沼氣及回轉式烘干機在污泥烘干中的應用
前言
世界上最早將熱干燥技術用于污泥處理的是英國的Bradford公司。1910年，該公司首次開發了轉窯式污泥干化機并將其應用于污泥干化實踐，進入80年代末期，污泥干化技術逐漸為人們所重視，污泥熱干燥技術的應用和推廣，促進了污泥處理處置手段的改變，這種改變主要體現在：污泥填埋處置前，要將污泥進行干燥處理；污泥焚燒處置比例得到了較大提高；干污泥產品作為土地回用的肥源出售，產業規模不斷擴大等[2]。如今，污泥干化處理也得到了越來越多包括發展中國家環境工程界的重視。
在我國，隨著國家經濟實力的增強，國民環保意識的提高，城市污水處理行業得到迅速發展，城市污泥的產量與日俱增，污泥的處置和開發利用問題日益為人們所關注。污泥的干化處理，使污泥農用、作為燃料使用、焚燒乃至為減少填埋場地等處理方法成為可能。污泥干燥技術的完善與革新，直接推動了污泥處置手段的發展，拓展了污泥處置手段的選擇范圍，使之在安全性、可靠性、可持續性等方面得到越來越可靠的保證。但污泥的干化處理需要消耗大量的熱源，提高了污泥的處置成本。因此，尋求一套技術成熟的設備和價格低廉的熱源，是城市污泥進行綜合處置和利用的關鍵。
青島市海泊河污水處理廠在污泥的綜合利用研究中，制定了一套污泥烘干工藝，并與有關專家一起以日本的烘干技術為基礎，成功試制了一臺國產污泥高效回轉烘干機。為國內污泥干燥技術的發展應用提供了參考依據。
1 工藝流程
該工藝充分考慮了海泊河污水廠沼氣資源豐富的特點，將沼氣用于污泥烘干，使沼氣得以充分利用。
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2 烘干機工作原理
該烘干機采用直接干化技術，將沼氣燃燒室產生的熱氣與污泥直接進行接觸混合，使污泥中的水分得以蒸發并最終得到干污泥產品。
該機的主體部分為：沼氣燃燒室和與水平線略呈傾斜的旋轉圓筒，烘干方式采用順流式烘干。物料經供料裝置從回轉式轉筒的上端送入，在轉筒內抄板的翻動下（5～8r/min）與同一端進入的流速為1.2～1.3m/s、溫度為649℃的熱氣流接觸混合，滾筒中部設旋轉的破碎攪拌翼，能使進入烘干機內的物料迅速被打碎，特別是有一定粘性的大塊物料，可碎成小塊，以便和熱風充分接觸，提高干燥效率，小塊物料進一步碎成粒狀，經20～60min的處理，干污泥經出料口輸送出來。最終得到含水率低于14％的干污泥產品。設備結構示意圖如下。
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3 該套設備的主要特點
（1）熱容量系數大，熱效率高。
通過破碎攪拌裝置和圓筒回轉的復合效果，使總傳熱系數提高至普通回轉干燥機的2～3倍，可達300～500Kcal／m3.n.℃。破碎攪拌裝置破碎物料，物料和熱風的接觸面積增大，同時亦防止了熱風的短路，使熱風的熱量得到充分利用。
（2）產品粒徑均一
由于城市污水廠的污泥在脫水的過程中投加了絮凝劑，使污泥粘性增大，在烘干過程中容易結塊，既影響了烘干的效果，又增加了利用的難度（需上一套泥塊破碎設備）。在本干燥設備中，通過攪拌破碎裝置和筒內的窯式活動板作用，使泥塊結硬之前就被破碎，最終的出料為粒徑均一的顆粒（約2mm左右），使污泥的后續處理或利用工序更加簡便。
（3）運轉、操作容易
該設備配備了自動控制系統，沼氣燃燒器具有大、小火頭燃燒方式。烘干轉筒末端設有溫度傳感器，通過溫度傳感器控制燃燒器火頭的大小轉換，從而控制烘干滾筒內部的溫度，防止溫度過高造成污泥的焦化。轉筒的轉速可通過控制柜進行調節。
（4）環保、節能
采用污泥消化處理中產生的沼氣為加熱能源，大大降低了污泥干燥的成本，為沼氣的綜合利用又開創了一個新的應用領地。
4 生產性實驗效果
4.1 原始參數的設定
海泊河污水處理廠消化污泥脫水后泥餅含水率約75%，將其自然晾曬后，含水濾可降至60%和50%。有機復混肥含水率的國家標準為14%，根據前期大量的肥料生產性實驗可知，污泥肥料造粒生產時，污泥含水率為20%時產量及質量最佳。因此，設定烘干進料污泥含水率如下：
初始污泥含水量設定為：75%、60%、50%；
終含水量設定為： 14%、20%。
4.2 海泊河污水廠沼氣情況
海泊河污水廠沼氣成分監測結果如表4－1：
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經計算沼氣熱值為6543千卡/標立方米，沼氣產量約7000立方米/天。
4.3 烘干脫水及能耗分析
設備安裝完畢后，進行了大量的生產運行實驗，現將設備運行的平均情況總結如下，見表4－2。
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表中所示的產量及耗熱量是以濕料處理量1噸/小時，按設定的參數計算的，其中：
QH2O＝960 Kcal/KgH2O，此值是根據生產綜合經驗數值推算出來的；
WH2O＝GD×（75－14）%/（100－75）%
WH2O+GD＝1000 Kg
式中：QH2O――去除單位水份所消耗的熱量，Kcal/KgH2O；
WH2O――脫水量，Kg/hr；
GD―――產品量，Kg/hr。
從以上數據可以看出，無論對終含水量14%，還是20%的處理，初始含水量由75%降低到50%時，產品產量均上升100%，而能耗僅為原來的59%和54.5%，所以，從生產工藝上盡可能的降低投入料的含水率，降低污泥烘干的成本。該設備的烘干料為均勻的顆粒狀，粒徑約2mm左右。
降低投入料含水率最有效最簡便的辦法就是對濕污泥進行自然風干、晾曬，在含水率較高的情況下（75%），可較快的初步降低污泥中的含水率。
5 結論
（1）將污水處理廠的副產品-沼氣用于污泥烘干是可行的，一方面可有效的降低污泥干化的處理成本，另一方面避免了沼氣能源的浪費，使該套設備兼具環保、節能的特點。
（2）該套設備用于城市污水處理廠的污泥烘干，在技術上和經濟上都具有一定的優勢。
（3）該套設備存在的問題是沒有對污泥烘干過程中產生的異味氣體進行處理，有關這部分異味氣體的處理方法下一步將繼續探討、研究。
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