填埋、堆肥、干燥热处理和焚烧是处理污泥的主要方法。污泥干燥能使污泥显著减容，体积可以减少4～5倍，产品稳定、无臭且无病原生物，干燥处理后的污泥产品可以用作肥料、土壤改良剂、替代能源等。与其他污泥处理技术相比，焚烧具有很多优点。

（1）焚烧可以大大减少污泥的体积，相对于机械脱水的污泥来说，焚烧产物体积只相当于起初产物的10%。

（2）焚烧可以杀死一切病原体。通过高温处理，燃烧残渣内几乎没有病原体存在，同时还可以解决污泥的恶臭问题。

（3）污泥焚烧处理速度快，不需要长期储存，而且污泥可就地焚烧，不需要长距离运输。

（4）经过脱水的污泥的热值相当于褐煤的水平，可以回收能量用于发电和供热，在一定程度上减轻污泥焚烧的费用。同时，由于焚烧设备不断完善和有关焚烧技术的突破，原来存在的烟气二次污染问题也得到了妥善的解决，污泥焚烧已成污泥处理的主要发展方向，愈来愈受到世界各国的青睐。

我国在污泥处理方面，目前大部分的研究局限于污泥的堆肥农用，对污泥的能量化利用很少，这造成很大的能源浪费。尤其是对污泥的焚烧处理，由于耗资大、设备复杂、对操作人员的素质和技术水平要求高，这方面开展的工作就更少了。大规模市政污泥焚烧技术的应用始于2004年建成运行的上海石洞口污水处理厂污泥焚烧系统，但对运营多年，处理效果良好的其他工程案例，国内鲜有报道。

本文拟处理1t/h的湿污泥，污泥含水率为80%，分别采用污泥干燥焚烧和直接焚烧工艺进行焚烧处理，计算相应的能源消耗，为选择污泥干燥与焚烧技术提供一定理论依据。

1 污泥干燥

1.1 污泥干燥机理

污泥干燥的过程其实就是水分蒸发的过程。干燥是为了去除水分，水分的去除经历两个主要过程：

（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。这是与汽化密切相关的传质过程。当物料表面水分被蒸发掉，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。

1.2 污泥热干燥技术

热干燥技术通常按照要干燥的湿固体的传热方式进行分类。这些技术包括对流（直接干燥）、传导（间接干燥）和辐射（红外干燥），或者是这些技术的整合。

在对流干燥（直接干燥）中，热传递通过湿污泥与热气体的直接接触完成。进气的热量提供了污泥中液体蒸发需要的潜热，蒸发的气体被热气体所携带。在一定流速的干燥平衡条件下，物质传递与以下因素有关：

（1）暴露的湿固体表面积。

（2）干空气的水分含量和污泥空气接触温度下饱和湿度的差值。

（3）其他因素，诸如速度和干空气的湍流度。

直接干燥是污泥热干燥常用的类型，闪蒸式干燥器、直接转筒式干燥器、流化床干燥器使用的都是这种方法。

在传导干燥（间接干燥）中，热传递由湿污泥与热表面的接触来完成。金属壁将污泥和加热媒介（通常是蒸汽或者油）隔开，蒸发的液体从加热媒介中被去除。城市污泥干燥的间接干燥技术包括水平桨板式，中空螺旋式或者圆盘式和垂直间接热干燥技术。

在辐射干燥（红外或辐射的热干燥）中，热传递由电阻元件，如燃气的耐火白炽灯或者红外灯，提供辐射能来完成红外热干燥。

在污泥干燥前，通常使用机械方法脱水。机械脱水是一个重要的预处理过程，能减少干燥过程中必须要去除的水的含量。脱水污泥中的水在干燥器中蒸发，但是污泥中的有机物不能被破坏，干燥过程中固体温度需保持在60～93℃。一部分干污泥和未处理的脱水污泥混合在一起进入干燥器，能减少结块，增大污泥与干燥介质的接触面积，使得干燥操作效率更高。

2 污泥焚烧

2.1 污泥焚烧原理

污泥焚烧是在一定温度、气相充分有氧的条件下，使污泥中的有机质发生燃烧反应，并转化为CO₂、H₂O、N₂等相应的气相物质，它包括蒸发、挥发、分解、烧结、熔解和氧化还原反应，以及相应的传质和传热的综合物理变化和化学反应过程。

根据质量守恒定律，输入的物料质量应等于输出的物料质量，即：Ma+Mf-Mg-Mr=0。其中，Ma为进入焚烧系统助燃空气的质量；Mf为进入焚烧系统污泥的质量；Mg为排出焚烧系统烟气的质量；Mr为排出焚烧系统飞灰的质量。

从能量转换的观点来看，焚烧系统是一个能量转换设备，它将污泥燃料的化学能，通过燃烧过程，转化成烟气的热能，烟气在通过辐射、对流、导热等基本传热方式，将热能分配交换给工质或排放到大气中。在稳定工况条件下，焚烧系统输入输出的热量是平衡的，即Qf+Maha-Mghg-Mfhf=0。其中，Qf为污泥燃烧放出的热量；ha为废气冷却质量流率；hg为烟气的质量流率；hf为飞灰的质量流率。

