Vol.39,No.2 2021年2月
中国资源综合利用
China Resources Comprehensive Utilization©应用研究污泥低温热泵干化技术分析及其应用 李卓君，王磊
（上海巴安水务股份有限公司，上海201716）
摘要：市政污泥是污•水处理后的副产物，具有含水率高的特点，无法直接利用，所以实现污泥减量是达成 污泥资源化利用至关重要的一步。污泥低温热泵干化是直接干化的一种形式，具有运营费用低、配套设施少、
环保能效高等特点。本文简要介绍了低温热泵干化的原理与运行特点，结合应用案例，探索污■泥低温干化
的发展方向，并进行经济分析，论证了低温热泵干化技术在污泥干化领域推广的可行性，为污泥处理行业
添砖加瓦。
关键词：资源利用；污泥处置；污泥干化；低温热泵；环保
中图分类号：X705文献标识码：A文章编号：1008-9500（2021）02-0027-04
DOI:10.3969。.issn.1008-9500.2021.02.010
Analysis and Application of Sludge Low Temperature Heat Pump Drying
Technology循环烘干机
LI Zhuojun,WANG Lei
(SafBon Water Service(Holding)Inc.,Shanghai201716,China)
Abstract:Municipal sludge is a by-product of sewage treatment,which has the characteristics of high water content and cannot be used directly,therefore,the realization of sludge reduction is a crucial step to achieve resource utilization of sludge.Sludge low-temperature heat pump drying is a form of direct drying,which has the characteristics of low operating costs,fewer supporting facilities,and high
environmental protection and energy efficiency.This paper briefly introduces the principle and operating characteristics of low-temperature heat pump drying,combined with application cases,explores the development direction of low-temperature sludge drying,and conducts economic analysis to demonstrate the feasibility of low-temperature heat pump drying technology in the field of sludge drying,thereby contributing to the sludge treatment industry.
Keywords:resource utilization;sludge disposal;sludge drying;low temperature heat pump drying;environmental protection
改革开放以来，我国经济建设飞速发展，其间对环保问题的重视也在不断加强，在过去的20多年里，中国城镇污水处理率从不足16.2%飙升至96%。在我国污水处理总量不断提升的同时，污泥的产量也与日俱增。根据以往数据统计，我国湿污泥的日均产量接近垃圾日均总产量的20%（按照每人每天产生垃圾2.5 kg估算），而且增长速率可达每年约10%叫在早期治理的过程中，污泥的处置问题并未得到相应的重视，但污水处理的根基是污泥，如果不能很好地解决剩余污泥的处置问题，就将无法从根本上改善我国的水环境叫
据统计，2018年上半年我国城镇污泥产量达到约1800万t（以80%含水率计算）,2020年底我国污泥产量保持在6000-9000万t。《”十二五”全国城镇污水处理及再生利用设施建设规划》对污泥的处理处置
提出了明确要求：到2020年底地级及以上城市污泥无害化处置率达到90%，其他城市达到75%叫结合国家生态文明建设和美丽中国建设的总体需求以及我国环境治理的总体布局，可以预见，在即将到来的五年里，我国城镇污泥处理处置工作将得到迅速推进，而且整个行业体量预计会达到千亿级，这是一片蓝海市场。
收稿日期：2020-12-02
作者简介：李卓君（1994-），陕西西安人，硕士，助理工程师，主要从事城镇市政污泥处理工艺设计工作。
