小型污水處理廠污泥深度脫水設計探究

2018-10-20 11:04:50柯賢成

環境與發展 2018年7期

摘要：本文主要介紹小型污水處理廠進行污泥深度脫水的技術應用情況，并分析從污泥調理和污泥脫水等環節關鍵設計點。通過工程實踐表明，采用高壓隔膜板框工藝可以解決小型污水處理廠污泥深度脫水的難題，降低污泥的含水率，達到填埋污泥含水率不大于60%的要求。

關鍵詞：小型污水處理廠；污泥深度脫水；高壓隔膜板框；污泥調理

中圖分類號：X703 文獻標識碼：A 文章編號：2095-672X（2018）07-0051-02

DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2018.07.027

Study on deep dewatering design of sewage sludge in small sewage treatment

Ke Xiancheng

（Guangzhou Zhongda Environmental Management Engineering Co.， Ltd.， Guangzhou Guangdong 510335， China）

Abstract： This paper mainly introduces the technical application of deep sludge dewatering in small-scale sewage treatment plants， and analyzes the key design points such as sludge conditioning and sludge dewatering. Through engineering practice， it has been shown that high-pressure diaphragm-frame technology can solve the problem of deep dewatering of small-scale sewage treatment plants， reduce the moisture content of sludge， and meet the requirement that the moisture content of landfill sludge should not exceed 60%.

Keywords：Small-scale sewage treatment plant； Deep dewatering of sludge； High-pressure diaphragm frame；Sludge conditioning

隨著我國經濟社會的快速發展，城市化、工業化進程步伐不斷加快，城市污水處理廠逐漸普及，污泥產量持續快速增加。據住建部統計，截止至2016年底，我國縣級以上污水處理廠的數量3976座，日處理能力達1.7億m3，城鎮污水處理廠興建以及污水處理能力和處理率都呈現大幅度增長態勢。污水處理和污泥處理在解決城鎮水污染問題中是同樣重要而又聯系緊密的兩個系統，污泥作為污水處理的“衍生品”，隨著污水處理量的增加而急劇增加。2015年我國市政污泥（含水率為80%）產量達3500萬t，至2020年，市政污泥將達到6000～9000萬t。污泥處理和處置要實現減量化、無害化及資源化，達到節能減排和發展循環經濟的處置目標。污泥的最終處置和利用的主要途徑有填埋、土地利用和制建材等，目前我國常用的處置方式是填埋和土地利用[1]。近年來，由于城鎮化戰略的大力實施，國家及各級政府相繼出臺了政策文件，小型污水處理廠的數量劇增，其污泥處理及處置也逐漸成為污水處理不可忽視的環節。對于小型污水處理廠來說，由于規模較小，技術和管理的限值較多，采用最多的是填埋處置。隨著相關規范要求的提高，《生活垃圾填埋場控制標準》（GB16889-2008）和《城鎮污水處理廠污泥處置混合填埋用泥質》（GB/T23485-2009）均對填埋污泥含水率提出含水率不大于60%的要求。在小型污水處理廠的污泥處理中，采用污泥調理和高壓隔膜板框壓濾的工藝可將污泥含水率降到60%以下。

1 污泥中水的去除

污水處理廠排出的剩余污泥一般含水率在99%以上，污泥體積大，對于污泥的后續處理造成困難，通過濃縮能夠減少污泥的體積，節省污泥處理處置費用。污水處理廠剩余污泥中含有大量的水、微生物細胞及其胞外聚合物，污泥中所含水分大致分為四類：間隙水、表面吸附水、毛細結合水和內部結合水。這四種水除了間隙水可以以物理方式壓濾以外，其他三種水表面被強大的負電子包裹著，不能以物理壓濾析出。顆粒間的間隙水，約占污泥水分的70%；毛細水結合水約占20%，顆粒的吸附水及顆粒內部水約占10%。污泥濃縮的主要對象是間隙水，通過重力即可脫除該部分水量，大大降低污泥的體積[2]。要進一步降低污泥的含水率，必須考慮脫除表面吸附水和毛細結合水，脫除這部分水必須要有較高的機械作用力和能量。機械脫水是污泥脫水的主要方式，常用的脫水機械模式有帶式壓濾、真空過濾、板框壓濾和離心脫水等。這些傳統的機械脫水設備只能將污泥脫水至含水率80%左右，而繼續降低污泥含水率至60%以下，可以減少污泥產生量50%以上，顯著提高污泥減量化水平，同時降低運輸難度，節約運輸和處置成本。

