現(xiàn)狀污水處理廠污泥深度脫水系統(tǒng)設(shè)計

郭竹玲

(太原市市政工程設(shè)計研究院，山西太原 030002)

0 引言

目前，國內(nèi)污水處理廠產(chǎn)生的污泥含水率約為80%，呈膠質(zhì)粘結(jié)狀，具有含水率高、含有機物高、含重金屬和大量病菌等特點，極易對空氣、土壤和水源造成污染，并進一步危害人體健康，造成環(huán)境安全事件。《水污染防治行動計劃》(2015年)中明確要求，污水處理設(shè)施產(chǎn)生的污泥應(yīng)進行穩(wěn)定化、無害化和資源化處理處置，地級及以上城市污泥無害化處理處置率應(yīng)于2020年年底前達到90%以上。環(huán)保部和住建部聯(lián)合發(fā)布的《關(guān)于加強城鎮(zhèn)污水處理設(shè)施污泥處理處置減排核查核算工作的通知》(2016年)，首次將污泥妥善處理處置納入污水總量減排考核。2017年，山西省住建廳和省環(huán)保廳在《關(guān)于加強城鎮(zhèn)污水處理廠污泥處理處置工作的通知》中明確指出，要充分認識當(dāng)前污泥處理處置工作的重要性和緊迫性，以實現(xiàn)污泥“穩(wěn)定化、無害化、資源化”為目標(biāo)，加快推進污泥處理處置設(shè)施的建設(shè)。同時強調(diào)主管部門要指導(dǎo)城鎮(zhèn)污水處理廠加大技術(shù)改造力度，提高污泥脫水率，實現(xiàn)污泥源頭減量。

1 工程概況

晉城市正源水務(wù)發(fā)展有限公司位于晉城市主城區(qū)東南角。整個污水廠占地呈北寬南窄的不規(guī)則梯形段，總占地面積163.7畝，服務(wù)范圍為晉城市區(qū)的主城區(qū)系統(tǒng)所有范圍內(nèi)污水。晉城市正源水務(wù)發(fā)展有限公司原設(shè)計污水總處理規(guī)模12萬m3/d。一期工程處理工藝為厭氧池+奧貝爾氧化溝+沉淀池+曝氣生物濾池+紫外消毒+絮凝反應(yīng)池+翻板濾池，二期工程處理工藝為A2O前置厭氧氧化溝+二沉池+絮凝反應(yīng)池+高效澄清池+翻板濾池+紫外消毒，現(xiàn)有污水處理構(gòu)筑物和設(shè)備均可正常運行和使用，出水均達到一級A標(biāo)準(zhǔn)［1］。污泥處理工藝采用直接濃縮脫水工藝。

之前污水廠污泥脫水至含水率80%后裝車外運，主要采取簡單填埋處理，不符合國家相關(guān)環(huán)保要求，2017年8月之后，晉城市正源水務(wù)發(fā)展有限公司與山西百孚百富生物能源開發(fā)有限公司達成合作協(xié)議，該公司所產(chǎn)污泥送往山西百孚百富生物能源有限公司進行無害化處置，該基地位于陵川縣西河底鄉(xiāng)西河底村，兩地之間運輸距離將近40 km，距離較遠，運輸量較大。

2 改造項目方案思路

目前污水廠產(chǎn)生的污泥經(jīng)污泥濃縮脫水機脫水后，含水率為80%左右，為達到污泥減量化的目標(biāo)，在改造時將污泥含水率降至60%［2］。污泥的最終處置為送往山西百孚百富生物能源有限公司生產(chǎn)沼氣，常規(guī)且目前運行穩(wěn)定，效果較好的污泥深度脫水工藝，脫水前需進行預(yù)處理［3］，將污泥含水率降為95%，預(yù)處理主要通過加藥進行污泥調(diào)理、濃縮，影響后續(xù)污泥利用。

經(jīng)過綜合比較，在污泥改造時選用污泥低溫干化工藝。選用直接低溫干化，干化溫度45℃ ～50℃(進除濕熱泵溫度);送風(fēng)溫度60℃ ～75℃。

3 設(shè)計規(guī)模

一期奧貝爾氧化溝工藝脫水機房進泥量1 724.75 m3/d(含水率99.2%)，出泥量68.99 m3/d(含水率80%)。二期改良型氧化溝工藝新增剩余污泥量包括生化系統(tǒng)污泥和化學(xué)沉淀污泥。生化系統(tǒng)污泥污泥濃縮脫水后產(chǎn)生80%含水率的泥餅約25 m3/d。化學(xué)沉淀污泥1.35 m3/d，總污泥產(chǎn)量 26.35 m3/d。按設(shè)計總污泥量為95.34 m3/d。結(jié)合進水水質(zhì)變化，污泥量按100 t/d(含水率80%)考慮。

