低溫真空脫水干化技術在大型地埋式污水廠中的應用

張 宇

（中鐵四局集團第三建設有限公司，天津 300163）

近年來，隨著國家對環保要求的不斷提高，全國污水處理規模不斷提升，污泥作為污水處理的重要產物，總產量也在逐年遞增[1]。污泥是污水處理廠處理工藝中主要的附加產物之一，氮、磷等有機物含量高，含水率高附著病菌、寄生蟲及重金屬和苯類有毒物質，如果這不經過處理直接排放，將會造成污染影響環境，如何有效處理污泥是污水處理廠行發展面臨著的嚴峻的挑戰[2]。污泥處理方式包括填埋、焚燒、堆肥和資源化等。我國普遍采用衛生填埋的方法，污泥的衛生填埋并不能最終避免環境污染，而只是延緩了產生時間。德國2000年起要求填埋污泥的有機物含量＜5%[3]，許多國家和地區甚至堅決反對新建填埋場。以上種種因素限制了污泥的衛生填埋場的發展[4]。

《城鎮污水處理廠污泥處理處置技術指南》已明確指出干化和焚燒應聯合應用，作為焚燒前重要的干化處理，其含固率高低直接影響焚燒的效果，但現階段采用的污泥干化技術大部分采用間接加熱干化技術，如槳葉式、薄層式、圓盤式都存在耗能、耗時、占地和需要預處理等多種缺陷。低溫真空脫水干化成套技術作為一種新型技術，利用真空低溫蒸發水分的原理，具有節約處理時間、提高處理效率，減少處理能耗等特點，是符合指南技術要求。本文以位于廣東省廣州市江高區內凈水廠實例進行闡述。

1 工程概況

某凈水廠位于廣東省廣州市江高區內，污水處理設計總規模為16萬m3/d，采用MBR處理工藝，設計排放標準為GB 18918—2002《城鎮污水處理廠污染物排放標準》級A標準和GB 3838—2002《地表水環境質量標準》地表V類水標準的兩者較嚴值；污泥處理規劃處理能力為112 t/d（以含水率80%計），設計3條污泥脫水干化生產線，單條生產線成產規模37.3 t/d（以含水率80%計），要求處理后污泥含水率為30%～40%。

2 低溫真空脫水干化技術

本項目為典型的大中型污水處理廠，用地遵循緊湊、合理的原則，采用全地埋式結構，最大范圍的節約用地。項目緊鄰生活區域，環保要求高，最終選用低溫真空脫水干化成套技術裝備對污泥進行脫水干化處理。

2.1 主要技術優勢

1）源頭減量。將污泥脫水和干化在同一設備中完成，在污水廠內實現污泥源頭減量。

2）常規藥劑。采用常規絮凝劑和混凝劑，不投加石灰和鐵鹽等藥劑，藥劑投加量＜5%，污泥增量極少。

3）綠色能源。采用水源熱泵系統為污泥脫水干化系統供熱，充分利用污水廠產水的熱能，環保節能。

4）安全可靠。脫水及干化過程污泥處于靜止狀態，無摩擦和粉塵產生；加熱介質為不高于85℃的熱水，系統無燃爆隱患。

5）負壓運行。干化過程中系統處于負壓狀態，集氣罩處于微負壓狀態，有效阻止了臭氣向外擴散。

6）環境優好。通過多手段收集和處理臭氣，確保污泥處理車間環境友好。

2.2 系統組成與工藝流程

污泥低溫真空脫水干化成套技術主要由污泥調質系統、主機系統、進料系統、熱水系統、真空冷卻系統、空壓系統、物料輸送系統、除臭系統、輔助系及自控系統等組成。

采用“重力濃縮+深度機械脫水+低溫真空干化”處理工藝，污泥最終處置出路為焚燒。見圖1。

圖1 污泥處理工藝流程

水廠MBR膜池產生的剩余污泥通過管道輸送至濃縮池，重力濃縮后污泥含水率由99.8%降低至97%左右，經調節池調質后，利用污泥螺桿泵輸送至污泥處理系統依次完成進料過濾、機械壓榨和低溫真空干化工序，同步添加絮凝劑，利用泵體產生的壓力使過濾液體通過介質外排，完成液體和固體分離，實現脫水干化達到30%～40%含水率的目標盤。主要處理流程：

1）入料初期濾布上的濾餅厚度較薄，過濾阻力不大，可大量入料；但隨著不斷運行，濾餅逐漸增厚，空隙率減小，過濾阻力增大，入料量需要隨之減少，當濾室充滿濾料時，初進料階段結束；

2）第二階段為密實成餅階段，經隔膜板產生的高壓水破壞物料顆粒間搭接狀態，使濾餅細化壓密并將顆粒空隙間的濾液擠壓排出；

3）第三階段利用壓縮后的空氣將濾板進料孔和管內殘留污泥吹壓至儲泥池內，同時對濾餅縫隙之間的水進行氣壓置換，使濾餅縫隙之間的水進一步排出，最大程度降低濾餅間隙中的水分；

4）第四階段為真空干化階段，在隔膜氣壓過濾后，加熱板和隔膜板中灌入熱水，利用熱水加熱濾室中的濾餅，同時啟動真空泵對密封濾室進行真空處理，使其形成負壓狀態，從而降低水的沸點[5]，濾餅中的水分能在低沸點狀態下快速形成水蒸氣被真空泵抽出，經冷凝器、緩沖罐氣水分離后，液態水進入儲液罐定期排放，尾氣經除臭處理后達標排放。

經進料過濾、隔膜壓濾、吹氣穿流、真空干化等過程處理后，濾餅中的水分得到充分的脫除，污泥大大減少，最大限度實現污泥的減量化[6]；最后通過干污泥輸送系統自動轉運至地面，外運處置。

2.3 脫水效果

污泥經進料過濾、隔膜壓濾（深度機械脫水）以及真空熱干化等過程處理后，污泥含水率降至30%～40%，實現項目建設前期污泥減量化、安全、環保的目標，同時提高了后續污泥焚燒處理效率。經干化后的污泥熱值按照8 778 kJ/kg計算，相當于0.3 kg左右標準煤。每噸干化污泥理論發電量約為833 kW·h，可節約300 kg左右標準煤（標準煤熱值按照29 260 kJ/kg，標準煤發電量按照360 g/（kW·h）計算）。

污泥干化產生的濾液排入廠區內的污水管，然后進入污水處理系統進行處理，對外界環境不產生影響。

3 結語

實踐證明，低溫真空脫水干化技術實現了干化和脫水工藝合并，利用低溫真空負壓快速實現傳統工藝需要高溫蒸發才能實現脫水的目的，含水率有效控制在40%以下，最低含水率可達20%，避免了既要脫水又要干化的高成本投入，同時減輕了環保壓力，是現階段能最大化地污泥減量技術，極具推廣和實用價值。