目前，污泥的最終處置方式對(duì)污泥的含水率和pH等指標(biāo)均有嚴(yán)格要求。國(guó)內(nèi)污泥最終處置相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)一般要求污泥含水率為40%~60%、pH為5~10。高壓帶機(jī)采用最經(jīng)濟(jì)的機(jī)械脫水技術(shù)，基本不增加污泥絕干量，滿(mǎn)足pH達(dá)到處置的中性要求，可將新建項(xiàng)目含水率95%~99%的污泥或改造項(xiàng)目含水率80%左右的污泥降至含水率為70%以下。低溫干化技術(shù)可在不使用任何化學(xué)藥劑的前提下，將污泥含水率一次性降至20%以下，但其能耗高、烘干時(shí)間長(zhǎng)、占地面積大。為克服直接使用低溫干化技術(shù)的缺點(diǎn)，通過(guò)項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)和數(shù)據(jù)分析探究“高壓帶機(jī)+低溫干化”聯(lián)用工藝的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)，為聯(lián)用工藝的應(yīng)用提供數(shù)據(jù)支撐。

1、“高壓帶機(jī)+低溫干化”聯(lián)用工藝

高壓帶機(jī)成套工藝技術(shù)是針對(duì)國(guó)內(nèi)污泥處理處置現(xiàn)狀及需求開(kāi)發(fā)的污泥減量、穩(wěn)定化技術(shù)。該技術(shù)先將污泥調(diào)理劑與含水率為80%左右的污泥混合，對(duì)污泥進(jìn)行調(diào)理，再采用高壓帶機(jī)進(jìn)行壓濾處理，處理后污泥的含水率可從約80%降至70%以下，既可使污泥含水率進(jìn)一步降低，同時(shí)70%的含水率又可確保污泥易造粒成型且不易出現(xiàn)粉化現(xiàn)象。

低溫干化技術(shù)則是利用濕空氣原理和傳熱傳質(zhì)原理，將加熱器產(chǎn)生的熱量用于加熱循環(huán)空氣，加熱后的高溫低濕循環(huán)空氣用于污泥烘干，冷卻器的冷量則用于冷凝循環(huán)空氣中的水蒸氣，在實(shí)現(xiàn)循環(huán)空氣冷熱閉式傳熱傳質(zhì)循環(huán)的同時(shí)也實(shí)現(xiàn)了污泥干化。

“高壓帶機(jī)+低溫干化”聯(lián)用工藝將高壓帶機(jī)技術(shù)設(shè)計(jì)成低溫干化的前處理工藝，在不添加生石灰等改性劑前提下，可將含水率為95%~99%（新建項(xiàng)目）或80%左右（改造項(xiàng)目）的污泥降至含水率為70%后再進(jìn)入低溫干化設(shè)備，經(jīng)切條造粒后干化，最終將出泥含水率降至10%~60%（可調(diào)），污泥絕干量基本不增加，污泥干基熱值高，pH呈中性，最終污泥的處置路徑更寬泛。

2、聯(lián)用工藝試驗(yàn)研究

謝蘊(yùn)江等發(fā)現(xiàn)當(dāng)干化溫度為80℃時(shí)，干化后污泥含水率的變化會(huì)影響低溫干化階段的干燥速率和干燥效率，同時(shí)干化設(shè)備進(jìn)泥含水率也會(huì)影響低溫干化的效率。為探究“高壓帶機(jī)+低溫干化”聯(lián)用工藝的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)，以上海某污水處理廠剩余污泥為試驗(yàn)對(duì)象，先分析低溫干化設(shè)備進(jìn)泥和出泥含水率對(duì)干化效率的影響，再基于試驗(yàn)數(shù)據(jù)討論聯(lián)用工藝的技術(shù)經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)。

