1概述
在污泥減量填埋、減量焚燒、無害化土地利用，以及其它污泥資源化的實(shí)踐和摸索中，污泥干化逐步成為能夠大規(guī)模減量、無害化和資源化處置的有效工藝之一，也是某些污泥最終處置的預(yù)處理方法。
上世紀(jì)90年代末，歐洲、北美等國家市政污水處理設(shè)施的普及，大量的市政污泥產(chǎn)生，污泥干化廠數(shù)量增加，污泥得到了較好的處置。但污泥干化廠的事故時(shí)有發(fā)生，從污泥的自燃，到設(shè)備的爆炸；從個(gè)別小型附屬設(shè)備，到整個(gè)干燥生產(chǎn)線；無論安全措施設(shè)計(jì)得多么復(fù)雜、完備，污泥干化廠事故始終沒有斷絕；究其原因主要是早期人們對干燥污泥的性質(zhì)認(rèn)識不足。
在污泥熱干化過程中，存在著嚴(yán)重的自燃與粉塵爆炸的危險(xiǎn)。污泥在全干狀態(tài)下（含固率大于80%）一般呈微細(xì)顆粒狀，粒徑較小，同時(shí)由于污泥之間、污泥與干燥器之間、污泥與介質(zhì)之間的摩擦、碰撞，使得干化環(huán)境中可能產(chǎn)生大量粒徑低于150μm的粉塵。這種高有機(jī)質(zhì)含量的粉塵，在一定的氧氣、溫度和點(diǎn)燃能量條件下可能發(fā)生燃燒和爆炸，即所謂的粉塵爆炸。
2污泥干化事故風(fēng)險(xiǎn)特性
污泥干化工藝中粉塵爆炸特性主要包括粉塵濃度、含氧量、點(diǎn)燃能量、含濕量4個(gè)參數(shù)。
2.1 粉塵濃度
發(fā)生粉塵爆炸必須達(dá)到一定的濃度，該濃度被稱為該有機(jī)質(zhì)的“粉塵爆炸濃度下限”。粉塵細(xì)度沒有統(tǒng)一的規(guī)定，考慮其危險(xiǎn)性，一般以150μm以下的粉塵顆粒作為判斷標(biāo)準(zhǔn)。
粉塵的細(xì)度是不均一的，污泥干化產(chǎn)品粒度分布變化范圍極廣。根據(jù)有關(guān)粉體的研究，在粗粉（>150μm）中摻入5%～10%的細(xì)粉，就足以使有機(jī)粉塵混合物成為可爆炸的混合物，且爆炸組分可出現(xiàn)最大的爆炸壓力。混合比大大影響爆炸強(qiáng)度，只有當(dāng)可燃粉塵的粒度均大于400μm時(shí)，即使有強(qiáng)點(diǎn)燃源也不能使粉塵發(fā)生爆炸。一般認(rèn)為有機(jī)質(zhì)粉塵爆炸濃度下限在20～60g/m3，市政污泥的取值大約在40～60g/m3。
2.2 含氧量
氧氣作為助燃?xì)怏w，是形成危險(xiǎn)狀況的基本要素之一。絕大多數(shù)干化工藝因?yàn)闊o法進(jìn)一步降低粉塵濃度，因此，降低介質(zhì)含氧量成為避開風(fēng)險(xiǎn)的主要手段。
填注惰性氣體是降低介質(zhì)含氧量的主要方式，目前，主要填注的惰性氣體有：氮?dú)?、二氧化碳、蒸汽。根?jù)英國HSE公司實(shí)驗(yàn)值得到以上三種氣體的惰性化效率，如表1所列。
通過表1中實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可以看出，如果采用氮?dú)膺M(jìn)行惰性化處理，空氣質(zhì)量不能超過18.5%，另外81.5%需惰性氣體填充；如果采用水蒸氣進(jìn)行惰性化處理，空氣質(zhì)量允許達(dá)到64%，則此時(shí)混合濕氣體的相對濕度為47.5%。根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，氮?dú)?、二氧化碳、蒸汽進(jìn)行惰性化處理含氧量的操作值分別為4%、6%、10%。在實(shí)際工程運(yùn)行過程中，為保證操作的安全性、可靠性，需將最低含氧量降低2%，即氮?dú)狻⒍趸?、蒸汽進(jìn)行惰性化處理含氧量分別為2%，4%、8%。
