城市污水處理廠污泥減量處置工藝研究

文_ 龔堅媚 廣州市凈水有限公司

污泥是廢水處理產生的沉淀物，包括固體顆粒，如污泥、沙子、纖維、動植物殘體及其凝固的片狀物、各種膠體、吸附的有機物和金屬元素、微生物、病菌、蟲卵、雜草種子和其他嵌入廢水的固體。城市污水處理廠的污水污泥主要由有機物組成，能否大規(guī)模使用很大程度上取決于污泥的特性，如其化學成分、處理和處置，如脫水、消化、干燥和焚燒。污泥特性還與排水系統(tǒng)、生活習慣、自然氣候和處理過程有關。為了確定合適的污泥處理工藝，需要了解當前的污泥成分，并預測未來的污泥成分，以達到更好的處理效果。

1 污泥減量處置存在的問題

1.1 污泥有害成分難以確定

目前國內絕大多數(shù)流入城鎮(zhèn)污水處理廠的污水都有非常復雜的工業(yè)廢水成分，廢水水體的有毒有害物質會向污泥滲透，鑒于污泥處理作業(yè)的抽樣檢測性質，要達到全部清除有害物質的目的不現(xiàn)實，一些有害的病原體和有毒的重金屬元素就可能成為檢測工作的漏網(wǎng)之魚而無法確定。

1.2 運輸過程要求嚴格

脫水后的污泥中實際仍殘留接近80%的水分，流動性大，外灑和泄漏現(xiàn)象時有發(fā)生，要求運輸污泥的車輛必須有很強的封閉性，長距離運輸更應引起重視。

1.3 減量化程度低

處理后的污泥有兩種處置方式，即土地利用和填埋。一些化肥廠污泥土地利用方式受限，污泥堆積如山，嚴重污染區(qū)域生態(tài)環(huán)境。

1.4 處置成本高昂

對污泥進行脫水處理是一種難度較大的作業(yè)過程，無論是相關藥劑，脫水過程還是外運都在處理總成本中權重很大，與捉襟見肘的污水處理廠財政狀況嚴重沖突，還須政府部門投入大量補貼。

2 城市污水處理廠污泥干化技術方向

2.1 污泥干化程度

在污水污泥焚燒中，污泥越干燥，所含水分越少，越適合焚燒。由于污泥的含水量不同，要使用不同的焚燒爐，如在處理完全干燥的粉狀污泥和具有一定含水量的顆粒狀污泥時，要使用不同爐子對流部分和裝載設備的不同焚燒爐。因此，如何干燥污泥以及確定其含水量，以最大限度地減少能源消耗變得越來越重要。對不同方案的分析表明，在焚燒前將污泥干燥到含水率低于50%，能源消耗更少，更經濟，更安全。將污泥干燥到50%的水分所需的能量比將污泥干燥到10%的水分所需的能量低得多。顆粒狀的污泥不會懸浮在空氣中，這減少了粉塵爆炸的可能性，從而大大增加了安全性。

2.2 污泥干化流程

2.2.1 濃縮調質+深度機械脫水+低溫熱干化工藝

剩余的污泥被從處理廠抽到濃縮處理廠，在那里根據(jù)水分含量、污泥特性和最終處置要求，用添加劑進行濃縮和處理。經過濃縮和冷卻的污泥再由污泥泵注入膜式板框壓濾機，并被壓制成軟硬適中的污泥餅。然后對污泥餅進行過濾，產生軟、硬污泥餅。污泥餅由板框式壓濾機以精確規(guī)定的數(shù)量通過輸送機輸送到污泥烘干機。污泥烘干機是污泥的主要干燥點。來自供熱系統(tǒng)的低溫熱空氣與內部的污泥直接接觸，去除污泥中的水分，從而使污泥干燥。

2.2.2 低溫真空脫水干化一體機工藝

濃縮的污泥由進料泵送入脫水和干燥系統(tǒng)，加入絮凝劑，濾液在泵的壓力下通過過濾介質排出，完成液相和固相的分離。在進料的初始階段，濾布上的濾餅層很薄，過濾阻力很低。隨著過濾的進行，濾餅逐漸變厚，濾餅的孔隙率相對降低，導致過濾阻力增加，進料速度相應降低，當物料充滿過濾室時，進料速度停止。在濾餅壓實階段，膜板中的高壓水產生壓縮力，壓縮濾餅，打破材料顆粒之間形成的“拱橋”，并壓縮留在顆粒腔之間的濾液。濾餅中的毛細水被強壓縮空氣吹過的氣流進一步排出，更換濾餅，使其被強壓縮空氣吹過的氣流進一步排出，從而實現(xiàn)濾餅中水分的最大減少。以實現(xiàn)濾餅水分的最大減少。在此基礎上，在低溫真空脫水和干燥技術中加入了真空干燥功能。在膜壓濾機之后，熱水通過加熱板和膜板來加熱腔體中的濾餅，并打開真空泵對腔體進行抽空，在里面形成真空，以降低水的沸點。然后，濾餅中的水被煮沸并蒸發(fā)，由真空泵抽取的蒸汽和水的混合物通過冷凝器，蒸汽和水被分離，液態(tài)水被定期排出，廢氣被凈化并排出。通過入口過濾器、膜過濾器和真空熱干燥的過程，濾餅中的含水量被完全去除，污泥體積明顯減少，從而使污泥數(shù)量減少到最大。經過這些脫水和干燥階段，污泥的含水量低于30%，這基本上滿足了污泥減量和解毒的要求，為進一步的資源回收創(chuàng)造了條件。

