污水厂污泥快速干化焚烧及制肥新工艺
1 概述
污泥是城市污水处理厂的必然副产物。
污泥是污水处理过程中产生的沉淀物质，在污水处理过程中，产生大量污泥，一般的二级污水处理厂产生的污泥量约占总处理污水量体积的0.3%～0.5%，以深圳市为例，特区内罗芳、盐田、滨河、南山4个污水处理厂每天共产污泥1000多吨，并且将随着污水处理能力的提高而递增；它含水量高（约80%）、易腐烂发臭，不便处置利用，除含有大量有机质、植物养分和一定量的微量元素外，同时也含有重金属、病原菌、寄生虫（卵）等有害物质，如不加以妥善处理和处置，将造成堆放区周围环境严重的二次污染。传统的污泥处理工艺处理费用昂贵，约占污水处理厂总运行费用的20%～50%。目前，对污泥的最终处置与利用的主要方法有：作为农肥利用、建筑材料利用、焚烧、填埋与填海造地利用以及投海等多种形式。但是，由于污泥含水率高，不易填埋；又由于污泥含水率高和含有重金属，污泥制肥成本高、销路有限；污泥投海会污染海洋，对海洋生态系统和人类食物链会造成威胁，国际公约已明令禁止；而污泥的土地利用在国内外已普遍受到重视。
深圳市在污泥处理的方法上，目前主要采用填埋形式，其中最大的一个填埋场在清水河的下坪。填埋法在国际上已逐渐成为被淘汰的污泥处理方法，主要是因为填埋费用高，深圳市目前每年因城市污泥填埋而支出的费用就高达2000余万元；其次，污泥填埋占用宝贵的土地资源，深圳市污泥填埋每年占用的土地面积达2.8万平方米。这对于寸土寸金的深圳来讲，显得尤为可惜；第三，由于污泥中含有大量有害物质，如果不进行任何处理就进行填埋将造成填埋区的二次污染；第四，资源不能重生利用，不符合当今人们追求环保和生态平衡的理念。
所以，城市污水处理厂污泥的根本出路应该是资源化和能源化。
2 污泥快速干化焚烧及制肥新工艺
我们认为只有热干化法才是解决问题的可行方法。本新工艺有如下创新点：① 无发酵快速制肥技术；② 一次配料混拌、造粒、烘干、筛分制肥技术；③ 螺杆挤压造粒技术。干化后的污泥，如园林绿化需要，可以一部分制成肥料出售，余下的则可全部投入焚烧，产热自用，实现彻底的减量化、稳定化、无害化。
（1）本技术的工艺摈弃了传统的污泥经厌氧或好氧发酵工序，直接将生污泥与干化污泥、辅料一次混拌配料，再经过特制的螺杆挤压造粒机造粒，肥料的比表面积增大，这样就能保证均匀的烘干效果，烘干效率也大大提高。然后投入烘干机烘干，经过筛分，可即时将污泥快速制成颗粒燃料（或有机复合肥）。而以往的污泥制肥工艺第一道烘干工序都是将原污泥直接投入烘干机烘干，其缺点是由于污泥粒度较大且不均匀，导致干燥效率不高，往往是外部已经干了，而内部还没有干透，无害化也不彻底。
（2）污水厂污泥干化焚烧是近年来国内外研究的重要课题，热干化按加热方式可分为直接和间接加热，直接加热方式热效率较高，其干化过程一般通过回转圆筒式干燥机、带式流化床、亦有采用燃气红外辐射器来实现。本方案的干化采用回转圆筒式干燥机与国内外技术是吻合的，且是广泛应用于诸多行业的成熟技术。
热干化是利用热能将污泥烘干，干化后的污泥呈颗粒或粉末状，体积仅为原来的1/5～1/4，而且由于含水率在10%以下微生物活性完全受到抑制而避免了产品发霉发臭，其高温灭菌较为彻底。二十世纪九十年代热干化技术得到迅速发展、全球干污泥产量已是一九九0年的十倍。奥地利、比利时、美国等均有处理湿污泥50～300 T／D的工程实例。
（3）通过焚烧可利用污泥中丰富的生物能将其作为干化污泥的燃烧热源，甚为便简。焚烧过程中所有的病菌、病源体均被彻底杀灭、有毒有害的有机残余物被氧化分解。当污泥的含水量小于38%时，理论上即可不需要辅助燃料直接燃烧。本设计中将含水率＜10%的污泥投入焚烧炉中作为燃料已在工程实践中证明是可行的。
燃料费（以处理每吨原污泥计算）：
处理每吨原污泥需蒸发水分（含水率由80%降为0）0.8吨，可得到干污泥（含水率为0）0.2吨。
① 将0.8吨水由室温20℃加热成100℃的水蒸汽需耗费的热能为：
｛80千卡／公斤（显热）＋619千卡／公斤（潜热）｝×800公斤＝559200千卡
② 干污泥（含水率为0）的燃烧热值按保守考虑为4000千卡／公斤，将干0.2吨干污泥（含水率为0）焚烧可产热为：
4000千卡／公斤×200公斤＝800000千卡
③ 热效率按70%考虑，则需补充热量为：
559200千卡－800000千卡×70%＝－800千卡
由上可知，干燥污泥无需外补燃料，燃料费为零。
（5）焚烧中有可能产生二恶英等重污染物，本设计中设置了二燃室，利用燃气或燃油作为热源，使焚烧炉产出的烟气彻底燃烧，确保去除二恶英等污染物和臭味。
焚烧废弃物最令人担心的就是烟气污染的问题，我们在焚烧炉后设有二燃室，其中设有温控自动燃油或燃气燃烧器和二次风系统，当炉出口温度低于850℃时，燃烧器自动点燃，使烟气在二燃室内保持850℃以上并停留2秒钟以上，同时保持一定的空气过量系数，这样就可保证烟气的彻底燃烧，不会产生二恶英等污染问题，也不会产生黑烟。
（6）对于干化后尾气的处理，设计中引入国内外均较成熟的烟气净化技术，采用国际通行的做法，采用机械、湿法洗涤、静电的方法，对烟气进行多元净化，确保烟气达标排放。
（7）综上所述，我们认为本工艺吸收了国内外的最新技术的长处加以改进，是较为简捷可行的，具有如下特点：
① 快速烘干、不用堆肥发酵、占地面积小、污染少；
② 工艺简捷，直接将焚烧炉的烟气加热污泥，热效率高；
③ 造粒提前在焚烧炉投料前段进行，免去了后段造粒的繁杂工序；
④ 设有二燃室和烟气净化装置，烟气达标排放；
⑤ 自动加料、连续加料，全工序自动连续运行；
⑥ 设备全部采用国产设备。基于以上特点，本方案具有占地面积小、投资少，运行费用低等特点。在肥料用量大的季节可通过辅量调整配方制成花卉或农用肥（视污泥中重金属离子超标情况而定），在肥料用量小的淡季可制成颗粒燃料用于焚烧炉燃烧，干化污泥。
3 应用实例
本工艺流程和成套设备已申报国家发明专利：
发明名称：一种利用有机污泥生产有机复合肥的方法及其装置；
专利申请号：01142234.3；
申请日：2001年9月25日；
申请人：深圳市先科环保有限公司；
发明人：朱定有、韩洪波。
并通过深圳市科技局成果鉴定，认定为深圳市高新技术项目。也是国家经贸委、国家税务总局二○○二年度公布的国家鼓励发展的环保项目（[2002]第23号文）。
本设计工艺已在深圳市龙岗区平湖污水处理厂建成中型生产线，运转良好，并印证了本工艺所具备的各项优点，具备推广应用的条件。
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