污泥干化系統產生廢水的特征及其處理工藝研究
——以江蘇省某火電廠為例

溫德春

(福建龍凈環保股份有限公司，福建 龍巖 364030)

0 引言

污水凈化過程會產生大量含水率在60%～80%的污泥，據估計，2020年我國僅市政污水處理的污泥產量已超過4740萬噸[1]。在污水處理過程中，污水中的污染物會轉移、濃縮在污泥中，使得污泥具有一定的污染性。近年來，污泥的環境污染問題逐漸引發關注，污泥的無害化、穩定化、減量化、資源化目標開始實施并初見成效。其中，污泥熱干化是實現污泥“四化”目標的重要手段之一。污泥在干化過程中內部水分蒸發，內部蛋白質、脂肪等大分子物質發生分解作用，產生大量揮發性物質并隨同水蒸氣釋放到氣相中，高濕廢氣經過冷凝后產生大量的冷凝廢水，一些低沸點或水溶性的氣體組分會隨同水蒸氣一同冷凝并溶解在冷凝廢水中。已有研究表明，污泥干化冷凝廢水屬于高濃度污染廢水，有些冷凝廢水中的CODCr含量甚至高達13810mg/L，氨氮濃度高達1130mg/L[2]。

目前，為了降低工程建設成本投入，部分工程的污泥干化系統產生的冷凝廢水設計排至原廠污水處理站進行處理，但高污染的冷凝廢水會對原水系統造成污染，使得最終廢水達不到排放標準。基于此，新建污水預處理系統至關重要。本文以江蘇省某火電廠新建污泥干化系統所配套建設的污水處理系統為例，介紹該項目廢水來源與指標濃度分析、污水處理工藝選型、污水處理系統運行情況等，以期為同類項目提供參考。

1 污泥干化系統污水特征

污泥干化系統產生的污水以廢氣冷凝產生的廢水為主，冷凝廢水中污染物濃度受污泥干化溫度和污泥種類影響較大，一般干化溫度越高，冷凝廢水中污染物濃度越大，且在不同干化溫度下，冷凝廢水中的污染物組分也存在較大差異[3]。其中，主要污染物有CODCr、BOD5、TN、N-NH3等。由表1可知，當干化溫度達到250℃時，冷凝廢水中的CODCr高達13810mg/L。總體來看，冷凝廢水的BOD5/CODCr均大于0.4，可生化性較好[3]。

表1 冷凝廢水常規指標分析

2 案例分析

2.1 項目概況

江蘇某火電廠現使用4×330MW燃煤機組，采用亞臨界汽包鍋爐，濕式冷卻方式。每臺機組設計燃煤量約2700t/d。電廠擬建設2條污泥干化生產線，設計處理污泥規模為200t/d,含水率為60%，用于干化該廠周邊5個市政污水處理廠的板框壓濾脫水污泥。污泥干化工藝采用圓盤式污泥干化工藝，污泥含水率從60%干化至35%，干化后的污泥通過多種輸送設備協同送至輸煤皮帶后與煤混合，共同磨制后送至鍋爐內焚燒。經計算，干化后污泥的產量約123.08t/d，入爐耦合焚燒的污泥比例最大不超過5%。相關研究及工程案例表明，當污泥摻燒比例不高于10%時，對電廠原鍋爐機組及環保設備影響較小[7-8]。因此本項目將干化后的污泥送至同一鍋爐內焚燒的技術方案具備可行性。

2.2 圓盤干化工藝及污水來源

本項目新建兩條污泥干化生產線，采用圓盤污泥干化工藝系統，單條污泥干化生產線設計處理規模為100t/d，污泥含水率設計從60%干化至35%。污泥圓盤干化工藝系統由多個單元組成，包括污泥的存儲輸送單元、污泥的干化單元、污泥工藝廢氣處理單元、污泥廠房通風單元、污泥干化冷凝廢水處理單元、冷卻循環水單元及其他輔助配套單元，詳見圖1。

