1、污泥干燥技术污泥干燥技术金宜英金宜英清华大学环境科学与工程系清华大学环境科学与工程系内内容容 概述概述 干燥原理及过程干燥原理及过程 污泥干燥设备及工作原理污泥干燥设备及工作原理 污泥干燥的技术要点及要求污泥干燥的技术要点及要求 典型污泥热干燥工艺技术典型污泥热干燥工艺技术概概述述 污泥处理与处置的问题污泥处理与处置的问题 目前我国生活污水处理厂每年排放的污泥目前我国生活污水处理厂每年排放的污泥量（干重）约为量（干重）约为130万吨，而且年增长率大万吨，而且年增长率大于于10。 伴随我国城市污水处理率迅速提高，污泥伴随我国城市污水处理率迅速提高，污泥产生量将不可避免地相应增长，消纳问题产生量将
2、不可避免地相应增长，消纳问题日益突出，急待解决。日益突出，急待解决。污水污泥的特点污水污泥的特点及传统处理处置处置方式及传统处理处置处置方式污泥含水率高有机物高N、 P、 K高易腐败、恶臭特点 特性体积庞大环境污染严重干基热值高可作肥料处置农业用途花园用途焚烧建材化堆肥填埋含水率高、体积庞大、性质复杂、难以处理存在问题存在问题欧洲禁止污泥填埋欧洲通过立法禁止填埋瑞士 2000荷兰 2000奥地利 2004德国 2005中国 . 垃圾填埋场拒绝接纳污泥； 国家标准将规定污泥含水率降到 50方能进填埋场； 污泥的利用（制建材、堆肥）不经济 焚烧太贵 农用：农用： 浓缩污泥含水率太高浓缩污泥含水率太
3、高 (一般为一般为 92%96% ) , 造成运输困难、运输量大造成运输困难、运输量大 脱水泥饼：分散困难需借助机械设脱水泥饼：分散困难需借助机械设备支持田间操作备支持田间操作 , 使该技术在实际使该技术在实际应用中存在较多的困难。应用中存在较多的困难。 填埋：填埋： 脱水泥饼含水率较高脱水泥饼含水率较高 (一般为一般为 70%85% ) , 土力学性质差土力学性质差 , 需混入大需混入大量泥土量泥土 , 从而导致土地的容积利用从而导致土地的容积利用系数明显降低。系数明显降低。 焚烧：焚烧： 脱水泥饼直接焚烧脱水泥饼直接焚烧 , 因其含固率低因其含固率低不能维持过程的自燃进行不能维持过程的自燃
4、进行 , 需加入需加入辅助燃料辅助燃料 , 使处理成本明显增加使处理成本明显增加 , 难以承受。难以承受。 制建材：制建材： 脱水污泥制建材掺入量小，热耗脱水污泥制建材掺入量小，热耗高，不经济。高，不经济。中国污泥出路？出出路路 综合分析上述污泥处理与处置技术系统在实际应用中所综合分析上述污泥处理与处置技术系统在实际应用中所遇到的困难遇到的困难, 不难看出污泥的含水率是关键的影响因素 。不难看出污泥的含水率是关键的影响因素 。 因此因此 , 降低污泥含水率是解决目前在污泥处理所遇到问降低污泥含水率是解决目前在污泥处理所遇到问题的关键。题的关键。 国内外应用实践表明国内外应用实践表明 , 经传统
5、的浓缩和脱水工艺处理之经传统的浓缩和脱水工艺处理之后后, 污泥的含水率不可能达到污泥的含水率不可能达到60% 以下；以下； 经济的机械脱水泥饼含水率为经济的机械脱水泥饼含水率为75% 左右；左右； 要达到对污泥的深度脱水要达到对污泥的深度脱水,比较经济的方法是引入化比较经济的方法是引入化工操作中常用的热干燥技技术。工操作中常用的热干燥技技术。污泥干燥可有效减少其体积污泥干燥可有效减少其体积1000 m 污泥 /d 150 m/d 50m/dDS= 3.0% DS=20% DS=92%体积减少： 60%体积减少： 85%脱水 干燥总的体积减少: 95%污泥干燥对填埋处置的好处污泥干燥对填埋处置的
6、好处 节约占用土地面积 减少土地填埋费用 减少运输费用 减少处置费用机械脱水部分干燥完全干燥污泥浓缩随含水率降低随含水率降低, 污泥性状朝有污泥性状朝有利于处理方向转化利于处理方向转化 污泥经热干燥处理后污泥经热干燥处理后 , 处理特性得到改善处理特性得到改善 , 利利用价值提高用价值提高, 为其后续处理创造了良好条件为其后续处理创造了良好条件。(1) 植物养分以 N + P+ K 的含量表示脆性颗粒弹性颗粒膏体浆状黏性流体流动特性4. 52. 51. 25 0. 5 0. 25 植物养分 (% ) 12. 96. 06 1. 78 热值 (M J/kg) 10 50 75 90 95 含水率
