城市污泥深度脫水及資源化利用的應用實踐

沈 捷

（上海市政工程設計研究總院（集團）有限公司，上海市 200092）

0 引言

隨著國家污水處理設施不斷完善，污水處理廠的污泥處理處置問題日益顯著。我國污水處理廠每年排放的污泥量（干重）約140萬t，且每年以約10%的速度增長。目前，國內外污泥處理處置的方法眾多，一般采用濃縮、脫水、干化等處理方法與焚燒、堆肥、填埋等處置方式的組合流程[1]。含水率高的污泥不僅運輸難度成本較高，后續堆肥、填埋、土地利用和焚燒的處置難度較大[2]，因此亟需切實有效的污泥脫水工藝。在污泥脫水機械中，帶式壓濾機和離心脫水機應用最廣泛，處理后的泥餅含水率僅能達到78%；板框壓濾機出泥含固率高、可靠性強，配合石灰、鐵鹽或鋁鹽調理，脫水污泥含水率可低于60%[3]。板框壓濾機在廈門市石渭頭[4]、杭州市七格[2]、蘇州工業園區、無錫蘆村[5]等污水處理廠均有工程實例報道，其泥餅含水率均低于60%。

本文以上海市金山某水質凈化廠污泥處理處置工程為例，從工程設計、系統除臭及經濟分析角度，闡述預濃縮-石灰鐵鹽調理-高壓隔膜壓濾機在城市污泥資源化中的應用實踐，以期為城市污泥的處理、處置及資源化利用提供參考。

1 城市污泥深度脫水實踐

1.1 處理原泥性質分析

上海市金山某水質凈化廠設計規模為10萬m3/d，進水SS濃度約500 mg/L，CODcr濃度約600 mg/L，采用改良型SBR工藝（ICEAS工藝）。目前每日污水處理量為6～7萬m3/d，日產生污泥量約120 t（80%含水率），污泥產率 3.5～4 tDS/(104×m3)。依此預測當運行規模達到10萬m3/d時，日產生污泥量約為180～200 t（80%含水率），干污泥量為35～40 tDS/d。

經生物處理后產出污泥與水分子的結合非常緊密，含水率約為97%～99.5%，呈多狀態混合性狀：包括可經重力沉淀和機械作用去除的自由水；需經較復雜或需要較高的能量（如加熱、焚燒等）方能去除的物理性結合水、間隙水、膠態表面吸附水、化學性結合水、生物細胞內的水和分子水等。因此該污泥需經濃縮、脫水或干化處理后，以滿足出廠污泥含水率低于60%，再行資源化處置。

1.2 污泥深度脫水工藝

根據上述污泥性質以及處理目標，工程采用“污泥濃縮-鐵鹽石灰調質-板框壓濾-后續處置”工藝，工藝流程見圖1。生化段產生的污泥經儲泥罐預濃縮后，經污泥泵輸送至調理罐，與專用污泥調理劑（石灰及鐵鹽）發生物理和化學反應后，經高壓（低壓）螺桿泵注入廂式壓濾機。

1.3 工藝運行參數

污泥調理：污泥經FeCl3溶液和CaO調質。FeCl3溶液由加藥泵投加，使用電磁流量計來計量；CaO由石灰罐中配有的電子秤計量后自動投加。配置主要設備：污泥進料泵6套（Q＝100 m3/h，N=7.5 kW，H=15 m），調理罐 2套（容積 35 m3），攪拌機2套（N=22 kW），石灰料倉1套（容積25 m3），螺旋輸送機 2套（N=8 kW），藥劑罐 1套（容積15 m3），計量泵 2套（1 000 L/h，N=2.2 kW），2#污泥儲池（有效容積202 m3）。

圖1 污泥深度脫水工藝流程

板框壓濾：經調理好的污泥通過壓濾機進料螺桿泵（低壓泵）及附屬鏈接管路輸送至壓濾機進行過濾，進料過程全程通過變頻控制。隨著進料壓力的增大，進料量減少，當壓力達到0.8 MPa時，保壓10 min；停低壓泵開啟高壓泵，此時高壓泵繼續進料，隨著進料壓力進一步增大，進料量繼續減少，當壓力達到1.2 MPa，保壓10 min，停泵。進料結束，通過高壓水泵做二次壓榨。受變頻器控制整個壓榨過程，當壓力達到1.6 MPa時，高壓水泵停止；當壓力回落到1.2 MPa時，二次壓榨完成，停止壓榨，放空壓榨水，利用壓濾機配套空壓系統進行反吹，去除濾板、進料通道及中心柱的濕污泥。反吹結束后，經自動拉板系統完成濾板的卸泥，得到含水率小于60%的泥餅，經螺旋輸送機輸送至汽車后外運出廠。

配置主要設備：高壓螺桿泵4套（Q＝30 m3/h，N=30 kw，16 Bar），低壓螺桿泵 4套（Q＝100 m3/h，N=22 kW，6 Bar），板框壓濾機 4套（壓濾面積 500m2，每一周期運行時間約4～5 hr，N=11 kW）。