該污水處理廠處理規(guī)模為5×104m3/d，污泥脫水采用一級(jí)濃縮帶式脫水機(jī)-“高壓帶機(jī)+低溫干化”聯(lián)用工藝處理路線，一級(jí)濃縮帶式脫水機(jī)帶寬2.5m，出泥量2.28t/h，出泥含水率為80%，高壓帶機(jī)帶寬為1.5m，出泥含水率為70%，熱泵型低溫干化機(jī)標(biāo)準(zhǔn)除水量為400kg/h，穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)出泥含水率為60%。在試驗(yàn)期間，整套工藝的處理泥量可根據(jù)試驗(yàn)要求任意變化，從而達(dá)到不同出泥含水率要求。

試驗(yàn)分5組進(jìn)行，在保證低溫干化設(shè)備內(nèi)部污泥平鋪厚度和干燥溫度相同的條件下，分別測(cè)試低溫干化機(jī)進(jìn)泥含水率為70%，其出泥含水率分別為60%、50%、40%、30%，以及進(jìn)泥含水率為80%、出泥含水率為50%時(shí)的單位時(shí)間除水量、單位功率除水量（SpecificMoistureEvaporationRate，SMER）等。含水率測(cè)試采用鹵素水分測(cè)定儀，其產(chǎn)地為常州。

試驗(yàn)過(guò)程中，污泥低溫干化機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行1h后，在機(jī)組冷凝出水口接取冷凝水樣本，每次取樣持續(xù)時(shí)間為60s，每個(gè)樣本間隔300s，共取5個(gè)冷凝水樣本，一天的總除水量計(jì)算見(jiàn)式（1），機(jī)組運(yùn)行時(shí)所消耗的總有功功率按式（2）計(jì)算，污泥低溫干化機(jī)的SMER按式（3）計(jì)算。

式中：G為總除水量，kg/d；Gli為第i組冷凝水樣本的質(zhì)量，kg/d，i=1，2，3，4，5。

式中：N為消耗有功功率，kW；E為取樣期間機(jī)組運(yùn)行所消耗的總電量，kW·h；T為取樣的總時(shí)間，s。

試驗(yàn)參數(shù)控制和分組見(jiàn)表1。

2.1 低溫干化機(jī)出泥含水率的影響

低溫干化機(jī)出泥含水率對(duì)其單位時(shí)間除水量和SMER的影響見(jiàn)圖1。出泥含水率越低，單位時(shí)間除水量越低，SMER也越低。出泥含水率為30%時(shí)的單位時(shí)間除水量相對(duì)于出泥含水率60%時(shí)的單位時(shí)間除水量下降了9.5%，SMER下降了8.4%。

上述試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，隨著低溫干化設(shè)備出泥含水率的降低，低溫干化設(shè)備單位時(shí)間除水量和SMER均有下降。一方面是因?yàn)榈蜏馗苫瘷C(jī)造粒后，顆粒狀污泥內(nèi)部的水分蒸發(fā)，傳質(zhì)阻力較大；另一方面，隨著干化的持續(xù)進(jìn)行，若進(jìn)一步降低污泥含水率，需將污泥結(jié)合水和內(nèi)部水蒸發(fā)，兩方面均需要更多的能量輸入。因此在實(shí)際工程中，對(duì)于干化出泥含水率的選擇，一方面考慮實(shí)際工藝需求（如后段工藝要求等）；另一方面，從干化效率角度確定出泥含水率，對(duì)整體工藝的能耗有重要影響。

2.2 高壓帶機(jī)和進(jìn)泥含水率的影響

主要對(duì)比低溫干化機(jī)處理一級(jí)濃縮帶式壓濾機(jī)出泥（含水率80%）和高壓帶機(jī)出泥（含水率70%）時(shí)的單位時(shí)間除水量和SMER。在試驗(yàn)中，保證兩組試驗(yàn)污泥出泥含水率一致（均為50%），同時(shí)保證污泥堆放高度和送風(fēng)溫度兩個(gè)變量一致。試驗(yàn)結(jié)果如圖2所示。采用高壓帶機(jī)處理后，低溫干化設(shè)備單位時(shí)間除水量從360kg/h提升至386kg/h，提升了7.2%；SMER從3.2kg/（kW·h）提升至3.3kg/（kW·h），即經(jīng)過(guò)高壓帶機(jī)處理后，低溫干化設(shè)備干化效率有一定程度的提升（提升5.0%）。

