刘金贵

（新乡中新化工有限责任公司，河南 新乡 453800）

0 引 言

新乡中新化工有限责任公司（简称中新化工）200kt/a甲醇装置，以煤为原料，采用航天炉粉煤加压气化工艺生产粗合成气，2011年9月甲醇装置一次投料试车成功，产出合格甲醇。甲醇装置生产污水和生活污水送至厂区内污水处理装置集中处理，污水处理装置采用A/O+深度处理技术，主要由物化处理、生化处理、污泥处理三部分组成，即各股废水经过物理处理后进入综合调节池，在调节池内混合均匀后进入A/O反应池，经厌氧、好氧活性污泥处理后进入深度处理系统；深度处理系统主要包括絮凝沉淀池、曝气生物滤池（BAF），合格的BAF产水进入清水池回收利用；物化处理和生化处理过程中产生的污泥通过排泥设施进入污泥浓缩池，浓缩后的污泥再通过污泥螺杆泵送至带式压滤机进一步脱水，最后污泥外运填埋。

近年来，环保政策日趋严厉，人们对污泥填埋这种处理方式的认识愈加深刻，尤其是化工企业污水处理装置排放的生化污泥中含有部分有害物质，污泥填埋不仅容易对环境造成二次污染，而且会占用大量的土地资源，寻找无害化污泥处理技术势在必行。参考业内经验，结合中新化工的实际情况，2016年开始将污泥送入锅炉进行掺烧：中新化工污水处理装置产生的污泥约15 t/d（含水量85% ～90%），送锅炉（3台UG-150/9.8型循环流化床锅炉，两开一备）与燃料煤掺烧，单台锅炉蒸汽产量150t/h、蒸汽压力9.8MPa；刚开始掺烧量较少，加之燃料煤比较干，对锅炉的运行基本上没有影响，该处理方式切实可行，既环保又经济；后来，随着污泥掺烧量增大，加之污水处理装置产生的污泥添加了絮凝剂，具有粘度大、弹性大、不易晾干等特性，且锅炉燃料煤比较湿、灰分高和含粉量大，污泥与燃料煤掺烧后经常会因锅炉煤仓堵煤而致锅炉被迫减负荷或停车，严重影响甲醇装置的正常生产。经分析，污泥含水量大是主要原因，因此污泥干化成为中新化工亟需解决的技术难题。

1 污泥干化技术的考察与对比分析

通过了解、搜集污泥烘干技术与方案，中新化工先后与多家单位进行了技术交流，并有选择性地对几家单位的应用情况进行了实地考察。

1.1 蒸汽加热空心浆叶式烘干机

1.1.1 考察情况

对江苏常州3家公司、河南1家公司进行实地考察，这4家单位均有生产蒸汽加热空心浆叶式烘干机的能力及应用业绩，但大多用于制药、染料、矿业、热电等领域污泥的处理，在煤化工行业生化污泥干化方面没有业绩。

1.1.2 试验情况

据考察情况，我们认为这些干燥设备生产厂家对煤化工企业生化污泥的粘结性能没有进行专业的研究，这些干燥设备可能不适宜处理中新化工的污泥。于是，我们进行了验证试验：将河南某公司的小型试验设备运到中新化工，经过现场多次调试，包括添加干料作为返料，甚至厂家安排技术专家亲自到现场进行指导，污泥干化效果没有达到预期，且处理现场有异味。

1.1.3 试验结论

处理量15t/d的蒸汽加热空心浆叶式烘干机投资较小，在160～200万元。经测算，污泥干化岗位人员三班倒共计6人、吨污泥干化的蒸汽消耗0.6t、小时电耗40kW·h，按蒸汽价格130元/t、电价0.60元/（kW·h）、人工成本150元/（人·日）、设备投资10a折旧计算，生化污泥干化完全成本为180～200元/t；另外，现场有异味，还需增设除臭装置。

