1、背景介紹
伴隨我國城市污水處理率迅速提高，污泥產生量將不可避免地相應增長，消納問題日益突出，亟待解決。
污泥具有含水率高、體積龐大、性質復雜、難以處理的特點，在當下的處置工藝有不同的制約：
綜合比較分析上述污泥處理與處置技術系統在實際應用中所遇到的困難, 不難看出污泥的含水率是關鍵的影響因素。因此,降低污泥含水率是解決目前在污泥處理所遇到問題的關鍵。
要達到對污泥的深度脫水,比較經濟的方法是引入化工操作中常用的熱干燥技術。早在上世紀中期，日本和歐美就已經用干燥器來干燥污泥。采用熱干化技術符合污泥“三化”要求：
減量化——干化可以使污泥大幅度縮減體積和質量（可減少90%以上）。便于運輸和處置；
無害化——污泥進行了巴氏消毒，完全消除了病原體，干燥污泥性狀安全衛生；
資源化——干燥后的污泥顆?？勺鳛榉柿?、土壤改良劑、燃料或建材化原材料等。
2、熱干化基本原理
污泥熱干化是指利用熱能，將脫水污泥加溫干化，使之成為干化產品。通常指利用熱能使物料中的濕份汽化，并將產生的蒸汽排除的過程。其本質是被除去的濕份從固相轉移到氣相，固相為被干化的物料，氣相為干化介質。
干化的機理可分為蒸發過程和擴散過程：1）蒸發過程：物料表面的水分汽化，由于物料表面的水蒸氣壓低于介質（氣體）中的水蒸氣分壓，水分從物料表面移入介質。2）擴散過程：是與汽化密切相關的傳質過程。當物料表面水分被蒸發掉，形成物料表面的濕度低于物料內部濕度，此時，需要熱量的推動力將水分從內部轉移到表面。上述兩個過程的持續、交替進行，最終達到干化的目的。
因水分在污泥中的存在形態不同，在干化過程的去除速率也不同
自由水分：蒸發速率恒定時去除的水分。
間隙水分：蒸發速率第一次下降時期所去除的水分。通常指存在于泥餅顆粒間的毛細管中的水分。
表面水分：蒸發速率第二次下降時期所去除的水分。通常指吸附或黏附于固體表面的水分。
結合水分：在該干燥過程中不能被去除的水分。這部分水一般以化學力與固體顆粒相結合。
3、污泥熱干化設備分類及原理
干化設備傳遞熱能的方式有直接加熱和間接加熱2種，又稱為對流式加熱和熱傳導式（接觸式）加熱。
3.1 熱干化設備分類
按傳質方式可分為直接加熱、間接加熱、直接和間接聯合加熱三類。
a.直接加熱干化設備
直接干化的實質是對流干燥技術的運用,即將燃燒室產生的熱氣與污泥直接進行接觸混合,使污泥得以加熱,水分得以蒸發并最終得到干污泥產品。常用設備轉筒式等。
b.間接加熱干化設備
間接干燥實質上就是傳導干燥,即將燃燒爐產生的熱氣通過蒸汽、熱油介質傳遞,加熱器壁,從而使器壁另一側的濕污泥受熱、水分蒸發而加以去除。常用設備圓盤式等。
c.直接-間接加熱聯合干化設備
直接—間接聯合式干燥系統則是對流—傳導技術的整合。常用設備流化床等。
3.2 熱干化設備（系統）生產能力表示
1.蒸發量表示：濕物料被干燥后成為干物料時，從濕物料中去除的水分量。
E=D（1/di-1/do）
式中：
E—為蒸發量，單位時間內蒸發的水的質量，kgH2O/h；
D—為污泥干重,kg；di—為進入干燥設備的污泥的初始含固率，%TS；
do—為排出干燥設備的污泥的初始含固率，%TS。
2.生產量表示：每天生產處理多少噸濕污泥。
3.比蒸發速率（SER）表示：用于間接干燥器。
SER=E/S
式中：
SER—為單位時間單位熱表面上蒸發的蒸汽的量，kg/（m2.h）；
E—為系統的總蒸發量，單位時間干化設備蒸發的蒸汽的量，kg/h；
S—為間接干燥器的熱表面積，m2
3.3 設備性能評價指標
干化設備單位耗熱量（STR）：
STR=QT/E
式中：
QT—干化系統所需的總熱能，kal/h；
E—干化設備的蒸發量，kg/h
4、污泥干化技術的要點及要求
設計或選擇污泥干燥設備應重點考察以下幾個方面：能耗、安全性、環境友好、適應性。
4.1 能耗
按照我國的能源價格，熱能的支出將占到一個標準干化系統運行成本的80％以上。因此，熱能損耗的研究是對干化系統進行考評的重中之重。
干化意味著水的蒸發，水分從環境溫度(假設20度)升溫至沸點（約100度），每升水需要吸收大約80大卡的熱量，之后從液相轉變為氣相，需要吸收大量的熱量，每升水大約539大卡（環境壓力下）。兩者之和，相當于620大卡/升水蒸發量的熱能，幾乎可以說是所有干化系統必須付出的“基本熱能”代價。
