歐洲污泥干化技術(shù)現(xiàn)狀和對(duì)比

1、歐洲污泥干化技術(shù)現(xiàn)狀和對(duì)比    摘要：歐洲污泥干化技術(shù)的現(xiàn)狀與比較“一種節(jié)能新工藝以蒸汽為載氣的渦輪薄層干化”。 關(guān)鍵詞：污泥干化 現(xiàn)狀 比較   1.歐盟各國在污泥處置方面的政策準(zhǔn)備 1.1.立法 歐盟早在1982年就對(duì)污泥的最終處置制訂了指導(dǎo)性政策。其核心內(nèi)容為兩個(gè)： 逐步禁止向地表水系統(tǒng)排放污泥； 鼓勵(lì)污泥用于農(nóng)業(yè)，但必須遵循嚴(yán)格的使用規(guī)則并實(shí)施監(jiān)測(cè)、跟蹤； 各成員國相繼按照歐盟的指導(dǎo)性政策制訂了本國的法律與法規(guī)。以意大利為例，污泥被作為固體廢物的一種（特殊垃圾），按照法律的規(guī)定，由垃圾的制造者和所有者負(fù)責(zé)妥善處置，即污水處理廠。其處置

2、費(fèi)用以規(guī)定的污水處理費(fèi)（含排水管網(wǎng)和污水處理廠）形式單獨(dú)收取。 一些國家的污水處理費(fèi)已經(jīng)高于自來水費(fèi)，特別是大城市。 1.2.政策的執(zhí)行和監(jiān)督 2000年歐共體內(nèi)的污水處理廠大約產(chǎn)生有790萬噸(干)污泥，其中意大利約92萬噸。意大利的污泥治理有著強(qiáng)烈的地區(qū)性和經(jīng)濟(jì)性特點(diǎn)。制訂、批準(zhǔn)環(huán)保政策和項(xiàng)目的機(jī)構(gòu)是相當(dāng)于省政府的大區(qū)政府，項(xiàng)目的實(shí)施者則是一些有市政當(dāng)局組成的經(jīng)濟(jì)聯(lián)合體。 1.3.國民的態(tài)度和意識(shí) 歐盟國家一直對(duì)環(huán)境問題較為重視。無論工業(yè)家還是普通國民，守法意識(shí)非常重，特別是涉及環(huán)境保護(hù)方面。法律上規(guī)定，對(duì)肇事者除處以罰款外，同時(shí)追究刑事責(zé)任。 2.歐洲污泥處置的一些主要特點(diǎn) 2.1.干化

3、是一種必要的中間過程 從直接施用到直接焚燒，從干化后施用，到干化后焚燒，直到最近的干化后氣化，基本上肯定了干化作為一項(xiàng)必要的中間過程的重要性。其原因主要有兩個(gè)： 經(jīng)濟(jì)性，無論是運(yùn)輸處置減量，還是能源消耗減量 衛(wèi)生性，農(nóng)用的必要條件 2.2.最終處置方式是國情的選擇 填埋無疑是不可取的，這不僅在于土地價(jià)值昂貴，主要還是從能源和生物能資源方面考慮，歐盟要求減少和限制污泥的填埋。 對(duì)于有著過量能源的國家來說，可能選擇焚燒作為有效處置手段。污泥本身的熱量不足以維持其熱量需求，因此必須加入新的廉價(jià)熱源，比如森林垃圾或市政垃圾。這一處置方式除了投資很高外，與公眾輿論有一定的沖突，雖然目前的技術(shù)可能已經(jīng)可以

