从“中国制造”到“中国创造”环保装备重器——泥喷雾干化一焚烧集成装备

常冯敏刘秋林

随着城市化进程的加快，我国城市污水处理量不断增加，污泥产量也逐年增加。但“重水轻泥”的现象一直存在，污泥无害化处置率仍然很低。

根据“水十条”目标，2017年底前我国现有污泥处理处置设施要基本完成升级改造，2020年底地级及以上城市污泥无害化处理处置率要达到90%以上。然而，面对年产5000多万吨的污水污泥(以含水率80%计)，我国污泥的安全处置率仅为20%。

目前污泥处理、干化、焚烧市场几乎都被美国、日本、欧洲的大公司垄断，中国的污泥处理行业急需自己的处理技术和设备。

清华大学浙江环星机械有限公司经过十年的探索和实践，创造性地将喷雾干燥技术引入污泥处理领域，即污泥喷雾干燥-焚烧技术，在国内建立了十余个大型污泥喷雾干燥-焚烧项目，日处理总量超过5000吨。这也是目前国内大型焚烧厂工程量最大(处理能力1200吨/日)、单项技术应用实例最多的污泥处理技术。同时，通过技术集成创新，在烟气净化、设备标准化、系列化方面取得突破。2017年，在“一带一路”建设的指导下，这项技术被成功推广到孟加拉国的相同地方。

喷雾干燥技术在污泥处理中的成功应用，不仅为解决污泥等半流态化废弃物处置问题提供了新思路，也是环保技术与设备系统集成应用的一次成功尝试。也是环保领域从单项技术到重大装备集成创新的典范，为更多“中国制造”升级为“中国创造”、更多“中国技术”走出国门提供了经验。

跨行业创新

喷雾干燥技术已经从工业应用转向污泥处理。

所谓喷雾干燥，是指将原料液通过雾化器分散成非常细小的液滴，然后与干燥介质接触，使同一产品干燥的过程。它具有干燥时间短、操作弹性大、工艺简单的特点。

据清华大学环境研究所王凯军教授介绍，目前世界上污泥干燥焚烧设备普遍采用流化床和转盘干燥，而喷雾干燥行业早已成为主流技术，广泛应用于化工、食品、医药、冶金等领域，如染料、奶粉、农药、洗衣粉、化肥等。王凯军说，当喷雾干燥技术被引入污泥处理领域时，灵感来自于与工业的合作。

污泥喷雾干燥技术的诞生，源于王凯军教授与环星董事长余麒麟长达十年的交流。

在污泥喷雾干燥技术合作之前，王凯军教授的团队已经与环星公司成功合作。1997年，针对难降解染料废水的处理，王锴军队在浙江和汀州的各染料厂启动了十余台大型设备，由环星公司负责设备制造和安装。十年后，余其林对环星未来的发展感到迷茫，再次与王凯军进行了深入的交流。王凯军教授说，“你们的喷雾干燥技术在污泥干燥方面有天然优势。”

正是这句话，激励了余麒麟，激励了两个团队。不久，清华大学和环星公司成立了联合RD团队，开始了污泥喷雾干燥技术的探索和RD之旅。

从头开始

第一台污泥喷雾干燥设备的诞生

1989年，浙江环星机械有限公司成立。主营业务为精细化工所需的喷雾干燥塔、反应釜等化工设备的RD和制造。是染料行业重要的设备供应商，喷雾干燥设备占有相当大的市场份额。作为一家有30年历史的化工企业，环星对染料的喷雾干燥很熟悉，但余其林要把这项技术应用到污泥处理上，实在是无所适从。然而，他的社会责任感使他义无反顾地投身于环保事业。2006年，他开始了路肩污泥喷雾干燥的可行性研究。基本核实后，2007年8月，建成日处理能力600吨/日的污泥喷雾干燥设备示范项目。为了亲自攻克技术难关，在公司办公大院内建成，调试运行成功，标志着第一台流态化污泥喷雾干燥设备的诞生，也初步证实了王凯军教授最初提出的喷雾技术用于污泥干燥是可行的观点。

