1.引言
随着我国污水处理行业的发展，污水处理能力的提高造成污泥产量的急剧增加，根据住建部资料，截至2010年底全国城镇污泥产量接近2200万t，有关人士估计，污泥产生量若以此速度增长，总量将在2015年达到3560万t[1]。据统计，目前全国城镇污水处理厂的污泥只有少部分进行焚烧、填埋和再利用，大部分污泥未得到规范化处置，这些堆积污泥中含有的微生物、病原体等有害物质，已经对周边环境构成了严重威胁，污泥处置已成为污水处理面临的又一技术难题。
污泥处置方式主要有填埋、干化、焚烧和土地利用等。污泥的后续利用主要取决于含水率的高低，污泥含水率低于50%才适合进行焚烧，含水率低于60%才可以进行堆肥，城市污泥含水率较高，机械脱水后的含水率仍在80%以上，因此，污泥干化是解决污泥处置难题的关键所在。
污泥干化是利用热能将污泥中的水分快速蒸发去除的一种工艺技术，经过干化后的污泥性能得到改善，利用价值提高，为后续的处理创造了条件。
2.污泥干化技术研究进展
污泥干化工艺主要可分为热干化、太阳能干化、生物干化和水热干化等[2]。
2.1.热干化
热干化法属于传统热能污泥干化法，是目前应用最广泛也是最成熟的干化技术，具有安全性、稳定性、环境友好和低成本的优点。欧美常用的热干化工艺有转鼓干化、流化床干化、盘式干化，此外还有碟片式、带式、日光式、闪蒸式等。目前应用较多的干化工艺设备有流化床干化、带式干化、桨叶式干化、卧式转盘
式干化、立式圆盘式干化和喷雾干化等六种。
2.1.1流化床干化
该工艺通过流化床下部风箱将循环气体送入反应器中与流态化的污泥接触，通过流化气体的直接加热和加热管道热源的间接加热达到污泥干化的目的。供应厂商有WABAG公司、维奥技术瓦巴格德国有限公司和Andritz公司等，其中维奥技术瓦巴格德国有限公司开发了流化床污泥干化系统，。
上海石洞口污泥城市污水处理厂污泥处理工程采用流化床干化法，可将污泥从70%含水率脱水至10%，该工艺采用低温干化与高温焚烧联合系统，焚烧产生热量用于上级干化工艺，干化污泥燃烧特性接近褐煤，具有较好的焚烧效果[3]。采用此技术的还有北京市清河污水处理厂污泥干化系统，处理能力400t/d。于俊岭等[4]对上海石洞口污泥干化厂流化床干化器换热器盘管磨损现象进行了相关研究，提出了延长干燥器使用周期的方法和方案。
2.1.2带式干化
带式干化属于直接干化方式，适用于各种特性的污泥，可通过干化带转数调节出料污泥含水率（40%~10%)，此工艺对污泥的颗粒度有一定要求，进料前需进行调整。国外生产该技术设备的厂商有得利满和琥珀公司，目前国内应用此技术的较多，深圳南山热电厂的400t/d的污泥干化项目，此项目采用低温带式干化工艺，得到干化污泥的含水率在10%~40%范围内可调，并满足了污泥后续利用的需求。
2.1.3桨叶式干化
桨叶式干化技术采用蒸汽和导热油作为热介质，进入干化机壳体夹套和空心叶片，同时加热机身和桨叶，污泥被叶片切割搅拌，通过夹套、空心轴和空心叶片的热传导进行干化。此技术传入国内时间较早，目前主要有三原重工、浙江省化工院、苏州自力化工等公司生产此类干化机。国内浙江海宁马桥大都市100t/d污泥焚烧处理工程以及温州市240t/d污泥集中干化焚烧工程等项目中都有桨叶式干化技术的应用。
温州市污泥集中干化焚烧项目采用桨叶式干燥机干燥与回旋流型流化床焚烧相结合的技术，日处理污泥量为240t。徐小宁等[6]进行了桨叶式干燥机处理生活污泥试验，结果表明桨叶式干燥机的热轴转速对污泥的干燥有很大影响。王春芳等[7]针对污泥的特性及干燥机理，对现有桨叶式干燥机的结构进行改造，改进后的桨叶式干燥机设备更加紧凑、占地面积缩小、热量利用率提高到90%以上，并且降低了设备的投资。
2.1.4卧式转盘式干化
卧式转盘式干化既可对污泥进行全干化处理，也可进行半干化。全干化工艺颗粒温度为105℃，半干化工艺颗粒温度为100℃；系统氧含量<10%；热媒温度200℃~300℃。该技术采用间接加热，热介质首选饱和蒸汽，其次为导热油（通过燃烧沼气、天然气或煤等加热），也可以采用高压热水。污泥需进行返混，返混污泥含水率一般需低于30％。全干化处理后的污泥颗粒粒径分布不均匀，半干化污泥呈现疏松团状。
