歐洲污泥干化技術的現狀與比較
1. 歐盟各國在污泥處置方面的政策準備
1.1. 立法
歐盟早在1982年就對污泥的最終處置制訂了指導性政策。其核心內容為兩個：
——逐步禁止向地表水系統排放污泥；
——鼓勵污泥用于農業，但必須遵循嚴格的使用規則并實施監測、跟蹤；
各成員國相繼按照歐盟的指導性政策制訂了本國的法律與法規。以意大利為例，污泥被作為固體廢物的一種（特殊垃圾），按照法律的規定，由垃圾的制造者和所有者負責妥
善處置，即污水處理廠。其處置費用以規定的污水處理費（含排水管網和污水處理廠）形式單獨收取。
一些國家的污水處理費已經高于自來水費，特別是大城市。
1.2. 政策的執行和監督
2000年歐共體內的污水處理廠大約產生有790萬噸(干)污泥，其中意大利約92萬噸。意大利的污泥治理有著強烈的地區性和經濟性特點。制訂、批準環保政策和項目的機構是相當于省政府的大區政府，項目的實施者則是一些有市政當局組成的經濟聯合體。
1.3. 國民的態度和意識
歐盟國家一直對環境問題較為重視。無論工業家還是普通國民，守法意識非常重，特別是涉及環境保護方面。法律上規定，對肇事者除處以罰款外，同時追究刑事責任。
2. 歐洲污泥處置的一些主要特點
2.1.干化是一種必要的中間過程
從直接施用到直接焚燒，從干化后施用，到干化后焚燒，直到最近的干化后氣化，基本上肯定了干化作為一項必要的中間過程的重要性。其原因主要有兩個：
· 經濟性，無論是運輸處置減量，還是能源消耗減量
· 衛生性，農用的必要條件
2.2. 最終處置方式是國情的選擇
填埋無疑是不可取的，這不僅在于土地價值昂貴，主要還是從能源和生物能資源方面考慮，歐盟要求減少和限制污泥的填埋。
對于有著過量能源的國家來說，可能選擇焚燒作為有效處置手段。污泥本身的熱量不足以維持其熱量需求，因此必須加入新的廉價熱源，比如森林垃圾或市政垃圾。這一處置方式除了投資很高外，與公眾輿論有一定的沖突，雖然目前的技術可能已經可以保證相當的安全。
對于能源進口國或焚燒爐不多的國家來說，解決污泥問題的出路最好是農用。農用的主要問題在于對土地的保護，避免重金屬過量沉淀在土壤中，必須有恰當的手段和體系保證這一點。目前，有關污泥重金屬污染的知識已經有相當多的積累，生產者的記錄體系已經建立起來，至少對于使用者來說尚需一定的時間學習和管理。
污泥的填埋仍然占有重要份額，由于干化可以大幅度減量，有效降低填埋費和運輸成本，因此對于這種不是處置方案的方案來說，干化成為一種降低成本的必要手段。
2.3. 污泥的處置是以經濟效益為主要驅動力的產業化運作
最終處置手段本身就是一種資源，使用這種資源必須付費。
除去已經完全私有化的水供給系統，絕大部分的污水處理廠的所有者是市政府，一般來說，污水處理廠的運作均委托市政府組成的聯合體和私有、國有公司進行運營。運營者不一定擁有全部、必要的處置手段。他們只能得到有限的資金，在資金范圍內采用最佳處置模式。
3. 歐洲污泥干化工藝的一些特點
3.1.干化技術是傳統干燥技術的改進
從七十年代以來，世界上已經有眾多的廠商提出過或試驗過污泥的干化，這些廠商幾乎無一例外地全部來自農產品、化工、醫藥、食品干燥等領域，其方法均是在原有的技術基礎上進行污泥的干化試驗，其中有成功的，但是更多的是失敗的。失敗者中不乏大型知名設備集團或企業。原因在于，并非所有干化技術適合于污泥這種物料的干燥。
3.2.干化的首要難題在于安全性
