湛江某再生水廠低影響污泥系統擴容改造分析

李 曉，厲智成，程樹輝，楊至瑜

(1.北京市市政工程設計研究總院有限公司，北京 100082；2.中規院<北京>規劃設計公司，北京 100044)

污泥作為集中式污水處理廠的產出物，是污水處理大概念中的重要組成部分[1]，其處理處置成為各大城市污水處理廠的重點難點。根據《第二次全國污染源普查公報》(2020年6月)，2017年集中式污水處理廠干污泥產生量為1 026.71萬t，處置量僅1 000.59萬t，缺口達到26.12萬t/a。因此，當前我國城鎮污泥處理處置市場需求十分巨大[2]。隨著各大城市集中式污水處理廠進行擴容或提標，污水廠或再生水廠的產泥量持續增加，現有污泥處理系統需進行改造擴容，才能滿足污泥處理的新需求。國內相關改造案例中，改造對現況污泥脫水系統運行影響較大，且設備的保留也有一定難度。因此，如何在盡量利用現況污泥處理系統的同時，降低改造方案對現況污泥處理系統運行的影響，成為現況污泥處理系統擴容改造的挑戰。

1 工程背景

湛江市某再生水廠現況一期工程規模為4.9萬m3/d，原遠期設計規模為9.8萬m3/d。現況一期工程采用AAO+D型濾池處理工藝，出水水質達到《城鎮污水處理廠污染物排放標準》(GB 18918—2002)一級A排放標準(表1)；由于湛江經濟開發區城市發展規模加快，根據測算，某再生水廠2030年總污水量將達到12.53萬m3/d，故確定該再生水廠總規模提高至13萬m3/d。

表1 某再生水廠提標改造進出水標準Tab.1 Influent and Effluent Standards in a Reclaimed WWTP

現況該污水廠產泥量為0.86 t Ds/(萬t水)。

根據進水水質測算，再生水廠一二期干泥量預計約為30.6 t DS/d，出泥含水率為80%。可見，由于該再生水廠遠期規模的提高，現有污泥處理系統土建及設備規模均難以滿足要求。廠區新增構筑物規模遠超原預留規模，已無新增污泥處理系統用地，故新增泥量必須在現況泥線處理系統中解決。

2 現況污泥處理系統

污泥處理系統位于廠區北側，土建規模按遠期9.8萬m3/d設計，設備按近期規模4.9萬m3/d安裝。現況污泥脫水系統按照近期干泥量為7 t DS/d，遠期干泥量為14 t DS/d考慮。設計污泥含水率為99.4%～99.2%，投藥量按6 kg/(t Ds)設計。脫水系統采用離心濃縮脫水一體機，出泥經輸送機送至污泥料倉儲存，出泥含水率為80%，每日工作時間為12 h。主要處理流程如圖1所示。

圖1 現況污泥脫水系統工藝流程Fig.1 Process Flow of Existing Sludge Dewatering System

主要設備及參數如下：

(1)離心式臥螺污泥濃縮脫水一體機，2臺，1用1備，進泥量Q=45 m3/h，主電機功率N1=37 kW，輔助電機功率N2=18.5 kW；

(2)污泥切割機，2臺，1用1備，進泥量Q=45 m3/h，功率N=1.5 kW；

(3)污泥進料螺桿泵，2臺，1用1備，進泥量Q=45 m3/h，揚程H=0.4 MPa，功率N=11 kW；

(4)絮凝劑(PAM)自動制備系統，1套，制備能力為5～7 kg干粉/h，制備濃度為0.5%，功率N=2.4 kW；

(5)PAM投加螺桿泵，3臺，2用1備，流量Q=1.0 m3/h，揚程H=0.4 MPa，功率N=1.1 kW；

(6)無軸螺旋輸送機，2套，輸送能力Q=5 m3/h，輸送距離為36 m，壓力為4 100 kPa，功率N=11 kW；

(7)泥餅泵，2臺，1用1備，進泥量Q=5 m3/h，輸送距離為36 m，壓力為4 100 kPa，功率N=11 kW；

(8)污泥料倉，2套，體積V=100 m3，功率N=26 kW；

(9)給水增壓管道泵，2套，1用1備，流量Q=2～15 m3/h，揚程H=20 m，功率為2.2 kW。

現況污泥處理系統平面布置如圖2所示。

圖2 現況污泥脫水系統平面圖Fig.2 Plan of Existing Sludge Dewatering System

3 改造思路

目前，根據收集到的文獻資料，國內污泥處理系統擴容主要有以下3種思路。

思路一：保留現況污泥離心脫水系統，并將其改造為濃縮系統，后續新增其他脫水設備。例如：針對污水處理廠污泥含水率要求從80%提高至60%的情況，龔衛紅等[3]將現況離心脫水系統改造為機械濃縮系統，為污泥下一步處理做準備。

思路二：替換原有重力濃縮系統，改造為效果更好的機械濃縮脫水一體系統。例如：在污泥脫水系統改造中，為了解決含磷污泥釋放等問題，徐黎黎等[4]將原有的重力濃縮池和脫水系統，改造為機械濃縮脫水一體系統。

思路三：在原有重力濃縮池及脫水系統基礎上，新增機械濃縮系統，同時新增離心脫水系統。例如：在對東莞運河樟村水質凈化廠改造中，胡新立等[5]在現況濃縮池+帶式脫水機系統的基礎上新增機械濃縮系統和離心脫水系統，也有效緩解了污泥處理能力不足的問題。