4、保證相當(dāng)?shù)陌踩?對(duì)于能源進(jìn)口國或焚燒爐不多的國家來說，解決污泥問題的出路最好是農(nóng)用。農(nóng)用的主要問題在于對(duì)土地的保護(hù)，避免重金屬過量沉淀在土壤中，必須有恰當(dāng)?shù)氖侄魏腕w系保證這一點(diǎn)。目前，有關(guān)污泥重金屬污染的知識(shí)已經(jīng)有相當(dāng)多的積累，生產(chǎn)者的記錄體系已經(jīng)建立起來，至少對(duì)于使用者來說尚需一定的時(shí)間學(xué)習(xí)和管理。 污泥的填埋仍然占有重要份額，由于干化可以大幅度減量，有效降低填埋費(fèi)和運(yùn)輸成本，因此對(duì)于這種不是處置方案的方案來說，干化成為一種降低成本的必要手段。 2.3.污泥的處置是以經(jīng)濟(jì)效益為主要驅(qū)動(dòng)力的產(chǎn)業(yè)化運(yùn)作 最終處置手段本身就是一種資源，使用這種資源必須付費(fèi)。 除去已經(jīng)完全私有化的水供給系統(tǒng)，絕大

5、部分的污水處理廠的所有者是市政府，一般來說，污水處理廠的運(yùn)作均委托市政府組成的聯(lián)合體和私有、國有公司進(jìn)行運(yùn)營。運(yùn)營者不一定擁有全部、必要的處置手段。他們只能得到有限的資金，在資金范圍內(nèi)采用最佳處置模式。 3.歐洲污泥干化工藝的一些特點(diǎn) 3.1.干化技術(shù)是傳統(tǒng)干燥技術(shù)的改進(jìn) 從七十年代以來，世界上已經(jīng)有眾多的廠商提出過或試驗(yàn)過污泥的干化，這些廠商幾乎無一例外地全部來自農(nóng)產(chǎn)品、化工、醫(yī)藥、食品干燥等領(lǐng)域，其方法均是在原有的技術(shù)基礎(chǔ)上進(jìn)行污泥的干化試驗(yàn)，其中有成功的，但是更多的是失敗的。失敗者中不乏大型知名設(shè)備集團(tuán)或企業(yè)。原因在于，并非所有干化技術(shù)適合于污泥這種物料的干燥。 3.2.干化的首要難題在

6、于安全性 過去二十年來，歐洲和北美污泥干化的項(xiàng)目上已經(jīng)發(fā)生過大大小小眾多的事故案例，從已干燥污泥的自燃，到設(shè)備的爆炸，使得一些國家甚至制訂了專門的污泥干化設(shè)備的安全導(dǎo)引，以敦促經(jīng)營者慎重考慮干化過程中各種潛在危險(xiǎn)因素。 3.3.干化工藝的理論和實(shí)踐存在較大差別 對(duì)大多數(shù)人來說，污泥干化應(yīng)該是非常簡單的，無非是靠熱量將水從污泥中蒸發(fā)出來而已。蒸發(fā)水份需要一定的熱能，每公升蒸發(fā)量最低需要620大卡，加上一定的效率損失難道還不夠嗎？所有的干化設(shè)備處理商似乎都標(biāo)稱其系統(tǒng)的熱能需求是800850大卡，大家基本上不分彼此。如果污泥干化是如此簡單，一些有著數(shù)臺(tái)、數(shù)十臺(tái)銷售業(yè)績的大型工藝集團(tuán)就大可不必退出這一

7、領(lǐng)域了。事實(shí)上，正是由于在理論和實(shí)踐上污泥干化工藝存在著較大的差異，使得一些設(shè)備的運(yùn)行存在著極大的不可預(yù)測(cè)性和不穩(wěn)定性，導(dǎo)致其“不堪重負(fù)”。 3.4.干化設(shè)備的效率與效益差別顯著 工藝和設(shè)備的穩(wěn)定性是非常重要的，對(duì)于人力資源昂貴的歐洲廠商來說，無論是使用者還是設(shè)備提供者，如果設(shè)備的效率低，意味著極高的人力費(fèi)用支出。 能源費(fèi)用對(duì)于歐洲廠商來說顯然不如發(fā)展中國家敏感，但是由于能源在一個(gè)干化系統(tǒng)的經(jīng)營總成本中占去一半以上，節(jié)能哪怕是很少的部分，也都具有重要意義。 4.歐洲干化設(shè)備的主要工藝類型 4.1.工藝分類 根據(jù)熱能供給的形式，可以分為兩個(gè)系列，每個(gè)系列分別有幾種代表性的工藝： 4.1.1.直接