卧式转盘式干化工艺设备单机蒸发水量为1~7.5t/h，单机污泥处理能力为 30~225 t/d（以含水率80%计），适用于各种规模的污水处理厂。该工艺结构紧凑，传热面积大，设备占地面积较小，但可能存在污泥附着现象，干化后污泥呈疏松团状，造粒后可作肥料销售，目前在国内没有工程应用。供应厂商为Atlas- Stord公司，国外的应用实例有荷兰SNB污泥干燥焚烧站、丹麦Lynetten污水处理厂和挪威IV.A.R污水处理厂等。
2.1.5立式圆盘式干化
立式多盘干化技术，又称珍珠工艺。通过循环热油加热圆盘，干污泥在涂层机内经涂覆湿污泥后，在圆盘上做圆周运动，从而达到间接传热干化的目的。上个世纪70年代该技术就被用在污泥干化领域，目前欧美地区应用十分广泛，在国内暂没有应用。美国巴尔的摩污水处理厂，蒸发水量为3×6t/h，主要设备供应商有Stord International Buss AG，Komline Sanderson，Seghers和Bepex公司。
Seghers公司开发了新一代的间接式多盘干燥工艺的流程，其特点是：干燥和造粒过程氧气浓度<2%，有效避免了着火和爆炸的可能性，干化后的污泥颗粒呈圆形，外观坚实、无灰尘且颗粒均匀，具有较高的热值，可作为燃料使用，尾气经冷凝、水洗后送回燃烧炉，从而使产生臭味的化合物彻底分解，尾气也能满足严格的排放标准[5]。
2.1.6喷雾干化
喷雾干化系统原理是先通过雾化器将原料液分散为雾滴，再用热气体（空气、氮气、过热蒸汽或烟气）对雾滴进行干燥。原料液为溶液、乳浊液、悬浮液或膏糊液。干燥产品根据需要可制成粉状、颗粒状、空心球或团粒状。喷雾干化采用并流式直接加热，既可用于污泥半干化，也可用于全干化，且无须污泥返混。脱水污泥经雾化器雾化后，雾化液滴粒径在30~150μm之间。热媒首选污泥焚烧高温烟气，其次为热空气（通过燃烧沼气、天然气或煤等产生），也可采用高压过热蒸汽。喷雾干化工艺设备的单机蒸发能力一般为5~12000 kg/h，单机处理能力最高可达 360 t/d（含水率以 80%计），适用于各种规模的污水处理厂，干化污泥颗粒温度低，结构简单，操作灵活，安全性高，易实现机械化和自动化，占地面积小，但干燥系统排出的尾气中粉尘含量高，有恶臭，需增加两级除尘和脱臭处理装置。
王凯军等[8]采用喷雾干燥与回转式焚烧炉结合的污泥干化/焚烧工艺对萧山污水厂的脱水污泥进行的处理试验研究，利用焚烧高温烟气直接对雾化污泥进行干燥，热效率可达达到80%以上。1938年，喷雾干化处理粘稠的消化污泥（含固率12%~15%）在美国已有实例，1996年，Schneider等以对喷雾干燥法降低类污泥材料含水量申请了专利，西班牙的巴塞罗那采用喷雾干燥法处理饮用水污泥效果良好，Joan A . Cusidó等对低温喷雾干化处理污水处理厂污泥进行了实验研究，干污泥可作为水泥产品、建筑陶瓷和土壤改良剂等[9]。N. Husillos Rodríguez等[10]对喷雾干化法处理的饮用水厂污泥用于制砖进行了研究，结果发现经雾化后的污泥可以作为水泥原料，替代粘土和部分石灰岩的功能。
2.2太阳能干化
太阳能干化技术是利用太用能为主要能源对污泥进行干化和稳定化的污泥处理技术。该技术利用太阳能，借助传统温室干燥工艺，具有能耗低，运行管理费用低，系统运行稳定，采用太阳能作为热源，达到了可持续发展的要求；缺点是占地面积大，受天气和季节条件制约，需要一定除臭措施。
该项技术的实际商业化应用最早见于1994年德国南部的污水处理厂IST Anlagenbau。近年来，随着污泥产量的不断攀升以及相关环境卫生政策的出台，传统的污泥处置途径（如: 填埋、农用等）受到制约，在欧洲一些国家如法国和德国，该技术得到了进一步的推广和运用，典型的有威立雅和得利满等水处理公司都相继开发了自身的专利技术Solia工艺和Helantis工艺，另外还有Heliocycle工艺、Thermosystem工艺和Huber SRT工艺[11]。