组织有关技术人员讨论，并结合实际生产情况，认为蒸汽加热空心浆叶式烘干机不适合中新化工生化污泥的处理。

1.2 低温干化除湿技术

1.2.1 山东某公司的太阳能污泥干化技术

该公司利用太阳能供热和太阳能复合板储热形成温室效应来除去污泥中的水分，技术先进，能实现全自动化操作，同时具有设备制造能力。实地参观了某城市污水处理厂200t/d的污泥处理车间和操作室，污泥水分可由80%降至30%。

该公司为中新化工设计的太阳能污泥干化装置（污泥处理量15t/d）设备投资为643.79万元。运行费用包括电费、人工、设备维修保养费，经测算，不含外部热源蒸汽的成本，湿料的处理成本约25.87元/t；将折旧（设备投资按10a折旧计）和蒸汽成本（吨湿污泥的蒸汽消耗约0.52t，蒸汽价格按130元/t计）计算在内，生化污泥干化完全成本约222.23元/t。

优点：能实现连续自动化生产，处理后污泥含水率约30%，现场无异味，直接生产成本低。

缺点：投资大，装置占地面积大。

适用范围：适用于城市污水处理厂和大型企业，污泥量越大运行越经济。

1.2.2 广州某公司的污泥低温除湿干化技术

该公司生产的节能型污泥低温除湿干化机，利用低温热泵除湿原理，采用对流热风干燥的方式对网带上的湿污泥进行脱水干化处理；整套系统全密闭式设计，干燥热风无热损，无臭气排放，低温、安全、无扬尘，干泥含水率低于10%，适用于更苛刻要求的污泥无害化减量处置。

处理量15t/d的节能型污泥低温除湿干化设备投资约680万元。经测算，污泥干化岗位人员三班倒共计6人、污泥干化小时电耗160 kW·h，按电价0.60元/（kW·h）、人工成本150元/（人·日）、设备投资10a折旧计算，生化污泥干化完全成本为349.6元/t。

2018年12月上旬中新化工将6kg污泥寄到该公司进行干化处理试验，12月21日该公司将处理过的污泥样品寄回，处理后的污泥样品非常干，呈长条型，完全满足预期要求。

优点：能实现连续自动化生产，设备占地面积较小，处理后污泥含水率≤20%，现场无异味。

缺点：投资大，运行成本较高。

适用范围：适用于城市污水处理厂和大中小型企业，污泥量越大运行越经济。

1.2.3 山东某公司的封闭式低温滤饼干燥机

该公司研制的封闭式低温滤饼干燥机，利用低温蒸发、冷凝除湿原理，采用对流热风对不锈钢网带上的高含水量物料进行干燥，然后对潮湿热风进行冷凝除水，以达到污泥干燥减量化处理的目的；整机采用全封闭式模块设计，干燥过程无热损、无异味。

处理量15t/d的封闭式污泥低温干燥设备投资约650万元。经测算，污泥干化岗位人员三班倒共计6人、污泥干化小时电耗150kW·h，按电价0.60元/（kW·h）、人工成本150元/（人·日）、设备投资10a折旧计算，生化污泥干化完全成本为334元/t。

优点：能实现连续自动化生产，设备占地面积较小，处理后污泥含水率≤20%，现场无异味。

缺点：投资大，运行成本较高。

适用范围：适用于城市污水处理厂和大中小型企业，污泥量越大运行越经济。

1.2.4 河南某公司的污泥无害化处理技术

该公司的污泥无害化处理及资源化利用技术，其原理为，使用“泥水分离剂”对污泥中的水分进行分离，然后利用低温干化技术对污泥进行晾晒，现场基本无异味。其工艺技术方案为，含水率约80%的污泥通过螺旋机输送到预搅拌装置内，在这里污泥与辅料（生石灰粉）进行搅拌，然后送入混合主机，再与两种添加剂和两种不同的辅料均匀混合、充分搅拌，达到除湿除臭的效果，最后摊铺翻晾。

处理量15t/d的污泥无害化处理项目投资约700万元。经测算，污泥干化岗位人员三班倒共计6人、污泥干化小时电耗200kW·h，按电价0.60元/（kW·h）、人工成本150元/（人·日）、设备投资10a折旧计算，生化污泥干化完全成本为392元/t（不含添加剂费用）。

