北極星水處理網訊:汙泥幹化使得汙水處理廠「水、氣、渣、泥」得到全面達標，是實現汙泥穩定化、減量化、無害化的重要手段，得到了人們的接受和認可。但由於幹化事故的頻發，使得汙泥幹化的安全性問題成為人們關注的重心。該文通過對汙泥幹化系統可能出現的安全隱患進行分析論述，提出保障系統運行安全性的措施建議，為汙泥幹化系統設計中安全性的問題，提供借鑑和參考。
１概述
在汙泥減量填埋、減量焚燒、無害化土地利用，以及其它汙泥資源化的實踐和摸索中，汙泥幹化逐步成為能夠大規模減量、無害化和資源化處置的有效工藝之一，也是某些汙泥最終處置的預處理方法。
上世紀９０年代末，歐洲、北美等國家市政汙水處理設施的普及，大量的市政汙泥產生，汙泥幹化廠數量增加，汙泥得到了較好的處置。但汙泥幹化廠的事故時有發生，從汙泥的自燃，到設備的爆炸；從個別小型附屬設備，到整個乾燥生產線；無論安全措施設計得多麼複雜、完備，汙泥幹化廠事故始終沒有斷絕；究其原因主要是早期人們對乾燥汙泥的性質認識不足。
在汙泥熱幹化過程中，存在著嚴重的自燃與粉塵爆炸的危險。汙泥在全乾狀態下（含固率大於８０％）一般呈微細顆粒狀，粒徑較小，同時由於汙泥之間、汙泥與乾燥器之間、汙泥與介質之間的摩擦、碰撞，使得幹化環境中可能產生大量粒徑低於１５０μｍ的粉塵。這種高有機質含量的粉塵，在一定的氧氣、溫度和點燃能量條件下可能發生燃燒和爆炸，即所謂的粉塵爆炸。
２汙泥幹化事故風險特性
汙泥幹化工藝中粉塵爆炸特性主要包括粉塵濃度、含氧量、點燃能量、含溼量４個參數。
2.1 粉塵濃度
發生粉塵爆炸必須達到一定的濃度，該濃度被稱為該有機質的「粉塵爆炸濃度下限」。粉塵細度沒有統一的規定，考慮其危險性，一般以１５０μｍ以下的粉塵顆粒作為判斷標準。
粉塵的細度是不均一的，汙泥幹化產品粒度分布變化範圍極廣。根據有關粉體的研究，在粗粉（＞１５０μｍ）中摻入５％～１０％的細粉，就足以使有機粉塵混合物成為可爆炸的混合物，且爆炸組分可出現最大的爆炸壓力。混合比大大影響爆炸強度，只有當可燃粉塵的粒度均大於４００μｍ時，即使有強點燃源也不能使粉塵發生爆炸。一般認為有機質粉塵爆炸濃度下限在２０～６０ｇ／ｍ３，市政汙泥的取值大約在４０～６０ｇ／ｍ３。
2.2 含氧量
氧氣作為助燃氣體，是形成危險狀況的基本要素之一。絕大多數幹化工藝因為無法進一步降低粉塵濃度，因此，降低介質含氧量成為避開風險的主要手段。
填注惰性氣體是降低介質含氧量的主要方式，目前，主要填注的惰性氣體有：氮氣、二氧化碳、蒸汽。根據英國ＨＳＥ公司實驗值得到以上三種氣體的惰性化效率，如表１所列。
通過表１中實驗數據可以看出，如果採用氮氣進行惰性化處理，空氣品質不能超過１８．５％，另外８１．５％需惰性氣體填充；如果採用水蒸氣進行惰性化處理，空氣品質允許達到６４％，則此時混合溼氣體的相對溼度為４７．５％。根據實驗數據，氮氣、二氧化碳、蒸汽進行惰性化處理含氧量的操作值分別為４％、６％、１０％。在實際工程運行過程中，為保證操作的安全性、可靠性，需將最低含氧量降低２％，即氮氣、二氧化碳、蒸汽進行惰性化處理含氧量分別為２％，４％、８％。
2.3 點燃能量
汙泥幹化過程中產生的粉塵發生爆炸需一定的點燃能量。摩擦、靜電、熾熱顆粒物、機械碰撞等產生的火花均可成為點燃能量的提供點。
乾燥溫度的高低與點燃能量沒有直接的聯繫。點燃能量是指粉塵環境下瞬間給出的能量，它與粉塵粒徑的大小關係密切；而點燃溫度是指在粉塵雲環境下無點燃源時所需溫度或厚度為５ｍｍ的粉塵層在一個靜態金屬熱表面上導致燃燒的溫度。點燃能量可在２０℃的環境中由金屬摩擦產生，而汙泥的粉塵雲點燃溫度高達３６０～５５０℃，粉塵層的點燃溫度約為１６０～３７５℃。
較低的能量就可以滿足汙泥粉塵的點燃，因此只要粉塵濃度和含氧量超標，任何點燃源都可以造成粉塵爆炸的危險。
2.4 含溼量
當乾燥氣體的溼度較大時，親水性粉塵會吸附水分，從而使粉塵難以彌散和著火，傳播火焰的速度也會減小。根據有關研究，有機粉塵的溼度超過３０％便不易引起爆燃，超過５０％是絕對安全的。水分的存在可大大提升粉塵爆炸的濃度下限，也就是提高了乾燥介質的最低需氧濃度。