回想起当初的RD过程，余麒麟感慨万千。与染料相比，将喷雾干燥技术应用于污泥处理的难度和复杂性，并不是因为物料特性、操作目的和行业要求的不同而重新开发该技术那么简单。

凭借20多年的设备RD和生产经验，联合RD团队最终解决了污泥喷雾干燥中的储存、运输、堵塞、磨损和净化等一系列问题，并成功开发出可用于污泥干燥的设备和技术。

中国制造

中国的环境问题是用中国自己的设备解决的。

“中国的环保必须用中国人自己的设备来解决。”余其林表示，污泥喷雾干燥焚烧一体化设备具有彻底解决问题、超净排放、价格低廉、可操作性强、安全性高的特点。

在第一台实验设备诞生后，清华大学和环行启动了污泥喷雾干燥焚烧一体化设备的产业化项目推广。

前亭污水处理厂是第一个引进污泥喷雾干燥技术的污水处理厂。该技术于2007年引进，工程于2008年投产，设计规模为360吨污泥/日。该厂厂长石仁亭说，从1997年到2007年，该厂一直采用卫生填埋法处置污泥。由于填埋土地的高成本和逐年增加的环保要求，他们非常头疼。污泥喷雾干燥技术引入后，不仅减少了污泥运输的麻烦，还消除了运输过程中的二次污染。石仁江算了一笔账，年均污泥处理量8万吨，每年可节约处置成本1000万元左右。2017年技术改造后，设备全程无味无烟，社会效果明显。

该污水处理厂位于浙江省绍兴市，承担着绍兴市县工业废水和生活污水的处理任务。2013年引进污泥喷雾干燥技术，日处理能力1200吨/日，已稳定运行5年。这是中国最大的污泥喷雾干燥项目，也是世界上为数不多的污泥处置项目。

国产污泥喷雾干燥设备投资成本仅为进口设备的1/3，运行成本仅为其他干燥焚烧工艺的1/2。余其林说，目前，环兴已建成先进的管理和安全运行技术体系，形成了一系列具有自主知识产权的污泥喷雾干燥技术装备标准，建设了十余个污泥喷雾干燥项目，污泥处理项目规模达到5000吨/日。预计在不久的将来，每天的污泥处理和浓缩液将超过10000吨。

技术领先

喷雾干燥技术在废水、零排放等领域的应用

王凯军教授一直倡导中国企业应该重视自主创新。在他的指导下，联合RD团队主动给自己加码，在除尘、除臭、增白等方面对污泥喷雾干燥技术进行了整合和升级。

技术的发展离不开科学技术的指导。为了拓展喷雾干燥技术在不同领域的应用，在清华大学的带领下，环星通过承担国家重大专项，不断验证和推广污泥喷雾干燥技术，实现了设备的集成创新和升级换代。“十二五”期间，清华大学联合环兴参与并承担了“城市污水处理厂污泥资源化新技术开发集成与工程化”和“精细化工浓缩废水(液)干化设备产业化”两项国家重大水专项。依托水工程，建立了500t/d示范工程，并根据工程运行经验，形成了日处理能力100t、200t、300t、500t的系列化、标准化生活污泥喷雾干燥设备，大幅提升了技术装备水平。

接着，他们承担了“十三五”特种水废水零排放一体化的相关研究，使喷雾干燥技术在污泥以外的高浓度、高盐度废水(液)和废水零排放领域得到了较好的产业化推广和工程应用，为污水和污泥处理提供了科技支撑。

升级为“中国制造”

污泥喷雾干燥国产设备的集成创新

它是制造业的基础，繁荣的工具和强大国家的基础。在制造大国向制造强国转变的《中国制造2025》背景下，环保装备制造业也正处于从“引进来、中国制造”向“中国创造”转变的关键时期。

