北極星水處理網訊:摘要
本文對臥式薄層汙泥幹化工藝進行了詳細介紹，並以成都市第一城市汙水汙泥處理廠一期工程為例進行了分析。臥式薄層幹化機單機處理能力大，安全性高，密封性好，廢氣量少，車間環境友好，基於臥式薄層幹化工藝在安全性、靈活性、經濟性等方面的諸多優勢，該工藝越來越多的應用於大型市政汙泥幹化項目中，可做為國內市政領域汙泥處理處置項目的優選工藝之一。
0 引言
隨著城市的快速發展，汙水量不斷增加，汙水處理廠提標改造進度持續加快，導致汙泥產量大大增加，截止到2016 年底我國汙水處理量達到1.5億 m3/d，汙泥總量近 3000 萬噸，預計到2020 年以含水率80%計我國的汙泥產量將突破6000萬噸[1]。
在城市汙水的收集及處置過程中產生的汙泥，可能含有重金屬物質、病原體、病毒、微生物和大量的毒性有機物，如不加以妥善處理和處置，將給排放區周圍環境造成嚴重的二次汙染，威脅人類健康。汙泥處理處置的問題已成為當前形勢下的突出環境問題[2-4]。
我國目前主要的汙泥處理方式包括濃縮、調理、脫水、幹化等，以濃縮、調理和脫水為主，幹化率尚處於較低水平。汙泥處置是指汙泥經處理後的最終去向，我國目前主要的汙泥處置方式有衛生填埋、土地利用、焚燒後建材利用等，其中衛生填埋是最常用的方式，一方面由於有關標準越來越嚴格，另一方面受制於有限的可利用土地資源，幹化加焚燒的處理處置方式越來越普遍[5-6]。
1 臥式薄層汙泥幹化工藝
汙泥幹化是利用燃燒化石燃料所產生的熱能或工業餘熱、廢熱，通過專門的工藝和設備，使汙泥中水份快速蒸發的一種工藝[7]。汙泥幹化對汙泥中的水分進行去除，從而達到乾燥汙泥、縮小汙泥體積、提高汙泥熱值的目的，同步實現汙泥的減量化和穩定化[8-9]。
臥式薄層汙泥幹化工藝是目前我國汙泥幹化領域的主流工藝之一，它是利用飽和蒸汽或導熱油作為熱媒的間接加熱幹化工藝。
臥式薄層幹化工藝的核心設備是臥式薄層幹化機，由德國Buss-SMS-Canzler公司生產。Buss-SMS-Canzler公司成立於1919年，相關產品涉及石油化工、醫藥、食品及環境能源等領域，總部位於德國布茨巴赫，並在瑞士巴塞爾擁有完善的產品研發中心和試驗基地，是難處理混合物料熱分離解決方案及薄層蒸發技術的世界領先者，也是專業開發和生產用於乾燥高粘性物料處理設備的全球領導企業。
圖1 臥式薄層幹化機結構簡圖
圖1為臥式薄層幹化機結構簡圖，臥式薄層幹化機主要由外殼、轉子和葉片、驅動裝置三部分組成。外殼為壓力容器，其殼體夾套內可注入飽和蒸汽或導熱油作為汙泥幹化工藝的熱媒，材質為歐標的耐高溫鍋爐鋼，內壁作為與汙泥接觸的傳熱部分，提供主要的換熱面積和汙泥薄層的載體，其材質有多種材料可選，其中Naxtra700高強度結構鋼覆層廣泛適用於市政行業，防腐蝕性和耐磨性優於其他材料；轉子為一根整體的空心軸，其特殊的加工工藝可以確保轉子在受熱和高速轉動的同時不產生撓度，始終使葉片外沿與內壁的距離保持5-10mm，在轉子的轉動及葉片的塗布下，進入幹化機的汙泥會均勻的在內壁上形成一個動態的薄層，汙泥薄層不斷的被更新，在向出料口推進的過程中持續被幹化。
工藝流程：離心脫水後含水率80%-85%的溼汙泥通過車載運輸或管道輸送至溼汙泥料倉，料倉內部設有滑架，底部設有卸料螺旋和溼汙泥輸送泵。
溼汙泥輸送泵將汙泥輸送至幹化機入口，進入幹化機的汙泥被轉子上的葉片塗布於熱壁表面，葉片在對熱壁表面的汙泥反覆翻混的同時，還將其向前推送到出泥口。在此過程中，汙泥中水分被加熱蒸發為水蒸汽，水蒸汽在幹化機內部與汙泥逆向運動，由汙泥進料口上方的乏汽箱進入尾氣冷凝系統。
幹化機內產生的蒸發尾氣通過乏汽箱進入冷凝系統後，首先進入冷凝器，在冷凝器中，廢蒸汽通過水洗，水分從蒸汽中冷凝下來。少量不凝氣體（空氣和汙泥中揮發物）經過除霧器進行液滴分離後，由廢氣風機排出幹化系統，進入除臭系統或進入焚燒系統處理。自幹化系統排出的廢氣量極少，僅為系統蒸發水量的5%-10%，廢氣風機使整個幹化系統處於負壓狀態，避免臭氣及粉塵的溢出。
自幹化機產出的低含水率的汙泥通過輸送設備運至幹汙泥料倉或焚燒系統。當進行暫存時，設置汙泥冷卻器，將汙泥溫度由90℃降低到50℃以提高安全性，防止汙泥燜燃或自燃，隨後依次通過卸料閥和刮板輸送機送至幹汙泥料倉儲存。當後續接焚燒系統，可通過輸送設備直接與焚燒系統串聯。
