低溫除濕干化工藝在污水處理廠污泥處置中的可行性研究

陳偉楠，劉天順

（天津市市政工程設計研究院，天津市 300392）

0 引言

近年來，隨著我國水污染治理力度的加強，城市污水處理規模不斷增長，污泥處理量也顯著提高。且我國污水處理廠普遍存在“重水輕泥”的現象，使得我國污水處理快速發展，而污泥處理嚴重滯后，污泥處理處置缺口巨大[1]。此外，城市的土地資源愈發緊張，傳統處置法愈發難以滿足不斷增加的污泥量的處置要求。因此，污泥減量化、資源化、穩定化處置已成為我國城市發展的重大課題。

基于以上問題，環境保護部辦公廳于2010年11月26日發布的《關于加強城鎮污水處理廠污泥污染防治工作的通知》（環辦[2010] 157號），要求：“污泥處理處置應遵循減量化、穩定化、無害化的原則。污水處理廠新建、改建和擴建時，污泥處理設施（污泥穩定化和脫水設施）應當與污水處理設施同時規劃、同時建設、同時投入運行。不具備污泥處理能力的現有污水處理廠，應當在本通知發布之日起2年內建成并運行污泥處理設施。”目前，常用的污泥處置工藝有混合填埋、干化焚燒、土地利用、堆肥等。由于污泥中重金屬等有害物質含量較高，堆肥及土地利用往往難以達到要求；混合填埋存在著污泥未資源化、且造成土地資源浪費的問題；干化焚燒存在著能耗高、成本高的問題[2]。

低溫除濕干化是近年開發出的污泥處置新工藝，由于其具有能耗低、干化條件易于控制、安全性高的優點[3、4]，已逐漸被人們所關注。本文擬通過對比分析及技術經濟評價，以對低溫除濕干化工藝在污水處理廠污泥處置中的可行性進行研究，并為污泥處置工藝選型提供幫助。

1 項目簡介

1.1 工程背景

某市污水處理廠近期處理規模為30 000 t/d，遠期處理規模50 000 t/d。主體污水處理工藝采用“改良A/A/O生物反應池＋混合反應沉淀池+纖維轉盤濾池”，尾水經過二氧化氯消毒后排放。

1.2 設計進水水質

分析該廠服務范圍內用水大戶及發展規劃的調研，結合周邊污水處理廠進水水質情況，確定該工程設計進水水質，詳見表1所列。

表1 原水水質一覽表

按照環保部門要求，該工程出水執行《城鎮污水處理廠污染物排放標準》中的一級水質排放標準的A標準（見表2）。

表2 出水水質一覽表

1.3 污泥處理概況

1.3.1 近期污泥處理量

剩余污泥量：6 400 kg/d（絕干泥），含水率99.2%，折合體積為800 m3/d。

化學污泥量：627 kg/d（絕干泥），含水率99%，折合體積為62.7 m3/d。

1.3.2 遠期污泥處理量

剩余污泥量：10 667 kg/d（絕干泥），含水率99.2%，折合體積為1 333.4 m3/d。

化學污泥量：1 045 kg/d（絕干泥），含水率99%，折合體積為104.5 m3/d。

1.3.3 污泥處置出路

出路一：污泥脫水后含水率≤60%，污泥外運填埋處置。

出路二：污泥干化處理后含水率≤50%，外運至市垃圾焚燒發電廠，進行焚燒處置。

1.4 工程內容

基于上述兩污泥處置出路，通過對不同污泥處理工藝的對比分析，最終確定污水處理廠污泥處理工藝。

2 污泥深度脫水工藝的選擇

2.1 填埋出路的污泥處理工藝

目前，污水處理廠內應用較多的是帶式壓濾機、板框壓濾機和離心脫水機三種。

板框壓濾機一般為間歇操作，其設備大，基建設備投資較高，不能24 h連續運行，土建費用也較高。但該型脫水機脫水效果好，泥餅含水率在65%～60%以下，運輸量較小，可節省運輸費用。

帶式壓濾機具有脫水效率高，能源省，投資省等優點，應用實例眾多。脫水后泥餅含水率較高，一般為78%～80%。

離心脫水機結構緊湊，附屬設備少，在密閉狀況下運行，衛生條件好，能長期自動連續運行，費用低。但噪音較大，電耗較高。脫水后泥餅含水率一般為70%～75%

基于以上分析，考慮到出路為填埋時要求出泥含水率達到60%以下，因此采用板框壓濾機作為污泥脫水設備具有一定優勢。

2.2 污泥焚燒處置時的污泥處理工藝

在處置出路為焚燒時，污泥需深度脫水至含水率50%以下。目前滿足該要求的工藝主要有傳統污泥干化工藝和污泥低溫干化工藝等。

2.2.1 傳統污泥干化工藝

傳統污泥干化工藝主要是通過直接或間接加熱的形式，降低污泥含水率。目前主要的干化工藝包括臥式薄層干化工藝、流化床工藝、盤式干燥工藝等。

2.2.2 污泥低溫干化工藝

污泥除濕干化機的主要原理是利用干燥熱空氣為干燥介質，通過除濕熱泵使污泥中的水份吸收空氣中的熱量汽化至空氣中，從而進入冷凝裝置冷卻后排出系統，達到干燥目的。空氣為對流干燥的載熱載濕介質。