2.2 污泥焚烧的影响因素

影响污泥焚烧过程的因素很多，主要因素有污泥的性质、停留时间、燃烧温度、焚烧传递条件、空气过量系数等。

2.2.1 污泥的性质

污泥的性质主要包括污泥的含水率和污泥中挥发分的含量。污泥的含水率直接影响污泥焚烧设备的运行和处理费用，因此应降低污泥的水分。通常情况下，污泥含水率与挥发分含量之比小于3.5，则污泥能够维持自燃，节约燃料，如果挥发分提供的热量不足以维持燃烧，则需补充热能。

2.2.2 焚烧温度

污泥的焚烧温度越高，燃烧速度越快，污泥焚烧的就越完全，焚烧效果也越好。

一般来说，提高焚烧温度不仅有利于污泥的燃烧和干燥，还有利于分解和破坏污泥中的有机物。但过高的焚烧温度不仅增加了燃料消耗量，而且会增加污泥中金属的挥发量及烟气中氮氧化物的数量，引起二次污染。因此，不宜随意确定较高的焚烧温度。

2.2.3 污泥焚烧的停留时间

污泥在焚烧炉内停留时间的长短直接影响焚烧的完善程度，停留时间也是决定炉体容积尺寸的重要依据。为了使污泥在炉内完全燃烧，污泥需要在炉内停留足够的时间。停留时间意味着燃烧烟气在炉内所停留的时间，燃烧烟气在炉内停留的时间的长短决定气态可燃物的完全燃烧程度。

污泥焚烧的气相温度达到800～850℃，高温区的气相停留时间达到2s，可分解污泥中绝大部分的有机物，但污泥中一些来自工业源的耐热分解有机物需在温度为1100℃时，停留时间为2s的条件下才能完全分解。

污泥固相中有机物充分分解的温度和停留时间则与焚烧时的传递条件有极大的关系。污泥颗粒越小，有机物完全分解所需的停留时间越短，如当污泥粒径为毫米级时（如在流化床中），则其停留时间在0.5～2min即可。

2.2.4 污泥焚烧的传递条件

污泥焚烧的传递条件包括污泥颗粒度和气相的湍流混合程度，湍流越充分，传递条件越有利。一般采用50%～100%的过量空气作为焚烧的动力。

2.2.5 过剩空气系数

过剩空气系数（α，%）为实际空气与理论空气的比值。即，α=V/V0，式中，V0为理论空气量；V为实际供应空气量。

过剩空气系数对污泥的燃烧状况有很大的影响，供应适量的过剩空气是有机可燃物完全燃烧的必要条件。合适的过剩空气系数有利于污水污泥与氧气的接触混合，强化污泥的干燥、燃烧。但过剩空气系数过大又有一定的副作用，即会降低炉内燃烧温度，增大燃烧烟气的排放量。

3 直接焚烧与干燥焚烧

污泥焚烧主要分为两类：一类是将脱水污泥直接送入焚烧炉焚烧，即直接焚烧；另一类是先将污泥脱水至较低含水率水平后，再送焚烧炉焚烧，即干燥焚烧。

本文设计焚烧1t/h的污泥，含水率为80%，分别采用直接焚烧和干燥焚烧两种方案，对比其能耗情况。

污泥直接焚烧能量计算数据如下：

污泥干燥过程能量计算数据如下：

直接焚烧与干燥焚烧能源消耗产出对比如下：

由上表可以看出，污泥直接焚烧所需辅助燃料量较大，不建议过高含水率污泥直接焚烧。污泥干燥焚烧虽然干燥过程能量消耗较大，但由于干燥后污泥的热值较高，能量利用价值较高，从而在一定程度上降低污泥焚烧费用。

K.Okazawa和M.Hiraoka指出，干燥焚烧和直接焚烧的处理成本分别为250美元/t和300美元/t干污泥。虽然由于国情不同直接引用这些数据并不能说明问题，但从费用结构分析，干燥焚烧系统虽然增加了一套干燥设备，约占总投资的15%，但却因此省去了直接焚烧所耗的约占总投资35%的辅助燃料费用，故处理成本至少降低20%左右。从以上的能量产耗情况及处理成本的比较分析看，采用干燥焚烧技术，处理成本较脱水泥饼直接焚烧有明显的下降。

4 结论

（1）污泥焚烧优势明显，发展潜力巨大，可以达到污泥减量化、稳定化、无害化和资源化的要求，有望成为污泥处置的主流技术。

（2）污泥直接焚烧是可行的，相比污泥干燥焚烧，所需的辅助燃料量和烟气排放量要大很多，因此污泥焚烧的湿污泥含水率不宜过高。

（3）污泥干燥焚烧由于干燥处理后的低含水率污泥热值较高，能够自持燃料，能源利用价值较高，能耗也较低，是一种节能型污泥处理方式。