7、 (% ) 污泥含水率与污泥性状变化的关系(1)污泥转干燥后变为有价值产品污泥转干燥后变为有价值产品脱水污泥Sludge Drying转换过程干化颗粒 20 - 35% DS 粘性 热值 90%DS农业 水泥厂共处置污泥焚烧 燃媒电厂共焚烧垃圾焚烧厂共焚烧污泥干燥的要求污泥干燥的要求 减量化- 干化可以使污泥大幅度缩减体积和质量。便于运输和处置。 稳定化- 污泥进行了巴氏消毒，完全消除了病原体，干燥污泥性状安全卫生。 资源化- 干燥后的污泥颗粒可作为肥料、土壤改良剂、燃料或建材化原材料等。内内容容 概述概述 干燥原理及过程干燥原理及过程 污泥干燥设备及工作原理污泥干燥设备及工作原理 污泥干燥的
8、技术要点及要求污泥干燥的技术要点及要求 典型污泥热干燥工艺技术典型污泥热干燥工艺技术干燥原理及过程干燥原理及过程 干燥通常指利用热能使物料中的湿份汽干燥通常指利用热能使物料中的湿份汽化，并将产生的蒸汽排除的过程。化，并将产生的蒸汽排除的过程。 干燥的本质为被除去的湿份从固相转移干燥的本质为被除去的湿份从固相转移到气相，固相为被干燥的物料，气相为到气相，固相为被干燥的物料，气相为干燥介质。干燥介质。干燥原理及过程干燥原理及过程污泥中水分存在形态污泥中水分存在形态蒸发过程： 干燥过程的起始阶段，物料表面的水分汽化，水分从物料表面移入介质。即图中的自由水分蒸发阶段。扩散过程： 当物料表面水分被蒸发掉
9、，形成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。水分的扩散速度随着污泥颗粒的干燥度增加而不断降低。干固体结合水份表面水份间隙水份自由水份时间 开始样品重量蒸发速率污泥热干燥机理污泥热干燥机理污泥水分去除经历主要过程污泥水分去除经历主要过程不同阶段去除的水分不同阶段去除的水分 自由水分自由水分 ：蒸发速率恒定时去除的水分。：蒸发速率恒定时去除的水分。 间隙水分间隙水分 ：蒸发速率第一次下降时期所去除的水：蒸发速率第一次下降时期所去除的水分。分。通常指存在于泥饼颗粒间的毛通常指存在于泥饼颗粒间的毛细管中的水分。细管中的水分。 表面水分表面水分 ：蒸发速率第二次下
10、降时期所去除的水：蒸发速率第二次下降时期所去除的水分。通常指吸附或黏附于固体表面的分。通常指吸附或黏附于固体表面的水分。水分。 结合水分结合水分 ：在该干燥过程中不能被去除的水分。：在该干燥过程中不能被去除的水分。这部分水一般以化学力与固体颗粒相这部分水一般以化学力与固体颗粒相结合。结合。内内容容 概述概述 干燥原理及过程干燥原理及过程 污泥干燥设备及工作原理污泥干燥设备及工作原理 污泥干燥的技术要点及要求污泥干燥的技术要点及要求 典型污泥热干燥工艺技术典型污泥热干燥工艺技术污泥干燥设备及其工作原理污泥干燥设备及其工作原理 热干燥处理技术由其它工业领域引入污泥处理中的时间热干燥处理技术由其它工
11、业领域引入污泥处理中的时间不长不长, 发展还不够成熟发展还不够成熟, 但近年来的研究和实际应用均显但近年来的研究和实际应用均显示了该技术在污泥中良好的应用前景。示了该技术在污泥中良好的应用前景。 干燥技术应用广泛，过程复杂、研究不充分、了解最浅干燥技术应用广泛，过程复杂、研究不充分、了解最浅的技术之一，用数学描述在固体介质中同时发生的热量 、的技术之一，用数学描述在固体介质中同时发生的热量 、质量和动量的传递现象存在困难。质量和动量的传递现象存在困难。 A.S.Mujumdar：干燥是科学、技术和艺术的一种混和：干燥是科学、技术和艺术的一种混和物，至少在可以预见的将来，干燥大概仍然如此。物，至
12、少在可以预见的将来，干燥大概仍然如此。 因此大多数干燥装备的设计仍然依赖于小规模试验及实因此大多数干燥装备的设计仍然依赖于小规模试验及实际操作经验。际操作经验。加热方式直接加热（利用燃烧烟气）间接加热（燃烧烟气加热热介质）加热方式加热方式污泥干燥设备及其工作原理污泥干燥设备及其工作原理干燥设备分类干燥设备分类 根据热介质与污泥的接触方式,可分为三种类型:直接加热干化设备 直接干化的实质是对流干燥技术的运用,即将燃烧室产生的热气与污泥直接进行接触混合,使污泥得以加热,水分得以蒸发并最终得到干污泥产品。间接加热干化设备 间接干燥实质上就是传导干燥,即将燃烧炉产生的热气通过蒸气、热油介质传递,加热器