1.4 化學調理工藝

污泥調質是通過調理劑對污泥顆粒改性，經過一系列的物理和化學反應，降低污泥的水分結合容量；同時降低污泥的壓縮性，使污泥滿足高壓力脫水過程的要求。目前，各種調理方法與主要機械脫水方式相結合所能達到的脫水效果見表1。

該工藝向污泥當中加入專用污泥調理劑（FeCl3溶液和CaO調質）。FeCl3水解能力強，隨pH的提高，水解產物會聚合生成羥基聚合物膠體或氫氧化物沉淀。CaO作為助凝劑，除了調節pH外，其溶解后的鈣離子可被污泥中的腐殖酸吸附，在污泥中形成多孔網格狀骨架，從而改善污泥的可壓縮性，增大絮體強度，同時能夠固化穩定重金屬，使其浸出率降低[6]。

通過合理的調控方案，將污泥和固化劑快速有效地混合均勻，改變調理劑的類型及投加量，混合物泵入彈性板框壓濾機，經壓濾深度脫水，使出料污泥達到改性要求。

表1 各種調理方法與主要機械脫水方式相結合的脫水效果

2 惡臭氣體的控制

2.1 除臭方案設計

目前城市污水處理廠的脫臭方法通常采用以下三種方法：生物濾池法、液體吸收法（化學洗池）以及天然植物提取液除臭法（見表2）。本工程對污泥深度脫水機房設計惡臭氣體控制措施，滿足惡臭污染物廠界標準值的二級標準（《惡臭污染物排放標準》（GB14554-93））。

表2 常用除臭工藝綜合比較表

該工程根據廠內臭氣源分布、污泥臭氣濃度高及即開即停運行需求，結合生物濾池法處理效果穩定，運行費用低，管理經驗豐富等優點，采用生物濾池法除臭。

2.2 除臭系統設計

污泥脫水機防內設置風管，臭氣經風管收集后，通過風機鼓入生物濾池，將其中含臭味的污染物降解成無臭的化合物。除臭風量10 000 m3/h，在污泥脫水機房西側設置1套生物過濾除臭設備。工藝流程見圖2。

圖2 生物除臭工藝流程

3 運行成本分析

對比傳統污泥脫水和本工程的運行成本（僅分析電費、藥劑費和運輸費等付現費用)的分析結果見表3。利用預濃縮-化學調理-板框壓濾機污泥處理工藝具有簡單、操作方便、費用低廉、成果有效，具有經濟實用性等特點。污泥深度脫水工藝的運行成本為0.172元/m3污水，雖比離心脫水工藝的運行成本0.126元/m3高，但泥餅含水率低，可節省后續污泥處置費用，并可進行資源化利用，污泥深度脫水工藝具有一定的環境及經濟優勢。

表3 污泥脫水運行成本分析

4 泥餅的處理、處置及資源化利用

該污泥深度脫水工藝產生的泥餅含水率在60%以下，能滿足《城鎮污水處理廠污染物排放標準》（GB18918-2002）為基本條件，使污泥“穩定化、無害化和減量化。同時符合《燒結普通磚》（GB5101-2003）的要求，安全性高，滿足污泥建材利用要求。

5 結論

城市污水處理廠含水率為80%左右的濕污泥經“預濃縮-化學調理-板框壓濾機污泥處理工藝深度脫水”處理后，泥餅含水率小于60%，脫水污泥體積減少一半；經石灰和鐵鹽化學調理污泥得到一定程度的穩定，干泥餅遇水時不會因吸水而膨脹；污泥性狀由果凍態轉化為塊狀，滿足與后續污泥處置銜接的要求。填埋時，基本符合垃圾填埋場的準入條件；焚燒時，具有一定的熱值；制磚時，磚體可達到《燒結普通磚》(GB5101-2003)的要求；園林綠化利用時，基本能滿足園林綠化土的準入條件。

[1]張辰,王國華,孫曉.污泥處理處置技術與工程實例[M].北京:化學工業出版社,2006.

[2]陳柏校,張辰,王國華,等.污泥深度脫水工藝在杭州七格污水處理廠的應用[J].中國給水排水,2011,27(8):83-85.

[3]Metcalf＆Eddy Inc.Wastewater Engineering:Treatment and Reuse(Fourth Edition)[M].New York:McGraw-Hill,2003.

[4]謝小青,黃珍藝,戴蘭華,等.廈門城市污泥深度脫水處理及資源化利用研究[J].中國給水排水,2010,26(5):138-140.

[5]許金泉,程文,耿震.隔膜式板框壓濾機在污泥深度脫水中的應用[J].給水排水,2013,39(3):87-90.

[6]陳嘉愉,吳學偉.污水污泥有機調質濃縮和無機調質脫水工藝研究[J].環境工程學報,2009,3(3):529-532.