8、加熱方式： 轉(zhuǎn)鼓式(rotary / drum dryers) 傳送帶式(conveyor belt dryers) 氣動(dòng)傳輸式(pneumatic transport dryers) 其它間歇式包括太陽能式(batch as well as solar dryers) 4.1.2.間接加熱方式： 轉(zhuǎn)碟式(disc dryers) 槳式(paddle dryers) 薄層式(thin film dryers) 流化床式(fluidized bed dryers) 渦輪薄層式(turbo thin film dryer) 4.2 換熱效率差別產(chǎn)生的原因 眾所周知，蒸發(fā)意味著在單位時(shí)間里將一定數(shù)量

9、的熱能傳給蒸發(fā)的對(duì)象。一般都需要通過一個(gè)介質(zhì)，要么是空氣，要么是蒸汽，要么是金屬等。 通過金屬熱壁，水分子與金屬分子直接換熱，即所謂熱傳導(dǎo)；通過或不通過熱交換器將熱傳給空氣、通過熱交換器將熱傳給蒸汽，然后蒸汽或空氣的分子與水分子進(jìn)行熱交換，即所謂熱對(duì)流。 衡量熱傳遞效率的一個(gè)參數(shù)是導(dǎo)熱率，即在單位時(shí)間、單位面積里能夠傳遞（通過）的熱量。金屬的導(dǎo)熱率明顯好于空氣或蒸汽，熱量通過金屬表面與介質(zhì)進(jìn)行換熱，是效率最高的熱傳遞。需要介質(zhì)時(shí)，熱交換器的有效換熱面積將決定熱量供給的供方效率。 同樣，熱量的接受方，其接受熱量的能力也有限制。比熱的定義是：單位重量的物質(zhì)、每升高1度所需要的熱量。物質(zhì)要接受一定的

10、熱量，必須有足夠的質(zhì)量來獲得和攜帶它。雖然熱交換器通過金屬表面可以在單位時(shí)間里給出足夠的熱量，但是在單位時(shí)間里如果沒有足夠的氣量來接受它，也是枉然。因此，熱對(duì)流系統(tǒng)不僅需要龐大的氣量進(jìn)行物料的搬運(yùn)，也需要這些氣量來攜帶足夠溫度的熱量。 此外，空氣、蒸汽的運(yùn)動(dòng)是有時(shí)間和空間限制的，也就是說要受到換熱表面積、管線、流速、摩擦力、熱量散失等因素的影響。升溫的溫度越高，氣量越大，總的熱能損失也越大?？諝鈱?duì)空氣的換熱效率最低，其它介質(zhì)對(duì)空氣的換熱也有較大損失。 減少換熱損失的方法，只能是選擇最佳材料（導(dǎo)熱率）、增加換熱表面積、減少換熱次數(shù)、延長換熱時(shí)間、增加保溫等。 不幸的是，大多數(shù)能源均來自于某種燃料

11、的焚燒，而焚燒是空氣的不斷供給過程，有著特定的速率，在這個(gè)速率下獲得的熱量如果無法全部利用，必然又回到大氣，形成物理上的能量損失，即所謂“燃燒效率”問題，這一損失根據(jù)燃料類型變化。 無論直接還是間接加熱的干化，都存在同樣的燃燒效率問題。 直接加熱方式將燃料燃燒后直接引入系統(tǒng)，煙氣沒有向大氣直接排掉，也沒有通過熱交換器，因此有著較高的熱效率，但是這部分煙氣連同整個(gè)系統(tǒng)的氣體均必須洗滌，從而有一次熱損耗。此外，不完全燃燒是一個(gè)潛在問題。問題在于，由于空氣本身的換熱性質(zhì)較差，在污泥方面必須干泥返混之外，還需考慮一系列的“廢熱回收”，才能在整體熱能消耗上保持競爭力。 間接加熱的干化無論如何要通過一個(gè)乃