2.2.3 深度脫水+低溫污泥除濕干化機

該工藝組合也是采用“濃縮+深度機械脫水+熱干化”處理工藝，深度機械脫水和熱干燥過程是獨立的工具，濃縮和深度機械脫水過程與常規(guī)深度脫水過程相似。熱泵除濕干燥使用制冷系統(tǒng)對干燥室中的潮濕空氣進行冷卻和除濕，同時利用熱泵原理中的冷凝潛熱對空氣進行加熱，以便對材料進行干燥。除濕熱泵是除濕（干燥）和熱泵（能量回收）的結合，能量可以被回收到干燥過程中。在除濕干燥中，水蒸氣的潛熱和廢氣的顯熱被回收，除濕干燥過程不產生廢熱。在熱干燥后，污泥含水率可降至 30%左右。

該工藝組合也是采用“濃縮+深度機械脫水+熱干化”處理工藝，深度機械脫水與熱干化工藝為獨立設備，濃縮與深度機械脫水工藝與常規(guī)深度脫水工藝類似。熱干化工藝說明：在間接加熱干化工藝中使用的傳熱介質可以是熱油、蒸汽、熱空氣（煙氣）、熱水等，傳熱介質不會和污泥直接接觸，傳熱介質不會受到污泥的污染，熱傳導介質通過加熱干化設備內表面，熱量從溫度高的金屬表面?zhèn)鬟f到溫度低的物料顆粒上，顆粒之間也發(fā)生熱量的傳遞，從而達到加熱濕污泥的目的。應用該原理的熱干燥設備類型較多，有模塊式間接熱油干化技術、間接圓盤 轉盤式干燥機、間接傾斜槳葉式污泥干化技術等，其中圓盤轉盤式干燥機、傾斜漿葉干燥機結構見圖1和圖2。

圖1 圓盤轉盤式干燥機結構原理示意圖

圖2 傾斜槳葉式干燥機設備構造圖

3 案例

3.1 項目建設概況介紹

項目地點：本項目位于某污水處理廠內西北側，二期生化池西側，用地面積約3681m2。

項目規(guī)模：按照14萬t/d污水處理和14萬t/d初雨處理產生污泥處置需求設計，污泥處置峰值規(guī)模為22.7tDS/d。

設計工藝和標準：廠內采用濃縮調質+深度機械脫水+低溫熱干化的處理工藝，最后外運水泥窯協(xié)同處理和焚燒。經濃縮池后進泥含水率約98%，出泥含水率約30%～40%。

主要構（建）筑物：綜合脫水機房（包括污泥提升泵房、脫水車間、干化車間、干污泥儲存間、加藥間、配電間、控制室、值班室、檢修間等）。

污泥處理系統(tǒng)：污泥深度脫水采用2臺隔膜板框壓濾機，污泥干化采用1臺污泥熱干化機。

3.2 工藝介紹

本項目按照日處理22.7t絕干污泥配置，所采用的工藝主要為污泥調理、壓濾脫水、破碎切條、低溫烘干、進料、輸送、儲存、卸料、除臭、自控系統(tǒng)等。

將重力濃縮后的污泥（含水率95%～98%）經調理系統(tǒng)預處理后進行壓榨脫水，脫水后的泥餅（含水率60%左右）經輸送系統(tǒng)、破碎切條系統(tǒng)進入低溫烘干系統(tǒng)，烘干后的污泥含水率為30%～40%，經輸送系統(tǒng)進入污泥儲存系統(tǒng)。

3.4 工程效果

本項目2018年12開始調試生產，2019年9月通過滿負荷考核正式投產，2019年至2022年產量數(shù)據(jù)如表1。

表1 某污水處理廠2019～2022年污泥處理量統(tǒng)計表

從表1可以看出，該項目投產以來，產量穩(wěn)定，干化污泥產量逐年提高，濕污泥處理系統(tǒng)作為備用系統(tǒng)，在污泥濃度超出控制范圍時啟動，大幅降低了污泥處理處置壓力。隨著該污水處理廠三期項目投產，污水處理量不斷提高，污泥產量隨之升高，污泥干化系統(tǒng)在污水處理廠的應用越來越重要。

4 結語

當前我國的污水處理廠污泥減量處理與處置情況較差，需要污水處理廠和安全環(huán)保等部門加強對污泥處理的重視，認真執(zhí)行標準，完成規(guī)范體系，如污泥的焚燒標準和堆肥要求。要積極推動高效可行的新興技術方案，同時努力開發(fā)新的技術方案，解決好適用性和經濟性之間的矛盾，在有利環(huán)境的基礎上提高產值。