©应用研究中国资源综合利用第2期
1污泥处置的工艺路线
污泥作为污水处理的副产物，《有机物含量多、易发生腐化、可能会引发流行病、含水率高且脱水难度大（因受到胶状结构的影响）等特点［4］，以往的处置方案大多采用卫生填埋、堆肥等措施。这些方法虽可以缓解污泥产量大、处理难的问题，但具有二次污染隐患，并非长久之计，在发达国家已逐渐被抛弃。
在德国，污泥的填埋及堆肥等方法已经逐步禁止使用。所以，到一条安全经济的污泥处置发展道路
是当务之急。我国主流的污泥处理处置路线主要有3条，分别是厌氧消化后土地利用、好氧发酵后土地利用、干化焚烧后建材利用冋，前两种处理方法多多少少都会对土地有一定的二次污染风险，且由于污泥本身是由大量有机物组成的，干化后的污泥热值相当于褐煤，因此污泥处理最为彻底的方法就是干化焚烧。
污泥具有含水率高、体积大的特点，污泥焚烧的首要前提就是污泥干化。污泥干化技术是利用热能将污泥中的水分进行蒸发从而方便后续污泥处理的_种方法叫
在过去一段时间里，我国污泥减量的处理工艺主要分为宜接干化和间接干化两类。直接干化是指湿污泥与高温气体直接接触，高温气体提供污泥中的水分蒸发时需要的热量，随后蒸发气体被高温气体带走，进一步处理。宜接干化的特点是传热效率高，干化效果好。常见的宜接干化方式有转鼓干化、闪蒸式干化和带式干化。间接干化是指污泥不直接与热源接触，利用热传导效应，与通入高温加热媒介（通常为蒸汽或导热油）的金属管外壁接触，将污泥中的水分蒸发掉。目前，国内污泥干化的工程项目大多采用间接干化方式，常见的有桨叶式干化、圆盘干化和薄层干化。
2低温干化技术的原理与特点
2.1低温干化技术的原理
主流的污泥低温干化系统的工作原理来源于热泵干燥技术。20世纪70年代以来，美、法、德等发达国家已开展了热泵干燥除湿技术的研究。20世纪80年代，我国也引进了该项技术，并在食品行业、农副产品行业等领域的干燥需求中逐步应用低温热泵干燥技术，在实践中也取得了较好的经济效益。
近年来，随着我国aw对环境问题的关注和重视，能源节约与环境保护昨的相继了热泵干燥技术的发展。如今，热泵干燥设备的应用领域已扩展到各行各业，如皮革加工、食品加工、茶叶烘干、烟叶烘干、蔬菜脱水、讎干燥、陶瓷烘焙、药物及生物制品的灭菌与干燥、污泥处理、化工原皮及肥皮干燥等领域汽近年来，其^^^在污泥干化艇的工程实践中。
污泥的低温干化是带式干化的一种具体形式，它的烘干温度介于40-75°C，可以根据运行环境进行调节，满足不同烘干工艺要求。
湿泥（含水率约80%）经切条机切条后进入带式干化机中的钢带上，并以一定速度往前输送（配有变频电机，在实际运行中可根据处理需求，调整钢带的速度），同时由除湿热泵提供的热空气经循环风机输入带式干燥器内［9］，对湿泥进行干化。
干燥后的污泥颗粒从底端出料口排出，通过运输设备可以宜接送入储仓。同时，干化过程中的湿气进入热泵系统进行除湿并再加热，完成一次循环并进入下一个化循环，重复利用，干燥过程中的冷凝水虽然清澈，但是内含多种污染物，需要排至污水处理中心，处理达标后方可排放。
除湿热泵的原理如图］所示。它是除湿（去湿干燥）与热泵（能量回收）的结合，是干燥过程中能量的循环利用，可以简单地将它理解为将空调反向使用。
2.2低温干化技术的特点
低温热泵干化技术从根本上杜绝了爆炸、漏电、干烧、一氧化碳中毒等安全隐患，具有很多优点。例如，不与外界交换热量，不受外界环境温度影响，不排高温高湿废气和臭气；可完全封闭式运行，对于贵重物料，还可以对凝结水进行收集提纯；采用模块化生产方式，安装便捷，维修方便，使用寿命长。
低温热泵干化技术与其他传统干化技术进行综合对比，结果如表］所示。
低温干化处理方式与传统处理方式进行综合对比，结果如表2所示。
第2期李卓君等：污泥低温热泵干化技术分析及其应用0应用研究
表4低温热泵干化技术与其他干化技术的对比
干化机低温热泵干化桨叶式污泥烘干机干化转妙污泥烘干机干化薄层干化转筒式污泥烘干机干化干化温度40-75%：>150兀>150七>150乞200~300%干化方式热环热传导热传导热传导热对流
供热方式热泵蒸汽、导热油蒸汽、导热油蒸汽热风、碱烟气
粉尘含量无较高
运行温度高高高极高
安全性低温安全运仃温度咼、需安充氮气运仃温度咼运行温度高、填充度高废气处理需要除臭系统需要除臭系统需要除臭系统需要除臭系统机WW损大大大大
热耗（kj/kg水）2800280023003400
电耗（kw・h/kx水）0.2500.0400.0500.0530.070
表2污泥处置方式对比
处置方式低温干化板框压滤+石灰+热干化低温碳化轨壬忌高温热水解+厌氧消化+盘十化板框压滤
干泥含水率10%•-50%可调40%20%20%〜40%60%
处置方式所有水泥窑焚烧焚烧+掺烧填埋、堆肥能源电电+药剂+石灰燃油、燃气+燃煤燃油、燃气+燃煤厌氧气+电占地面积小大小小大操作性简单一般一般安全性差需专业处理除臭无须除臭需要除臭需要除臭需要除臭视情况而定能耗低高一般高一般
对比表］和表2可知，低温干化技术在设备配置、