要進一步脫除表面吸附水和毛細結合水，就必須脫除污泥顆粒表面的結合水。污泥顆粒帶負電荷，與表面裹著的水合層形成一種穩定的膠體懸浮液，由于親水性膠體粒子形成雙電層，它與水的親和力很強，因此沉降性能和脫水性能很差，導致污泥中固體和水的分離比較難。因此，在機械脫水前必須對污泥采取一定的調理措施來改善污泥的脫水性能。

2 污泥調理

污泥調理的方法主要有化學調理法、淘洗法、熱處理法及冷凍法等，對于小型污水處理廠來說，化學調理法是經濟適用的。化學調理是通過向污泥中投加調理劑，產生電性中和和吸附架橋的作用，破壞污泥膠體顆粒的穩定，使分散的小顆粒之間相互聚集形成大顆粒，從而改變污泥的脫水性能。

常用的化學調理劑有無機調理劑、高分子調理劑。無機調理劑主要有鋁鹽（硫酸鋁及三氯化鋁等）和鐵鹽（三氯化鐵等），三氯化鐵由于其高腐蝕性和污染性，都嚴格限制污泥的后續處置。高分子調理劑主要以有機高分子絮凝劑為主，通過長分子可構成污泥顆粒之間的“架橋”作用，并且形成網狀結構，起到網羅作用，促進凝聚過程，提高脫水性能。經過比較分析，采用聚合氯化鋁（PAC）和陽離子型聚丙烯酰胺（CPAM）作為調理劑是經濟適用的選擇。

針對小型污水處理廠的調理劑，經過比較分析，推薦采用聚合氯化鋁（PAC）和陽離子型聚丙烯酰胺（CPAM）作為調理劑，先投加聚合氯化鋁，鋁離子水解形成膠體羥基聚合物或氫氧化物沉淀，通過靜電粘附、網捕等作用，改變大顆粒污泥的穩定性，卷掃小顆粒污泥，形成有一定承載力的絮體顆粒。陽離子型聚丙烯酰胺為助凝劑通過形成多網格狀的骨架，增強絮體的強度，降低可壓縮性，在壓濾機的高壓擠壓下，仍可保持透水性濾層。

3 高壓隔膜脫水技術

高壓隔膜脫水系統包括高壓進料泵、隔膜壓榨泵、空壓機、冷干機、反吹氣罐等配套設施，其基本結構和普通廂式壓濾機所不同的是一塊軟性的隔膜被固定在支撐濾板上。隔膜材料包括聚丙烯、合成橡膠或熱縮性合成橡膠（TPE）。隔膜是不滲透的，完成過濾工序后，用以擠壓濾室內的濾餅。液體或氣體（壓縮空氣）作為隔膜擠壓介質。為了最大程度地保護壓濾機，不同擠壓介質采用了特殊的安全系統[3]。擠壓壓力可達30bar，在特殊情況下，可允許更高的壓力。相比普通廂式壓濾機具有以下優勢：采用可變濾室隔膜壓榨技術，脫水污泥含水率顯著降低；采用可變濾室隔膜壓榨技術，提高了過濾效率，過濾周期大幅縮短，處理能力顯著增大；壓濾系統比普通廂式壓濾機系統能耗節省60%左右，節能效果明顯。

濾布是板框式壓濾機的“心臟”，板框式壓濾機的過濾效果主要決定于所選的濾布是否恰當。濾布常用材質有丙綸濾布、滌綸濾布、錦綸濾布和維綸濾布，實際使用中以丙綸濾布和錦綸濾布比較常用[4]。