2.3 點(diǎn)燃能量
污泥干化過程中產(chǎn)生的粉塵發(fā)生爆炸需一定的點(diǎn)燃能量。摩擦、靜電、熾熱顆粒物、機(jī)械碰撞等產(chǎn)生的火花均可成為點(diǎn)燃能量的提供點(diǎn)。
干燥溫度的高低與點(diǎn)燃能量沒有直接的聯(lián)系。點(diǎn)燃能量是指粉塵環(huán)境下瞬間給出的能量，它與粉塵粒徑的大小關(guān)系密切；而點(diǎn)燃溫度是指在粉塵云環(huán)境下無點(diǎn)燃源時(shí)所需溫度或厚度為5mm的粉塵層在一個(gè)靜態(tài)金屬熱表面上導(dǎo)致燃燒的溫度。點(diǎn)燃能量可在20℃的環(huán)境中由金屬摩擦產(chǎn)生，而污泥的粉塵云點(diǎn)燃溫度高達(dá)360～550℃，粉塵層的點(diǎn)燃溫度約為160～375℃。
較低的能量就可以滿足污泥粉塵的點(diǎn)燃，因此只要粉塵濃度和含氧量超標(biāo)，任何點(diǎn)燃源都可以造成粉塵爆炸的危險(xiǎn)。
2.4 含濕量
當(dāng)干燥氣體的濕度較大時(shí)，親水性粉塵會吸附水分，從而使粉塵難以彌散和著火，傳播火焰的速度也會減小。根據(jù)有關(guān)研究，有機(jī)粉塵的濕度超過30%便不易引起爆燃，超過50%是絕對安全的。水分的存在可大大提升粉塵爆炸的濃度下限，也就是提高了干燥介質(zhì)的最低需氧濃度。
3污泥干化事故主要影響因素
通過以上分析論述，污泥的點(diǎn)燃能量很低，而干化工藝本身就是憑借溫度進(jìn)行的，加上污泥干化所涉及的一系列設(shè)備，以及污泥在干燥器內(nèi)本身的流動性，即使在靜電、金屬碰撞等條件都得到控制的情況下，污泥燃燒所需的點(diǎn)火能量是難以避免的問題。因此，污泥干化工藝中粉塵爆炸的主要影響因素有以下3個(gè)方面：粉塵粒徑、含濕量、環(huán)境溫度與壓力。
3.1 粉塵粒徑
粉塵顆粒越細(xì)越易擴(kuò)散。粒徑小的粉塵，比表面積大，表面能大，所需點(diǎn)燃能量小，所以容易發(fā)生粉塵爆炸。當(dāng)可燃性粉塵粒徑大于150μm時(shí)，相對安全。
3.2 含濕量
采用蒸汽作為填充的惰性氣體，可有效地增加污泥干化系統(tǒng)的濕度，同時(shí)降低了系統(tǒng)內(nèi)粉塵的濃度，提高點(diǎn)燃能量，降低氧氣含量，是提高干化系統(tǒng)安全性的重要手段。
3.3 環(huán)境溫度與壓力
環(huán)境溫度的升高及干化系統(tǒng)內(nèi)壓力的增大，可使污泥粉塵的點(diǎn)燃能量降低。因此，需對污泥干化系統(tǒng)的環(huán)境溫度及工作壓力進(jìn)行控制，防止由于環(huán)境因素造成的安全事故。
4污泥干化事故預(yù)防措施
污泥是一種具有潛在粉塵爆炸性質(zhì)的有機(jī)物。干化的安全性，涉及整個(gè)干化系統(tǒng)。大部分干化工藝具有存儲、分離、除塵、過濾、篩分、傳輸、混合、干燥、供熱、稱重等設(shè)備，這些設(shè)備以串聯(lián)的方式，通過管線、閥、泵等連接，在整個(gè)干化工藝生產(chǎn)線上，形成互相影響的復(fù)雜系統(tǒng)。干燥器以外的輔助設(shè)備存在的風(fēng)險(xiǎn)遠(yuǎn)高于干燥器本身。因此，污泥干化事故的預(yù)防不僅需著重關(guān)注工藝本身，而且需從整個(gè)系統(tǒng)來分析工藝設(shè)備的可靠性、穩(wěn)定性。此外，污泥干化產(chǎn)品在離開料倉后的存儲過程也是較易發(fā)生干化事故的方面。
