大型污水處理廠污泥深度脫水系統(tǒng)設(shè)計(jì)與運(yùn)行

宋 玉

(上海同臣環(huán)保有限公司，上海 200092)

1 工程概況

某大型污水處理廠服務(wù)人口達(dá)70萬，服務(wù)區(qū)域20 km2，處置規(guī)模為40萬m3/d。該廠采用AO-MBR處置工藝，生化系統(tǒng)剩余污泥絕干產(chǎn)量為60 t/d，貯泥池內(nèi)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(jì)處理量為80 t/d。污泥脫水車間采用地上式鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)[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(tǒng)要求污泥脫水處理到含水率60%以下，設(shè)計(jì)范圍包括調(diào)理系統(tǒng)、藥劑投加系統(tǒng)、脫水機(jī)系統(tǒng)和泵送系統(tǒng)[2]。

2 工程設(shè)計(jì)

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

2.1 工藝設(shè)計(jì)

針對該廠產(chǎn)生的含水率為98%的污泥，首先經(jīng)濃縮機(jī)處理到含水率為92%～95%，再添加化學(xué)調(diào)理藥劑對污泥進(jìn)行調(diào)理改性。改性后的污泥被柱塞泵送入彈性板框式壓濾機(jī)中進(jìn)行脫水。

外部接收污泥送入均質(zhì)池，與該廠含水率為98%的污泥進(jìn)行攪拌混合，稀釋到含水率為92%～95%后，泵入調(diào)理池，與該廠經(jīng)濃縮機(jī)濃縮后的污泥混合，共同進(jìn)行化學(xué)調(diào)理改性。改性污泥進(jìn)入彈性板框式壓濾機(jī)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(nèi)的污泥經(jīng)輸送泵作用，送入濃縮機(jī)的攪拌槽內(nèi)，同時(shí)，絮凝劑配置與投加系統(tǒng)中的絮凝劑也通過藥劑輸送泵作用，送入攪拌槽內(nèi)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(tuán)，溢流到擠壓腔內(nèi)，在濃縮機(jī)的擠壓作用下實(shí)現(xiàn)固液分離。濾液經(jīng)收集后送入污水處理系統(tǒng)。絮團(tuán)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(jìn)入調(diào)理池。外部污泥接收后存放在均質(zhì)池內(nèi)，通過與該廠含水率為98%的污泥進(jìn)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(zhuǎn)輸泵泵到調(diào)理池，與該廠濃縮污泥進(jìn)行混合。調(diào)理池設(shè)置2座，單池容積滿足單批次全部彈性板框式壓濾機(jī)同時(shí)運(yùn)行的總處理量。

泥漿在調(diào)理池內(nèi)被加入化學(xué)調(diào)理藥劑，促進(jìn)細(xì)胞內(nèi)水的釋放及污泥微顆粒的團(tuán)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(jī)內(nèi)進(jìn)行壓濾，從而得到含水率在60%以下的泥餅。

所述化學(xué)調(diào)理藥劑經(jīng)過試驗(yàn)論證以及現(xiàn)場使用的結(jié)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(dá)到所需的調(diào)理效果。

該項(xiàng)目工藝設(shè)計(jì)流程如圖2所示。

圖2 工藝流程圖Fig.2 Technological Process

2.3 主要設(shè)備及選型

2.3.1 彈性板框式壓濾機(jī)

彈性板框式壓濾機(jī)主要由機(jī)架、液壓系統(tǒng)、彈性板框與濾布、拉板機(jī)構(gòu)、翻板排液系統(tǒng)幾部分構(gòu)成。通過擠壓彈性板框形成密閉腔室，在液壓系統(tǒng)的壓力下，對腔室內(nèi)的泥漿進(jìn)行壓濾，實(shí)現(xiàn)固液分離[4]。濾液經(jīng)翻板排液系統(tǒng)排出并回流至污水處理段，泥餅則由皮帶輸送系統(tǒng)運(yùn)至儲(chǔ)存車間。

每個(gè)運(yùn)作周期可分為進(jìn)泥-壓濾-排液-卸泥4個(gè)過程。在進(jìn)泥時(shí)，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(nèi)。打滿腔室后，柱塞泵停止運(yùn)作，進(jìn)泥管的閥門關(guān)閉，開始進(jìn)入壓濾過程。在壓濾過程中，液壓系統(tǒng)逐漸對彈性板框施加壓力。在強(qiáng)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(qiáng)，濾液被迫經(jīng)板與板的縫隙溜出。固態(tài)物質(zhì)被壓成泥餅。當(dāng)達(dá)到一定的壓濾壓力時(shí)，液壓系統(tǒng)維持壓力，停留一定的壓濾時(shí)間后，逐漸將壓力減小。彈性板框恢復(fù)至初始狀態(tài)，即表示壓濾過程結(jié)束。排液過程與壓濾過程同步進(jìn)行。擠出壓濾腔室的濾液經(jīng)翻板收集，進(jìn)入排水管道，回流至污水處理系統(tǒng)。在卸泥過程中，拉板機(jī)構(gòu)對各彈性板框提供拉力，將板拉開，泥餅會(huì)自動(dòng)脫落。