12、至多個(gè)熱交換器，這形成第一個(gè)損失。之后，洗滌氣體成為第二個(gè)損失點(diǎn)，因此應(yīng)該考慮燃燒效率。間接加熱方式要獲得高的熱效率，必須依靠有效的熱傳導(dǎo)，以獲得高換熱效率。 4.3.干化工藝的主要問題 下面分別列舉熱對(duì)流和熱傳導(dǎo)在污泥干化方面分別可能存在的問題。 4.3.1.熱對(duì)流系統(tǒng) 依賴干泥返混 粉塵含量高 安全隱患多 換熱效率低 干化速度慢 氣量高，熱損失大 設(shè)備數(shù)量多，關(guān)鍵控制點(diǎn)多 設(shè)備體積大 停機(jī)所需的時(shí)間長 維護(hù)復(fù)雜，特別是緊急情況后的清理繁重 對(duì)能源要求較高 4.3.2.熱傳導(dǎo)系統(tǒng) 依賴干泥返混（薄層除外） 粉塵含量高（僅流化床） 金屬磨損（流化床和轉(zhuǎn)碟式） 安全隱患（與金屬磨損、粉塵相關(guān)）

13、工藝氣量高，熱損失大（僅流化床） 設(shè)備數(shù)量多（薄層除外） 動(dòng)能損失大 設(shè)備體積大（僅流化床） 污泥粘壁降低導(dǎo)熱率 維護(hù)復(fù)雜，特別是緊急情況后的清理繁重 4.4.主要缺陷的解決方法及其問題 減少單位時(shí)間里的物流量，取消干泥返混，可以減少設(shè)備臺(tái)數(shù)一半以上，將控制關(guān)鍵點(diǎn)減少到最低程度；不幸的是，對(duì)于絕大多數(shù)系統(tǒng)來說是不可能的； 采用蒸汽回路避免氧氣含量所造成的安全隱患；這一方案僅能適用于間接加熱方式，在直接加熱系統(tǒng)中無法應(yīng)用； 提高工藝氣量（速度），以提高干化效率；這樣做的結(jié)果將造成更大的熱量損失； 增加熱交換系統(tǒng)，以盡可能降低熱損失；從理論上看是非常出色的想法，但是在實(shí)際運(yùn)用中意義有限，這主要是因

14、為其廢熱溫度較低，回收的比例也較低； 采用更耐磨和防黏附的材料與工藝來制造設(shè)備；無論什么耐磨材料，都是有一定壽命的，何況干化工況復(fù)雜，影響其使用壽命的因素太多，如果需要特殊材料的部分太多，將失去經(jīng)濟(jì)可行性； 使用廢熱或廉價(jià)能源；廢熱包括廢熱蒸汽、煙氣、沼氣等，廉價(jià)能源包括燃煤、重油等。直接加熱方式除了采用熱交換器利用廢熱蒸汽進(jìn)行一次預(yù)熱外，仍需以來其它能源，燃煤、重油等含二氧化硫的能源在高濕環(huán)境下可能形成硫酸，將損害設(shè)備，除非安裝昂貴的干法除硫設(shè)備，但這將大大降低系統(tǒng)所需的工藝溫度。間接加熱方式可以使用所有廢熱或廉價(jià)能源。 4.5. 渦輪薄層是如何解決兩種換熱方式的局限性的 渦輪薄層

15、工藝是意大利VOMM公司研制的一種特殊干燥技術(shù)，它既采用熱傳導(dǎo)也采用熱對(duì)流。其有效的熱對(duì)流占換熱總量的40左右，熱傳導(dǎo)占60以上。 這一工藝徹底取消了干泥返混，使得工藝簡潔，設(shè)備數(shù)量極少，整體可靠性提高； 工藝采用相當(dāng)于普通熱對(duì)流工藝不到一半的氣量，起到物料搬運(yùn)的作用，并配合熱傳導(dǎo)，形成最佳的蒸發(fā)效率，干化時(shí)間僅為2.5-3分鐘，同時(shí)利用蒸汽的表面保護(hù)作用，避免污泥顆粒的過熱，進(jìn)而減少了粉塵問題； 利用高速渦輪產(chǎn)生的渦流形成攪拌，使得物料不但不會(huì)貼附的金屬熱壁上，相反，有著強(qiáng)烈的自清潔效果。 易磨損金屬件數(shù)量和范圍極為有限，因此可以采用較好的熱處理技術(shù)提高其壽命。 由于處理時(shí)間大大縮短，單位時(shí)

