污泥干燥机：优化能源使用热水解

对于许多污水处理公司来说，污泥干燥是污泥处理方法的重要组成部分。它可以大大降低污泥的水分含量，同时产生不含有害细菌和病原体的稳定产品，使生物固体适合焚烧、堆肥或水泥生产、热解和气化等替代应用。尽管污泥干燥机有很多优点，但其燃料消耗量之大也是众所周知的，这可能会使公用事业公司的能源利用率降低。在许多情况下，热水解 流程 (THP) 为解决这一能源难题提供了令人信服的解决方案，对于处理废弃活性污泥的工厂而言更是如此。

污泥干燥的基础知识

污泥干燥（又称热干燥），简单地说，就是通过蒸发去除污泥中的水分。它不能与污泥脱水混为一谈，污泥脱水是通过机械方法（如带式压滤机或离心机）以液态形式去除水分。污泥干燥机比脱水更进一步，它利用热量将水以蒸汽的形式分离出来，并以颗粒或粉末等更干燥的形式生产生物固体。如果说脱水可以使污泥的干固体（DS）达到 10-55% 左右，这取决于污泥的类型，那么干燥通常可以使污泥的干固体（DS）达到 65% 以上，但更常见的是达到 90% 左右。

许多公用事业公司将污泥干燥到这种程度，以达到以下目的：

• 减少生物固体或污泥量，使其超过脱水的效果。这将大大节省生物固体的运输、储存或进一步处理费用（尽管公用事业公司还必须考虑干燥成本）。
• 生产出的产品不含病原体，气味可忽略不计，可用作堆肥或其他用途的材料。
• 使生物固体达到足够高的干度，以便进行污泥焚化、热解或气化。

符合 "污泥干燥机 "这一术语的设备或工具范围相当广泛，但主要分为三类：

• 对流干燥机（也称为直接干燥机）将污泥暴露在热蒸汽或空气中以蒸发水分。对流干燥机的例子包括带式干燥机、流化床干燥机、闪蒸干燥机以及旋转或回转滚筒干燥机。

• 导电干燥机 (也称为接触式或间接式干燥机）使用污泥接触的加热表面或介质。间接式干燥机的优点是减少了空气流量，这意味着以空气形式浪费的热量更少，产生的臭味也更少。

  接触式干燥设备包括圆盘干燥机、薄膜干燥机和桨叶干燥机。

• 太阳能干燥器是一种大型温室，污泥被放置在其中进行干燥。这些设备通常由远离居民区、拥有大量空间的市政当局使用。虽然就能源而言，太阳能干燥器似乎是一种成本很低的选择，但它可能会使用设备来翻动或混合污泥，以加快干燥速度，有些太阳能干燥器还利用辅助加热。如果需要对温室的空气进行除臭处理，也会增加成本。

图 1.污泥干燥机示例。从左到右依次为带辅助设备的Andritz滚筒干燥机（一种对流干燥机）、LCI 公司的薄膜干燥机（一种传导干燥机）和带污泥翻转机的Huber太阳能干燥机。

根据干燥污泥的特性，太阳能干燥机可能需要长达 30 天的时间才能使污泥达到预期的干燥度。

在选择污泥干燥机时，市政当局必须考虑污泥的性质、所需的干燥能力、能效需求以及可用空间。

厌氧消化和污泥干燥：沼气是否足以为污泥干燥机提供动力？

由于污泥干燥机依靠热量来完成工作，因此高效利用这些系统的能源变得至关重要。干燥机每蒸发一吨水通常需要 750-1100 千瓦时的能源，这是一笔不小的消耗。但是，如果污水处理公司通过厌氧消化污泥来生产沼气，是否可以满足这一需求呢？答案是这取决于污泥的类型。

要达到相同的干燥度，混合污泥和一级污泥所需的水分蒸发量通常要比废弃活性污泥（WAS）少得多。由于 WAS 含有较多的结合水，因此在机械脱水后，生物固体的干燥度较低。这些生物固体需要更多的水分蒸发，因此每吨干固体需要更多的热量。随着特定原料中活性污泥比例的增加，污泥干燥机需要转化为蒸汽的含水量也会增加。因此，如果干燥机处理的是已消化的混合污泥，那么它就可以利用当地通过厌氧消化产生的能量来运行，但废弃的活性污泥可能需要额外的动力。

热水解 提高污泥干燥机的性能：容量更大，所需能源更少。

因为热水解 提高污泥的分解和脱水性能、这对消化企业的污泥干燥有特殊的好处：

• THP 可优化污泥干燥机的处理能力。由于 THP 能提高污泥分解率（也就是挥发性固体去除率），因此需要脱水的污泥或有机物更少。THP 还能提高污泥的脱水能力，这意味着污泥脱水后，在进入干燥机之前，与传统消化污泥相比，含水量更少。 

  减少需要干燥的污泥和需要蒸发的水量，对公用事业公司在新建项目中运营所需的干燥机数量和大小产生积极影响，同时也意味着扩大棕地项目的产能。

• THP 可为干燥提供更多能量，同时减少干燥机的能源需求.

