摘要：污泥干化是利用熱物理的原理對污泥中的水分進行排除，從而達到干燥污泥、縮小污泥體積、提高污泥熱值的目的。污泥干化所應用的污泥脫水能量主要是熱能。應用自然熱源的干化過程稱為自然干化，使用人工熱源的干化過程稱為人工干化或污泥干燥。本文就污泥干化過程中主要影響因素展開探討。

關鍵詞：污泥；干化；含水率；數值分析

引言

污泥有很多種類,第一大類主要包括工業企業的污泥,如電鍍污泥、印染污泥等。第二大類主要包括市政污泥(也稱為污水處理廠污泥)，如河流、初期雨水、自來水廠污泥及生活污水污泥等。為城市長期穩定發展保駕護航，污水系統需長期穩定運行，然而污水處理過程產生大量的污泥,由于其獨特的物理和化學性質,如不適當的處置,會造成環境的嚴重破壞。

1 我國污泥干化的主要應用方式

1.1 生物干化

污泥生物干化技術是以降低污泥含水率為主要目的，利用微生物好氧發酵產生的熱量增強水分的蒸發，同時加以人工強制通風將污泥中的水分降低的干化技術。干化后的產物質量、體積和含水率等指標降低，便于運輸與后續處理處置，為當前亟待解決的污泥問題提供了一條節能、經濟的發展思路。污泥生物干化研究主要借鑒了污泥好氧堆肥技術和城市生活垃圾生物干化技術，與好氧堆肥相比，兩者的主要區別在于生物干化以降低含水率為主要目的，而好氧堆肥則以有機物穩定和腐熟為主要目的；與城市生活垃圾生物干化相比，污泥的有機質含量、物理化學性質又有別于城市生活垃圾，物料調控和運行方式也有一定區別。影響生物干化的主要因素有：物料性質、溫度、濕度、外源接種菌劑、調理劑、通風策略等，通過過程調控手段對這些因素加以合理控制，可使其達到適宜的環境，最大限度的提高干化效率。

1.2 污泥熱干化技術

污泥熱干化技術是當前最為重要且最常用的污泥干化技術。根據《廣州市城鎮生活污水處理廠污泥處理處置技術路線》的要求，綜合考慮污水廠實際污泥特點，污泥處理工藝采取“預濃縮（含水率99.3%→97%）+調理+深度機械脫水（含水率 97%→80%）+低溫熱干化（含水率 80%→30%-40%）”的分段組合式工藝。低溫熱干化的主要工作原理是污泥經過成型機切條成形均勻分布在網帶上，通過壓縮機添加熱源在污泥中蒸發水份來干化污泥。該污泥干化技術占地面積小，產品使用效果明顯降低。其次,污泥熱干化技術還能夠根據傳熱方法、設備以及烘干設備的方式分為許多不同類型的干化技術,能夠選擇根據污泥的特征以及不同的污泥干化技術的實際成分。但是，在進行實際運用期間仍舊有許多問題。譬如，這項技術的設備投資成本就較高，因此，在生產期間所需要承擔的營運費用也會高一些。并且，設備運行的能耗也非常之高，同時有引發粉塵爆炸的危險。

1.3 太陽能干化

太陽能干化技術是利用太陽能蒸發污泥中的水分，以實現降低污泥含水率，達到有效利用污泥的目的。雖然太陽能干化的干化時間較長，但其能耗較低。機械熱干化過程的能耗（包括電能和熱能）約300-400kWh/tH2O，而太陽能干化過程的電耗不到100kWh/tH2O，熱能可全部或大部分由太陽能提供，因此太陽能干化是污泥干化的一個低能耗路線，但太陽能干化系統適合太陽能輻射強度常年較大且土地資源充足的地區。太陽能干化床具有節能、充分利用可再生能源、設備制造工藝相對成熟、技術要求相較較低、便于大規模推廣使用、易于建設等優點。但太陽能干化床主要依靠蒸發，其負荷比砂干化床低，因此太陽能干化床效率低，干化時間長，從而導致占地面積大，同時易造成污泥內部的厭氧消化，產生惡臭氣體。另外，太陽能干化床易受天氣條件（如當地的降雨量、蒸發量、相對濕度、風速和年冰凍期）的影響，從而導致系統運行不穩定，因此大部分太陽能干化床都建在蒸發比較旺盛的南部或東南部地區。