能源消耗以及占地面积方面都具有一定的优势，尤其
是在某些预算不足的地区和项目。低温热泵烘干设备
是一种全封闭的设备，在干化的过程中除了排放烘干
冷凝水，几乎没有任何水气、气味和粉尘排出，既环
保又卫生，而且在建设中节约了大量的后处理设备的
采购及安装费用，非常适用于需要污泥干化的设备但
预算有限的厂家和地区安装使用。
3低温干化技术的应用
下面以我国某地100t/d的污泥干化工程为例进行分析。该项目日处理量为loot，进场污泥含水率为80%，要求出泥含水率30%，即脱水后污泥量为28.6t/do 每日污泥减重量（去除水量）为：100t/dx1000-{（1-80%）*（1-20%）}X1000=71.4t/d。
该项目的工艺流程如图2所示。由此可以看出，选用低温热泵干化技术时，无须外加除臭设备和能源系统。相比于薄层干化等技术方案，其免去了昂贵的除臭系统建设费、能源供给系统建设费等，节约了工程施工成本。
更为重要的是，低温热泵干化机普遍已发展为模块化组装形式，在安装调试方面体现出了极大的便捷性，有利于节约工期；在检修时影响的工作面小，也提高了污泥干化处理的效率。
图2污泥低温干化工艺流程
同时，运行费用仅消耗电能，消耗的电能约为每吨水300kW-h，项目每日用电量为300x71.4= 21420kW-h，以电单价0.8元/（kW•h）计算，每日电费为17136元，折合处理成本240元/t水或171.2元/t污泥。
成本的降低将大大促进污泥处理处置率的升高，也会吸引越来越多的企业投资于污泥处理处置市场。
4结论
随着《中华人民共和国固体废物污染环境防治法》的最新修订并实施，低温热泵干化无疑成为污泥干化领域值得关注的技术方法，它摆脱了以往对污泥干化高能耗、安全系数低的印象，提供了一种运营费用低、配套设施少、环保能效高的工艺方案，符合我国坚持“安全环保、节能省地、循环利用、经济合理”的原则。在全国各地因地制宜地进行污泥处理处置时,
（下转第32页）
©应用研究中国资源综合利用第2期
各种废气，并将废气输送率控制在10m/s以内。该污水处理厂在废气净化处理中总共设置了三座生物滤池，第一座设置在各格栅间和进水泵房附近。该生物滤池为平面型生物滤池，采用典型的混凝土结构，用以对进水泵房等工段产生的废气进行集中净化处理。第二座生物滤池设置在曝气沉砂间附近，设计人员在对其周围环境与废气净化要求等进行充分考虑后，建设了平面型生物滤池，其结构形式仍然采用混凝土结构。厂内其余工段还设有一座生物滤池，该污水处理厂在废气净化中所设置的三座生物滤池的面积均约为420nA总有效面积超过816n?，表面负荷超过90m3/(m2-h)o各工段的废气收集方式基本相同，如对于厂内其余生物处理单元间以及曝气池等当中的废气，相关工作人员使用两台超大功率引风机负责完成废气集中收集。在收集各格栅间与进水泵房中的废气时，同时采用两台5000m3/h的引风机，所有引风机的废气出口压力均需要超过2500Pa o
在滤料选用上，工作人员就地取材，直接使用周围现有的树叶与灌木戕，搭配餌融飙删的动物粪便以及火山岩等生物滤料，将滤料的孔隙率控制在75%以上，滤料细孔直径不超过1mm，滤层厚度则控制在4m P]o滤料含水率控制在45%~55%，并对滤料压力损失进行严格控制，通过生物净化处理的方式，最终使得厂内的废气污染物转化成为二氧化碳和水等无害物质。相较于以往使用的化学清洗技术、活性炭过滤技术等，污水处理厂使用生物滤池技术进行废气净化，无须煎雄水资源对污泥及其他物质进行反复冲洗，鹹定期更换吸附用的活性炭而导致污水MT的废气净化成本骤增，可以在有效控制
整体废气净化成本的同时，防止出现对环境的二次污染。由此可见，生物滤池技术气中确实较高价值。
3结语
城市污水处理厂在废气净化处理中运用生物滤池技术，不仅可以有效达到废气净化的目的，也可以实赃物资源的充分利用，最终实与环境效益最大化的根本目标。而在实际利用生物滤池蛛时，相关蹄人员需要充轴合实际情况，严綁守相救定要求，合輕择生物哋科学选用滤mm确駝环境温度、湿度等重要参数。同时，重视对生物滤池的h常运维管理，确保在充分发挥其应有效用后获得更加理想的废气净化效果。
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O<XXXXXXXXXXX>O<XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX>O<XXXXXXXXXXX>O<XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX>OOO<XXXXXXXXXXXXXXXXXXXX>O<XXXXXXXXXXX>OOO<XXXXXXXXXXXXXXXXXXXX>O<XXXXXXXXXXX>O<XXXXXXXXXXX> (上接第29页)
低温热泵干化技术将会有一片广阔的发展天地。
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