污泥干化技术的基础原理

污泥干化是为了去除或减少污泥中的水分。干化过程中污泥的形态主要分为三个阶段：第一，湿区，处于该阶段的污泥含水率较高，大于60%，具有很好的自由流动性，因此可以很容易地流入干化装置；第二，黏滞区，处于该阶段的污泥含水率略有降低，在40%～60%，具有一定的黏性，不易自由流动，该区域是污泥干化处理过程中需要避免的区域；第三，粒状区，此阶段的污泥含水率降至40%以下，污泥呈现颗粒状，极易与湿污泥或其他物质混合。

污泥水分的脱除过程主要分为两个阶段，即污泥表面水分的汽化蒸发过程和污泥内部水分的扩散过程。

1）蒸发过程

物料表面的水分汽化，由于物料表面的水蒸气压低于介质（气体）中的水蒸气分压，水分从物料表面移入介质。

2）扩散过程

是与汽化密切相关的传质过程。当物料表面水分被蒸发掉，形成物料表面的湿度低于物料内部湿度，此时，热量的推动力将水分从内部转移到表面。

上述蒸发过程和扩散过程持续、交替进行，基本反映了干燥的机理。

在热力干化过程中，污泥中部分可挥发性物质被热量分解，形成臭气。该过程形成的臭气具有污染性，需对其进行处理，达标后排放。一般工程上采用生物过滤器进行除臭或作为助燃空气直接烧掉。蒸发形成的水蒸气一般采用冷凝形式捕集，这一过程产生一定量的废水（约20～25kg/kg蒸汽）。废水COD的浓度增加约200～4000mg/L，SS的浓度增加约20～400mg/L。废水需要进一步处理后达标排放。使用化石燃料的污泥干化设施会产生一定量的烟气排放，且泥质、燃料、焚烧炉型的不同，会对产生的烟气组分造成较大差异。

1、污泥含水率

被干燥的污泥通常是由污泥干基和水分组成的含水率在70%～80%的湿污泥，不同含水率的湿污泥具有不同的物理、化学和生物化学等性质。污泥自身的物化性等工艺参数都会对干燥过程产生影响，但是最重要的影响因素是污泥的含水率。

污泥含水率有两种定义方法：干基含水率和湿基含水率。

通常情况下的污泥含水率指的是湿基含水率，以下简称含水率，其值一般都很大，所以污泥的密度一般为0.9～1.3kg/m3。污泥含水率主要取决于污泥中固体的种类及其颗粒的大小。通常，固体颗粒越细小，其所含有机物越多，污泥的含水率越高。

2、污泥中的水分状态

在污泥的干燥过程中，干燥速率不仅取决于干燥介质的性质，还取决于污泥中水分的状态。因此，通过了解污泥中的水分状态可以采用恰当的方法去除污泥中的水分。

污泥中含有的水分按其存在形式可以分为间隙水、毛细结合水、表面吸附（黏附）水和内部水4种。所谓间隙水是指存在于污泥颗粒间、被大小污泥颗粒包围的水，又称为游离水，约占污泥水分的70%。这部分水不直接与固体结合，因而很容易分离，一般可借助外力与污泥颗粒分离。毛细结合水是指在固体颗粒接触面上的由毛细压力结合或充满于固体与固体颗粒之间或充满于固体本身裂隙中的水分，约占污泥水分的20%，也有可能用物理方法分离出来。表面吸附水是指黏附于污泥小颗粒表面的附着水，约占污泥水分的7%；内部水是指存在于生物细胞内的水，约占污泥水分的3%，无法利用机械方式脱除。一般情况下，表面吸附水和内部结合水需通过热力干化方式进行脱除。