
国内外经过几十年的发展,已经形成了较为完善的污泥干燥脱水技术。主要脱水技术可以分为非蒸发式脱水技术和蒸发式脱水技术,非蒸发式脱水技术是将污泥中的水分以液态的形式进行脱除,不需要经过相变过程。蒸发式脱水技术是将污泥中的水分以水蒸汽的形式进行脱除,水分经过相变,需要克服由液态转换为气态的相变能。蒸发式脱水技术又可分为直接式脱水技术和间接式脱水技术,两者的区别为干燥热源是否与污泥进行接触。与污泥接触成为直接式干燥技术,不与污泥接触的称为间接式干燥技术。下面着重对每种技术做介绍。
1 非蒸发式脱水技术
1.1 离心脱水
离心脱水是利用离心力代替重力和压力进行污泥脱水的操作,其主要适用于黏度小、沉降速度较大、浓度较高的悬浊液及泥浆的分离和洗涤。其基本原理是以过滤介质两面的压力差作为推动力,固体介质被截留在过滤介质上,形成滤饼。而污泥中的水分被通过过滤介质,形成滤液。其主要优点是基建投资少,占地小,设备结构紧凑;同时其处理能力大且效果较好;并且其自动化程度高,操作简便、卫生。相应的存在一定缺点,主要为目前国内多采用进口离心机,价格昂贵。并且其电力消耗大,具有一定的磨损等。
主要的离心机形式有卧螺式离心机、碟片式离心机和叠螺脱水机。
1.2 板框压滤脱水机
板框压滤的基本原理是在密闭状态下,经过高压泵打入的污泥经过板框式脱水机中的板框挤压,操作压力一般为0.3~1.6MPa,特殊的可以达到3MPa或者更高,从而使其中的水分通过滤布排除。
其主要优点为过滤面积选择范围灵活,同时单位占地面积较少,过滤推动力大。同时滤饼厚度调节灵活、均一。并且其对物料的适应性强,适用于各种污泥。但是其缺点也同样突出,主要为占地面积大、不能连续运行、处理量小易堵塞,并且存在二次污染导致工作环境差。针对板框压滤机,国内外进行了一系列的优化,使其性能得到较大的提升。主要其自动化程度大幅提高,并且泥饼含水率大幅降低,使得其在国内的应用市场越来越广泛。
1.3 叠螺压榨脱水
叠螺压榨脱水技术的基本原理是向圆锥状螺旋轴与圆筒形的外筒形成的滤室里压入污泥,利用螺旋轴上螺旋齿叶从污泥入口向污泥出口传送,在沿着泥饼出口方向容积逐渐变小的滤室内使脱水压力连续上升,从而实现对污泥的压榨脱水。
其主要优点是其能耗和运行成本比其他污泥脱水机型低,同时因为其采用不锈钢筛网而非滤布,从而不易堵塞,更换周期长,易于维护。此外,其结构简单,占地面积小,可连续运行,噪声小,无臭味外泄等,被广泛应用于食品和养殖行业。但是污泥处置领域属于新兴行业,尚未有足够较大的工程应用实例,从而其应用效果还有待进一步考证。
2 蒸发式脱水技术
2.1 卧式圆盘干燥
卧式圆盘干燥机主要由定子、转子、驱动装置、转轴等组成。转子和转轴是中空的,其中可通入蒸汽或者导热油作为污泥干燥的热源,并且其在转动过程中,实现将污泥从进料口输送到出料口。同时在载气口通入适量空气,将干燥过程中脱除的水蒸气带走。
其主要优点是污泥与热源不相互接触,从而保证了热源可以无须做任何处置而进行循环使用。同时因为其所需要的载气量小,进行简单分离后将冷凝水排出进行污水处置,不凝气体进入焚烧炉进行焚烧处置。但是其缺点也较为明显,主要是受制于当前材料性质,导致干燥机的单台处置能力有一定限制。同时在干燥机尾部,由于国内污泥含沙量高,造成大面积的磨损问题,需要定期更换转子,否则存在磨穿导致事故的情况。
2.2 桨叶式干燥