  下图模拟了在四种不同情况下（从左到右）运行机械式污泥干燥机所需的能源：

  1. 干燥未经消化的污泥，因此没有沼气
  2. 干燥消化混合污泥
  3. 将消化后的混合污泥与用以下物质预处理的废弃活性污泥部分一起干燥热水解
  4. 用以下方法预处理的消化混合污泥的干燥热水解

  

   

  图 2.污泥干化所需的能量（单位：百万英国热量单位/天或 MMBTU/天）与在消化过程中从沼气中获得的能量以及通过热水解 。资料来源康碧 Bill Barber 博士的网络研讨会，2021 年。

  消化 "柱组显示厌氧消化过程中产生的沼气足以为污泥干燥机提供动力。然而，在后两组柱状图中，该工艺产生的能量要高得多，这两组柱状图显示了热电联产的效果。

  热水解 与传统消化法相比，THP 的沼气产量最多可增加 50%。虽然 THP 可以消耗一部分额外产生的沼气来生产蒸汽，但它仍能增加现场产生的沼气总量，从而为干燥机提供更多能源。这一点非常重要，尤其是对于 拥有废弃活性污泥 的现场，因为 处理 WAS的干燥机 通常需要 额外的 燃料。

  尽管上图中没有显示，但我重要的是 考虑到热 水解 系统 需要蒸汽形式的能量来 运行这一点应考虑在内。 能源 它所带来的好处。  

事实证明，污泥干化和热水解在康碧 的各种工厂中都是很好的组合。在使用污泥干化技术的康碧 THP 工厂中，约有一半将土地应用作为生物固体的最终目的，而其余的工厂要么焚烧干化产品，要么将其用于其他目的。希腊雅典的 Psyttalia 工厂就属于后者。

干燥废弃活性污泥的成功方案：Psyttalia 案例

图 3.由 EYDAP 拥有和运营的 Psyttalia 污水处理厂位于希腊雅典海岸外的一个小岛上。

Psyttalia 设施由 EYDAP位于雅典郊外的一个小岛上，为约 350 万人口提供服务。在使用热水解 工艺之前，该设施的混合污泥被送入中温厌氧消化器，进行脱水，然后干燥。消化产生的沼气用于驱动四台转鼓干燥机，多余的沼气用于热电联产。干燥后的污泥或生物固体随后被送入水泥窑进行焚烧。

2014 年，EYDAP 开始着手提高工厂的能源利用率，2015 年，项目承包商 AKTOR 和康碧 在特定配置中使用 THP 来实现目标。工厂一半的废弃活性污泥将进行热水解，并在消化前与工厂的部分初级污泥混合。剩余的 50%废弃活性污泥将与剩余的部分原生污泥混合，然后送入另一组消化池。消化后的两部分污泥将分别进入不同的脱水系统，然后一起干燥。

在 该计划在 Psyttalia 的成果由 AKTOR 和康碧 于 2017 年提交。其中包括

• 接收经 THP 处理的活性污泥和非水解初级污泥的沼气池现场产生的沼气增加了 16
• 提高生物固体的干固体百分比。所达到的干燥度超过了试验研究的预期，如下所示：

  	THP 之前	THP 之后 期望值 基于试点研究	THP 之后 实际
  脱水滤饼的干燥度 干固体	20-22%	28%	29-31%

• 由于挥发性固体去除率的提高和脱水饼干燥度的增加，污泥干燥机的能耗需求降低了 40%，从而带来了以下效益。
• 更多的沼气可用于热电联产，与使用热水解 之前相比增加了 260%。

下图显示了康碧 安装前后的现场能源使用情况，可以更直观地了解热水解 的影响：

图 4.2015 年安装康碧 热水解 流程前后，Psyttalia 污水处理厂的沼气使用情况。资料来源：Bill Barber 博士的网络研讨会，2021 年：康碧 Bill Barber 博士的网络研讨会，2021 年。

请注意，Psyttalia 的热水解 系统运行所需的能源来自其热电联产（CHP）或热电联产系统的高品位热量，而热电联产系统正是上图中绿色能源流的接收者。

Psyttalia 工厂的独特配置（仅处理 50%的二次固体废物）使得该厂在热水解 系统上的资本投资较少，但仍能产生巨大效益。2023 年，该工厂对 THP 设备进行了升级，增加了一条生产线，以处理该厂生产的其余 50% 的 WAS，从而提高了该厂能源使用的积极效果。康碧 热水解 工艺现在可处理该厂 100% 的废活性污泥。

图 5.康碧 高温热电厂的两列机组目前处理 Psyttalia 100%的废弃活性污泥（2023 年）

使用热电联产技术提高污泥干燥机性能的工厂包括韩国的安阳巴克达尔工厂、新加坡的裕廊工厂、苏格兰的 Ringsend 工厂、西班牙的维哥工厂、立陶宛的维尔纽斯工厂以及其他一些工厂。

改变污泥干燥格局的潜力

考虑到当今的波动性's 化石燃料考虑到当今化石燃料市场的不稳定性以及公用事业公司在节约 成本污水处理厂依赖于 on 热干燥 从潜在的 协同作用的潜在协同作用 使用 热水解 以 改善 污泥 干燥机 能力y. THP 有能力为 能源 这些公用事业. 

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