圖1 圓盤污泥干化系統流程

其中，在污泥的干化單元，污泥所含水分在圓盤干化機內蒸發，并與載氣、粉塵、揮發性氣體、低沸點氣體等排出形成工藝廢氣。在引風機作用下，先后通過旋風除塵器除塵，冷凝器除濕，最終送入爐內焚燒處理。

污泥干化系統產生的污水主要由以下幾部分組成，如圖2所示。

①旋風除塵器的沖洗廢水。由于污泥在干化過程中會產生一定量的粉塵，粉塵被旋風除塵器捕獲后積聚在旋風除塵器下部料斗內，但仍有部分粉塵會粘結在除塵器內壁面。為防止粉塵在壁面積聚，造成阻力增加，除塵器除塵效果下降，風機電耗增加，需要根據相關運行參數開啟旋風除塵器噴淋水電動閥，對旋風除塵器進行沖洗。本項目污泥干化過程中旋風除塵器沖洗頻次相對較低，水量較小，且沖洗后產生的廢水以懸浮性固體為主。

②冷凝器的沖洗廢水。因旋風除塵器對廢氣中微米級粉塵的除塵效率不佳，仍然有部分粉塵隨著廢氣進入下游冷凝器中。隨著廢氣中水蒸氣在冷凝中冷凝，粉塵附著在液滴上并沿著冷凝器管程內壁下流。因冷凝液流速較低、部分粉塵會黏附在管程內壁，長此以往造成冷凝器冷卻效果下降，后端風機耗電增加。需要根據相關運行參數開啟冷凝器噴淋水電動閥，對冷凝器進行沖洗。本項目污泥干化過程中冷凝器沖洗頻次相對較低、水量較小，且沖洗后產生的廢水也是以懸浮性固體為主。

③冷卻塔的排污廢水。污泥干化系統冷卻塔循環水取自電廠中水，循環水量為300m3/h，循環水經冷凝器后溫度上升，同時由于環境溫度的上升，以及冷卻塔自身的飄水率，會使得部分水分損失。循環水循環使用使得水系統中Mg、Ca化合沉淀物質增加，微生物滋生，長期運行會導致循環水管路及設備堵塞，因此需要連續排污，排污率占整個循環水量的0.07%，排污水量為0.2m3/h。

④冷凝器的冷凝廢水。工藝廢氣經冷凝器后，溫度由100～105℃降低至約50℃，其中水蒸汽、低沸點氣體發生冷凝，部分水溶性物質溶解在冷凝廢水中。系統穩定運行后，產生的廢水量為3.21m3/h。

上述四種污水最終通過同一廢水母管排至調節池內，污染物干化系統污水來源見圖2。考慮足夠的容量，本項目設計污水處理量為100m3/d。

圖2 污泥干化系統污水來源

2.3 污水處理工藝

2.3.1 污水處理工藝選型

污水處理系統建設主要以地下混凝土結構為主，系統主要構筑物包括調節池、氣浮池、一級A/O池、二級A/O池、二沉池、中間池、清水池、事故池及藥劑罐等，詳見表2。本項目新建的污水處理系統用于處理污泥干化工藝冷凝廢水、冷凝器沖洗水、旋風除塵器沖洗水和冷卻塔排污水。其中，工藝冷凝廢水為主要污水來源。參考其他項目的冷凝廢水水質情況，采用如下工藝：廢氣冷凝液→調節池→氣浮池→兩級 A/O池→沉淀池→濾布濾池→清水池→電廠回用。