4.1 工藝安全性
工藝安全性的核心問題是“干泥返混”。由于污泥本身的物理特性，污泥在干燥的過程中易產(chǎn)生粘結(jié)，從而影響產(chǎn)品干燥的質(zhì)量和干燥器的效率。為此，部分污泥干化工藝采用“干泥返混”的辦法，即通過將部分已干燥的污泥與未經(jīng)干化的污泥進(jìn)行混合，以降低污泥的黏性，提高污泥顆粒間的透氣性，提高干燥效率。
污泥返混在反復(fù)冷卻加溫過程中損失了大量的能量，而且產(chǎn)生安全性問題：
（1）返混過程中的污泥顆粒有的可能循環(huán)了一次，有的可能循環(huán)了數(shù)次，污泥干化至含固率90%以上時(shí)，具有短時(shí)間難以復(fù)水的特點(diǎn)，因此，當(dāng)干燥污泥返混時(shí)，遇到高溫，會造成部分干燥污泥顆粒過熱，導(dǎo)致粉塵產(chǎn)生。
（2）干燥污泥含固率達(dá)到90%，造粒過程難以保證產(chǎn)品的密實(shí)，在返混過程中將出現(xiàn)吸濕反應(yīng)，產(chǎn)生大量的粉塵，粉塵與污泥顆粒的混合，將導(dǎo)致更高的氧化速率，增大了粉塵爆炸的危險(xiǎn)性。因此，在實(shí)際工程中應(yīng)盡量降低污泥的返混量。
4.2 設(shè)備可靠性、穩(wěn)定性
現(xiàn)在的污泥干化技術(shù)都非常重視設(shè)備的安全性，并針對性的采取措施保證設(shè)備可靠、穩(wěn)定的運(yùn)行。
在含氧量方面，設(shè)備須對系統(tǒng)內(nèi)氧氣含量進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，間接加熱器中填充氮?dú)獯_保系統(tǒng)內(nèi)氧氣含量小于2%；直接加熱器通過氣體循環(huán)控制氧氣含量小于8%；當(dāng)氧氣含量超過10%時(shí)，系統(tǒng)自動停機(jī)。
在顆粒溫度的控制房方面，設(shè)備須嚴(yán)格控制污泥在干燥器內(nèi)的停留時(shí)間，保持干污泥中適量的水份，以避免污泥過熱燃燒。當(dāng)污泥含固率達(dá)到90%時(shí)，必須離開干燥器。設(shè)有濕污泥料倉的工藝，須控制濕污泥倉內(nèi)甲烷濃度在1%以下，避免甲烷爆炸事故的發(fā)生。
4.3 產(chǎn)品安全性
干化后污泥產(chǎn)生自燃的事故原因在于氧化。污泥在氧化過程中產(chǎn)生放熱反應(yīng)，如果熱量不能及時(shí)散發(fā)掉，將使污泥的堆積溫度升高，反過來又加速污泥的氧化，放出更多的可燃物質(zhì)及熱量，造成污泥的自燃。從氧化到自燃有一個(gè)過程，因此，避免堆積的死角和過長的儲存期是避免干化污泥自燃的有效途徑。對污泥進(jìn)行造粒，造粒后污泥具有較高的密度和硬度，且可供氧化面積減小，造成污泥自燃的幾率降低。
為防止干污泥自然，設(shè)備須對干燥后污泥進(jìn)行冷卻，保證干污泥顆粒的溫度在40℃以下。
5結(jié)語
污泥干化是目前實(shí)現(xiàn)大規(guī)模污泥減量和污泥處置的重要措施。而安全性則是研究污泥干化的首要課題。
污泥干化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，不僅要對正常工作狀況下的運(yùn)行條件進(jìn)行分析，而且需要從非正常工況下，考量一個(gè)污泥干化系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，保證污泥干化系統(tǒng)的安全運(yùn)行。
