污水廠污泥處理中深度脫水工藝設備的探討

劉海茹，王斌，陳鑫

（中國市政工程西北設計研究院有限公司，蘭州730000）

1 污泥處理常規工藝

通常，城市污水處理廠典型的污泥處理工藝一般包含4個階段，即：污泥濃縮、消化、脫水和污泥最終處置。

1.1 污泥濃縮

該階段的主要目的是使污泥初步減容，以縮小后續處理構筑物的容積和設計容量。通常來說，污泥濃縮主要分為機械濃縮和重力濃縮。其中，污泥重力濃縮能耗低，運行穩定、管理方便，占地面積相對較大；但易造成厭氧環境下磷的二次釋放，不利于除磷。然而，機械濃縮雖然占地省，但能耗高、設備多。一般情況下，濃縮可將污泥含水率從99.2%～99.8%降至94%～96%。

1.2 污泥消化

該階段的主要目的是使污泥中的有機物分解，使污泥趨于穩定；此外，由于污泥消化投資大，控制管理復雜，中小污水廠的污泥產量較少，故在國內污水廠應用較少。

1.3 污泥脫水

該階段的主要目的是使污泥進一步減容，將污泥含水率降至＜80%，以便于后期的運輸處置。針對污泥后續出路不同，在污泥脫水過程中通過在污泥中添加相應調理劑，污泥的含水率可降至小于50%。

污泥脫水主要采用機械脫水，目前在全國各地的污水廠中，應用較為廣泛的設備有：帶式脫水機、高壓隔膜壓濾機、連續污泥深度脫水機和超高壓壓榨機等。

1.4 污泥最終處置

污泥處置是指對處理后污泥的最終消納過程，主要有衛生填埋、土地利用及農田利用、焚燒和綜合利用4方面。

2 典型脫水工藝設備分析

脫水工藝作為污泥減容最重要的一個環節，其工藝設備選擇直接影響到后續污泥最終的合理處置。關于此，本文分析了西北地區部分生活污水廠的污泥脫水設備，由此可知，當前我國污水廠內常用的污泥脫水機主要有以下幾種類型：帶式脫水一體機、高壓隔膜壓濾機、連續污泥深度脫水機、超高壓壓榨機、低溫熱干化等。現就對上述設備逐一進行分析論述。

2.1 帶式濃縮脫水一體機

2.1.1 工作原理

帶式壓濾機分為3個區完成過濾及脫水過程。

1）重力脫水區。廢水處理廠的污泥經泵送入污泥攪拌槽內與高分子凝集劑混合作用后，使污泥中細小的懸浮狀顆粒經高分子凝集劑的架橋作用形成膠乳狀較大的顆粒，而后以重力流方式由攪拌槽上端溢流入后續的壓榨脫水作業。

2）壓力脫水區。污泥由重力脫水區進入壓力脫水區后，上下濾布開始逐漸擠壓污泥脫水。

3）加壓脫水區。污泥隨濾布移動進入加壓脫水區，在呈垂直狀的滾輪間，依滾輪直徑由大而漸小，壓力則由小逐漸增大的配置，隨上下濾布在不同的滾輪之間因變換上下位置而對污泥產生的剪切力，將膠乳泥中的毛細管結合水）壓榨出來，以產生較干的污泥餅。

2.1.2 優缺點

帶式污泥脫水機具有耐腐蝕性、耐磨損性、實用性強、操作簡單、噪聲低（70～75 dB），電耗少(0.8 W/m3)等優點。帶式污泥脫水機缺點也較為突出：（1）占地面積大、對聚合物的要求較高；（2）脫水機濾帶沖洗用水量大，且濾帶容易跑偏，影響污泥脫水效果，工作環境較差，對構筑物層高有要求。跟蹤北方已建成多個污水處理廠內帶式脫水機運行情況分析可知，脫水后污泥含水率在80%～88%，不能穩定達到＜80%，且故障率較高。