表2 污水處理工藝選型

2.3.2 污水處理工藝流程及運行分析

污泥干化系統產生的污水主要以冷凝廢水為主。從冷凝器排出的冷凝廢水經廢水冷卻器初步降溫至30℃，然后通過重力作用流入調節池內，經調節池內鼓風攪拌調質均勻后由提升泵送入氣浮池內。在氣浮池內通過加入PAC、PAM絮凝劑除去廢水中的懸浮顆粒物，并去除部分CODCr污染物。氣浮池排出的廢水流入一級A/O池反硝化作用，除去大部分CODCr、氨氮和總氮污染物，在二級A/O池強化去除廢水中的總氮污染物。

調試期系統在低負荷狀態下運行，通過添加葡萄糖控制C/N =150∶5培養菌種，控制曝氣量在2～3mg/L，控制SV30=30%。系統滿負荷運行時一級A/O池溶解氧控制在0.5mg/L，二級A/O池控制在2mg/L，最終通過在線監測儀器監測清水池水質，詳見圖3。

圖3 污水處理工藝流程

2.4 污水處理效果分析

系統經過初步調試和運行后，在調節池內及清水池取水測定各污染物濃度，詳見表3。與設計值相比，TN和N-NH3實測值明顯較高，這與污泥的性質有較大關系。根據現場情況，污泥收到時含水率明顯低于設計值，且在卸料過程中，散發出明顯的氨氣臭味。通過A/O工藝處理后，污水中的污染物絕大多數被去除掉，CODCr、BOD5、總磷、SS可以滿足循利用標準[9]，TN和N-NH3不滿足，這主要是因為TN和N-NH3的入口實測值明顯高于設計值，超過了菌種的最大消納負荷能力。目前系統還在進一步優化中。考慮到現場原有水處理系統在較低負荷下運行，且經處理后的干化冷凝廢水污染濃度已在較低水平，因此暫將該廢水引至原廠水處理系統進一步處理后再利用。

表3 冷凝廢水處理效果

2.5 運行費用計算

污水處理系統產生的運行費用主要包括藥劑費用和電費等。水量按100m3/d計算，運行時間按8000h計算。

藥劑主要為PAC(聚合氯化鋁)和PAM(聚丙烯酰胺)。固體PAC最大投加量按照300mg/L計算，則PAC年用量為10000kg。固體PAM最大投加量按照30mg/L計算，則PAM年用量為1000kg。電耗主要為鼓風機、加壓泵、空壓機等電耗，工作容量為32kW。因此，總運行費用=Σ(藥劑耗量×藥劑單價)+工作容量×年運行時間×電價=10.25萬元。

3 結論

①污泥干化系統產生的廢水包括旋風除塵器沖洗廢水、冷凝器沖洗廢水、冷卻塔的排污廢水及干化尾氣的冷凝廢水，由污泥干化系統的工藝分析可知，本項目的廢水主要來源是污泥干化過程中蒸發出來的水蒸氣在冷凝器內冷凝下來的廢水。

②由于污泥干化過程中粉塵、揮發性氣體等隨水蒸氣一起被帶出，因此冷凝廢水含有較多的污染物，隨著污泥干化程度越高，污泥在干燥機內攪動和推進、破碎的作用下，顆粒越來越細，隨著干化尾氣排出的粉塵就越多。所以在項目運行時，需要控制污泥的干化程度，以降低污水處理的難度。

③由于冷凝廢水BOD5/CODCr>0.4，生化性較好，但是污水中氨氮和總氮濃度較高，因此在污水處理工藝中優先去除總氮和氨氮，故采用多級A/O工藝進行處理。

④根據本項目的冷凝廢水特征，干化尾氣冷凝廢水采用氣浮、兩級A/O、沉淀、過濾等處理工藝。

⑤本項目冷凝污水中的污染物絕大多數被去除掉，CODCr、BOD5、總磷、懸浮性固體等可以滿足循環利用標準，但TN和N-NH3不滿足，這主要是因為TN和N-NH3的入口濃度偏高。

⑥本項目污泥干化系統廢水處理的主要成本為電費、藥劑費，經工程運行數據分析，本項目污水處理系統年運行費用約10.25萬元。