4 處理工藝

現(xiàn)狀污泥脫水機房工藝流程如下:污泥投配泵(螺桿泵)將污泥自貯泥池提升至靜態(tài)混合器，絮凝劑在絮凝劑制備裝置中制備完畢后，經(jīng)加藥泵(螺桿泵)提升，并經(jīng)一體化稀釋加藥裝置稀釋成0.10%濃度的藥液送入靜態(tài)混合器，污泥與絮凝劑經(jīng)靜態(tài)混合器充分混合后，進入帶式濃縮壓濾機。帶式濃縮壓濾機的整個脫水程序是連續(xù)進行的，其工作過程為:絮凝→進料→濃縮段重力脫水→濃縮段卸料→壓濾段重力脫水→壓濾段預(yù)壓脫水→壓濾段壓榨脫水→卸料，成含水率70% ～80%的泥餅，經(jīng)水平無軸螺旋輸送機、傾斜無軸螺旋輸送機輸送至污泥棚，裝車外運。濃縮壓濾機濾帶沖洗水來自二級處理出水，經(jīng)濾帶沖洗水泵加壓，并經(jīng)自動排污過濾器過濾后送至濃縮壓濾機沖洗水入口，沖洗濾布后的水與濃縮壓濾段排水一同排入廠區(qū)污水管(見圖1)。

圖1 污泥處理流程

工程利用現(xiàn)狀污泥脫水間將污泥脫水至80%后，利用刮板輸送機將污泥輸送至干化車間濕料倉后，經(jīng)螺旋輸送機送至低溫干化除濕機內(nèi)再進行低溫干化，污泥含水率降至60%后再進行外運進行最終處置。本工藝整體具有如下優(yōu)勢:適用污泥濃度范圍廣，可以處理污泥含水率范圍達80% ～99.5%;工藝簡單，占地少，運行可靠，可實現(xiàn)自動化控制;處理后污泥符合國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，可直接填埋、焚燒或資源化利用。本污泥深度脫水工藝不再投加任何藥劑，不影響后續(xù)用途;同時污泥含水率可根據(jù)需要控制。

5 干化間布置圖

污水廠內(nèi)用地緊張，為方便污泥在后續(xù)處理，在現(xiàn)狀脫水機房西側(cè)設(shè)置干化車間對污泥進行干化處理。濕料倉、干化機布置在干化車間內(nèi)，將閉式冷卻塔布置在室外，冷卻效果好，因地方緊張將冷卻泵也放在室外，并添加防凍液保證冬季正常運行(見圖2)。

圖2 污泥干化車間布置圖

6 設(shè)計參數(shù)

設(shè)計每天絕干污泥量為20 tDS，經(jīng)過帶式壓濾機壓榨后污泥含水80%，此時泥餅重量為100 t(無石灰添加劑添加);經(jīng)污泥低溫除濕干化至60%，干物料量為50 t;污泥低溫干化過程脫水量為50 t/d。

干化機平均物料過程:進料量4.167 t/h，干料量2.083 t/h，脫水量 2.083 t/h。

總設(shè)計循環(huán)風(fēng)量(密閉式除濕干化):240 000 m3/h。

7 設(shè)計運行工況

回風(fēng)工況:56℃，相對濕度65%，露點溫度48.64℃，含濕量74.82 g/(kg·干污泥)，焓值 251.4 kJ/(kg·干污泥)，空氣密度1.028 kg/m3。

送風(fēng)工況:70℃，相對濕度30.2%，露點溫度45.9℃，含濕量64.7 g/(kg·干污泥)，焓值 240.81 kJ/(kg·干污泥)，空氣密度0.99 kg/m3。

干化機每小時冷凝脫水量:m=2 442 kg/h;干化機機組輸入功率為610 kW，輸入電能壓縮機風(fēng)機做功轉(zhuǎn)化余熱約為Q1=517 778.6 kcal/h;除濕熱泵空氣水蒸氣冷凝釋放熱量(50℃水蒸氣潛熱 2 378.1 kJ/kg):Q2=2 378.1 kJ/kg× 2 442 kg/h=5 807 320.2 kJ/h=1 393 759 kcal/h，除 濕 熱 泵 制 熱 量Q放=1 911 537.6 kcal/h;每小時進泥量為 4 167 kg/h，設(shè)計進料溫度20℃，干化物料溫度為50℃，故泥餅總升溫吸熱量Q3=3.5 kJ/(kg·℃)×4 167 kg/h×(50℃ －20℃)=437 535 kJ/h=105 008 kcal/h;泥餅水蒸發(fā)吸熱量Q4=1 188 861.6 kcal/h;干化機散熱量Q5=48 057 kcal/h;冷卻塔冷卻散熱量Q6=569 611 kcal/h;干 化過程 總 吸熱 量 Q吸=1 911 537.6 kcal/h;Q放=Q吸，熱平衡符合要求。

處理100 t/d(含水率80%)污泥的物料平衡圖見圖3。

圖3 物料平衡圖

8 結(jié)語

晉城市正源水務(wù)發(fā)展有限公司的污泥深度脫水處理工程設(shè)計采用帶式濃縮脫水一體機將污泥脫水至含水率80%，經(jīng)低溫干化除濕機進一步脫水至污泥含水率小于60%。經(jīng)過調(diào)試運行階段，表明污泥深度處理系統(tǒng)能滿足脫水后的要求，達到設(shè)計目的。該工程設(shè)計參數(shù)及調(diào)試經(jīng)驗將為采用帶式濃縮脫水一體機、低溫干化除濕機進行污泥深度脫水系統(tǒng)的設(shè)計及調(diào)試運行提供經(jīng)驗。