作为污泥喷雾干燥集成技术的主要推动者，王凯军表示，中国作为第二大经济体，在制造业的很多方面都处于国际领先地位，环保产业应该全面整合其他行业的先进成果，推动其发展。环保产业作为一个综合性产业，涉及的行业非常广泛，在发展中需要从各个行业中汲取营养。

污泥喷雾干燥借鉴了其在染料、奶粉等领域的成功应用经验。但是，技术借用不是简单的复制粘贴。如何改造移植？

污泥不同于一般的染料和奶粉，它的粘度很高，里面有很多应时物质。雾化喷嘴及其辅助系统容易堵塞和磨损。联合RD团队开发了“多喷嘴气流雾化喷嘴”，将原来的“精密胶体磨”改成了“高剪切分散机”。经过数百次干燥-焚烧参数的优化，污泥喷雾干燥技术和设备终于在中国创造成功。

技术集成不是简单的积累和组合。如何创新？

污泥喷雾干燥是一个复杂的集成系统，干燥尾气净化技术和设备的创新是工程设备成功运行的关键。在烟气除尘系统方面，联合RD团队打破传统箱式布袋除尘模式，研发高效圆筒形布袋除尘设备，解决了死角、结露、腐蚀、积灰板结、使用寿命短等问题通过对其内部结构、材质和进风方式的创新和升级，对传统袋式除尘设备进行改造。

由于污泥富含氮、硫等元素，容易产生恶臭气体和污染物。联合RD团队改变传统脱硝脱硫方式，采用光化学离子紫外/臭氧高级氧化结合洗涤系统实现除臭、脱硫、脱硝，解决了常规系统复杂、占地面积大、效率低、投资和运行成本高的问题。

“白烟”问题是困扰污泥焚烧厂的另一大难题。环星公司开发了一种新型高效余热“增白”装置，利用烟气余热将尾气与环境空气体进行交换，去除烟气中的蒸汽和污染物，降低烟气露点温度，不仅有效消除了“白烟”，还降低了烟气湿度、烟气中的污染物和污染。

出国

污泥喷雾干燥技术帮助一带一路。

随着国家“一带一路”战略的实施，污泥喷雾干燥-焚烧技术走出国门，并成功应用于达卡污水处理项目。

该项目位于孟加拉国首都达卡，地处孟中印缅经济走廊。2017年1月，浙亭环兴联合北京清华环境工程设计研究院，与中国电建集团签订了污泥焚烧系统工程总承包合同。其中污泥处置规模为500吨/日，项目总投资1亿元以上，包括建设50万吨/日污水处理厂及配套污水管网。这也是迄今为止中国在东南亚承建的最大国际EPc污水处理厂项目，标志着重大环保装备在海外新兴市场取得重大突破。

北京外环清华环境工程设计研究院负责主体污水处理厂标志性建筑——污泥干化焚烧车的设计和施工，采用喷雾干燥回转窑焚烧技术。

“技术转化为工程，就要解决工程的实际问题。”作为该项目的主要负责人，清华大学环境学院教授、北京清华环境工程设计研究院有限公司副院长张表示，清华大学在设计方面一直勇于开拓创新，在新技术的应用方面做了很多卓有成效的尝试。同时，清华大学与国内多家大型央企有着良好的合作关系。

上世纪90年代，中国主要依靠国外的环保设备，但现在中国的环保在技术、制造、工程经验等方面都有条件走向世界。

张说，随着中国环保产品技术水平和产品质量的不断提高，中国的环保技术在国际市场上将越来越有竞争力。“一带一路”沿线国家大多是新兴经济体和发展中国家，蕴含着巨大的节能环保市场需求。我国环保产业成本低，效果好，技术适用性强。“我们必须不断探索一带一路国家的潜在市场，让中国技术走向世界。随着水专项成果的不断转化，有许多环保技术可以在中国推广，中国在一带一路建设中有着光明的前景。