用于烧结砖的污泥干化方案

刘传龙 陈琛 张弛

十堰市工业产品质量检验检测所 湖北十堰 442000

1 技术背景

污水处理厂产生的污泥难以处置，堆弃污染环境，焚烧浪费资源，将污泥与页岩质渣土配合制成污泥烧结砖成为一种很好的解决方案，污泥渣土自身具有热值的特点，可以减少能耗，降低成本，变废为宝，节约保护耕地，但污泥含水率高、难以脱水干化，严重制约了污泥的工业化应用，本文就笔者主持的2019年十堰市科学技术研究开发计划项目“污泥在烧结砖生产中的绿色化应用”中对污泥干化脱水问题研究探讨，分析总结污泥干化(含水率降至30%以下)解决方案[1]。

2 污泥特性及干化问题分析

2.1 污泥成分及特性

污泥是污水处理后的产物，是一种由有机残片、细菌菌体、高分子有机胶体、无机颗粒等组成的极其复杂的非均质体。

污水厂污泥中含有大量水分（约80%），通过机械物理压榨脱水极限含水率仍在50%左右，此时污泥成团，难以与其他物料混合分散均匀而影响掺量和产品质量。

一定量的碳、氮、硫元素及大量有机物、微生物（约8%），藻类、原生物、细菌、真菌等微生物消化分解污泥中的养分产生硫化氢、氨、腐胺类等，这是污泥散发刺激性气味的主要来源，对生产制作过程和环境造成污染。

污泥中还含有二氧化硅、三氧化二铝、三氧化二铁等氧化物、重金属及其他金属、非金属元素构成的无机化合物（约12%），此类物质为煅烧形成烧结砖硅酸盐等矿物结构的有效成分。

2.2 污泥干化的问题分析

（1）压榨脱水难点分析。污水处理厂出厂污泥含水率高达80%，远远高于GB/T 25031-2010《城镇污水处理厂污泥处置制砖用泥质》规定的40%以下，需要进行大量脱水处理，采用压榨方式脱水含水率无法达到50%以下。压榨脱水率无法提升的主要原因在于污泥中含有的大量细菌真菌等具有细胞壁结构的微生物体内大量水分无法通过挤压渗出，高分子沉降絮凝剂的带入使其保水性能性能极大增强，直接影响了挤压脱水效率。

（2）烘干难点分析。由于污泥含水率高且呈絮凝状凝聚成团，利用现有烘干设备消耗能源干燥脱水存在热效率低下，能源消耗高，干燥成本居高不下，难以实现工业化应用[2]。

（3）生产过程污染难点分析。根据对污泥成分的分析可知，污泥中存在的无机和有机碳、氢、硫、氮、氯、氟及微生物在运输、储存、使用环节氧化、腐化生成一氧化碳、二氧化硫、氮氧化物等气体以及烃类、苯类等有机污染物，可能还会生成少量硫化氢、氯化氢、氟化氢等气体，污泥中散发刺激性气味，造成空气污染。还存在细菌和活性病原体感染生产岗位人员的实际问题。

3 污泥干化解决方案

（1）根据本地污泥情况，破壁剂破壁压滤、窑炉废烟气烘干相结合的方法干化污泥，采用吸附化学法、湿式吸收氧化法相结合除臭。吸附化学法是指使用具有吸附性的材料吸附污泥中有异味的物质达到净化作用，此处选用絮凝剂KAICS0472.12、聚丙稀酰胺PAM，其本身只含有碳氢氮元素，在煅烧过程中不会产生污染气体，运用其易溶于水且具有较好的吸附能力作为吸附剂、增稠剂，使污泥在压榨过程中更易泵送更易出水。

（2）湿式吸收氧化法是针对污泥臭气的主要成分，以清水、酸碱溶液、强氧化剂溶液或有机溶剂作为吸收液，组成多级反应系统，对含氮化合物、含硫化合物及有机物等污染物进行氧化反应，使其失去本身有机性质。经试验验证，生石灰（CaO）作为吸收液和破壁剂是有效选择，氧化钙易与水反应生成强碱氢氧化钙Ca（OH）2，迫使微生物体壳壁破裂脱水的同时与其他异味物质反应，达到破壁后提高压榨脱水率和消杀细菌的作用，破壁剂的使用，可提高出水率5%～8%，菌落总数大幅度下降。

