大型污水處理廠污泥深度脫水系統設計與運行

宋 玉

(上海同臣環保有限公司，上海 200092)

1 工程概況

某大型污水處理廠服務人口達70萬，服務區域20 km2，處置規模為40萬m3/d。該廠采用AO-MBR處置工藝，生化系統剩余污泥絕干產量為60 t/d，貯泥池內剩余污泥的含水率為98%。另有外部接收的20 t絕干污泥，含水率約為80%，總計處理量為80 t/d。污泥脫水車間采用地上式鋼筋混凝土結構[1]。占地面積為450 m2，長度為30 m，寬度為15 m。該污水處理廠污泥脫水系統要求污泥脫水處理到含水率60%以下，設計范圍包括調理系統、藥劑投加系統、脫水機系統和泵送系統[2]。

2 工程設計

該污水處理廠的污泥脫水系統采用彈性板框式壓濾機系統。該系統主要由以下幾部分構成：彈性板框式壓濾機、柱塞泵、絮凝劑配置與投加系統、濃縮機、調理劑配置與投加系統、皮帶機輸送系統、空壓機系統、PLC控制系統與必要的管閥、儀表等。

2.1 工藝設計

針對該廠產生的含水率為98%的污泥，首先經濃縮機處理到含水率為92%～95%，再添加化學調理藥劑對污泥進行調理改性。改性后的污泥被柱塞泵送入彈性板框式壓濾機中進行脫水。

外部接收污泥送入均質池，與該廠含水率為98%的污泥進行攪拌混合，稀釋到含水率為92%～95%后，泵入調理池，與該廠經濃縮機濃縮后的污泥混合，共同進行化學調理改性。改性污泥進入彈性板框式壓濾機后處置到含水率為60%。

工藝流程如圖1所示。

圖1 工藝流程圖Fig.1 Technological Process

2.2 工藝說明

在該廠貯存池內的污泥經輸送泵作用，送入濃縮機的攪拌槽內，同時，絮凝劑配置與投加系統中的絮凝劑也通過藥劑輸送泵作用，送入攪拌槽內與污泥在攪拌作用下充分混合。污泥因絮凝劑作用形成絮團，溢流到擠壓腔內，在濃縮機的擠壓作用下實現固液分離。濾液經收集后送入污水處理系統。絮團因脫水而被濃縮，形成含水率為92%～95%的泥漿，依靠重力自流進入調理池。外部污泥接收后存放在均質池內，通過與該廠含水率為98%的污泥進行一定比例的混合，直接形成含水率為92%～95%的泥漿，再依靠轉輸泵泵到調理池，與該廠濃縮污泥進行混合。調理池設置2座，單池容積滿足單批次全部彈性板框式壓濾機同時運行的總處理量。

泥漿在調理池內被加入化學調理藥劑，促進細胞內水的釋放及污泥微顆粒的團聚，使泥漿的持水性能和脫水性能得到改變[3]。改性后的污泥在柱塞泵的高壓力作用下被送入彈性板框式壓濾機內進行壓濾，從而得到含水率在60%以下的泥餅。

所述化學調理藥劑經過試驗論證以及現場使用的結果反饋，采用濃度為10%的聚合氯化鋁投加量為污泥干基的10%，再以1‰濃度的陽離子絮凝劑投加污泥干基的4‰，即可達到所需的調理效果。

該項目工藝設計流程如圖2所示。

圖2 工藝流程圖Fig.2 Technological Process

2.3 主要設備及選型

2.3.1 彈性板框式壓濾機

彈性板框式壓濾機主要由機架、液壓系統、彈性板框與濾布、拉板機構、翻板排液系統幾部分構成。通過擠壓彈性板框形成密閉腔室，在液壓系統的壓力下，對腔室內的泥漿進行壓濾，實現固液分離[4]。濾液經翻板排液系統排出并回流至污水處理段，泥餅則由皮帶輸送系統運至儲存車間。

