污泥干化使得污水處理廠“水、氣、渣、泥”得到全面達標，是實現(xiàn)污泥穩(wěn)定化、減量化、無害化的重要手段，得到了人們的接受和認可。但由于干化事故的頻發(fā)，使得污泥干化的安全性問題成為人們關注的重心。該文通過對污泥干化系統(tǒng)可能出現(xiàn)的安全隱患進行分析論述，提出保障系統(tǒng)運行安全性的措施建議，為污泥干化系統(tǒng)設計中安全性的問題，提供借鑒和參考。

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處理方法。

上世紀９０年代末，歐洲、北美等國家市政污水處理設施的普及，大量的市政污泥產生，污泥干化廠數量增加，污泥得到了較好的處置。但污泥干化廠的事故時有發(fā)生，從污泥的自燃，到設備的爆炸；從個別小型附屬設備，到整個干燥生產線；無論安全措施設計得多么復雜、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認識不足。

在污泥熱干化過程中，存在著嚴重的自燃與粉塵爆炸的危險。污泥在全干狀態(tài)下（含固率大于８０％）一般呈微細顆粒狀，粒徑較小，同時由于污泥之間、污泥與干燥器之間、污泥與介質之間的摩擦、碰撞，使得干化環(huán)境中可能產生大量粒徑低于１５０μｍ的粉塵。這種高有機質含量的粉塵，在一定的氧氣、溫度和點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污泥干化事故風險特性

污泥干化工藝中粉塵爆炸特性主要包括粉塵濃度、含氧量、點燃能量、含濕量４個參數。

2.1 粉塵濃度

發(fā)生粉塵爆炸必須達到一定的濃度，該濃度被稱為該有機質的“粉塵爆炸濃度下限”。粉塵細度沒有統(tǒng)一的規(guī)定，考慮其危險性，一般以１５０μｍ以下的粉塵顆粒作為判斷標準。

粉塵的細度是不均一的，污泥干化產品粒度分布變化范圍極廣。根據有關粉體的研究，在粗粉（＞１５０μｍ）中摻入５％～１０％的細粉，就足以使有機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度，只有當可燃粉塵的粒度均大于４００μｍ時，即使有強點燃源也不能使粉塵發(fā)生爆炸。一般認為有機質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

氧氣作為助燃氣體，是形成危險狀況的基本要素之一。絕大多數干化工藝因為無法進一步降低粉塵濃度，因此，降低介質含氧量成為避開風險的主要手段。

填注惰性氣體是降低介質含氧量的主要方式，目前，主要填注的惰性氣體有：氮氣、二氧化碳、蒸汽。根據英國ＨＳＥ公司實驗值得到以上三種氣體的惰性化效率，如表１所列。

通過表１中實驗數據可以看出，如果采用氮氣進行惰性化處理，空氣質量不能超過１８．５％，另外８１．５％需惰性氣體填充；如果采用水蒸氣進行惰性化處理，空氣質量允許達到６４％，則此時混合濕氣體的相對濕度為４７．５％。根據實驗數據，氮氣、二氧化碳、蒸汽進行惰性化處理含氧量的操作值分別為４％、６％、１０％。在實際工程運行過程中，為保證操作的安全性、可靠性，需將最低含氧量降低２％，即氮氣、二氧化碳、蒸汽進行惰性化處理含氧量分別為２％，４％、８％。

2.3 點燃能量

污泥干化過程中產生的粉塵發(fā)生爆炸需一定的點燃能量。摩擦、靜電、熾熱顆粒物、機械碰撞等產生的火花均可成為點燃能量的提供點。

干燥溫度的高低與點燃能量沒有直接的聯(lián)系。點燃能量是指粉塵環(huán)境下瞬間給出的能量，它與粉塵粒徑的大小關系密切；而點燃溫度是指在粉塵云環(huán)境下無點燃源時所需溫度或厚度為５ｍｍ的粉塵層在一個靜態(tài)金屬熱表面上導致燃燒的溫度。點燃能量可在２０℃的環(huán)境中由金屬摩擦產生，而污泥的粉塵云點燃溫度高達３６０～５５０℃，粉塵層的點燃溫度約為１６０～３７５℃。

