已经有多家污水处理厂利用沼气罐产生的高温污泥对未经处理的低温污泥进行加热

专访Ernst Kuntze奖获得者Stefan Schrowange先生——由于成功发明了新型污泥—污泥空气预热器，Stefan Schrowange先生获得了2014年度德国水、污水和废弃物处理协会DWA颁发的 Ernst Kuntze奖。根据Schrowange先生的发明，温度较低的未经处理的污泥是从温暖的消化污泥中获取热能，本文介绍了他的发明理念。

？您在开发这项创新技术时，面临的挑战有哪些？

Stefan Schrowange：德国许多污水净化处理厂利用化粪池厌氧降解有机化合物的方法对污水处理。由于在化粪池缺少空气和约37℃的温度环境中，污泥被细菌分解为气体、水和固体残渣，因此首先需要把污水净化过程中产生的低温污泥加热到约37℃，而大多数污水净化厂在加热污泥时使用的都是燃烧天然气的或重油的加热设备。消化后的污泥经脱水处理后可用于农业生产或者焚烧掉。很长时间以来，在污水净化设备中一直没有利用起来的一大潜力就是——污泥消化过程所产生的热能。很明显的是，污泥消化所产生的热能可以用于未经处理的低温污泥的加热。

此前， 市场上已出现了利用这一热能的热交换器设备了，但在我看来，这些热交换器有着一些先天不足的地方——占用的空间太大，有些很难或无法清理干净，常常不是为污泥这种交换介质而特殊设计的。现有的污水净化设备中加上这样的热交换器常常没有足够的空间，而且大量的厂房改建附加投资也把热交换器带来的那一点点经济效益搞得无利可图；再加上所使用的原材料没有足够抵抗污泥这种介质的能力，另外也没有适用于化粪池环境的原材料。因此，对我的发明来讲最大的挑战就是：开发一种低成本的、可模块化应用的机械式热交换设备，它应有足够大的软交换面积，有着足够大的自由通道，但是需要占用的空间最小，在模块化的结构设计下，应能够在工作量不大的情况下短时间内完成扩建，模块化的污泥—污泥空气预热系统满足了所有这些要求。

？消化污泥的粘稠度应是多少？

Stefan Schrowange：一般来讲，在沼气池稳定的搅拌消化之后，均匀化的消化污泥在沼气池温度较高一侧的干残渣TR含量为3.5%。逆流的未处理污泥到达低温侧时的干残渣TR含量可达到5%~6%。这些浓度的污泥都可以用水泵来泵送。高低温两种介质都含有可引发水泵堵塞、卡住的干扰物质成分（例如毛发、湿卫生纸、卫生用品、棉签等），有时它们会对正常工作带来很大的密封。由于我发明的空气预热系统是以污水净化实践为主导，坚固耐用、结构简单、也考虑了这些含有干扰性杂质污泥通过的情况，即便是几个预热器模块相互串联使用也保证了污泥的畅通无阻。尽管如此，但我们仍然建议：对于问题较多的污水，净化设备应进行污水和污泥流动渠道的优化和完善，例如，清渣、沉砂机械处理阶段的调整或者/和使用切割泵/研磨泵。

？在获得了德国和欧洲专利之后，您是否能介绍一下这项技术的一些细节，预热器的构造如何？它与传统的热交换器有什么区别？

Stefan Schrowange：我发明的预热器是由一个个标准化模块（即REKU模块）构成，其后弯曲的铁板都焊成一体了，它的横截面积内有8条叠放的矩形型材，构成了4条低温污泥和4条高温污泥相互逆向流动的通道。这些长达3m的模块堆叠排列，利用拱形架固定，用螺栓连接起来，达到预期高度后可以直接排放在一起，这种节约空间占用的结构方式也允许在狭小的室内安装使用。

？您发明的预热器在清洁和维护保养方面相比传统的热交换器有哪些优势？

Stefan Schrowange：我们在每一个预热器模块的两端都设计了清洁口，标明了清洁周期：最好是1年清理1次，或在必要时打开系统喷水清洗，用长柄刷子就可以进行方便的清理。它最大的优点就是从一头可以清楚看到另一头，有着相对较大的清理面积。此外，这种污泥预热器几乎是免维护的。

？这全部是由您自己开发的吗，还是得到了热交换器生产厂家的一些支持？

Stefan Schrowange：污泥预热器的研发直到批量生产之前主要是我自己设计和制造的，并经过了多个阶段，整个过程持续了很多年。直到污泥预热器模块批量上市之前，我在金属加工方面与Voss Die Blechprofis公司进行了合作，在材料检验和压力试验方面与TüV Nord公司进行了合作。当然，项目进行过程中也需要身边的工作伙伴提提意见、出出主意，我很感谢鲁尔水协会给予的支持。

？您的发明已经在鲁尔协会的许多污水净化处理厂中得到了应用，取得了哪些经济效益？

Stefan Schrowange：污泥预热器在这些污水处理厂中使用了4年多了，四年来的实践显示，这些设备能够把污泥温度提高10℃以上，而不必再使用外部能源加热了。例如，在一个污水净化能力相当于5万人口当量的污水净化厂中，每天产生的未经处理的污泥为85m3，对这些污泥加热、提高10℃的温度相当于41kWh×24h×365天=361000kWh/a，折算成10kWh的重油消耗，可节约的重油约为每年36000L，按每升重油0.65欧元计算，每年可以节约23400欧元。另外，这一技术每年还减少了114t的CO2排放量。此外，它省略了传统加热设备的维护保养和配件采购，在节约成本费用方面有着很大的潜力，投资可在5~6年内收回。原则上说，污水净化设备使用了污泥预热系统，加上沼气发电后，就不再需要外部能源了，若能把多余的热能在全年内提供地区采暖网络使用或者用于污泥干燥，也是非常有收益的。

？您认为在污水净化设备外，这种预热器还有哪些应用领域？

Stefan Schrowange：虽然这种预热器专门针对污水净化设备特殊的介质流而设计，但当然也可以在需要利用水泵来泵送的、不含干扰性杂物的其他介质输送中使用，它紧凑的结构设计就是一大优势，必要的时候，只需涂覆一层特殊材料来抵抗腐蚀性介质的腐蚀就可以了。从预热器模块相对较低的单位价格这一点考虑，它肯定可以在传统热交换器使用受限的应用场合中得到应用。一个例子就是沼气生产设备，凡是原来没有利用起来、又有着很大热能利用潜力的地方，都可以使用这种预热器。另外，像化工和酿造领域，那些需要相互交换热能或者冷却的生产场合都是这种预热器的用武之地。

？这项技术未来如何推向市场？

Stefan Schrowange：这项技术的市场销售由鲁尔协会下属的子公司负责，与协会在市场销售中有合作关系的HST系统技术公司也负责这种预热器的市场销售工作。

Stefan Schrowange先生简介

Stefan Schrowange先生自1996年在鲁尔水资源协会下属Warstein市、Belecke市、M?hnesee市和V?llinghausen市的污水净化处理厂中任工长。Schrowange先生参加了供水和污水净化专业的学习，成功通过了工长技师考试，曾任汽车维修机械师、钢结构安装技师和污水净化技术技师等职。