臥式薄層幹化工藝可通過汙泥中的蒸發水實現系統內自惰性化的要求，在開機及緊急情況下採用低壓蒸汽、新鮮水或氮氣作為幹化系統的惰性化介質。在乏汽箱出口設有氧含量分析儀，通過對幹化系統內氧含量的控制，實現汙泥幹化系統安全穩定運行。
工藝優勢：
1）安全：系統密閉性好，始終維持-0.5到-1kPa的微負壓，無臭氣和粉塵外溢；系統可自惰性化並設置多種惰性化手段，市政項目中氧含量控制在5%以下；應用歷史上無任何安全事故。
2）靈活：適用領域廣泛，適用多種類型汙泥，可接受進泥含水率65%-90%的溼汙泥；可生產多種含固率產品，出泥含水率可在10%-65%之間選擇；體積負荷低，啟停和排空時間短，再次啟動無需清掏作業。
3）經濟：蒸發效率高，每平米每小時蒸發水量可達45kg以上；市政項目上可與其他系統結合（如消化系統），實現80%以上的高效率熱能回收；維護成本低，每年僅需1次5-10天的年檢；臭氣量極小，處理費用低；全自動化控制，低監控需求。
4）簡單：設備數量少，佔地空間小，操作控制簡單；無載氣循環，無汙泥返混；按照《壓力容器檢修規程》各類幹化機需進行周期性內壁檢測，薄層幹化機檢修無需其他吊裝設備，檢修方便且高效。
2 臥式薄層汙泥幹化工藝在市政領域的應用現狀
截止到2019年9月，臥式薄層幹化工藝在國內共有29個業績，共63臺臥式薄層幹化機，其中市政項目有17個共50臺幹化機，表1展示了近幾年臥式薄層幹化工藝在市政項目中的典型業績。
表1 臥式薄層幹化工藝市政項目近期典型業績表
3 臥式薄層汙泥幹化工藝在市政領域的實例分析
四川省成都市第一城市汙水汙泥處理廠工程，位於四川省成都市成華區，建設規模含水率80%溼汙泥處理量400t/d，接納成都市中心城區9座汙水處理廠所產生的脫水汙泥，在該汙泥處理廠集中處理，包括臥式薄層汙泥幹化系統、鼓泡式流化床汙泥焚燒系統、溼汙泥接收儲存系統、臭氣處理系統等，表2為該工程汙泥幹化系統主要參數表。
表2 成都項目一期工程幹化系統主要參數
圖2 成都項目臥式薄層汙泥幹化工藝流程圖
圖2為成都項目臥式薄層汙泥幹化工藝流程圖，溼汙泥通過汽車衡稱量後卸車至地下接收料倉，然後通過卸料螺旋和螺杆泵輸送至溼汙泥儲存倉，隨後溼汙泥通過卸料螺旋和螺杆泵被輸送至薄層幹化機，螺杆泵為變頻設備，可靈活控制進入幹化系統的汙泥量。
含水率80%的溼汙泥進入幹化機後，溼汙泥被塗布在內壁表面，形成汙泥薄層，幹化機轉子上分布有不同形式的葉片，在葉片的塗布、混合、推進作用下，汙泥在幹化的同時被輸送到幹汙泥出口，幹化後的汙泥含水率約65%，通過溜槽落入半乾汙泥料倉。半乾汙泥料倉下方設置卸料螺旋和柱塞泵系統，半乾汙泥通過柱塞泵輸送至後續焚燒系統。
自幹化機產生的蒸發尾氣與汙泥逆向運動，自幹化機上方的乏汽箱進入後續尾氣冷凝系統，蒸發尾氣在冷凝器內在噴淋水作用下被噴淋冷凝下來，不凝氣體進入到後續除霧器中，在除霧器中進行液滴分離後，最終尾氣通過風機排出幹化系統，進入臭氣處理系統當中。
表3 成都項目一期工程單條幹化線公用工程消耗表
表3為成都項目一期工程單條幹化線公用工程消耗表，臥式薄層幹化系統所用到的公用工程條件主要有飽和蒸汽、中水、儀表風、循環冷卻水、新鮮水。幹化系統所用蒸汽主要來自於焚燒系統，車間內還設有補充熱源系統，正常運行工況下，整套系統可實現自給自足，無需外來蒸汽僅靠焚燒系統產生的蒸汽即可滿足幹化系統的需要。
表4 成都項目一期工程單條幹化線三廢排放表
表4為成都項目一期工程單條幹化線三廢排放表，廢水部分主要為使用中水噴淋洗滌蒸發尾氣後的噴淋水，COD約為230mg/L，SS約為15mg/L，這部分汙水返回到汙水處理場進行處理。臥式薄層幹化系統密封良好，廢氣產生量少，廢氣進入臭氣處理系統當中集中處理。幹化後的汙泥通過柱塞泵輸送至下遊焚燒系統處理。
成都市第一城市汙水汙泥處理廠工程自2013年起已經連續穩定運行6年多，平均運行負荷在105%-110%之間，年運行時間可達8000h，每年規律性地進行1次5~10天的預檢修，幹化系統處理量和蒸發水量始終滿足性能要求，臥式薄層幹化系統密封性極好，現場環境友好，在整個成都市汙泥處理處置領域中起到舉足輕重的作用，為成都市經濟實現可持續發展，保護城市生態環境作出了積極貢獻，可為國內同類汙泥處理處置項目提供參考。
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