過去二十年來，歐洲和北美污泥干化的項目上已經發生過大大小小眾多的事故案例，從已干燥污泥的自燃，到設備的爆炸，使得一些國家甚至制訂了專門的污泥干化設備的安全導引，以敦促經營者慎重考慮干化過程中各種潛在危險因素。
3.3.干化工藝的理論和實踐存在較大差別
對大多數人來說，污泥干化應該是非常簡單的，無非是靠熱量將水從污泥中蒸發出來而已。蒸發水份需要一定的熱能，每公升蒸發量最低需要620大卡，加上一定的效率損失難道還不夠嗎？所有的干化設備處理商似乎都標稱其系統的熱能需求是800－850大卡，大家基本上不分彼此。如果污泥干化是如此簡單，一些有著數臺、數十臺銷售業績的大型工藝集團就大可不必退出這一領域了。事實上，正是由于在理論和實踐上污泥干化工藝存在著較大的差異，使得一些設備的運行存在著極大的不可預測性和不穩定性，導致其“不堪重負”。
3.4.干化設備的效率與效益差別顯著
工藝和設備的穩定性是非常重要的，對于人力資源昂貴的歐洲廠商來說，無論是使用者還是設備提供者，如果設備的效率低，意味著極高的人力費用支出。
能源費用對于歐洲廠商來說顯然不如發展中國家敏感，但是由于能源在一個干化系統的經營總成本中占去一半以上，節能哪怕是很少的部分，也都具有重要意義。
4. 歐洲干化設備的主要工藝類型
4.1.工藝分類
根據熱能供給的形式，可以分為兩個系列，每個系列分別有幾種代表性的工藝：
4.1.1. 直接加熱方式：
轉鼓式(rotary / drum dryers)
傳送帶式(conveyor belt dryers)
氣動傳輸式(pneumatic transport dryers)
其它間歇式包括太陽能式(batch as well as solar dryers)
4.1.2. 間接加熱方式：
轉碟式(disc dryers)
槳式(paddle dryers)
薄層式(thin film dryers)
流化床式(fluidized bed dryers)
渦輪薄層式(turbo thin film dryer)
4.2.換熱效率差別產生的原因
眾所周知，蒸發意味著在單位時間里將一定數量的熱能傳給蒸發的對象。一般都需要通過一個介質，要么是空氣，要么是蒸汽，要么是金屬等。
通過金屬熱壁，水分子與金屬分子直接換熱，即所謂熱傳導；通過或不通過熱交換器將熱傳給空氣、通過熱交換器將熱傳給蒸汽，然后蒸汽或空氣的分子與水分子進行熱交換，即所謂熱對流。
衡量熱傳遞效率的一個參數是導熱率，即在單位時間、單位面積里能夠傳遞（通過）的熱量。金屬的導熱率明顯好于空氣或蒸汽，熱量通過金屬表面與介質進行換熱，是效率最高的熱傳遞。需要介質時，熱交換器的有效換熱面積將決定熱量供給的供方效率。
同樣，熱量的接受方，其接受熱量的能力也有限制。比熱的定義是：單位重量的物質、每升高1度所需要的熱量。物質要接受一定的熱量，必須有足夠的質量來獲得和攜帶它。雖然熱交換器通過金屬表面可以在單位時間里給出足夠的熱量，但是在單位時間里如果沒有足夠的氣量來接受它，也是枉然。因此，熱對流系統不僅需要龐大的氣量進行物料的搬運，也需要這些氣量來攜帶足夠溫度的熱量。
此外，空氣、蒸汽的運動是有時間和空間限制的，也就是說要受到換熱表面積、管線、流速、摩擦力、熱量散失等因素的影響。升溫的溫度越高，氣量越大，總的熱能損失也越大。空氣對空氣的換熱效率最低，其它介質對空氣的換熱也有較大損失。
減少換熱損失的方法，只能是選擇最佳材料（導熱率）、增加換熱表面積、減少換熱次數、延長換熱時間、增加保溫等。