优点：能实现连续自动化生产，污泥处理后含水率≤30%，现场无异味。

缺点：投资大，运行成本较高，占地面积大（需摊铺翻晾）。

适用范围：城市污水处理厂和大型企业，污泥量越大运行越经济。

1.2.5 广州某公司的污泥低温干化设备

该公司生产的污泥低温干化设备，采用低温冷凝除湿技术，含水率约80%的污泥通过螺旋提升装置运送到烘干机顶部，再通过切条机把污泥切成长20～30mm的小条，落到网带传送流水线，与热风进行热交换，从而实现污泥烘干，热风经冷凝除湿后循环利用。

污泥进烘干机前先切条，加大了污泥与热风接触的表面积，干燥效率大幅提升，干燥后的污泥仍保持条状，不产生粉尘，能满足中新化工烘干后污泥（含水量20%）入锅炉进行掺烧的要求；由于采用低温干燥，生化污泥中的有机物没有被破坏，后期的焚烧热值较高；采用闭式冷凝除湿，无任何臭气外漏，不会对环境造成污染；污泥的干度可以根据需要通过网带转速精准调节，不会因过干而造成能源浪费；设备安装方便，无需复杂的土建投资。

处理量15t/d的污泥低温烘干设备投资约300万元。经测算，污泥干化岗位人员三班倒共计6人、污泥干化小时电耗150kW·h，按电价0.60元/（kW·h）、人工成本150元/（人·日）、设备投资10a折旧计算，生化污泥干化完全成本为264元/t（不含添加剂费用）。

优点：能实现连续自动化生产，投资较小，占地面积较小，处理后污泥含水率≤20%，现场无异味。

缺点：运行成本较高。

适用范围：城市污水处理厂和大中小型企业，污泥量越大运行越经济。

1.3 高压带式压滤污泥深度脱水技术

上海某公司开发的高压带式压滤污泥深度脱水技术，可在原带式脱水污泥（含水率80%左右）的基础上通过投加化学药剂对生化污泥进行改良（破除污泥细胞壁），原污泥和药剂通过设备充分混合后，进入深度污泥脱水装置，经脱水后污泥含水率在60%以下，再经风干或晾晒后，水分进一步降至40%左右。

经现场实地考察，深度污泥脱水装置运行稳定，深度脱水污泥达到设计要求，现场干净整洁，无明显异味。

湿污泥处理量15t/d的高压带式压滤深度脱水装置设备投资约200万元。直接运行成本含药剂和电费，经测算，直接运行成本约70元/t；若将人工、设备折旧、财务费用等计算在内，污泥干化岗位人员三班倒共计6人，按人工成本150元/（人·日）、设备投资10a折旧计算，生化污泥干化完全成本为170元/t。

优点：能实现连续自动化生产，投资较小，运行成本较低，现场无异味。

缺点：经脱水后污泥含水率在60%以下，再经风干或晾晒后水分进一步降至40%左右，需要晾晒场地，占地面积较大，且满足不了与中新化工燃料煤直接掺烧的要求。

适用范围：城市污水处理厂和大中小型企业。

2 污泥干化技术的选择

通过技术交流、实地考察和方案对比，形成以下结论：①蒸汽加热空心浆叶式烘干机投资小（160～200万元）、装置占地面积较小，对无粘性污泥脱水效果较好，但运行成本较高（180～200元/t）、现场有臭味，需增设除臭装置，适用于热电厂污泥处理；②高压带式压滤污泥深度脱水工艺投资小（设备投资约200万元，不包括土建费用）、运行成本较低（170元/t）、现场无异味，但脱水率只能达60%以下，需要进一步晾晒脱水，占地面积较大，难以满足直接掺烧要求；③低温干化除湿工艺投资费用较高——前四家设备投资大（约650～700万元）、第五家设备投资较低（约300万元），运行成本较高（220～400元/t）、现场无异味、脱水效果好（处理后污泥含水率大致在20%～30%），能够满足与燃料煤直接掺烧的要求。

