污泥熱干化在美國的應用
在美國東岸和西岸的污泥處理情況不盡相同。西岸的閑置土地較多，填埋的成本較低，污泥填埋處置的比例仍較高；東岸則由于填埋成本非常高，且污泥無法就近農田利用，所以人們為了生產出適合市場銷售的污泥產品選擇了熱干化。污水處理廠將污泥熱干化制成顆粒肥，既可裝袋出售也可運往佛羅里達州的肥料廠和柑橘園。隨著傳統肥料市場對污泥肥的逐漸認同和相關產銷條例的出臺，熱干化作為污泥處理利用的手段日益受到歡迎。
1 熱干化的應用
污泥熱干化設備在北美的應用情況見圖1［1］。
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污泥熱干化在美國的迅速發展始于20世紀90年代，且污泥熱干化設備的使用基本集中于美國的東岸地區。熱干化設備僅用于生產干固體，無論其最終出路是填埋還是市場銷售，那些用于降低污泥含水率、最終污泥被焚燒的設備并未包括在內。
2 熱干化技術的進展［2］
雖然污泥熱干化早于20世紀40年代已有應用，但真正成熟地大規模應用于市政污泥處置是在90年代，在此之前多數的干化設備是為處理工業污泥設計的。相對于工業污泥而言，市政污泥中的水分較難蒸發，污泥易粘結，在干化過程中存在粘結相，濕污泥不穩定、儲存時易消化產生沼氣，干污泥和粉塵可燃、給生產和儲存帶來自燃和爆炸等安全隱患。經過10年的不斷改進，其設備性能也逐步得到完善。
2.1 直接加熱干燥技術
在 1995年以前投入使用的18套設備中，有9套采用直接加熱轉鼓式干燥工藝，其中主要是由E nviro—Grop研發的ESP工藝。ESP工藝的設備包括一個3通道式轉鼓干燥器、燃氣熱風爐和干泥返混系統(包括篩網和粉碎機用于篩分和粉碎大顆粒，并將粉塵送回進料口與脫水污泥混合)。在返混過程中干污泥顆粒起著“晶核”的作用，濕污泥包裹在干泥顆粒外面形成大顆粒，并將進料的含水率降到 30%～40%，直接克服了污泥的粘結。由于只是外層的濕泥需要干燥，所以污泥的干燥性能得到改善，可得到穩定的球形顆粒產品。
ESP工藝將熱風導入轉鼓，蒸發污泥中的水分并帶走干顆粒。由于ESP系統的熱風量大，尾氣熱氧化除臭處理的費用使污泥干化費用增加，這使人們逐漸將興趣轉向間接加熱系統，后者的風量只需能把水蒸氣帶出干燥器即可，因而尾氣量要小得多。該時期的18套設備中有6套間接加熱系統，其中只有1套(Baltimore Back River 的Seghers干燥設備)帶有干料返混系統，其余5套在實際運行中都遇到了由于污泥的粘結導致干燥器內部磨損嚴重和難以生產出顆粒產品的問題，有3套不久就停產了。
2.2 尾氣循環技術
1995年—1999年使用的17套設備中有8套為直接加熱轉鼓式干燥器，其中有5套采用了氣體循 環再用技術(由Andritz公司和Swiss Combi公司引入美國)，另外3套采用了專利設計的轉鼓 ，可增加干泥中的營養成分(BER工藝)。盡管BER工藝的經濟可行性尚待論證，但以上這些技術都強有力地促進了熱干化技術的發展。
氣體循環技術是將80%～85%的尾氣送回熱風爐，其余的經再生熱氧化器(RTO)處理后排放。新鮮空氣和回用氣流首先通過冷凝器(熱氣流被冷卻而新鮮空氣被預熱)，再經過水洗塔除去其中的水蒸氣、粉塵和可冷凝的揮發性物質后返回熱風爐，這樣尾氣量就大大減少了。氣體循環回用的另一個好處是使轉鼓中的氧氣含量保持在10%以下，這是一個非常重要的安全參數。由于該技術的引入，原先間接加熱系統尾氣處理量少的技術優勢被大大削弱了。早期的ESP設備也進行了技術改造，加裝了氣體循環裝置。
該時期同樣值得注意的是適用于中小型污水處理廠的間接加熱回轉設備進入美國市場，另外還有兩種將機械脫水和熱干化連成一體的技術，它們是由Dry Vac Enviromental andTWI開發的真空過濾帶式干燥系統和Humboldt開發的離心脫水干燥系統。
2.3 蒸氣為熱源技術
該時期值得注意的是以蒸氣為熱源的4套流化床干燥設備。由于4套流化床都帶有干料返混系統，所以其產品的性狀與轉鼓式干燥器是相似的。該時期的11套設備中仍有4套為轉鼓式干燥器，由此看來該技術仍將繼續扮演重要角色，同時它也在向設備精、處理量大的方向發展。在美國Jacksonvill FL的新項目中計劃安裝產生蒸氣能力達7m3/h的直接加熱式轉鼓DDS70，這將比美國現有最大干燥設備的處理能力還要大1/4。
位于Shamokin PA的由Weston公司開發的Kvaemer干燥設備也值得關注，因為它將是第一套帶有干料返混系統的間接加熱式美國設備。干料返混系統已能成功生產出可以包裝上市銷售的生物固體產品。在不遠的將來，預計將有越來越多的干燥設備(包括間接加熱式)，會采用干料返混系統來改善最終產品的性狀。
3 干化污泥的土地利用
在污泥處置中土地利用很有潛力。1993年美國環保署制訂了USEPA—503條例，規范了污泥的土地利用(見表1)。該條例除限制了農用污泥中有害重金屬的含量外，還將污泥分成要求嚴格的A級和較寬松的B級。
表1 美國對農用污泥中重金屬含量的限制［3］
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USEPA—503中還對應用B級污泥的作物收成時間作了相應的規定，A級污泥則無此限制，而且可施用于花園、草地。
在美國污泥干化后基本都作土地利用，現在有10%的耕地在施用污泥肥［4］。各地區根據市場的需求選擇干化工藝，因為不同干化工藝的產品性狀不同，不含干料返混系統的間接加熱設備生產的產品多為粉末或片狀，適合于土壤改良或供肥料廠作生產復合肥的基質添加劑；帶有干料返混的間接加熱和多數直接加熱設備則直接生產出1～4 mm粒徑的顆粒，非常適合作撒播機施肥，也可袋裝銷售。由于污泥干化后在化學質量、微生物學質量、美學質量、農業價值、商品化和可接收程度等方面都有極大改善，所以產品滿足A級標準，可作為一種優質緩釋肥用于耕地、草坪、花卉、苗圃、高爾夫球場、柑橘種植等。表2為南卡羅來納州Sumter City 熱干化項目的實際運作費用。
從表2可知，生產成本(125美元/kt)折合到含水率為85%的濕污泥處理成本為19美元/kt，而如果濕污泥直接填埋的話，則濕泥的填埋費用就需要852880美元/a，顯然干化處理的成本要低得多，而且可以變廢為寶。即使污泥干化后農用并不能實現贏利，污水處理廠還是愿意應用熱干化來處理污泥，這也是熱干化得以在美國迅速發展的原因之一。
表2 Sumter City的污泥熱干化費用 美元/a
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4 結語
將污泥干化處理后土地利用已經逐漸成為美國污泥處理、處置的重要途徑。由于污泥填埋越來越受到土地和費用的限制，美國現有的大部分填埋場將在未來的數年內關閉，因此可以預見污泥熱干化在美國的應用將更加普及。
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