13、壁,从而使器壁另一侧的湿污泥受热、水分蒸发而加以去除。直接-间接加热联合干化设备 直接 间接联合式干燥系统则是对流 传导技术的整合。污泥干燥设备及其工作原理污泥干燥设备及其工作原理直接热干燥技术和设备直接热干燥技术和设备 直接热干燥技术又称对流热干燥技术。 在操作过程中, 热介质(热空气, 燃气或蒸汽等) 与污泥直接接触并低速流过污泥层, 吸收污泥中的水分。 排出废气一部分通过热量回收系统回到原系统中再用, 剩余部分至废气处理系统。 热效率及蒸发速率较高, 可使污泥的含固率从25% 提高至85%95%。 由于与污泥直接接触, 热介质将受到污染, 排出的废水和水蒸气须经过无害化处理后才能排放。
14、处理后干污泥需与热介质分离, 给操作管理带来一定麻烦。 污泥干化常用设备： 闪蒸式干燥器 转筒式干燥器 带式干燥器直接热干燥技术和设备直接热干燥技术和设备旋转闪蒸干燥机旋转闪蒸干燥机 闪蒸式干燥器的工作原理是 : 将湿污泥与干燥后回流的部分干污泥混合后形成的混合物 (含固率达 50 %60 %) 与受热气体 (来自燃烧炉 ,温度高达 704 ) 同时输入闪蒸式干燥器 , 污泥在干燥器中高速转动的笼式研磨机搅动下与流速为 20 30 m/s 的高热气体进行数秒钟的接触传热 ,污泥中的水气迅速得到蒸发 ,使其含水率降至 8 % 10 %。然后再经旋风式分离机作用将气固分离开来 ,得到干污泥产品。
15、干污泥一部分回流并与湿污泥混合 ,其余部分则输出作后续处理和处置。旋转闪蒸干燥机旋转闪蒸干燥机污泥干燥工艺及特点污泥干燥工艺及特点1. 热对流传热方式，热效率高。2. 机械破碎破坏污泥颗粒，提高热效率。3. 气路的闭路循环以降低干燥介质的氧气含量，安全性较高。4. 对污泥初始含水率适应性广。不需要污泥反混。5. 不能进行半干化。气体量大，热载气的反复洗涤、加热导致热损失。特点：特点：污泥干燥工艺污泥干燥工艺直接干燥技术和设备直接干燥技术和设备转筒式干燥器转筒式干燥器 传统的滚筒干燥机内设置旋料板、举式抄料板、阻料圈、蒸汽管传统的滚筒干燥机内设置旋料板、举式抄料板、阻料圈、蒸汽管等，外置多种震锤
16、，以燃烧炉产生的烟道气为干燥介质。等，外置多种震锤，以燃烧炉产生的烟道气为干燥介质。 该装置适应性强，易工业化，但生产设备庞大，占地面积大，干燥该装置适应性强，易工业化，但生产设备庞大，占地面积大，干燥时间长。时间长。 当含水率高于当含水率高于 60时污泥容易粘壁时污泥容易粘壁直接干燥技术和设备直接干燥技术和设备带式干燥机带式干燥机 干燥过程是在不锈钢丝运载污泥缓慢转运过程中，热空气从钢丝网下方经网眼向上通过，使污泥与热气发生接触传热，从而将污泥中水气蒸发带出。 在具体操作过程中，污泥往往由污泥积压机挤压成条状（蠕虫状），这样将有利于气泥接触面积，提高污泥水分的蒸发效率。原理构造流程污泥干燥设
17、备及其工作原理污泥干燥设备及其工作原理间接热干燥技术和设备间接热干燥技术和设备 间接热干燥技术又称热传导干燥技术。 在操作过程中, 热介质并不直接与污泥相触, 而是通过热交换器将热传递给湿污泥, 使污泥中的水分得以蒸发。 加热介质不仅仅限于气体, 也可用 热油等液体, 同时热介质也不会受到污泥的污染, 省却了后续的热介质与干污泥分离的过程。过程中蒸发的水分到冷凝器中加以冷凝。热介质的一部分回到原系统中再用, 以节约能源。 该技术的热效率及蒸发速率均不如直接热干燥技术 主要设备类型： 薄膜热干燥器, 圆盘式热干燥器。间接加热干燥间接加热干燥转盘式干燥器转盘式干燥器湿污泥(脱水泥饼) 以薄层状,顺
18、序流经加热壁方式干燥的圆盘式干燥器应用较广泛。脱水污泥在预升温至指定壁温的电加热板上成型(厚度控制,平铺) ,关闭干燥室,开始向干燥室供风。间接加热干燥间接加热干燥转盘式干燥机工艺及特点转盘式干燥机工艺及特点特点：1. 不需要介质气体或载气量小，因此气体产量少，冷凝水量少，后续处理费用低。2. 气体流动性小，干燥过程氧气浓度很低，安全性高。3. 不需要污泥反混，减少热损失。对污泥初始含水率适应性较高。4. 可同时实现半干化和全干化。5. 热传导传热方式，对于含水率低于50%的干燥过程干燥效率低，热损失大。6. 存在运动部件，维修费用较高。污泥干燥工艺污泥干燥工艺间接加热干燥间接加热干燥Andritz 水平圆盘干燥系统水平圆盘干燥系统燃烧空气燃料炉水平圆筒干燥机排气燃烧机再循环空气热干燥空气(惰性 )环空气循