4 應用案例

4.1 項目簡介

以粵東某鎮污水處理廠工程為例，簡要介紹小型污水處理廠污泥壓濾脫水系統的設計。該鎮級污水處理廠遠期總體規模為1.5萬t/d，其中首期為0.5萬t/d。污泥處理系統土建構筑物按照總體規模一次建成，設備按照首期規模進行配置，預留遠期設備安裝位置。污水處理采用改良A2/O工藝，根據設計進出水水質及采用的污水處理工藝，計算遠期剩余污泥量1.86tDS/d，污泥處理工藝流程：

4.2 主要構筑物及設計參數

（1）污泥濃縮池：1座，進泥含水率99.2%，污泥負荷48kg/（m2·d），水力停留時間14h，配置?7m懸掛式中心傳動濃縮刮泥機1臺。

（2）污泥調理罐：1座，有效容積12m3，采用間歇操作，機械攪拌，污泥調理時間15min。調理劑采用PAC和CPAM，其中聚合氯化鋁按照4kg/tDS進行投加，采用固體聚合氯化鋁粉末溶解配置，配制濃度10%；CPAM按照3kg/tDS進行投加，采用固體片狀溶解配置，配制濃度0.1%。

（3）污泥進料系統：近期安裝3臺污泥螺桿泵，2用1備，流量18m3/h，揚程1.2MPa。進料過程是個變頻控制過程，初期低壓力大流量（1～2min），避免初始過濾阻力太大，形成濾餅夾心。

（4）污泥壓濾系統：污泥脫水間按照配置3臺高壓隔膜板框壓濾機布置，近期安裝2臺考慮1用1備，遠期增加1臺。近期安裝2臺過濾面積為80m2高壓隔膜板框壓濾機，選配自動拉板功能。進料壓力≤1.2MPa，隔膜壓榨壓力≤1.6MPa，反吹壓力≤0.8MPa。每天工作2班，每班工作時間8h。濾板材質為增強聚丙烯，濾布為濾布材質為錦綸。

（5）污泥壓榨系統：每臺壓濾機配置1臺多級離心泵，流量4m3/h，揚程1.6MPa。共用1臺5m3清水儲水罐。

（6）污泥反吹系統：配置1臺空氣壓縮機，壓力0.8MPa，并配套冷干機；配置1臺4m3儲氣罐提供壓濾機吹掃氣源。

（7）污泥儲存系統：在每臺壓濾機下安裝電動液壓推桿泥斗，每臺泥斗容積4m3。由運泥車直接下料裝車外運填埋。

4.3 實際運行效果及技術經濟指標

該項目污泥脫水系統2016年10月完成安裝和調試，2017年3月進行正式進泥脫水，一年多以來運行穩定。常規污泥脫水周期為8～10h，經脫水后污泥含水率一般在56%～60%。

本項目運行以來日均產生污泥量1.78t，運行成本電耗32元/t，調理藥劑成本75元/t，運輸費用24元/t噸，其他成本11元/t，合計142元/t。

5 結論

（1）采用高壓隔膜板框進行污泥深度脫水可解決小型污水處理廠污泥處理問題，處理后污泥含水率降到60%以下，可滿足填埋場的要求。

（2）污泥深度脫水前應采用污泥濃縮和污泥調理等預處理手段，污泥調理可結合小型污水處理廠的特點，采用聚合氯化鋁和聚丙烯酰胺作為調理劑，按照最佳用量進行投加可保證較好的調理效果。

（3）通過實際應用案例表明，高壓隔膜板框進行深度脫水可取得較好的運行效果，發揮過濾速度快、自動化程度高、性能穩定等優點，是小型污水處理廠污泥深度脫水設備的理想選擇。

參考文獻

[1]牛美青，張偉軍等.不同混凝劑對污泥脫水性能的影響研究[J].環境科學學報，2012，32（9）：2126-2128.