Cai等的研究結(jié)果亦表明，污泥含水率的降低和污泥孔隙率的提高均可以提高干化效率。市政污泥經(jīng)過(guò)一級(jí)濃縮帶式脫水機(jī)脫水后含水率為80%左右，電鏡掃描圖見(jiàn)圖3。

由圖3可知，污泥呈塑態(tài)且黏稠，污泥內(nèi)部結(jié)構(gòu)相對(duì)緊密。而經(jīng)過(guò)混合改性及高壓帶機(jī)脫水后，污泥含水率降至70%左右，壓濾后的泥餅為固態(tài)且呈多孔狀，污泥孔隙率增大。因此，污泥經(jīng)過(guò)高壓帶機(jī)處理后，低溫干化段的單位時(shí)間除水量和SMER均有不同程度提高。

綜上所述，“高壓帶機(jī)+低溫干化”聯(lián)用工藝一方面降低了低溫干化設(shè)備進(jìn)泥含水率，另一方面提高了污泥孔隙率，最終提高了低溫干化的單位時(shí)間除水量及SMER。

3、聯(lián)用工藝技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析

通過(guò)試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，“高壓帶機(jī)+低溫干化”聯(lián)用工藝相對(duì)于直接采用低溫干化，低溫干化階段的單位時(shí)間除水量和SMER均有提升。以該污水處理廠剩余污泥作為研究對(duì)象，首先對(duì)比聯(lián)用工藝和直接低溫干化工藝的整體運(yùn)行費(fèi)用及能效，再對(duì)兩種工藝的設(shè)備總投資進(jìn)行比較，全面討論兩種方案的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性。

因污泥最終處置方式不同，對(duì)污泥含水率要求不盡相同，故將討論不同出泥含水率情況下（系統(tǒng)進(jìn)泥含水率均為80%，最終出泥含水率分別為60%、50%、40%、30%），兩種工藝路線的運(yùn)行費(fèi)用、SMER、設(shè)備初投資和污泥處理量情況。

兩種工藝路線的基本運(yùn)行參數(shù)對(duì)比見(jiàn)表2。

表2給出了兩種不同工藝路線的運(yùn)行參數(shù)，在此參數(shù)基礎(chǔ)上進(jìn)行對(duì)比分析。其中，運(yùn)行費(fèi)用由電費(fèi)、藥劑費(fèi)、人工費(fèi)和耗材費(fèi)構(gòu)成。不同工藝的初投資為同等污泥量和場(chǎng)地情況下的設(shè)備總投資（以污泥含水率80%為基礎(chǔ)），同時(shí)為了便于閱讀比較對(duì)總投資進(jìn)行無(wú)量綱處理，即初投資當(dāng)量=實(shí)際設(shè)備總投資/當(dāng)量因子，各不同工況下當(dāng)量因子為同一數(shù)值。另外，為了對(duì)比污泥處理量變化，對(duì)污泥量亦進(jìn)行無(wú)量綱處理，方式與總投資方法相同，不再贅述。

3.1 聯(lián)用工藝的運(yùn)行費(fèi)用和能源利用效率

圖4給出了不同出泥含水率情況下，每噸含水率80%污泥的運(yùn)行費(fèi)用情況�？傮w而言，與直接低溫干化相比，聯(lián)用工藝運(yùn)行費(fèi)用在不同出泥含水率要求下均有不同程度的降低，最高可降低33.4%，最低也可降低26.6%。