不幸的是，大多數能源均來自于某種燃料的焚燒，而焚燒是空氣的不斷供給過程，有著特定的速率，在這個速率下獲得的熱量如果無法全部利用，必然又回到大氣，形成物理上的能量損失，即所謂“燃燒效率”問題，這一損失根據燃料類型變化。
無論直接還是間接加熱的干化，都存在同樣的燃燒效率問題。
直接加熱方式將燃料燃燒后直接引入系統，煙氣沒有向大氣直接排掉，也沒有通過熱交換器，因此有著較高的熱效率，但是這部分煙氣連同整個系統的氣體均必須洗滌，從而有一次熱損耗。此外，不完全燃燒是一個潛在問題。問題在于，由于空氣本身的換熱性質較差，在污泥方面必須干泥返混之外，還需考慮一系列的“廢熱回收”，才能在整體熱能消耗上保持競爭力。
間接加熱的干化無論如何要通過一個乃至多個熱交換器，這形成第一個損失。之后，洗滌氣體成為第二個損失點，因此應該考慮燃燒效率。間接加熱方式要獲得高的熱效率，必須依靠有效的熱傳導，以獲得高換熱效率。
4.3. 干化工藝的主要問題
下面分別列舉熱對流和熱傳導在污泥干化方面分別可能存在的問題。
4.3.1. 熱對流系統
·依賴干泥返混
·粉塵含量高
·安全隱患多
·換熱效率低
·干化速度慢
·氣量高，熱損失大
·設備數量多，關鍵控制點多
·設備體積大
·停機所需的時間長
·維護復雜，特別是緊急情況后的清理繁重
·對能源要求較高
4.3.2.熱傳導系統
·依賴干泥返混（薄層除外）
·粉塵含量高（僅流化床）
·金屬磨損（流化床和轉碟式）
·安全隱患（與金屬磨損、粉塵相關）
·工藝氣量高，熱損失大（僅流化床）
·設備數量多（薄層除外）
·動能損失大
·設備體積大（僅流化床）
·污泥粘壁降低導熱率
·維護復雜，特別是緊急情況后的清理繁重
4.4. 主要缺陷的解決方法及其問題
·減少單位時間里的物流量，取消干泥返混，可以減少設備臺數一半以上，將控制關鍵點減少到最低程度；不幸的是，對于絕大多數系統來說是不可能的；
·采用蒸汽回路避免氧氣含量所造成的安全隱患；這一方案僅能適用于間接加熱方式，在直接加熱系統中無法應用；
·提高工藝氣量（速度），以提高干化效率；這樣做的結果將造成更大的熱量損失；
·增加熱交換系統，以盡可能降低熱損失；從理論上看是非常出色的想法，但是在實際運用中意義有限，這主要是因為其廢熱溫度較低，回收的比例也較低；
·采用更耐磨和防黏附的材料與工藝來制造設備；無論什么耐磨材料，都是有一定壽命的，何況干化工況復雜，影響其使用壽命的因素太多，如果需要特殊材料的部分太多，將失去經濟可行性；
·使用廢熱或廉價能源；廢熱包括廢熱蒸汽、煙氣、沼氣等，廉價能源包括燃煤、重油等。直接加熱方式除了采用熱交換器利用廢熱蒸汽進行一次預熱外，仍需以來其它能源，燃煤、重油等含二氧化硫的能源在高濕環境下可能形成硫酸，將損害設備，除非安裝昂貴的干法除硫設備，但這將大大降低系統所需的工藝溫度。間接加熱方式可以使用所有廢熱或廉價能源。
4.5.渦輪薄層是如何解決兩種換熱方式的局限性的
渦輪薄層工藝是意大利VOMM公司研制的一種特殊干燥技術，它既采用熱傳導也采用熱對流。其有效的熱對流占換熱總量的40％左右，熱傳導占60％以上。
這一工藝徹底取消了干泥返混，使得工藝簡潔，設備數量極少，整體可靠性提高；
工藝采用相當于普通熱對流工藝不到一半的氣量，起到物料搬運的作用，并配合熱傳導，形成最佳的蒸發效率，干化時間僅為2.5-3分鐘，同時利用蒸汽的表面保護作用，避免污泥顆粒的過熱，進而減少了粉塵問題；
利用高速渦輪產生的渦流形成攪拌，使得物料不但不會貼附的金屬熱壁上，相反，有著強烈的自清潔效果。