综上所述，从技术先进性、投资大小、环保排放、占地面积和实际运行效果等方面进行综合考量，中新化工最终决定采用广州某公司的污泥低温干化技术和设备。

3 污泥低温干化装置建设、运行情况及整改

3.1 污泥低温干化装置建设情况

中新化工将污泥低温干化装置建在厂外外供水装置区，污泥低温干化装置距离污水处理装置约1km，通过车辆将污泥运至污泥低温干化装置界区存放。污泥通过皮带输送到污泥干化设备的网带，网带分上下两层，污泥和热风直接接触换热，在网带运转过程中污泥被干化；热风经除湿后循环使用，冷凝水通过水泵返回厂内污水处理装置进行处理；干化后的污泥通过车辆运回厂内燃料煤场，再送锅炉掺烧。

中新化工污泥低温干化装置总投资300万元，其中干化设备260万元、安装现场费用40万元 （包括水泥地面、彩钢房、铲车、输水泵），占地面积约400m2，水泥平地面安装即可，对土建基础无苛刻要求；厂家负责安装，安装时间7d。2019年6月污泥低温干化装置安装、调试，运行情况较好，干化后的污泥含水率≤20%，现场无异味，基本达到预期效果。

3.2 污泥低温干化装置运行情况

污泥干化设备采用不锈钢等耐腐材料，运行平稳，现场无噪音、无异味，PLC智能化控制，操作简单方便。2019年10月10日干化后污泥成分分析结果为：水分12.70%、灰分30.15%、挥发分 53.42%、硫含量 0.35%、固定碳3.38%，发热量986cal/g。实际运行情况表明，含水率80%的污泥经干化处理后，其含水率降到20%以内，满足与燃料煤直接掺烧的要求。

污泥低温干化装置总功率156kW、正常运行功率120kW，现场每天最多4人操作（两班运转模式），按电价0.60元/（kW·h）、人工成本4000元/（月·人）计算，生化污泥处理的直接成本约150.73元/t；设备投资按10a折旧计提，生化污泥完全处理成本约210.73元/t。

中新化工污泥低温干化装置投运后，干化后的污泥含水率约20%、发热量约400～900cal/g、干污泥量约1.8～2.0t/d，送锅炉掺烧，燃料煤与干化污泥掺烧质量比为90∶10，由于单台锅炉的设计投煤量为16～17t/h，故采取间歇掺烧的方式。理论上污泥低温干化装置投运后煤耗可下降10%～15%，实际上煤耗下降不明显，因是间歇掺烧，我们没有实际统计。但污泥低温干化装置投运后的环保效益等显著：一是解决了污泥填埋对土壤造成的二次污染；二是解决了之前燃料煤掺烧污泥后煤仓和落煤管堵塞的难题；三是污泥掺烧后的炉渣作为水泥生产原料外销，变废为宝，真正实现了污泥无害化处理。

3.3 污泥低温干化装置运行问题及整改

中新化工污泥低温干化装置投运后，由于来自污水处理装置的污泥含水量高达90%，较设计指标80%高出10%，导致皮带输送污泥时容易打滑、粘结，需人工上料或二次干化，现场工人劳动量大，不能实现自动化运行，干化时间较长。分析原因有二：一是污水处理装置原污泥带式压滤机老化，压滤效率不高，导致污泥含水量增高；二是污水处理单元操作时添加化学药剂较多，污泥粘度较大，压滤机不易抽干。

为解决上述问题，中新化工对污水处理单元的药剂添加比例进行了调整，但实施后效果不是很明显，压滤后的污泥含水率仍有85% ～87%。下一步中新化工计划对带式压滤机进行更换，以将压滤后污泥的含水率降至80%，满足污泥低温干化装置的正常运行所需。

4 结束语

通过对污泥干化技术的考察、分析、试验、比较，结合煤化工企业污水处理装置生化污泥的特性，中新化工选择了性价比高的低温干化技术，应用实践表明，污泥低温干化装置运行成本较低、现场无异味、脱水效果好，烘干后的条状污泥送锅炉掺烧，既能降低生产成本、减少环境污染，又能变废为宝（锅炉灰渣可作为水泥生产原料），从而实现了生化污泥的无害化处理。