污泥熱干化在美國(guó)的應(yīng)用
在美國(guó)東岸和西岸的污泥處理情況不盡相同。西岸的閑置土地較多，填埋的成本較低，污泥填埋處置的比例仍較高；東岸則由于填埋成本非常高，且污泥無(wú)法就近農(nóng)田利用，所以人們?yōu)榱松a(chǎn)出適合市場(chǎng)銷售的污泥產(chǎn)品選擇了熱干化。污水處理廠將污泥熱干化制成顆粒肥，既可裝袋出售也可運(yùn)往佛羅里達(dá)州的肥料廠和柑橘園。隨著傳統(tǒng)肥料市場(chǎng)對(duì)污泥肥的逐漸認(rèn)同和相關(guān)產(chǎn)銷條例的出臺(tái)，熱干化作為污泥處理利用的手段日益受到歡迎。
1 熱干化的應(yīng)用
污泥熱干化設(shè)備在北美的應(yīng)用情況見圖1［1］。
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污泥熱干化在美國(guó)的迅速發(fā)展始于20世紀(jì)90年代，且污泥熱干化設(shè)備的使用基本集中于美國(guó)的東岸地區(qū)。熱干化設(shè)備僅用于生產(chǎn)干固體，無(wú)論其最終出路是填埋還是市場(chǎng)銷售，那些用于降低污泥含水率、最終污泥被焚燒的設(shè)備并未包括在內(nèi)。
2 熱干化技術(shù)的進(jìn)展［2］
雖然污泥熱干化早于20世紀(jì)40年代已有應(yīng)用，但真正成熟地大規(guī)模應(yīng)用于市政污泥處置是在90年代，在此之前多數(shù)的干化設(shè)備是為處理工業(yè)污泥設(shè)計(jì)的。相對(duì)于工業(yè)污泥而言，市政污泥中的水分較難蒸發(fā)，污泥易粘結(jié)，在干化過(guò)程中存在粘結(jié)相，濕污泥不穩(wěn)定、儲(chǔ)存時(shí)易消化產(chǎn)生沼氣，干污泥和粉塵可燃、給生產(chǎn)和儲(chǔ)存帶來(lái)自燃和爆炸等安全隱患。經(jīng)過(guò)10年的不斷改進(jìn)，其設(shè)備性能也逐步得到完善。2.1 直接加熱干燥技術(shù) 在1995年以前投入使用的18套設(shè)備中，有9套采用直接加熱轉(zhuǎn)鼓式干燥工藝，其中主要是由E nviro—Grop研發(fā)的ESP工藝。ESP工藝的設(shè)備包括一個(gè)3通道式轉(zhuǎn)鼓干燥器、燃?xì)鉄犸L(fēng)爐和干泥返混系統(tǒng)(包括篩網(wǎng)和粉碎機(jī)用于篩分和粉碎大顆粒，并將粉塵送回進(jìn)料口與脫水污泥混合)。在返混過(guò)程中干污泥顆粒起著“晶核”的作用，濕污泥包裹在干泥顆粒外面形成大顆粒，并將進(jìn)料的含水率降到30%～40%，直接克服了污泥的粘結(jié)。由于只是外層的濕泥需要干燥，所以污泥的
3 干化污泥的土地利用
在污泥處置中土地利用很有潛力。1993年美國(guó)環(huán)保署制訂了USEPA—503條例，規(guī)范了污泥的土地利用(見表1)。該條例除限制了農(nóng)用污泥中有害重金屬的含量外，還將污泥分成要求嚴(yán)格的A級(jí)和較寬松的B級(jí)。
| 表1 美國(guó)對(duì)農(nóng)用污泥中重金屬含量的限制 ［3］ | ||||
| 重金屬 | B級(jí)(mg/kg) | A級(jí)(mg/kg) | 施 用量［kg/(hm2·a)］ | 土壤(mg/kg) |
| As | 75 | 41 | 2.0 | |
| Cd | 89 | 39 | 1.95 | 1～3 |
| Cr3 | 3000 | 1200 | 150 | |
| Cu4 | 4300 | 1500 | 75 | 50～140 |
| Pb | 840 | 300 | 15 | 50～300 |
| Hg | 57 | 17 | 0.85 | 1～1.5 |
| Mo | 75 | 75 | ||
| Ni | 420 | 420 | 21 | 30～75 |
| Se < | 100 | 36 | 5 | |
| Zn | 7500 | 2800 | 140 | 150～300 |
USEPA—503中還對(duì)應(yīng)用B級(jí)污泥的作物收成時(shí)間作了相應(yīng)的規(guī)定，A級(jí)污泥則無(wú)此限制，而且可施用于花園、草地。 在美國(guó)污泥干化后基本都作土地利用，現(xiàn)在有10%的耕地在施用污泥肥［4］。各地區(qū)根據(jù)市場(chǎng)的需求選擇干化工藝，因?yàn)椴煌苫に嚨漠a(chǎn)品性狀不同，不含干料返混系統(tǒng)的間 接加熱設(shè)備生產(chǎn)的產(chǎn)品多為粉末或片狀，適合于土壤改良或供肥料廠作生產(chǎn)復(fù)合肥的基質(zhì)添加劑；帶有干料返混的間接加熱和多數(shù)直接加熱設(shè)備則直接生產(chǎn)出1～4 mm粒徑的顆粒，非常適合作撒播機(jī)施肥，也可袋裝銷售。由于污泥干化后在化學(xué)質(zhì)量、微生物學(xué)質(zhì)量、美學(xué)質(zhì)量、農(nóng)業(yè)價(jià)值、商品化和可接收程度等方面都有極大改善，所以產(chǎn)品滿足A級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，可作為一種優(yōu)質(zhì)緩釋肥用于耕地、草坪、花卉、苗圃、高爾夫球場(chǎng)、柑橘種植等。表2為南卡羅來(lái)納州Sumter City 熱干化項(xiàng)目的實(shí)際運(yùn)作費(fèi)用。 從表2可知，生產(chǎn)成本(125美元/kt)折合到含水率為85%的濕污泥處理成本為19美元/kt，而如果濕污泥直接填埋的話，則濕泥的填埋費(fèi)用就需要852880美元/a，顯然干化處理的成本要低得多，而且可以變廢為寶。即使污泥干化后農(nóng)用并不能實(shí)現(xiàn)贏利，污水處理廠還是愿意應(yīng)用熱干化來(lái)處理污泥，這也是熱干化得以在美國(guó)迅速發(fā)展的原因之一。
| 表2 Sumter City的污泥熱干化費(fèi)用 美元/a | |
| 費(fèi)用 | 金額 |
| 運(yùn)行和維護(hù)費(fèi)用 | 408 828 |
| 設(shè)備款的還本付息 | 589 197 |
| 污泥傾倒費(fèi)用 | 127 932 |
| 顆粒肥的銷售收入 | 196 630 |
| 凈支出 | 673 462 |
| 注： 生產(chǎn)成本為125 美元/kt。 |
4 結(jié)語(yǔ)
將污泥干化處理后土地利用已經(jīng)逐漸成為美國(guó)污泥處理、處置的重要途徑。由于污泥填埋越來(lái)越受到土地和費(fèi)用的限制，美國(guó)現(xiàn)有的大部分填埋場(chǎng)將在未來(lái)的數(shù)年內(nèi)關(guān)閉，因此可以預(yù)見污泥熱干化在美國(guó)的應(yīng)用將更加普及。
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