易磨損金屬件數量和范圍極為有限，因此可以采用較好的熱處理技術提高其壽命。
由于處理時間大大縮短，單位時間里系統內的物料極少，因此停機所需時間短，緊急停機情況下的清理量極小。
可以采用各種廉價能源或廢熱，形成有競爭力的解決方案。此外，渦輪洗滌工藝可以有效解決燃煤利用中的高效脫硫問題。
工藝可以采用全蒸汽回路，以進一步提高安全性和節能。
總結來看，盡管各個工藝可能都存在這樣那樣的優缺點，對于客戶來說，更為需要的其實是一種工藝能夠適應其特定的經濟、技術條件，能夠在現有的條件框架內，利用最廉價的能源，以最低的成本，安全地完成干化這一任務。
5.以蒸汽為載氣的渦輪薄層工藝
在成功的渦輪薄層工藝基礎上，VOMM開發了采用蒸汽為載氣的系統，并成功運用在瑞士NEUCHÂTEL項目上。
位于瑞士Saiod, Colombier地區的這家聯合體本身是一個垃圾焚燒廠，接受該省7個污水處理廠的污泥，泥餅含固率從18％到30%不等，采用汽運的污泥到場時間變化較大，很難保證均勻的混合，因此濕泥含固率變化較大。干燥后的用途是制水泥，因此要求含固率大約92％。
這一項目在能源方面的特點是，客戶僅提供來自聯合焚燒爐的廢熱蒸汽。
采用蒸汽回路最初是應客戶的要求，為了達到所謂“絕對安全性”而開發的。
使用蒸汽而不是空氣，首先遇到的是壓力問題，為降低造價，讓系統在一個較為寬松的工藝壓力下長期可靠運行，必須使用一個比工藝空氣低得多的溫度。這在一定程度上將削弱熱對流能夠帶給系統的效率。
其次，我們必須全部而不是部分利用廢熱蒸汽為整個工藝提供熱源。這意味著4.5巴的廢熱蒸汽就必須能夠滿足我們的工藝溫度要求，這對所有干化系統來說都是一個更為嚴峻的考驗。如前所述，直接加熱方式不能引入蒸汽到系統中，其所要求的工藝溫度400－450度根本無法從蒸汽中得到；而間接加熱方式需要的熱量如果溫度低，只有依賴蒸汽冷凝所釋放的熱能，但是不恰當的換熱方式、表面和面積（污泥顆粒獲得的實際換熱面）也將大大降低其效率。
考慮到以上兩個主要的工藝難題，VOMM設計了一個新的工藝：
－ 整個回路中，以蒸汽作為介質進行循環，取消了空氣的洗滌，因此節約了部分熱量，這是獲得更低能耗的主要原因；
－ 僅冷凝蒸發量，減少了冷卻水量；
－提供最佳條件，以提高單位時間里污泥顆粒的換熱表面積，強化熱傳導的效率；由于蒸汽對顆粒表面具有很好的過熱保護作用，因此可以更充分的發揮熱傳導在導熱率方面的
優勢；
－ 無氧氣環境，系統更加安全；
這一系統采用兩條生產線，每小時的總處理量為4200公斤濕泥，蒸發能力3080立升，日污泥處理量88－110噸。熱能消耗每小時小于700大卡/蒸發量。
6.結論
渦輪薄層污泥干化工藝是目前世界上少數非常成功的污泥處理方案之一，截止目前，已經在歐洲裝機超過90臺套，全部在生產運行中，尚未有過安全事故記錄。最大的市政污泥項目為日處理量600噸。主要安裝在法國、西班牙和意大利，市場占有量均在50％以上。
渦輪薄層干化工藝是極少數在能源、溫度、物流條件方面較為寬松的方案之一。各種燃料，各種廢熱，各種污泥，無論其性質如何，均能找到最佳利用和處理途徑。
在能耗方面，無論熱能還是動能，均處于歐洲污泥干化的下限，這些數字有著令人信服的工藝理論和實際表現可以證明。
VOMM公司有著豐富的技術資源和市場靈活性，愿意幫助客戶以最廉價的能源、最低的運行成本、最安全的工作條件來解決污泥干化問題。
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