥面积影响明显要高于产品湿含量。

3.4 热源品质对水分蒸发量和有效干燥面积的影响

以饱和蒸汽为热源间接干化污泥，饱和蒸汽既是城市污泥水分蒸发的热源，又是载体温度变化的热源。城市污泥计算的基础条件：污泥进料湿含量由80%干燥降低到40%，其余条件与3.2相同。可以看出，随着产品湿含量的降低，干燥机的有效热传递面积逐渐增加。

4 结论

在对污泥水分分析的基础上，提出一种城市污泥清洁化处理方法，将污泥干燥与污泥燃烧发电结合在一起，利用发电过程中产生的低品质蒸汽回到污泥干燥系统，同时干化后的污泥具有一定的热值，可用于燃烧发电，实现了能量的循环梯级利用。在恒速干燥段，随着城市污泥进料湿含量增加，水分蒸发量和蒸汽耗量线性增长，且有效干燥面积也逐渐增大。通过计算表明，产品湿含量增加，水分蒸发量和蒸汽耗量逐渐减少，有效干燥面积也逐渐变小，且影响相对较小。饱和蒸汽压力对干燥速度和蒸汽耗量的影响成反比，合适的蒸汽压力可以获得更大的经济效益。