３汙泥幹化事故主要影響因素
通過以上分析論述，汙泥的點燃能量很低，而幹化工藝本身就是憑藉溫度進行的，加上汙泥幹化所涉及的一系列設備，以及汙泥在乾燥器內本身的流動性，即使在靜電、金屬碰撞等條件都得到控制的情況下，汙泥燃燒所需的點火能量是難以避免的問題。因此，汙泥幹化工藝中粉塵爆炸的主要影響因素有以下３個方面：粉塵粒徑、含溼量、環境溫度與壓力。
3.1 粉塵粒徑
粉塵顆粒越細越易擴散。粒徑小的粉塵，比表面積大，表面能大，所需點燃能量小，所以容易發生粉塵爆炸。當可燃性粉塵粒徑大於１５０μｍ時，相對安全。
3.2 含溼量
採用蒸汽作為填充的惰性氣體，可有效地增加汙泥幹化系統的溼度，同時降低了系統內粉塵的濃度，提高點燃能量，降低氧氣含量，是提高幹化系統安全性的重要手段。
3.3 環境溫度與壓力
環境溫度的升高及幹化系統內壓力的增大，可使汙泥粉塵的點燃能量降低。因此，需對汙泥幹化系統的環境溫度及工作壓力進行控制，防止由於環境因素造成的安全事故。
４汙泥幹化事故預防措施
汙泥是一種具有潛在粉塵爆炸性質的有機物。幹化的安全性，涉及整個幹化系統。大部分幹化工藝具有存儲、分離、除塵、過濾、篩分、傳輸、混合、乾燥、供熱、稱重等設備，這些設備以串聯的方式，通過管線、閥、泵等連接，在整個幹化工藝生產線上，形成互相影響的複雜系統。乾燥器以外的輔助設備存在的風險遠高於乾燥器本身。因此，汙泥幹化事故的預防不僅需著重關注工藝本身，而且需從整個系統來分析工藝設備的可靠性、穩定性。此外，汙泥幹化產品在離開料倉後的存儲過程也是較易發生幹化事故的方面。
4.1 工藝安全性
工藝安全性的核心問題是「幹泥返混」。由於汙泥本身的物理特性，汙泥在乾燥的過程中易產生粘結，從而影響產品乾燥的質量和乾燥器的效率。為此，部分汙泥幹化工藝採用「幹泥返混」的辦法，即通過將部分已乾燥的汙泥與未經幹化的汙泥進行混合，以降低汙泥的黏性，提高汙泥顆粒間的透氣性，提高幹燥效率。
汙泥返混在反覆冷卻加溫過程中損失了大量的能量，而且產生安全性問題：
（１）返混過程中的汙泥顆粒有的可能循環了一次，有的可能循環了數次，汙泥幹化至含固率９０％以上時，具有短時間難以復水的特點，因此，當乾燥汙泥返混時，遇到高溫，會造成部分乾燥汙泥顆粒過熱，導致粉塵產生。
（２）乾燥汙泥含固率達到９０％，造粒過程難以保證產品的密實，在返混過程中將出現吸溼反應，產生大量的粉塵，粉塵與汙泥顆粒的混合，將導致更高的氧化速率，增大了粉塵爆炸的危險性。因此，在實際工程中應儘量降低汙泥的返混量。
4.2 設備可靠性、穩定性
現在的汙泥幹化技術都非常重視設備的安全性，並針對性的採取措施保證設備可靠、穩定的運行。
在含氧量方面，設備須對系統內氧氣含量進行實時監測，間接加熱器中填充氮氣確保系統內氧氣含量小於２％；直接加熱器通過氣體循環控制氧氣含量小於８％；當氧氣含量超過１０％時，系統自動停機。
在顆粒溫度的控制房方面，設備須嚴格控制汙泥在乾燥器內的停留時間，保持幹汙泥中適量的水份，以避免汙泥過熱燃燒。當汙泥含固率達到９０％時，必須離開乾燥器。設有溼汙泥料倉的工藝，須控制溼汙泥倉內甲烷濃度在１％以下，避免甲烷爆炸事故的發生。
4.3 產品安全性
幹化後汙泥產生自燃的事故原因在於氧化。汙泥在氧化過程中產生放熱反應，如果熱量不能及時散發掉，將使汙泥的堆積溫度升高，反過來又加速汙泥的氧化，放出更多的可燃物質及熱量，造成汙泥的自燃。從氧化到自燃有一個過程，因此，避免堆積的死角和過長的儲存期是避免幹化汙泥自燃的有效途徑。對汙泥進行造粒，造粒後汙泥具有較高的密度和硬度，且可供氧化面積減小，造成汙泥自燃的機率降低。
為防止幹汙泥自然，設備須對乾燥後汙泥進行冷卻，保證幹汙泥顆粒的溫度在４０℃以下。
５結語
汙泥幹化是目前實現大規模汙泥減量和汙泥處置的重要措施。而安全性則是研究汙泥幹化的首要課題。
汙泥幹化系統的設計，不僅要對正常工作狀況下的運行條件進行分析，而且需要從非正常工況下，考量一個汙泥幹化系統的穩定性和可靠性，保證汙泥幹化系統的安全運行。
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