16、間里系統(tǒng)內(nèi)的物料極少，因此停機(jī)所需時(shí)間短，緊急停機(jī)情況下的清理量極小。 可以采用各種廉價(jià)能源或廢熱，形成有競爭力的解決方案。此外，渦輪洗滌工藝可以有效解決燃煤利用中的高效脫硫問題。 工藝可以采用全蒸汽回路，以進(jìn)一步提高安全性和節(jié)能。 總結(jié)來看，盡管各個(gè)工藝可能都存在這樣那樣的優(yōu)缺點(diǎn)，對(duì)于客戶來說，更為需要的其實(shí)是一種工藝能夠適應(yīng)其特定的經(jīng)濟(jì)、技術(shù)條件，能夠在現(xiàn)有的條件框架內(nèi)，利用最廉價(jià)的能源，以最低的成本，安全地完成干化這一任務(wù)。5.以蒸汽為載氣的渦輪薄層工藝 在成功的渦輪薄層工藝基礎(chǔ)上，VOMM開發(fā)了采用蒸汽為載氣的系統(tǒng)，并成功運(yùn)用在瑞士NEUCHÂTEL項(xiàng)目上。 位于瑞士Saio

17、d, Colombier地區(qū)的這家聯(lián)合體本身是一個(gè)垃圾焚燒廠，接受該省7個(gè)污水處理廠的污泥，泥餅含固率從18到30%不等，采用汽運(yùn)的污泥到場時(shí)間變化較大，很難保證均勻的混合，因此濕泥含固率變化較大。干燥后的用途是制水泥，因此要求含固率大約92。 這一項(xiàng)目在能源方面的特點(diǎn)是，客戶僅提供來自聯(lián)合焚燒爐的廢熱蒸汽。 采用蒸汽回路最初是應(yīng)客戶的要求，為了達(dá)到所謂“絕對(duì)安全性”而開發(fā)的。 使用蒸汽而不是空氣，首先遇到的是壓力問題，為降低造價(jià)，讓系統(tǒng)在一個(gè)較為寬松的工藝壓力下長期可靠運(yùn)行，必須使用一個(gè)比工藝空氣低得多的溫度。這在一定程度上將削弱熱對(duì)流能夠帶給系統(tǒng)的效率。 其次，我們必須全部而不是部分利用廢

18、熱蒸汽為整個(gè)工藝提供熱源。這意味著4.5巴的廢熱蒸汽就必須能夠滿足我們的工藝溫度要求，這對(duì)所有干化系統(tǒng)來說都是一個(gè)更為嚴(yán)峻的考驗(yàn)。如前所述，直接加熱方式不能引入蒸汽到系統(tǒng)中，其所要求的工藝溫度400450度根本無法從蒸汽中得到；而間接加熱方式需要的熱量如果溫度低，只有依賴蒸汽冷凝所釋放的熱能，但是不恰當(dāng)?shù)膿Q熱方式、表面和面積（污泥顆粒獲得的實(shí)際換熱面）也將大大降低其效率。 考慮到以上兩個(gè)主要的工藝難題，VOMM設(shè)計(jì)了一個(gè)新的工藝： 整個(gè)回路中，以蒸汽作為介質(zhì)進(jìn)行循環(huán)，取消了空氣的洗滌，因此節(jié)約了部分熱量，這是獲得更低能耗的主要原因； 僅冷凝蒸發(fā)量，減少了冷卻水量； 提供最佳條件，以提高單位時(shí)間里污泥顆粒的換熱表面積，強(qiáng)化熱傳導(dǎo)的效率；由于蒸汽對(duì)顆粒表面具有很好的過熱保護(hù)作用，因此可以更充分的發(fā)揮熱傳導(dǎo)在導(dǎo)熱率方面的優(yōu)勢(shì)； 無氧氣環(huán)境，系統(tǒng)更加安全； 這一系統(tǒng)采用兩條生產(chǎn)線，每小時(shí)的總處理量為4200公斤濕泥，蒸發(fā)能力