1 污泥干化技术

污泥含水率是制约污泥处置和利用的关键，污泥含水率从95%降至60%是填埋与堆肥的起点，50%是焚烧的起点，干化环节是污泥处理处置系统耗能的主要环节，干化环节的新技术研发是实现污泥处理系统节能降耗的着力点。目前我国经济发达的长三角地区，污泥基本只进行了脱水处理，且其中60%的污水处理厂脱水污泥达不到含水率在80%以下的要求。污泥经浓缩和消化之后，其含水率仍在96%左右，体积很大，不便于运输和使用，需要进一步脱水干化处理。污泥在不同含水率时需采取的工艺不同：90%～60%时，采用脱水工艺；60%～10%时，采用干化工艺。污泥进行土地利用时要求污泥含水率＜60%，混合填埋时含水率应＜60%，作覆盖材料时含水率应＜45%。

污泥干化是靠热量将水从污泥中蒸发出来。蒸发水分需要一定的热能，每公升蒸发量只需要620kcal，还要加上一定的效率损失。其基础机理是水分的蒸发过程和扩散过程，这两个过程持续交替进行。蒸发过程：物料表面的水分汽化，由于物料表面的水蒸气压力低于介质中的水蒸气分压，水分从物料表面移入介质。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以后，物料表面的湿度低于物料内部湿度，此时，需要热量推动力将水分从内部转移到表面，继而进行蒸发过程。

2 污泥干化工艺分类

初次接触干化工艺的时候，常常会遇到所谓“全干化”或“半干化”的工艺路线选择问题。

全干化是指将污泥干化至含固率85%～90%以上的一系列工艺或处理过程。这是相对半干化而言的一种通称。

半干化是指将污泥经过一次性干化处理，直接获得含固率80%以下的产品（35%～80%）的一系列工艺或处理过程。这是相对全干化而言的一种通称，并没有确切的界限。

所谓全干化和半干化的区别不仅仅是干燥产品的含水率。虽然这一提法是相对的，有不尽科学之处，但它也体现了两类干化在安全、经济意义上的较大差别。

如前所述，各种处置对污泥的含固率要求是不同的。干化是以热能为代价降低含水率。单位处理量中的蒸发需求高，则能源投入大，反之则小。从经济角度来看，过度干化是一种浪费。

干化的目的既然是为了提高含固率，降低含水率，但是到底提高多少和降低多少，并不是干化工艺所能够随意决定的。它要受到污泥性质（如胶粘相）和工艺本身条件（干污泥返混）的制约。这意味着干化后产品的干度可能存在一定的限制。比如当需要含固率60%的产品时，很多工艺不能通过一次处理得到这种干度的产品，而必须采用其它手段（后混）。

事实上全干化指的正是这种因工艺原因无法直接实现低含固率的工艺类型。而半干化则指哪些可以直接实现低含固率的工艺类型。

两种工艺类型的工作状况是非常不同的。前者要获得很高的干度，必须提高温度，降低干燥介质中的水分，而污泥失去的水分是很难蒸发的，因此存在干燥器效率（蒸发能力的降低）、单位能耗（蒸发每升水所需要的热量）和安全性等三方面的问题。

半干化由于含固率低（适合焚烧、填埋、堆肥等的含固率一般低于60%），干燥器内部的湿度大，产品含水量高，因此在干燥器处理效率、单位能耗、安全性等各方面均优于全干化工艺。

根据“以处置定干化”的原则，需要半干化的处置显然没有必要投资全干化。而需要全干化的时候，半干化也无法代替使用。

其实，这两种工艺有的时候是互补的，特别是在大型污水处理厂或污泥处置项目中，一条干化线常常不够，这样，采用不同工艺、多条线进行配合，能够提供一般单纯全干化或半干化所无法提供的灵活性。

污泥干化是由一系列功能模块（设备）所构成的一种高度集成化的工艺过程。这里所谓的“集成化”意在指出这种用于污泥处理的工艺在应用中要比一般物料的干燥系统复杂得多。它具有特征如下：

（1）污泥是一种超细的有机质含量很高的粉末，具有引起粉尘爆炸和自燃的特征，因此采用热量进行干燥必需具有很严格的操作规程和有效的保护措施。

（2）污泥含有一定比例的高分子聚合物，具有极强的持水性，干燥难度较高。因此干燥工艺必需适应这种物料本身，提供良好、有效的失水条件（空隙、混合、搅拌、接触等）。

（3）污泥在一定温度和含固率条件下具有较强的黏性。应采用有效的方式避免该物性对干化工艺巧性的破坏。

（4）污泥是一种大规模、长期稳定产生的污水处理副产物，同时也是一种具有很高病原体、病毒、虫卵等有害微生物负荷的污染物，具有较强的臭气；处理系统应置于一个相对封闭的环节中，具有极高的机械可靠性，能够长期稳定运行，且不致对操作和维护人员产生直接或间接的伤害。

（5）污泥的含水率极高，采用热能处理的成本相对较高，因此能耗方面的差别具有极端重要性：系统涉及热、电、水（冷却、冷凝、安全服务）、气（介质气体、安全气体、动力服务气体、不可凝气体）等多种子系统的集成管理。

3 污泥干化设备

根据热能供给的形式，可以分为两个系列，每个系列分别有几种代表性的工艺：

（1）直接加热方式：转鼓式、传送带式、气动传输式、其它间歇式包括太阳能式。

（2）间接加热方式：转碟式、桨式、薄层式、流化床式、涡轮薄层式。

直接加热方式将燃料燃烧后直接引入系统，烟气没有向大气直接排掉，也没有通过热交换器，因此有着较高的热效率，但是这部分烟气连同整个系统的气体均必须洗涤，从而有一次热损耗。此外，不完全燃烧是一个潜在问题。问题在于空气本身的换热性质较差，在污泥方面必须干泥返混之外，还需考虑一系列的“废热回收”，才能在整体热能消耗上保持竞争力。

间接加热的干化无论如何要通过一个乃至多个热交换器，这形成第一个损失。之后，洗涤气体成为第二个损失点，因此应该考虑燃烧效率。间接加热方式要获得高的热效率，必须依靠有效的热传导，以获得高换热效率。

两段式污泥干化设备设置两级干化程序：一级为间接干化（薄层蒸发器），二级为直接干化（带式干燥机）。污泥颗粒成型过程在一级阶段后污泥仍处于塑化状态时完成，避免产生任何粉尘。其配置的工艺一体化的热量回收系统，使得一级干化阶段的剩余能量经回收后用于二级阶段的加热。成品污泥颗粒密度可达600kg/m³，卫生无害、生物稳定性好并可长期存放。根据污泥用途需要，颗粒粒径可调。涡轮薄层干化工艺是极少数在能源、温度、物流条件方面较为宽松的方案之一。各种燃料，各种废热，各种污泥，无论其性质如何，均能找到较佳利用和处理途径。

按照热源换热方式来分，典型的污泥干化方法包括两类：一类是利用锅炉烟道抽取的高温烟气或锅炉排烟直接加热湿污泥；另一类是利用低压蒸汽作为热源，通过换热装置间接加热污泥。湿污泥含水率约为80%，干化污泥含水率为20%～40%。