太阳能干化工艺占地面积大、效果不稳定决定了其无法取代传统的热干化技术，其发展方向是进一步提高温室的集热效率或外加一些辅助热源。国内的污水处理厂规模都较大，不适于采用效率较低的太阳能干化技术，但是采太阳能作为辅助热源增加到现有的热处理设备中可以降低能耗，符合可持续发展的要求。朱晓琬[12]对太阳能辅助桨叶式干燥机干燥污泥进行了相关研究，采用太阳能加热导热油，桨叶干燥机提供能量。
2.3生物干化
污泥的生物干化利用的是微生物高温好氧发酵过程中有机物降解所产生的生物能，配合强制通风促进污泥中水分的蒸发去除，达到快速干化的目的。干化过程主要受物料特性、堆体环境以及通风方式的影响, 通过实时的在线监测和反馈控制提高干化效率，相对于热干化技术，生物干化具有投资低、设备运行稳定、能耗和成本低、产品用途相对灵活的优点。
我国采用生物干化法的案例有秦皇岛市绿港的污泥处理工程，采用自动控制生物堆肥处理技术(第二代CTB技术)，污泥经过无害化处理后可用作植物生长所需的营养土或有机肥[13]。生物干化在欧洲许多国家普遍使用，意大利的 Eco-Deco、希腊的Herhof、德国的Nehlsen公司都拥有该技术。Higgins C等[14]研究发现湿度与有机物降解速率有着密切的关系，当湿度小于45%时，有机物降解速率会明显降低。
2.4水热干化
水热干化技术是通过加热污泥，在一定温度和压力下使污泥中的粘性有机物水解，破坏污泥的胶体结构，同时改善脱水性能和厌氧消化性能。随水热反应温度和压力的增加，颗粒碰撞几率增大，颗粒间的碰撞导致了胶体结构的破坏，使束缚水和固体颗粒分离。另外，加热使污泥中的蛋白质分解，细胞发生破裂，胞内的水分被释放。经过水热处理的污泥在不添加絮凝剂的情况下，机械脱水可使含水率大幅度降低。污泥的水解也会使挥发性悬浮固体浓度的减少和COD、BOD以及氨氮等浓度的增加。
污泥水热干化技术的近年来研究比较多。北京机电院高技术股份有限公司研究人员利用水热干化技术对不同的污泥样品进行处理，通过对比空白试验，验证了污泥水热干化技术的可行性，获得了最佳工艺参数，并成功研发了适合我国污泥处理处置的污泥水热干化系统[15]。清华大学进行了污泥水热干化和二次闪蒸换热的研究，该技术降低了污泥干化的能耗，提高了干化系统工业化应用的经济性和实用性[16]。目前，水热干化技术在国内已经成功应用在广东东莞市30t/d污泥水热干化项目、呼和浩特市100t/d污泥水热干化示范工程等项目中。
2.5其它干化研究
马德刚等[17]对电场协同污泥热干化技术进行了研究，发现加入电场可防止污泥干化过程中粘壁现象的出现，促进泥水分离，改善了污泥的干化效果。朱南文等[18]对燃气红外干化污泥进行了研究，采用红外线对污泥进行加热可以杀灭污泥中的有害细菌、蛔虫卵等，而污泥本身的N，P，K和重金属等成分未改变，在污泥重金属含量低时可以采用此法处理污泥，干化后的污泥可进行土地利用。翁焕新等[19]研究了利用烟气余热的二段式污泥低温干化技术，可以在不增加新能耗的基础上使污泥有效干化。上海市白龙港城市污水处理厂污泥处理工程，将污泥厌氧消化产生的沼气用于干化，污泥干化所回收的热量又重新作为消化污泥热源使用，降低了运行成本[20]。
Fonda等[21]研究了热干化技术和创新型太阳能干化技术，也通过一系列标准对这项技术的直接、间接和附加太阳能干化设备在美国不同地区市政污泥工程领域的适用性进行了评价。J Vaxelaire等[22]通过基于污泥干化动力曲线和干化潜力在实验室进行了对流干化试验，这项标准将外部条件归为三类（T，RH，v），并考察了各种因素对污泥干化特性的影响。
3.结语
近几年我国污泥处理行业发展迅速，这主要得益于污泥处理行业生产技术不断提高以及下游需求市场的不断扩大，污泥处理行业在国内国际市场发展前景良好，“十二五”环保规划也已将污泥处理处置列入优先实施的主要污染物减排工程，在污泥干化领域应以污泥处理处置减量化、无害化、资源化为原则尽量做到降低能耗、节约成本，实现资源的可持续利用，此外，还应形成以干化为主综合利用为辅的污泥处置方案，学习和借鉴国内外先进工艺和成果，建立并健全污泥处置相关标准和规范，来指导实际生产。
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