現狀污水處理廠污泥深度脫水系統設計

郭竹玲

(太原市市政工程設計研究院，山西太原 030002)

0 引言

目前，國內污水處理廠產生的污泥含水率約為80%，呈膠質粘結狀，具有含水率高、含有機物高、含重金屬和大量病菌等特點，極易對空氣、土壤和水源造成污染，并進一步危害人體健康，造成環境安全事件。《水污染防治行動計劃》(2015年)中明確要求，污水處理設施產生的污泥應進行穩定化、無害化和資源化處理處置，地級及以上城市污泥無害化處理處置率應于2020年年底前達到90%以上。環保部和住建部聯合發布的《關于加強城鎮污水處理設施污泥處理處置減排核查核算工作的通知》(2016年)，首次將污泥妥善處理處置納入污水總量減排考核。2017年，山西省住建廳和省環保廳在《關于加強城鎮污水處理廠污泥處理處置工作的通知》中明確指出，要充分認識當前污泥處理處置工作的重要性和緊迫性，以實現污泥“穩定化、無害化、資源化”為目標，加快推進污泥處理處置設施的建設。同時強調主管部門要指導城鎮污水處理廠加大技術改造力度，提高污泥脫水率，實現污泥源頭減量。

1 工程概況

晉城市正源水務發展有限公司位于晉城市主城區東南角。整個污水廠占地呈北寬南窄的不規則梯形段，總占地面積163.7畝，服務范圍為晉城市區的主城區系統所有范圍內污水。晉城市正源水務發展有限公司原設計污水總處理規模12萬m3/d。一期工程處理工藝為厭氧池+奧貝爾氧化溝+沉淀池+曝氣生物濾池+紫外消毒+絮凝反應池+翻板濾池，二期工程處理工藝為A2O前置厭氧氧化溝+二沉池+絮凝反應池+高效澄清池+翻板濾池+紫外消毒，現有污水處理構筑物和設備均可正常運行和使用，出水均達到一級A標準［1］。污泥處理工藝采用直接濃縮脫水工藝。

之前污水廠污泥脫水至含水率80%后裝車外運，主要采取簡單填埋處理，不符合國家相關環保要求，2017年8月之后，晉城市正源水務發展有限公司與山西百孚百富生物能源開發有限公司達成合作協議，該公司所產污泥送往山西百孚百富生物能源有限公司進行無害化處置，該基地位于陵川縣西河底鄉西河底村，兩地之間運輸距離將近40 km，距離較遠，運輸量較大。

2 改造項目方案思路

目前污水廠產生的污泥經污泥濃縮脫水機脫水后，含水率為80%左右，為達到污泥減量化的目標，在改造時將污泥含水率降至60%［2］。污泥的最終處置為送往山西百孚百富生物能源有限公司生產沼氣，常規且目前運行穩定，效果較好的污泥深度脫水工藝，脫水前需進行預處理［3］，將污泥含水率降為95%，預處理主要通過加藥進行污泥調理、濃縮，影響后續污泥利用。

經過綜合比較，在污泥改造時選用污泥低溫干化工藝。選用直接低溫干化，干化溫度45℃ ～50℃(進除濕熱泵溫度);送風溫度60℃ ～75℃。

3 設計規模

一期奧貝爾氧化溝工藝脫水機房進泥量1 724.75 m3/d(含水率99.2%)，出泥量68.99 m3/d(含水率80%)。二期改良型氧化溝工藝新增剩余污泥量包括生化系統污泥和化學沉淀污泥。生化系統污泥污泥濃縮脫水后產生80%含水率的泥餅約25 m3/d。化學沉淀污泥1.35 m3/d，總污泥產量 26.35 m3/d。按設計總污泥量為95.34 m3/d。結合進水水質變化，污泥量按100 t/d(含水率80%)考慮。

4 處理工藝

現狀污泥脫水機房工藝流程如下:污泥投配泵(螺桿泵)將污泥自貯泥池提升至靜態混合器，絮凝劑在絮凝劑制備裝置中制備完畢后，經加藥泵(螺桿泵)提升，并經一體化稀釋加藥裝置稀釋成0.10%濃度的藥液送入靜態混合器，污泥與絮凝劑經靜態混合器充分混合后，進入帶式濃縮壓濾機。帶式濃縮壓濾機的整個脫水程序是連續進行的，其工作過程為:絮凝→進料→濃縮段重力脫水→濃縮段卸料→壓濾段重力脫水→壓濾段預壓脫水→壓濾段壓榨脫水→卸料，成含水率70% ～80%的泥餅，經水平無軸螺旋輸送機、傾斜無軸螺旋輸送機輸送至污泥棚，裝車外運。濃縮壓濾機濾帶沖洗水來自二級處理出水，經濾帶沖洗水泵加壓，并經自動排污過濾器過濾后送至濃縮壓濾機沖洗水入口，沖洗濾布后的水與濃縮壓濾段排水一同排入廠區污水管(見圖1)。