桨叶式污泥脱水技术与卧式圆盘脱水机原理相似,都是由定子、转子、驱动装置和转轴等组成。干燥热源同样是流经中空桨叶的蒸汽或者导热油。其优点是,由于桨叶叶片之间相互挤压,可以将对方粘结在桨叶壁面上的污泥刮下来,从而达到更新换热面的作用,加速污泥的脱水干燥。其缺点也较为明显,由于桨叶之间的相互挤压,造成叶片的磨损严重,整个叶片需要进行价格昂贵的碳化物喷涂以保证其使用寿命。
2.3 薄层干燥
薄层干燥机的主体构造为一个卧式的圆柱状干燥机。在圆柱状干燥机内,设置有与之同轴的转子,并在转子的不同位置上配备有不同曲线的桨叶。在处理器外电机的驱动下,转子带动桨叶快速旋转,从而形成高速的涡流。湿泥通过定量上料装置与经过加热的工艺气体在同侧进入卧式的圆柱状干燥机,污泥在高速涡流的作用下,通过离心作用在处理器的内壁上形成以一定速率从处理器的进料端向出料端做环形螺旋移动的污泥薄层。
其主要优点是成功利用了热传导和热对流的原理,即换热过程一部分是通过与物料的有接触的工艺气体实现,而大部分是通过位于干燥机夹套内的热介质加热金属壁而形成的热传导来实现的。主要缺点是,设备整体造价高,并且由于对材料及工艺的要求极高,当前仍未实现国产化,完全依靠进口。
2.4 带式干燥
带式干燥机由若干个独立的单元段组成,每个单元段均包括加热装置、循环风机、单独或者共用的新鲜空气补充系统和尾气排出系统。其可对透气性较好的片状、条状、颗粒状和部分膏状物料进行干燥,尤其适合含水量高、有热敏性的材料。
其主要优点为干燥效率高、蒸发强度高、产品质量好,可用于大规模干燥生产,已在工业上得到广泛应用。缺点是占地面积较大,由于整体处在正压运行,易造成厂房环境的污染。
2.5 流化床干燥
流化床干燥是利用随着其底部气流速度的增加,在布风板上的污泥处在流化状态。流化气体同时还有给污泥提供干燥热源的作用。其主要优点是由于在整个过程中污泥始终处于流化状态,气固颗粒混合好,与热源之间的换热系数大,换热效率高。但是其主要缺点为当污泥颗粒度分布宽时,挟带严重,同时当颗粒温度较大时容易形成结块或团聚。根据不同工业状况的需求,形成了多种流化床的形式。主要有单层圆筒流化床干燥机、多层流化床干燥机、卧式多室流化床干燥机、喷动床干燥机、振动流化床干燥机等。
2.6 转鼓干燥
转鼓干燥机的基本原理是在干燥过程中,转鼓内通入加热介质,通过转鼓的转动,物料缓慢地向出口方向移动,在移动过程中,物料与加热介质直接接触,去除物料中的水分,达到所要求的含水率。其主要优点是生产能力大,可进行连续操作;结构相对简单,操作方便;故障少,并且维修费用低;同时内部容易清理。其缺点也相对突出,热容小,热效率低;因为热介质与污泥直接接触,其中挟带的粉尘含量高,后期处置成本偏高;并且由于系统是正压运行,整个干燥机厂房环境很难保证。
3 总结
随着 对环保要求的不断提高,各地政府越来越重视对各种废弃物的处置。在此背景之下,处置不规范的污泥存在着巨大的存量市场。想要后期对污泥进行更好的处置,前端的干化显得尤为重要。本文主要介绍了市场上几种比较典型的污泥干化方式,每种方式均有自身独特的性质。比较可以发现:当水分以液态形式进行脱除时,由于不经过相变,可以节约大量的热量。但是其存在脱水下限,有时无法满足工业应用要求。当水分以气态进行脱除时,因为经过相变过程,需要克服汽化潜热,从而需要消耗大量的热量,但其可以根据实际需求,灵活的控制污泥干化后的含水率,方便后期处置。项目可以根据实际需求,选择适合自身的污泥干燥脱水方式。