2 模型描述

污泥經過成型機平鋪在污泥干化設備履帶表面，高溫氣體從一端流入，在流動過程中與濕污泥進行熱量傳遞，污泥溫度升高，污泥水分蒸發后隨高溫氣體進入冷凝器，變為冷凝器排出。本模型將污泥簡化成具有一定孔隙結構的多孔介質，污泥中水分填充在多孔介質的孔隙結構中。

3 污泥生物干化技術的研究方向

總的來說，作為污泥干化來說，就是一種凈能量消耗的過程，因此在進行干化期間對能量消耗進行探究是非常有必要的。污泥干化現階段國內外的熱干化,盡管進行了優化熱源,將流程步驟進行了簡化,優化了相關操作參數,如減少能源消耗的方法,但由于使用過程本身的技術缺陷,加上熱源決定了熱干化能耗不能減少到一個理想的值。使用微生物需氧發酵生產熱蒸發水分干化過程,由于污泥充分利用生物質本身,除了微生物發酵強制通風所需的,沒有額外需要加熱源,因此是一種經濟和節能干化技術。在倡導可持續發展和化石能源的概念的今天，生物干枯的生物處理方法越來越多地應用于動物糞便的生物干化以及生活垃圾脫水處理中。常州市生物干化試驗得出，適當降低發酵基質含水率，能夠將基質物理條件進行改善，并有效提高脫水速度。

4 結果分析

主要分析了不同的風速u、不同氣體溫度Tair以及不同污泥高度h對污泥干化的影響。污泥干化過程分為恒速干化和降速干化2個階段，這是因為污泥中水分主要分為自由水和結合水，在干化的前期階段主要是自由水受熱蒸發。隨著自由水的逐漸減少，逐漸進入降速干化階段，這是因為結合水污泥多孔結構毛細現象的存在，需要克服毛細力的影響才能將結合水蒸發出去，導致蒸發速率降低。

（1）高溫氣體不同速度對污泥干化的影響。在污泥高度h為5mm、氣體溫度為50℃時，隨著氣體速度的增加，污泥恒速干燥速率緩慢增加，污泥干化所需要的時間也逐漸減少，在速度為1m/s時，污泥完全干化所需時間約400min；在速度為2m/s時，污泥完全干化所需時間約300min。隨著高溫氣體速度的提高，污泥干化過程中恒速干化的速率的也逐漸增大，污泥干化時間也逐漸縮短。

（2）不同氣體溫度對污泥干化的影響。在污泥厚度h為5mm，氣體速度u為1m/s時，隨著進氣溫度的提高，污泥恒速干燥速率逐漸增加，污泥干化所需要的時間逐漸縮短。在溫度為50℃時，污泥完全干化所需時間為400min左右，進氣溫度100℃時，污泥干化所需時間為180min左右，且隨著溫度的升高，恒速干燥速率呈現明顯增加的趨勢。但是，隨著溫度的提升，污泥干化的強化效果有減緩趨勢。

5 污泥太陽能干化技術的未來發展

關于污泥太陽的技術缺陷，污泥太陽能技術將是未來優化污泥加熱系統設備的主要方向，并且太陽也把供熱系統的面積得到了有效降低，無形中就降低了成本，使用了太陽能技術，能夠不斷加強設備的蓄熱能力，這樣就能夠提高污泥的太陽能穩定性，有效提高太陽能的回收效率，可以有效地保證污泥系統的連續運行。

結語

污泥干化過程中，氣體速度、溫度以及污泥鋪層厚度對污泥干化過程中都具有明顯的影響。隨著氣體速度、溫度的增加，能夠強化污泥干化的效果，但是強化效應逐漸降低；污泥鋪層厚度的降低也能有效減少干化時間，且隨著污泥厚度降低強化效果也逐漸提高。在氣體速度滿足要求時，提高氣體溫度、減少污泥鋪層厚度所達到的干化效果更為明顯。

參考文獻

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