圖1 污泥處理流程

工程利用現狀污泥脫水間將污泥脫水至80%后，利用刮板輸送機將污泥輸送至干化車間濕料倉后，經螺旋輸送機送至低溫干化除濕機內再進行低溫干化，污泥含水率降至60%后再進行外運進行最終處置。本工藝整體具有如下優勢:適用污泥濃度范圍廣，可以處理污泥含水率范圍達80% ～99.5%;工藝簡單，占地少，運行可靠，可實現自動化控制;處理后污泥符合國家相關標準，可直接填埋、焚燒或資源化利用。本污泥深度脫水工藝不再投加任何藥劑，不影響后續用途;同時污泥含水率可根據需要控制。

5 干化間布置圖

污水廠內用地緊張，為方便污泥在后續處理，在現狀脫水機房西側設置干化車間對污泥進行干化處理。濕料倉、干化機布置在干化車間內，將閉式冷卻塔布置在室外，冷卻效果好，因地方緊張將冷卻泵也放在室外，并添加防凍液保證冬季正常運行(見圖2)。

圖2 污泥干化車間布置圖

6 設計參數

設計每天絕干污泥量為20 tDS，經過帶式壓濾機壓榨后污泥含水80%，此時泥餅重量為100 t(無石灰添加劑添加);經污泥低溫除濕干化至60%，干物料量為50 t;污泥低溫干化過程脫水量為50 t/d。

干化機平均物料過程:進料量4.167 t/h，干料量2.083 t/h，脫水量 2.083 t/h。

總設計循環風量(密閉式除濕干化):240 000 m3/h。

7 設計運行工況

回風工況:56℃，相對濕度65%，露點溫度48.64℃，含濕量74.82 g/(kg·干污泥)，焓值 251.4 kJ/(kg·干污泥)，空氣密度1.028 kg/m3。

送風工況:70℃，相對濕度30.2%，露點溫度45.9℃，含濕量64.7 g/(kg·干污泥)，焓值 240.81 kJ/(kg·干污泥)，空氣密度0.99 kg/m3。

干化機每小時冷凝脫水量:m=2 442 kg/h;干化機機組輸入功率為610 kW，輸入電能壓縮機風機做功轉化余熱約為Q1=517 778.6 kcal/h;除濕熱泵空氣水蒸氣冷凝釋放熱量(50℃水蒸氣潛熱 2 378.1 kJ/kg):Q2=2 378.1 kJ/kg× 2 442 kg/h=5 807 320.2 kJ/h=1 393 759 kcal/h，除 濕 熱 泵 制 熱 量Q放=1 911 537.6 kcal/h;每小時進泥量為 4 167 kg/h，設計進料溫度20℃，干化物料溫度為50℃，故泥餅總升溫吸熱量Q3=3.5 kJ/(kg·℃)×4 167 kg/h×(50℃ －20℃)=437 535 kJ/h=105 008 kcal/h;泥餅水蒸發吸熱量Q4=1 188 861.6 kcal/h;干化機散熱量Q5=48 057 kcal/h;冷卻塔冷卻散熱量Q6=569 611 kcal/h;干 化過程 總 吸熱 量 Q吸=1 911 537.6 kcal/h;Q放=Q吸，熱平衡符合要求。

處理100 t/d(含水率80%)污泥的物料平衡圖見圖3。

圖3 物料平衡圖

8 結語

晉城市正源水務發展有限公司的污泥深度脫水處理工程設計采用帶式濃縮脫水一體機將污泥脫水至含水率80%，經低溫干化除濕機進一步脫水至污泥含水率小于60%。經過調試運行階段，表明污泥深度處理系統能滿足脫水后的要求，達到設計目的。該工程設計參數及調試經驗將為采用帶式濃縮脫水一體機、低溫干化除濕機進行污泥深度脫水系統的設計及調試運行提供經驗。