某污水廠污泥脫水系統(tǒng)優(yōu)化設計中的設備選型

朱春鳳，李士松

（中國市政工程華北設計研究總院有限公司，天津 300381）

1 引言

隨著我國倡導低碳、循環(huán)發(fā)展，推進污水廠提標改造等政策的實施，我國污水處理能力得以快速提高。但與污水處理形成明顯反差的是污水處理處置的實際情況不容樂觀。對于我國污泥處理處置行業(yè)而言，同樣急需提高污泥處理系統(tǒng)設備的整體水平，推動我國污泥處理行業(yè)的穩(wěn)定健康發(fā)展[1]。

隨著國家對水環(huán)境治理工作的高度重視，以及城鎮(zhèn)污水處理廠建設投產的逐步完善，污泥處理問題逐漸被重視起來。城市污水處理廠產生的污泥中含有大量的有機物，豐富的氮、磷營養(yǎng)物、重金屬以及各種致病微生物，必須對其進行穩(wěn)定化、無害化處理處置[2]。

近年來，該污水處理廠所在地政府要求污水處理廠污泥處理后含水率必須小于60%。

然而，該廠現(xiàn)狀污泥處理工藝脫水后污泥含水率約為80%。為了有效降低污泥含水率，針對該污水廠污泥處理系統(tǒng)提出切實可行的優(yōu)化設計方案是十分必要的。

2 污泥處理系統(tǒng)工程概況

該污水處理廠污水設計處理能力為1.0×105m3/d。現(xiàn)狀污泥脫水工藝流程如圖1 所示，含固率約為2%的濃縮污泥及初沉污泥經脫水后的污泥含固率約為20%，泥餅外運至垃圾填埋場。

圖1 現(xiàn)狀污泥脫水工藝流程圖

3 實際運行情況及存在問題

3.1 主要運行數(shù)據

根據調查資料，該市污水處理廠日均水處理量為5.94×104～8.81×104m3/d，產泥量為30～53 t/d（含水率為80%），經計算得到平均水產泥率約為5.64×10-4t/m3污水，平均產泥量約為42 t/d。該廠污泥產量現(xiàn)狀情況詳見圖2。

圖2 2016 年1 月—2017 年9 月該污水處理廠日均污泥產量

根據資料顯示，該污水處理廠實際污泥產量最大達53 t/d（含水率為80%，對應水量為7.98×104m3/d），且整體呈逐年遞增趨勢。

3.2 存在問題

污泥是伴隨污水處理過程產生的，近年來隨著該市污水量和處理率的快速增加，必然導致了污泥量的快速增加[3]。城市污水處理廠產生的污泥含有大量的病原菌、寄生蟲、重金屬以及難降解的有毒有機物，妥善地處理這些污泥是十分必要的。

如果處理不當，讓其造成二次污染或進入人類的食物鏈，則勢必會形成比污水危害更大的污染。近年來，該污水處理廠所在地政府要求污水處理廠污泥處理后含水率必須小于60%。然而，該廠現(xiàn)狀污泥處理工藝脫水處理后為含水率80%左右的污泥，運往垃圾填埋場與城市垃圾混合填埋，如此高含水率的污泥進入填埋場后將留下了很多安全隱患。

由于脫水設備本身原理限制及實際運行情況，無法保證脫水效果達到含水率小于60%。為了有效降低污泥含水率，針對該污水廠污泥處理系統(tǒng)提出切實可行的優(yōu)化設計方案是十分必要的。

4 污泥處理處置方案比選及分析

4.1 污泥處置方法及方向的確定

本工程產生的污泥不具有爆炸性、易燃性、腐蝕性、傳染性、放射性等有毒有害物。因此，本工程對該污水處理廠脫水污泥進行穩(wěn)定化處理，達到GB 18918—2002《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》及GB/T 23485—2009《城鎮(zhèn)污水處理廠污泥處置—混合填埋用泥質》后進行衛(wèi)生填埋是可行的。確定本工程近期污泥處置方法選擇“深度脫水+衛(wèi)生填埋”作為污泥處置的過渡方式。

4.2 污泥處理方案的確定

國內常用的污泥處理方法有污泥焚燒、好氧堆肥、壓濾深度脫水等技術，污泥處理方案技術比選詳見表1。

表1 污泥處理方案技術比選

通過表1 可知，污泥焚燒是污泥減量化最徹底的方式。但要實現(xiàn)污泥的持續(xù)燃燒，污泥含水率一般都需在40%以下。因而污泥在進焚燒爐之前，都必須經過熱干化處理，熱干化的成本通常都很高；另外，污泥焚燒對設備、管理的要求很高，其焚燒產生的煙氣處理也是一大難題[4]。

好氧堆肥是實現(xiàn)污泥資源化利用的有效方式，但堆肥過程比較緩慢，而且污泥堆肥占地面積較大，設備投資大，管理水平要求高。

污泥的壓濾深度脫水方案只需新建1 座污泥深度處理間（含板框壓濾機及其配套附屬設備）即可。工程量小，投資少，運行成本也較低。

綜合考慮，壓濾深度脫水方案可滿足現(xiàn)行國家標準的要求，并且具有投資少、見效快、運行成本低等優(yōu)點。因此，該污水處理廠污泥處理工程選擇壓濾深度脫水方案。