每個運作周期可分為進泥-壓濾-排液-卸泥4個過程。在進泥時，彈性板框已成為密閉腔室，在柱塞泵的輸送作用下，改性泥漿被泵入腔室內。打滿腔室后，柱塞泵停止運作，進泥管的閥門關閉，開始進入壓濾過程。在壓濾過程中，液壓系統逐漸對彈性板框施加壓力。在強大的推力作用下，各板之間的距離不斷縮小。泥漿因空間收縮，受力加強，濾液被迫經板與板的縫隙溜出。固態物質被壓成泥餅。當達到一定的壓濾壓力時，液壓系統維持壓力，停留一定的壓濾時間后，逐漸將壓力減小。彈性板框恢復至初始狀態，即表示壓濾過程結束。排液過程與壓濾過程同步進行。擠出壓濾腔室的濾液經翻板收集，進入排水管道，回流至污水處理系統。在卸泥過程中，拉板機構對各彈性板框提供拉力，將板拉開，泥餅會自動脫落。

本項目選用的壓濾機過濾面積為200 m2，每天可運行10～11批次，單工作周期可處理絕干泥量2 t，單臺壓濾機每天的處理量為20 t Ds/d。該廠待處理污泥絕干量為80 t，故采用臺數為80/20=4臺。

根據彈性板框式壓濾機在污水處理廠的運行數據可知，每工作周期持續時間約為110 min，其中，進泥60 min，壓濾30 min，卸料20 min。進泥含水率為92%～95%，出泥含水率為60%，泥餅密度約為1.3 kg/m3。壓濾機主要性能參數如表1所示。

表1 性能參數Tab.1 Parameters of the Performance

2.3.2 柱塞泵

柱塞泵具有自動調節流量和壓力的功能。在開始進泥時，柱塞泵的壓力較小，流量很大。隨著泥漿逐漸充滿壓濾機的腔室，內部壓力增高，柱塞泵會隨之提高出口壓力，流量也變小，非常適用于存在變化過程的進泥狀況。柱塞泵效率高，運行穩定。由于單個工作周期處理絕干泥量為2 t，進泥含水率假設為95%，則柱塞泵流量為2/(1-95%)=40 m3/h，進泥壓力為1.2～1.6 MPa。

2.3.3 系統設備選型表

該工藝所包含的主要設備選型如表2所示。

表2 設備清單Tab.2 List of the Equipment

3 運行工況

3.1 電耗

系統設備功率如表3所示。系統裝機功率為

表3 系統功率Tab.3 List of System Power

282.09 kW，運行中的總耗電量為3 208.60 kW·h，取當地電價0.85元/(kW·h)，則對應絕干污泥的電費為34.09元/t。

3.2 水費

脫水系統用水需求來自藥劑溶配和沖洗用水。每日藥劑溶配用水量為240 m3，沖洗用水量為71.96 m3。其中，彈性板框式壓濾機設定為4 d沖洗1次。單臺單次清洗用時40 min，用水量為12.8 m3/h。故每日總計用水量為311.96 mL。取水費2元/m3，則每日水費為623.92元，折合每噸絕干污泥的用水費為7.80元/t。

3.3 藥劑費

該工藝所用藥劑為聚合氯化鋁(濃度為10%)和陽離子絮凝劑(PAM)，詳細費用如表4所示。

表4 藥劑費用Tab.4 List of Chemicals Expenses

注：加藥率按照每噸絕干污泥計算

4 總結與討論

工程實踐可證明，以彈性板框式壓濾機為核心的污泥脫水系統可以將污水處理廠生化系統產生的含水率在98%左右的剩余污泥處理至含水率為60%。對非單一來源的污泥需根據實際情況對工藝系統進行定制化的設計。

在污泥脫水系統運行中，絕干污泥的噸處理費用：電費為34.09元/t，水費為7.80元/t，藥劑費用為224元/t。

在進行污泥深度脫水項目的設計時，應首先依據待處理絕干污泥量和所選深脫壓濾設備的選型參數，確定壓濾設備的型號與臺數。然后，通過對污泥性質的分析和試驗驗證，確定調理藥劑的種類與投加量(為準確起見，以污泥干基量計算)，從而獲得配藥及加藥裝置的選型參數。根據以上兩點，結合項目實際情況，確定其他附屬設備的選型參數。

如何做到將先進的污泥脫水工藝和設備與科學合理的運行管理體系相結合，以維持污泥脫水系統的穩定運行，有效地控制和節省運行費用，是值得深入思考的地方。