污泥热干化在美国的应用

杨小文， 杜英豪(深圳市排水管理处，广东深圳518030)

　　中图分类号：X703
　　文献标识码：D
　　文章编号： 1000-4602(2002)01-0090-03

　　热干化使污泥减容，且干化后污泥的臭味、病原物、粘度、不稳定等负面特性得到显著改善而具有多种用途，如用作肥料、土壤改良剂、替代能源或是转变成油、气后再进一步提炼化工产品等。热干化成为污泥处理、处置重要的“第一步”。
　　在美国东岸和西岸的污泥处理情况不尽相同。西岸的闲置土地较多，填埋的成本较低，污泥填埋处置的比例仍较高；东岸则由于填埋成本非常高，且污泥无法就近农田利用，所以人们为了生产出适合市场销售的污泥产品选择了热干化。污水处理厂将污泥热干化制成颗粒肥，既可装袋出售也可运往佛罗里达州的肥料厂和柑橘园。随着传统肥料市场对污泥肥的逐渐认同和相关产销条例的出台，热干化作为污泥处理利用的手段日益受到欢迎。

1 热干化的应用

　　污泥热干化设备在北美的应用情况见图1［1］。

　　污泥热干化在美国的迅速发展始于20世纪90年代，且污泥热干化设备的使用基本集中于美国的东岸地区。热干化设备仅用于生产干固体，无论其最终出路是填埋还是市场销售，那些用于降低污泥含水率、最终污泥被焚烧的设备并未包括在内。

2 热干化技术的进展^［2］

　　虽然污泥热干化早于20世纪40年代已有应用，但真正成熟地大规模应用于市政污泥处置是在90年代，在此之前多数的干化设备是为处理工业污泥设计的。相对于工业污泥而言，市政污泥中的水分较难蒸发，污泥易粘结，在干化过程中存在粘结相，湿污泥不稳定、储存时易消化产生沼气，干污泥和粉尘可燃、给生产和储存带来自燃和爆炸等安全隐患。经过10年的不断改进，其设备性能也逐步得到完善。
2.1 直接加热干燥技术
　　在1995年以前投入使用的18套设备中，有9套采用直接加热转鼓式干燥工艺，其中主要是由E nviro—Grop研发的ESP工艺。ESP工艺的设备包括一个3通道式转鼓干燥器、燃气热风炉和干泥返混系统(包括筛网和粉碎机用于筛分和粉碎大颗粒，并将粉尘送回进料口与脱水污泥混合)。在返混过程中干污泥颗粒起着“晶核”的作用，湿污泥包裹在干泥颗粒外面形成大颗粒，并将进料的含水率降到30%～40%，直接克服了污泥的粘结。由于只是外层的湿泥需要干燥，所以污泥的干燥性能得到改善，可得到稳定的球形颗粒产品。
　　ESP工艺将热风导入转鼓，蒸发污泥中的水分并带走干颗粒。由于ESP系统的热风量大，尾气热氧化除臭处理的费用使污泥干化费用增加，这使人们逐渐将兴趣转向间接加热系统，后者的风量只需能把水蒸气带出干燥器即可，因而尾气量要小得多。该时期的18套设备中有6套间接加热系统，其中只有1套(Baltimore Back River 的Seghers干燥设备)带有干料返混系统，其余5套在实际运行中都遇到了由于污泥的粘结导致干燥器内部磨损严重和难以生产出颗粒产品的问题，有3套不久就停产了。
2.2 尾气循环技术
　　1995年—1999年使用的17套设备中有8套为直接加热转鼓式干燥器，其中有5套采用了气体循 环再用技术(由Andritz公司和Swiss Combi公司引入美国)，另外3套采用了专利设计的转鼓 ，可增加干泥中的营养成分(BER工艺)。尽管BER工艺的经济可行性尚待论证，但以上这些技术都强有力地促进了热干化技术的发展。
　　气体循环技术是将80%～85%的尾气送回热风炉，其余的经再生热氧化器(RTO)处理后排放。新鲜空气和回用气流首先通过冷凝器(热气流被冷却而新鲜空气被预热)，再经过水洗塔除去 其中的水蒸气、粉尘和可冷凝的挥发性物质后返回热风炉，这样尾气量就大大减少了。气体循环回用的另一个好处是使转鼓中的氧气含量保持在10%以下，这是一个非常重要的安全参数。由于该技术的引入，原先间接加热系统尾气处理量少的技术优势被大大削弱了。早期的ESP设备也进行了技术改造，加装了气体循环装置。
　　该时期同样值得注意的是适用于中小型污水处理厂的间接加热回转设备进入美国市场，另外还有两种将机械脱水和热干化连成一体的技术，它们是由Dry Vac Enviromental andTWI开发的真空过滤带式干燥系统和Humboldt开发的离心脱水干燥系统。
2.3 蒸气为热源技术
　　该时期值得注意的是以蒸气为热源的4套流化床干燥设备。由于4套流化床都带有干料返混系统，所以其产品的性状与转鼓式干燥器是相似的。该时期的11套设备中仍有4套为转鼓式干燥器，由此看来该技术仍将继续扮演重要角色，同时它也在向设备精、处理量大的方向发展。在美国Jacksonvill FL的新项目中计划安装产生蒸气能力达7m³/h的直接加热式转鼓DDS70，这将比美国现有最大干燥设备的处理能力还要大1/4。
　　位于Shamokin PA的由Weston公司开发的Kvaemer干燥设备也值得关注，因为它将是第一套带有干料返混系统的间接加热式美国设备。干料返混系统已能成功生产出可以包装上市销售的生物固体产品。在不远的将来，预计将有越来越多的干燥设备(包括间接加热式)，会采用干料返混系统来改善最终产品的性状。