較低的能量就可以滿足污泥粉塵的點燃，因此只要粉塵濃度和含氧量超標，任何點燃源都可以造成粉塵爆炸的危險。

2.4 含濕量

當干燥氣體的濕度較大時，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。根據有關研究，有機粉塵的濕度超過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，污泥的點燃能量很低，而干化工藝本身就是憑借溫度進行的，加上污泥干化所涉及的一系列設備，以及污泥在干燥器內本身的流動性，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

粉塵顆粒越細越易擴散。粒徑小的粉塵，比表面積大，表面能大，所需點燃能量小，所以容易發(fā)生粉塵爆炸。當可燃性粉塵粒徑大于１５０μｍ時，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，同時降低了系統(tǒng)內粉塵的濃度，提高點燃能量，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)內壓力的增大，可使污泥粉塵的點燃能量降低。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污泥干化事故預防措施

污泥是一種具有潛在粉塵爆炸性質的有機物。干化的安全性，涉及整個干化系統(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、稱重等設備，這些設備以串聯(lián)的方式，通過管線、閥、泵等連接，在整個干化工藝生產線上，形成互相影響的復雜系統(tǒng)。干燥器以外的輔助設備存在的風險遠高于干燥器本身。因此，污泥干化事故的預防不僅需著重關注工藝本身，而且需從整個系統(tǒng)來分析工藝設備的可靠性、穩(wěn)定性。此外，污泥干化產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生粘結，從而影響產品干燥的質量和干燥器的效率。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干化的污泥進行混合，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。

污泥返混在反復冷卻加溫過程中損失了大量的能量，而且產生安全性問題：

（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)了數次，污泥干化至含固率９０％以上時，具有短時間難以復水的特點，因此，當干燥污泥返混時，遇到高溫，會造成部分干燥污泥顆粒過熱，導致粉塵產生。

（２）干燥污泥含固率達到９０％，造粒過程難以保證產品的密實，在返混過程中將出現(xiàn)吸濕反應，產生大量的粉塵，粉塵與污泥顆粒的混合，將導致更高的氧化速率，增大了粉塵爆炸的危險性。因此，在實際工程中應盡量降低污泥的返混量。

4.2 設備可靠性、穩(wěn)定性

現(xiàn)在的污泥干化技術都非常重視設備的安全性，并針對性的采取措施保證設備可靠、穩(wěn)定的運行。

在含氧量方面，設備須對系統(tǒng)內氧氣含量進行實時監(jiān)測，間接加熱器中填充氮氣確保系統(tǒng)內氧氣含量小于２％；直接加熱器通過氣體循環(huán)控制氧氣含量小于８％；當氧氣含量超過１０％時，系統(tǒng)自動停機。

在顆粒溫度的控制房方面，設備須嚴格控制污泥在干燥器內的停留時間，保持干污泥中適量的水份，以避免污泥過熱燃燒。當污泥含固率達到９０％時，必須離開干燥器。設有濕污泥料倉的工藝，須控制濕污泥倉內甲烷濃度在１％以下，避免甲烷爆炸事故的發(fā)生。

4.3 產品安全性

干化后污泥產生自燃的事故原因在于氧化。污泥在氧化過程中產生放熱反應，如果熱量不能及時散發(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及熱量，造成污泥的自燃。從氧化到自燃有一個過程，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，設備須對干燥后污泥進行冷卻，保證干污泥顆粒的溫度在４０℃以下。

５結語

污泥干化是目前實現(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)的設計，不僅要對正常工作狀況下的運行條件進行分析，而且需要從非正常工況下，考量一個污泥干化系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，保證污泥干化系統(tǒng)的安全運行。