然而，根據干化對象的性質，這一“基本熱能”之外還會產生一定的消耗，這主要是工藝及其相關條件造成的。這些工藝相關條件可以概括為三大類：
減少熱損失原則：優化熱源、換熱器選擇和組合，縮短傳輸距離，加強保溫。
物料：
工藝：
4.2 安全性
4.3 環境友好
4.4 適應性
5、污泥干化技術展望
以上三個方面條件的不同，就形成了干化系統在能耗方面的差別。這一差別有時是如此之大，不經分析是很難判斷一個干化系統的實際運行效果的。
熱源：
加熱方式不同，熱損失不同。無論是熱傳導還是熱對流，通過熱交換器的換熱均形成一定的熱損失，一般來說在8～15％之間。這部分的熱損失很難再降低。涉及熱源的傳輸、存儲的一些關鍵條件，如管線的大小、輸送距離、壓力、保溫條件、環境溫度等，都會對熱源利用的最終效率起到重要影響。
減少熱損失原則：優化熱源、換熱器選擇和組合，縮短傳輸距離，加強保溫。
物料：
包括污泥的粒度、粘度、污染物含量和含水率等。穩定的污泥含水率，在干燥過程較好的攪拌、粉碎工藝，都能減少熱損耗。此外，干燥水蒸汽和工藝氣體經洗滌后分離，洗滌前后氣體的溫差大小，以及氣量本身的大小，決定了干燥系統的熱損失。
減少熱損失原則：合理降低最終產品含固率（使之優化適應最終處置要求），改善冷凝條件（如減少氣量、分步冷凝降低干燥蒸汽溫度等）。
工藝：
從工藝角度了解干化在能耗方面的特點，就是研究干化系統的干化效率。
熱傳導：含水率較高時熱傳導的干化效率較高，而要將最后的20～30％水分去除，則顯得力不從心，據研究半干化的升水蒸發量熱能凈耗一般要低于全干化20～30大卡。
熱對流：由于大量氣體能夠與已經失去表面水的顆粒緊密接觸，在其周圍形成穩定的汽化條件，為濕分在給定的傳質條件下能夠持續進行提供了極好的條件，因此熱對流方式對于含水率小于50%的污泥干燥效率更高。
兩種干燥方式的傳熱效率的差別受濕物料本身的性質和攪拌、混合狀態影響至巨。
減少熱損失原則：減少工藝步驟、縮短工藝路線，優化運行參數以提高干燥效率。
4.2 安全性
對工藝安全性具有重要影響的要素包括：粉塵濃度 、工藝允許的最高含氧量、溫度（點燃能量）、濕度（氣體的濕度和物料的濕度對提高粉塵爆炸下限具有重要影響）
目前常采用的控制措施：
1 控制粉塵濃度：熱傳導工藝較熱對流工藝氣體量小，粉塵濃度低，污泥溫度低，氧氣含量小。對流式干燥系統一般是閉環回路：氣體進入干燥器前通過冷卻水洗滌降低粉塵濃度。
2 控制含氧量：實時監控干燥器內氧氣濃度，自動采取措施控制氧氣濃度在合理范圍。
4.3 環境友好
避免大量污染氣體釋放或/和臭氣外逸，造成二次污染。
措施：采用間接加熱或/和閉路循環，將必須外排的廢氣量和氣載污染物量降到最小；控制干燥溫度，降低有毒有害氣體的揮發量；對排出氣體進行必要處理。
4.4 適應性
污泥干燥產品要求：不同干燥產品對污泥最終含水率要求不同，污泥干燥設備要盡可能能夠適應不同干燥含水率產品要求。
初始含水率要求：含水率因污泥來源不同（可能來自幾個不同的污水處理廠）、脫水機的運行情況（機械故障、機械效率降低、更換絮凝劑或改變添加量）等原因導致進料含水率出現波動。污泥干燥工藝應能適應進料含水率的變化。
5、污泥干化技術展望
污泥干化技術脫胎于化工行業的干燥工藝，其采用的仍是幾十年前的傳統干燥技術，只不過經過一定的改造，以使之更適應污泥這種物料。在污泥干化領域，仍不斷有新的技術出現，但是在近期內發現一種更好的、革命性的技術來代替一切，其可能性很小。
對干化技術進行不斷的優化努力，應研發針對性干化設備，充分考慮污泥的特性，并以提高安全性和熱效率為目標。
考慮到污泥干化完全是污水處理的延伸，我國乃至世界水環境的治理仍處于剛剛起步階段，因此其前景非常廣闊，所有的新技術、新工藝都將有一個廣闊的發展空間。
考慮到污泥干化完全是污水處理的延伸，我國乃至世界水環境的治理仍處于剛剛起步階段，因此其前景非常廣闊，所有的新技術、新工藝都將有一個廣闊的發展空間。
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