3 干化污泥的土地利用

　　在污泥处置中土地利用很有潜力。1993年美国环保署制订了USEPA—503条例，规范了污泥的土地利用(见表1)。该条例除限制了农用污泥中有害重金属的含量外，还将污泥分成要求严格的A级和较宽松的B级。 表1 美国对农用污泥中重金属含量的限制 ^［3］ 重金属 B级(mg/kg) A级(mg/kg) 施 用量［kg/(hm²·a)］ 土壤(mg/kg) As 75 41 2.0 　 Cd 89 39 1.95 1～3 Cr3 3000 1200 150 　 Cu4 4300 1500 75 50～140 Pb 840 300 15 50～300 Hg 57 17 0.85 1～1.5 Mo 75 75 　 　 Ni 420 420 21 30～75 Se 100 36 5 　 Zn 7500 2800 140 150～300

　　USEPA—503中还对应用B级污泥的作物收成时间作了相应的规定，A级污泥则无此限制，而且可施用于花园、草地。
　　在美国污泥干化后基本都作土地利用，现在有10%的耕地在施用污泥肥^［4］。各地区根据市场的需求选择干化工艺，因为不同干化工艺的产品性状不同，不含干料返混系统的间 接加热设备生产的产品多为粉末或片状，适合于土壤改良或供肥料厂作生产复合肥的基质添加剂；带有干料返混的间接加热和多数直接加热设备则直接生产出1～4 mm粒径的颗粒，非常适合作撒播机施肥，也可袋装销售。由于污泥干化后在化学质量、微生物学质量、美学质量、农业价值、商品化和可接收程度等方面都有极大改善，所以产品满足A级标准，可作为一种优质缓释肥用于耕地、草坪、花卉、苗圃、高尔夫球场、柑橘种植等。表2为南卡罗来纳州Sumter City 热干化项目的实际运作费用。
　　从表2可知，生产成本(125美元/kt)折合到含水率为85%的湿污泥处理成本为19美元/kt，而如果湿污泥直接填埋的话，则湿泥的填埋费用就需要852880美元/a，显然干化处理的成本要低得多，而且可以变废为宝。即使污泥干化后农用并不能实现赢利，污水处理厂还是愿意应用热干化来处理污泥，这也是热干化得以在美国迅速发展的原因之一。 表2 Sumter City的污泥热干化费用 美元/a 费用 金额 运行和维护费用 408 828 设备款的还本付息 589 197 污泥倾倒费用 127 932 颗粒肥的销售收入 196 630 净支出 673 462 注： 生产成本为125 美元/kt。

4 结语

　　将污泥干化处理后土地利用已经逐渐成为美国污泥处理、处置的重要途径。由于污泥填埋越来越受到土地和费用的限制，美国现有的大部分填埋场将在未来的数年内关闭，因此可以预见污泥热干化在美国的应用将更加普及。

参考文献：

　　［1］ Oliver Pollet,Bart Adams.Safety in industry sludge drying plants —theo ry and be st practice［A］.Proceedings 5th European Biosolids and Organic Reciduals Conference［C］.Wakefield:［出版社不详］.2000.
　　［2］ Gary F Shimp,James M Rowan,J Scott Carr.Continued emergence of heat drying:a tec hnology update［A］.Proceedings 14th Annual WEF Residuals and Biosolids Ma nagement Conference［C］.USA:［出版社不详］.2000.
　　［3］ Peter Matthews,Pelican Portfolio，Monsal.污泥利用条例的制定［A］.有机废弃物管理 与利用国际学术研讨会论文集［C］.南京：［出版社不详］.2000.
　　［4］ Trevor Bridle,Stefan Skrypski-mantele.Assessment of sludge reuse options:A life -cycle approach［A］.Proceedings IAWQ/AWWA Sludge Management Conference［C］.Au stralia：［出版社不详］.1999.

　　电　　话：(0755)2050140
　　收稿日期：2001-11-06