5 污泥處理系統(tǒng)優(yōu)化設計及設備選型

5.1 處理規(guī)模的確定

污泥處理系統(tǒng)工藝流程圖見圖3。由圖3 可知，該廠實際污泥產量最大達到了53 t/d，但該污泥量與設計值146 t/d 相差較大。結合該市污水處理廠現(xiàn)狀和規(guī)劃資料，并考察進水水質類似的同等規(guī)模污水處理廠污泥系統(tǒng)運行情況，經過多次充分討論研究后，為避免一次性投資過大，避免部分設備的閑置造成浪費，最終確定本次污泥處置工程設計規(guī)模為75 t/d（含水率80%），即絕干泥量為15 t/d。并為遠期擴容預留場地空間。

圖3 優(yōu)化設計后的污泥處理系統(tǒng)工藝路線圖

5.2 污泥深度處理間布局設計

在泥區(qū)新建污泥深度脫水間1 座，內設污泥濃縮機、調理池、高壓廂式隔膜板框壓濾機等，平面尺寸31.5 m×15 m；調理池1 座分2 格，單格尺寸為5 m×5 m，有效水深為3.8 m。污泥脫水設計目標為：脫水后污泥含水率小于60%。

5.3 壓濾機設備選型及參數(shù)設計

5.3.1 隔膜壓濾機選型計算

隔膜壓濾機選型計算依據為日處理絕干泥18.0 t。詳見表2。

表2 隔膜壓濾機選型計算

通過計算選用450/1 500 型全自動隔膜廂式壓濾機2 臺，可滿足污水處理廠的日常處理需求。

5.3.2 隔膜壓濾機的主要性能參數(shù)

450/1 500 型全自動隔膜廂式壓濾機參數(shù)見表3。

表3 450/1 500 型全自動隔膜廂式壓濾機主要參數(shù)

5.4 配套設備選型及參數(shù)設計

污泥深度處理間內安裝2 臺450/2 000 型全自動隔膜廂式壓濾機（全部使用）。其余主要配套設備選型如下。

調理池攪拌機：共2 臺（全部使用），變頻，3 層槳葉，不銹鋼材質，配電功率22 kW。

低壓進料螺桿泵：共2 臺（全部使用），均變頻。單臺性能：流量Q=100 m3/h，揚程H=60～90 m，配電功率30 kW。

高壓進料螺桿泵：共2 臺（全部使用），均變頻。單臺性能：Q=25 m3/h，H=120～180 m，配電功率18.5 kW。

壓榨泵：共2 臺（全部使用）。單臺性能：Q=12 m3/h，H=210 m，配電功率15 kW。

壓榨水箱：共1 個，V=5 m3，L（長）×B（寬）×H（高）=2.5 m×1 m×2 m。

洗布泵：共2 臺（全部使用），變頻。單臺性能：Q=30 m3/h，H=399 m，配電功率18.5×2 kW。

洗布水箱：共1 個，容積V=10 m3，L×B×H=2.5 m×2 m×2 m。

PAC 上藥泵：共1 臺，Q=50 m3/h，H=32 m，配電功率11 kW。

PAC 加藥泵：共2 臺。單臺性能：Q=1.5 m3/h，H=30 m，配電功率0.75 kW。

PAC 儲罐：共1 個，V=20 m3。

空壓機：共2 臺，1 用1 備，Q=1.9 m3/min，P=1.0 MPa，配電功率15 kW。

儲氣罐：反吹氣罐，V=10 m3，1 套；儀表氣罐，V=1 m3，1套，壓力為1.0 MPa。

螺旋輸送機：共2 臺（全部使用），單臺性能：L=18 m，配電功率22 kW。

石灰加藥裝置：共1 個，V=20 m3，配稱重及輸送系統(tǒng)，配電功率11 kW。

6 結語

該污水處理廠污泥處理系統(tǒng)優(yōu)化設計工程作為該市基礎設施的重要組成部分，本工程的建設是必要的、可行的、迫在眉睫。采用先進可行的技術手段，對污泥進行有效的處理處置，是實現(xiàn)社會可持續(xù)發(fā)展、資源利用率可持續(xù)提高以及污染排放可持續(xù)減少的基石。

團隊經過充分的市場調查，總結該污泥處理系統(tǒng)多年來的運行情況及存在問題，經過充分的論證分析，對該污水廠的污泥處理系統(tǒng)進行了優(yōu)化設計，制定了近期污泥處理規(guī)模及方向，確定了污泥處理系統(tǒng)的工藝路線，針對隔膜壓濾機及其配套設備進行了嚴格的設備選型和參數(shù)設計。

本工程建成后將大大提高該市污水處理廠的安全性和穩(wěn)定性。對提高該市的工業(yè)生產和人民生活起著重要的保障作用，并將帶來顯著的環(huán)境效益和社會效益。