從圖4還可看出，聯(lián)用工藝運(yùn)行費(fèi)用降低率隨著最終出泥含水率的提高而提高。

為了量化分析上述結(jié)果，將不同出泥含水率條件下聯(lián)用工藝中高壓帶機(jī)和低溫干化單位時(shí)間除水量進(jìn)行對(duì)比分析（見(jiàn)圖5）。從圖5可以看出，出泥含水率越低，低溫干化除水量越高，以至超過(guò)高壓帶機(jī)除水量。在進(jìn)泥含水率為70%、出泥含水率為40%時(shí)，兩者的除水量相等。就運(yùn)行費(fèi)用而言，出泥含水率越高，聯(lián)用工藝中運(yùn)行費(fèi)用相對(duì)高的低溫干化階段除水量占比越低，整體工藝的運(yùn)行費(fèi)用越低；另一方面，出泥含水率越低，聯(lián)用工藝和直接低溫干化工藝運(yùn)行費(fèi)用逐步增加，但是直接干化工藝運(yùn)行費(fèi)用增加的絕對(duì)量大于聯(lián)用工藝。

3.2 聯(lián)用工藝和直接低溫干化的初投資比較

圖6給出了不同出泥含水率要求情況下，采用聯(lián)用工藝和直接低溫干化的設(shè)備初投資對(duì)比。

相比于直接低溫干化，聯(lián)用工藝的設(shè)備初投資明顯降低，最高降幅可達(dá)30.3%，聯(lián)用工藝中采用高壓帶機(jī)對(duì)污泥進(jìn)行機(jī)械脫水預(yù)處理，使污泥含水率從80%降至70%，對(duì)于同一項(xiàng)目而言，一方面降低了低溫干化設(shè)備選型規(guī)格，即降低了干化設(shè)備初投資；另一方面高壓帶機(jī)作為純機(jī)械脫水設(shè)備，其噸泥投資較低溫干化機(jī)更低，從而使“高壓帶機(jī)+低溫干化”聯(lián)用工藝設(shè)備初投資顯著降低。

3.3 聯(lián)用工藝改造現(xiàn)有直接低溫干化項(xiàng)目的潛力

根據(jù)住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部統(tǒng)計(jì)年鑒，我國(guó)年均污水量不斷增加，污泥產(chǎn)量也不斷增加，提高污泥處理能力非常關(guān)鍵，因此討論對(duì)直接低溫干化含水率80%污泥的既有項(xiàng)目進(jìn)行升級(jí)改造很有意義。

在現(xiàn)有低溫干化機(jī)前端增設(shè)高壓帶機(jī)后，不同出泥含水率條件下整個(gè)系統(tǒng)的污泥處理量變化如圖7所示。

由圖7可知，增設(shè)高壓帶機(jī)設(shè)備后，當(dāng)出泥含水率分別為60%、50%、40%和30%時(shí)，污泥處理量分別提升200%、124%、100%和88%。因此，高壓帶機(jī)能夠顯著提升直接采用低溫干化工藝項(xiàng)目的污泥處理量。

4、結(jié)論

首先通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)研究了低溫干化設(shè)備單位時(shí)間除水量和SMER的影響因素，分析了“高壓帶機(jī)+低溫干化”聯(lián)用工藝的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，再?gòu)脑O(shè)備運(yùn)行費(fèi)用、設(shè)備初投資、污泥處理量等角度分析了聯(lián)用工藝的經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)，得出以下主要結(jié)論：

①進(jìn)泥含水率為80%時(shí)，相比于直接低溫干化工藝，聯(lián)用工藝可將低溫干化階段的單位時(shí)間除水量提高7.2%以上，低溫干化設(shè)備SMER提高5.0%以上。

②與直接采用低溫干化工藝相比，聯(lián)用工藝最高可將整體工藝運(yùn)行費(fèi)用和設(shè)備初投資分別降低33.4%和30.3%。

③對(duì)于直接采用低溫干化的現(xiàn)有項(xiàng)目，增設(shè)高壓帶機(jī)可使整個(gè)工藝污泥處理量提升200%左右。（來(lái)源：上海中耀環(huán)保實(shí)業(yè)有限公司，同濟(jì)大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院）