以上案例均根據廠區具體情況，在保留現況基礎上對脫水系統進行改造。湛江市某污水處理廠特點為廠區占地面積不足，現況離心脫水系統運行情況相對良好，主要面臨擴容后產泥量增加的問題。因此，改造思路與以上案例不同，在保證脫水系統處理能力的基礎上，盡量對現況設施設備進行保留，故最終改造思路定為新增濃縮系統與擴容現況離心脫水系統相結合的改造方式。

4 改造方案

現況污泥脫水系統僅具備處理14 t DS/d的最大處理能力。因此，再生水廠提標擴容后仍需增加16.6 t DS/d的處理量。考慮在現況泥線系統增設污泥濃縮設施，通過污泥濃縮實現減量后，再交由現況離心脫水系統處理。由于該廠區生物段采用了具有脫氮除磷的工藝流程，污泥濃縮采用機械濃縮[6]。工藝流程如圖3所示。

圖3 污泥脫水系統改造工藝流程圖Fig.3 Process Flow of Sludge Dewatering System after Reconstruction

根據測算，廠區二沉池排出剩余污泥含水率為99.2%，污泥濃縮后達到97%[7]，經過離心脫水后達到80%[8]，其各階段濕泥量及含水率如表2所示。

表2 某再生水廠改造后各階段污泥量Tab.2 Sludge Capacity of Different Stages after Reconstruction

4.1 現況儲泥池核算

現況儲泥池2座，單座平面尺寸為5.5 m×5.5 m，有效水深為4.0 m。現況每座儲泥池設1臺潛水攪拌器，1根DN200進泥管，1根DN300出泥管，1根DN300溢流管。

儲泥池污泥含水率約為99.2%，內設潛水攪拌器，再通過濃縮進泥泵輸送至機械濃縮機進行濃縮。擴容后停留時間為1.3 h，設備及土建仍采用現況設備不做改動。

現況主要設備：潛水攪拌器，2個，D=300 mm，功率N=1.5 kW。

4.2 新建機械濃縮系統

濃縮系統設計污泥量為30.6 t DS/d，含水率為99.2%。濃縮系統每日工作時間為12 h，故濃縮系統最大進泥量為318.9 m3/h。污泥經濃縮后，含水率降低至97%，出泥量為85 m3/h，污泥減容率達73%，能夠大大減小后續脫水系統的工作壓力。

新建污泥濃縮車間與現況脫水機房采取貼建的型式，共設置3層平臺。其中，機械濃縮設備位于第3層，共設置機械離心濃縮機3臺，2用1備，單臺處理能力為160 m3/h；同時，將進泥系統設置于第1層平臺(泵坑)內，為了現況儲泥池低泥位污泥能重力自流進入機械濃縮車間，第1層平臺高程略低于現況儲泥池；PAM絮凝劑加藥系統、脫水機沖洗系統及污泥緩沖系統位于第2層平臺上，沖洗系統采用廠區給水系統，進水采用水箱的同時，設置空氣隔斷，避免污染水源。一般污水廠污泥為有機質和無機質的混合物，帶負電荷，因此多采用陽離子的PAM。機械濃縮車間布置如圖4所示。

圖4 新建污泥濃縮車間平面圖Fig.4 Plan of Newly Built Sludge Thickening Workshop

污泥切割機、進泥轉子泵各3臺，2用1備，設不銹鋼濃縮緩沖槽1個。濃縮機進泥泵將現況儲泥池的污泥輸送至機械離心濃縮機，同時投加PAM絮凝劑，濃縮后污泥含水率降至97%，濃縮后污泥進入不銹鋼緩沖槽緩沖。機械濃縮系統主要設備如表3所示。

表3 新建機械濃縮系統主要設備Tab.3 List of Equipment in Newly Built Sludge Thickening Workshop

4.3 現況污泥濃縮脫水系統改造

污泥經濃縮后，含水率降低至97%，出泥量為85 m3/h。現況脫水機房內具備2臺處理能力為45 m3/h的離心脫水機，1用1備，并預留1臺機位。故本次新增1臺同品牌離心脫水機，與現況脫水機聯用，并形成2用1備的工作體系，并對應增加PAM投加系統等設備。離心脫水機房擴容布置如圖5所示。

圖5 現況污泥脫水系統改造平面圖Fig.5 Reconstruction of Existing Sludge Dewatering System Workshop

5 新增投資及成本

湛江某再生水廠污泥處理系統改造投資為2 170萬元，其中建筑工程為507萬元，安裝工程為178萬元，設備購置費用為1 485萬元。污泥處理系統改造后，年耗電量新增1 504 267 kW·h，新增電費為77.6萬元；PAM藥劑每年新增16.6 t，新增藥劑費41.6萬元，故整體改造后，污泥處理系統每年新增運行費用為119.2萬元。按干泥量折算，每年新增運行費用為5.05萬元/(t DS)，新增工程費用為91.9萬元/(t DS)。

6 總結

某再生水廠擴容及水質處理標準提高，造成水線處理泥量增大，超過現況污泥處理系統的處理能力。受到廠區用地的制約，已無可能新增其他污泥處理系統。因此，本工程方案圍繞這些問題，利用機械濃縮的方式，將污泥進行濃縮后，輸送至后續離心脫水系統，并使其處理能力相匹配。由于經過機械濃縮后，離心脫水機進泥含水率下降，導致脫水機的處理量減低，需適當提高新增脫水機的處理能力，增強系統匹配性。該套污泥廠內處理系統改造后，新增投資約為2 170萬元，每年新增運行費用約為119.2萬元，可為其他污水廠或再生水廠污泥系統改造提供一定的借鑒。污泥處理后，外運至湛江市福豐環保廢物綜合處理利用有限公司的污泥處置中心進行無害化處理，并制成園林綠化營養用土。