（3）利用烧结砖隧道窑炉高温废气和自主研发的“热流对冲运动链板负压烘干筛床”方式烘干污泥，可以实现污泥干化含水率30%以下目标。“热流”即烧结砖隧道窑炉高温废气；“对冲”即物料流与热流形成对冲运动；“运动链板”即物料由水平运动转化为垂直运动的输送装置；“负压”即烘干室采用尾部抽风形成负压操作；“烘干筛床”即物料床采用筛孔设计，热流穿过筛孔与物料实现热交换。热流从烘干室底部进入，经多次穿筛床向上运动，由烘干室上部抽风机排入窑炉，干燥室内形成负压状态，水的饱和温度更低更利于水分蒸发。干燥室排出的含有二噁英等有害气体经再次入窑煅烧而转化为无害气体排出，改善了生产环境，减轻对环境的污染[3]。

4 工艺过程控制

（1）含水率80%的污泥运送至污泥储存池，通过闸门自流到的使用池，流态污泥通过闸门流进污泥调理池。对污泥加入添加剂絮凝剂KAICS0472.12、聚丙稀酰胺PAM、氧化钙CaO（比例为1：1：400），通过生物流动系统使药剂进入调理罐中，调理8-12小时使药剂达到最佳使用状态，兑入废水稀释调理，利用调理池中的搅拌装置将污泥搅拌均匀，添加剂掺入量控制在0.8‰。

（2）由高低压螺杆泵和高压陶瓷柱塞泵将调理池中污泥通过先低压再高压，即从0.1MPa逐步升至1.6MPa的方式送进板框隔膜压滤机，在进入板框隔膜压滤机对污泥进行第一次脱水，耗时1小时30分钟完成第一次脱水。

（3）利用立式多级泵(1.2Mpa压力)对滤板进行充水，滤板膨胀压缩，使污泥进行二次脱水，在经过1小时30分钟的高压状态（1.2MPa压力）后完成二次脱水，此时污泥成饼状含水率为50%左右。脱出来的废水进入污水集中收集池中，部分废水兑入陈化物料中，部分废水循环至调理池再次使用，剩余部分废水通过净化后由管道排出。

（4）由机械将泥饼装入泥饼料仓，通过料仓底部按1.7t/h的速度将泥饼连续送入干燥室顶部于链板筛床，四层链板筛床相互反向水平运动，污泥物料通过链板筛床接送向下运动，在干燥室内运动70～90分钟后从干燥室底部送出，此为物料传送系统。制砖窑炉高温废气经冷却通道降至200℃，入烘干室温度应控制在250℃以下，超过300℃有形成二噁英的风险。200℃左右的窑炉尾气由干燥室底部进入，透过链板筛床孔洞向上流动带走泥饼水分，由干燥室顶部50000m3/h的排潮风机送回煅烧窑炉，使整个烘干室成为密闭负压环境，此为热流体系统。通过物料传送系统和热流体系统组成污泥烘干室逆向双流体系统流水线，烘干后的污泥含水量降至30%以下。

（5）污泥烘干室出口物料含水率的控制，可以通过调节投料量、链板运行速度、抽风压力来实现。筛床孔洞大小由物料含水率确定，含水率越小，孔洞越小，保证在不漏料的前提下提高通透率。

5 结语

针对 “污泥在烧结砖生产中的绿色化应用”中污泥干化、工业化改造的难点进行分析并提出可行方案，采用氧化钙作为微生物细胞壁破壁剂提高污泥压榨出水效率并消杀菌落和热流穿透运动链板筛负压烘干室方式烘干污泥，充分利用烧结砖窑炉高温尾气烘干污泥为创新技术核心，可将污泥含水率从80%降至30%，年处理80%含水率污泥6万余吨，同时兼顾生产成本及节能环保，显现出较好的社会经济效益，对污泥绿色化应用有着重大意义。