2.2 高壓隔膜壓濾機

高壓隔膜壓濾機亦稱板框壓濾機，是近幾年污水廠污泥脫水應用較廣泛的一種脫水設備。

2.2.1 工作原理

高壓隔膜壓濾機是通過板框的擠壓，使污泥內水通過濾布排出，達到脫水的目的。待過濾的污泥通過污泥泵的輸送，在一定壓力下，從止推板的進料孔進入各個濾室，通過濾布后固體物質被截留到濾室中，并逐步形成濾餅；同時，液體則通過出水孔排出機體外。隨著過濾過程的進行，濾餅厚度逐漸增加，過濾阻力加大，當濾餅達到一定厚度或充滿全框后，即停止過濾，打開板框，卸出濾餅，清洗濾布，重新裝合，進行下一個周期運行。

2.2.2 優缺點

高壓隔膜壓濾機的運行效果較好，污泥中增加適當的調理劑，可穩定地保持出泥含水率＜60%；此外，由于其濾餅含固率高，濾液清澈，固體物質回收率高等優點，對需要運輸、進一步干燥或焚燒，以及衛生填埋的污泥，可降低運輸費用，減少燃料消耗，降低填埋費用。

高壓隔膜壓濾機的缺點是設備為間歇運行，濾板為聚丙烯材料，耐壓很難＞3 MPa，高壓下濾板凸點堵塞過濾通道，影響脫水效果。

2.3 超高壓彈性壓榨機

超高壓彈性壓榨機是某環保公司聯合同濟大學環境學院和機械學院，自主開發的一種高效率壓濾設備和固液分離設備，其壓力更大，效率更高。該設備對傳統隔膜壓濾機進行了大幅改進，污泥與高壓壓榨耦合，一體設計；采用脈沖式壓榨，產生瞬間高壓及壓力遞減梯度；超高壓彈性壓榨機無須另外的二次壓榨增壓設備及壓榨介質，完全靠彈簧壓縮來縮小濾室容積，其壓縮比大，受力直接，壓力高，工作周期短。

2.4 TJSD（一體化污泥深度脫水系統）連續污泥深度脫水工藝

TJSD連續污泥深度脫水工藝，采用連續污泥深度脫水技術，主要處理的是1次脫水污泥（含水率80%左右），在投加污泥改性藥劑條件下，讓污泥細胞壁改性，釋放毛細水、吸附水和內部水；經深度脫水后污泥含水率可＜60%。經改性后，污泥均勻布設在濾布上，且隨著濾布的行進，污泥經由多組壓力遞增的壓榨機構對污泥產生高壓，密集壓榨，壓榨后污泥在出泥端由刮刀自動刮落，上下濾布分離后分別被沖洗干凈循環投入使用[1]。

此工藝常用于現狀污水廠內污泥的提標改造工程。對現污水廠內含水率80%的污泥進一步脫水，通過污泥改性劑的投加，藥劑和污泥的混合進行改性后，污泥變得松散，產生很多細小顆粒、孔隙也增多。使得脫水后污泥餅僅為5～10 mm多孔隙薄片狀，含水率降低、性質穩定、臭味低，污泥酥松且透水性好（性質接近土壤），抗壓強度提高，低位熱值大幅度提高且易粉碎，可用于混合填埋或焚燒處理。

3 各類設備優缺點比較

通過上述對市政系統內采用較多的污泥脫水設備的介紹可知，各個設備都具有自己的特點，帶式脫水一體機由于占地面積較大、出泥含水率高及設備維護復雜，現已應用較少。對污水廠內應用較多的高壓板框深度脫水工藝、超高壓壓榨工藝和TJSD連續深度脫水工藝進行綜合比較，對比分析結果見表1。

表1 3種脫水工藝對比分析結果

4 結語

對于市政污水處理廠來說，應結合自身的實際情況及使用要求來合理選擇污泥脫水設備。帶式壓濾機可滿足脫水要求，工程投資低，是一種較為經濟的污泥脫水設備，但是，對出泥的含水率控制有限。因此，若對脫水污泥含水率指標要求較高，可綜合考慮項目投資大小、用地限制等條件，酌情選擇板框壓濾機、超高壓壓榨機以及TJSD連續深度脫水等設備。