本項(xiàng)目選用的壓濾機(jī)過濾面積為200 m2，每天可運(yùn)行10～11批次，單工作周期可處理絕干泥量2 t，單臺壓濾機(jī)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(shù)為80/20=4臺。

根據(jù)彈性板框式壓濾機(jī)在污水處理廠的運(yùn)行數(shù)據(jù)可知，每工作周期持續(xù)時(shí)間約為110 min，其中，進(jìn)泥60 min，壓濾30 min，卸料20 min。進(jìn)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(jī)主要性能參數(shù)如表1所示。

表1 性能參數(shù)Tab.1 Parameters of the Performance

2.3.2 柱塞泵

柱塞泵具有自動(dòng)調(diào)節(jié)流量和壓力的功能。在開始進(jìn)泥時(shí)，柱塞泵的壓力較小，流量很大。隨著泥漿逐漸充滿壓濾機(jī)的腔室，內(nèi)部壓力增高，柱塞泵會(huì)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(jìn)泥狀況。柱塞泵效率高，運(yùn)行穩(wěn)定。由于單個(gè)工作周期處理絕干泥量為2 t，進(jìn)泥含水率假設(shè)為95%，則柱塞泵流量為2/(1-95%)=40 m3/h，進(jìn)泥壓力為1.2～1.6 MPa。

2.3.3 系統(tǒng)設(shè)備選型表

該工藝所包含的主要設(shè)備選型如表2所示。

表2 設(shè)備清單Tab.2 List of the Equipment

3 運(yùn)行工況

3.1 電耗

系統(tǒng)設(shè)備功率如表3所示。系統(tǒng)裝機(jī)功率為

表3 系統(tǒng)功率Tab.3 List of System Power

282.09 kW，運(yùn)行中的總耗電量為3 208.60 kW·h，取當(dāng)?shù)仉妰r(jià)0.85元/(kW·h)，則對應(yīng)絕干污泥的電費(fèi)為34.09元/t。

3.2 水費(fèi)

脫水系統(tǒng)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(jī)設(shè)定為4 d沖洗1次。單臺單次清洗用時(shí)40 min，用水量為12.8 m3/h。故每日總計(jì)用水量為311.96 mL。取水費(fèi)2元/m3，則每日水費(fèi)為623.92元，折合每噸絕干污泥的用水費(fèi)為7.80元/t。

3.3 藥劑費(fèi)

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(xì)費(fèi)用如表4所示。

表4 藥劑費(fèi)用Tab.4 List of Chemicals Expenses

注：加藥率按照每噸絕干污泥計(jì)算

4 總結(jié)與討論

工程實(shí)踐可證明，以彈性板框式壓濾機(jī)為核心的污泥脫水系統(tǒng)可以將污水處理廠生化系統(tǒng)產(chǎn)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(jù)實(shí)際情況對工藝系統(tǒng)進(jìn)行定制化的設(shè)計(jì)。

在污泥脫水系統(tǒng)運(yùn)行中，絕干污泥的噸處理費(fèi)用：電費(fèi)為34.09元/t，水費(fèi)為7.80元/t，藥劑費(fèi)用為224元/t。

在進(jìn)行污泥深度脫水項(xiàng)目的設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)首先依據(jù)待處理絕干污泥量和所選深脫壓濾設(shè)備的選型參數(shù)，確定壓濾設(shè)備的型號與臺數(shù)。然后，通過對污泥性質(zhì)的分析和試驗(yàn)驗(yàn)證，確定調(diào)理藥劑的種類與投加量(為準(zhǔn)確起見，以污泥干基量計(jì)算)，從而獲得配藥及加藥裝置的選型參數(shù)。根據(jù)以上兩點(diǎn)，結(jié)合項(xiàng)目實(shí)際情況，確定其他附屬設(shè)備的選型參數(shù)。

如何做到將先進(jìn)的污泥脫水工藝和設(shè)備與科學(xué)合理的運(yùn)行管理體系相結(jié)合，以維持污泥脫水系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，有效地控制和節(jié)省運(yùn)行費(fèi)用，是值得深入思考的地方。