在傳統污泥干化工藝中，臥式薄層干化工藝具有安全性高、能耗較低、尾氣產生量小、對不同污泥適應性強、無需返混等優勢。因此，擬對臥式薄層干化工藝和污泥低溫干化工藝作為污泥干化工藝比選方案，其比較如表3所列。

表3 污泥干化工藝對比表

從表3可以看出，污泥低溫干化工藝設備費用和運營成本較低，可回收部分能量，能源利用效率高，較傳統污泥干化工藝有明顯優勢。因此，在焚燒出路時，污泥深度脫水工藝推薦采用污泥低溫干化工藝。

3 污泥深度脫水工藝設計

3.1 污泥板框壓濾工藝設計

3.1.1 設計參數

土建按5.0萬m3/d實施，設備按3.0萬m3/d安裝。

剩余污泥量：6 400 kg/d（絕干泥），含水率：99.2%，折合體積為800 m3/d；化學污泥量：627 kg/d（絕干泥），含水率：99%，折合體積為62.7 m3/d。

壓濾機工作周期：≤3.5 h；壓濾機工作壓力：≤1.5 MPa；工作時間：16 h/d；脫水泥餅含水率：≤60%；調理藥劑：FeCl3+CaO。

3.1.2 工藝流程

工藝流程為帶式濃縮——污泥調理——板框脫水——填埋，具體詳見圖1所示。

圖1 工藝流程圖一

3.1.3 構、建筑物（見表4）

表4 構、建筑物一覽表（一）

3.1.4 主要設備

（1）帶式濃縮機：2臺（近期1用1備）；設備參數：Q=50 m3/h，P=3 kW。

（2）板框壓濾機：2臺（近期1用1備）；設備參數：處理量9 t干泥/d，P=13 kW。

（3）石灰加藥裝置系統：1臺；設備參數：V=20m3，P=13 kW。

3.2 污泥低溫除濕干化工藝設計

3.2.1 設計參數

土建按5.0萬m3/d實施，設備按3.0萬m3/d安裝。

剩余污泥量：同板框壓濾機方案。

工作時間：24 h連續運行；泥餅含水率：≤50%。

3.2.2 工藝流程

自然災害突發事件：自然災害是指給人類生存帶來危害或損害人類生活環境的自然現象。例如：火災、地震、海嘯、泥石流等的自然災害，自然災害突發狀況有部分是可提前預知的，有部分為提前不可預知。旅游類志愿者在培訓中也應該有所學習，在面臨自然災害突發事件時如何引導、解決與處理。

工藝流程為疊螺脫水機——低溫除濕干化——焚燒，具體詳見圖2所示。

圖2 工藝流程圖二

3.2.3 構、建筑物（見表5）

表5 構、建筑物一覽表（二）

3.2.4 主要設備

（1）疊螺脫水機：2臺；設備參數：處理量5 t/d，P=6.75 kW。

（2）板框壓濾機：2臺（近期1用1備）；設備參數：處理量5 t/d，P=6.75 kW。

（3）石灰加藥裝置系統：1臺；設備參數：V=20 m3，P=13 kW。

4 污泥深度脫水工藝技術經濟分析

4.1 板框壓濾工藝投資及運行成本分析

根據污泥板框壓濾工藝設計，對其投資及運行成本進行分析，結果如下。

表6 板框壓濾工藝投資一覽表

4.1.2 成本（見表7）

表7 板框壓濾工藝成本一覽表

4.2 低溫除濕干化工藝投資及運行成本分析

根據污泥低溫除濕干化工藝，對其投資及運行成本進行分析，結果如下。

4.2.1 投資（見表8）

表8 低溫干化工藝投資一覽表

4.2.2 成本（見表9）

表9 低溫干化工藝成本一覽表

4.2.3 焚燒發電收益

采用低溫除濕干化后的污泥運送至市垃圾焚燒發電廠進行焚燒處理。根據污泥相關參數初步核算，其發電量約2 822.40 kW·h，發電收益按0.5元/kW·h計算，則其收益為1 411.20元/d。

綜上所述，污泥低溫除濕干化工藝較板框壓濾工藝的投資及成本均稍高。但板框壓濾工藝處理后污泥中混有大量石灰等藥劑，無法進一步資源化利用，而低溫除濕干化工藝的出泥經焚燒發電后可產生一定收益。因此，低溫除濕干化工藝在技術經濟方面具有一定優勢，也更加符合國家政策要求。

5 結 論

（1）污泥低溫除濕干化工藝響應了國家對污泥處理減量化、穩定化、資源化的政策要求，是一種適用于污水處理廠污泥處理的新工藝。

（2）在有條件對污泥進行焚燒發電處置時，低溫除濕干化工藝的出泥經焚燒發電后可產生一定收益，因此低溫除濕干化工藝在技術經濟方面較傳統板框壓濾工藝具有一定優勢。