長善垸污泥處理處置項目設計與運營經驗淺談

＊康哲 李彬 殷玲 鄭宏志

（1.中南水務科技有限公司 湖南 410009 2.長沙湘江環境科技有限公司 湖南 410125）

1.項目建設背景

長沙市污水廠產生的污泥主要是通過廠內的處理設施脫水至80%以下后，運輸至黑麋峰固廢處理場內進行最終處置。污泥集中處置一期工程位于長沙市市固廢處理場西側，該項目于2011年獲批，2012年開工建設，現已建成試運行。該項目設計規模為500t/d，主體工藝為“厭氧消化+脫水+干化”，對污泥進行減量化、無害化處理，處理后的污泥作為長沙市城市固體廢棄物處理場覆土。

至2017年底，長沙市城鎮污水處理廠已建成，總規模達到212.5萬t/d（長沙市總規模251.5萬t/d，其中星沙39萬t/d），基本達到滿負荷運行的狀態。根據長沙市排水事務中心報表顯示，2017年12月主城區污水處理廠日產污泥量（80%含水率，余同）達到約1200t/d，已遠超污泥集中處置一期工程的處理規模。超過處理能力的污泥，通過場內的一個污泥臨時攪拌站進行固化處理工藝，使污泥含水率降為60%后再進行衛生填埋處置，日處理量達500t/d。

根據長沙市排水事務中心2018年長沙市主城區污水處理廠污泥統計報表（圖1）所示，由于城市污泥及垃圾產量增長較快，固廢處理場的填埋庫容急劇減少，填埋堆體存在重大安全隱患；鑒于黑麋峰污泥集中處置二期工程建設騰地需要，污泥臨時攪拌站計劃于2018年6月底進行拆除，且場內無地可重建，長沙市污泥處理、處置存在較大的缺口（約700t/d）。

圖1 2018年長沙市主城區污水處理廠日均污泥產量

為緩解長沙市污泥處理處置壓力，市政府于2018年多次組織召開專題研究會議，于3月底，市政府批示要求盡快在長善垸水質凈化廠和岳麓污水處理廠建設污泥深度脫水設施。

2.項目概況

(1)項目簡介

長善垸污泥處理處置項目由長沙水業下屬全資子公司長沙湘江環境有限公司承建及運營，選址位于長善垸水質凈化廠內，一期設計規模為300t/d，項目總投資1.3億元，于2019年10月投產運行。項目采用“低溫干化+協同焚燒”工藝，建設一座低溫干化深度脫水車間，建筑面積約2517.79m2，共設有5條低溫干化線，總去水量為8775kg/h，后期在前端加設高壓帶式機以保障產能。

(2)干化機原理介紹

干化機的核心部分主要為除濕熱泵，其由除濕單元和干燥單元組成。主要工作原理為利用制冷系統使來自干燥室的濕空氣降溫脫濕，同時通過熱泵原理回收水分凝結潛熱加熱空氣達到干燥物料目的，而廢氣中的大部分水蒸氣在蒸發器中冷凝外排[1]。

干化機主要有以下幾點優勢[2]：

①干化溫度低，環境風險較低。低溫干化機的溫度一般在80℃以下，污泥干化過程中有機成分揮發物產生較少[3]，有效的減少有害氣體的釋放，同時降低了點火源的點火能量，有效避免干化過程的爆炸危險。②易閉式循環，能量最大化利用。低溫干化機為模塊化組合，其中除濕熱泵是除濕（去濕干燥）加熱泵（能量回收）結合，在低溫封閉空間實現干燥過程中能量循環利用[4]。③干化過程簡單易操作。低溫干化效果的主要控制因素為空氣溫度及循環空氣流量。根據實際監控數據調節干燥劑輸送帶速度與熱泵主機的運行，操作相對簡單。④節能效果顯著。朱有法[5]進行閉式熱泵低溫干化污泥生產試驗，得出每1kW·h可脫水3.56kg，并對熱泵低溫干燥、燃氣鍋爐與燃煤鍋爐干燥的能耗及經濟性進行了分析，發現熱泵低溫干化污泥的費用僅高于燃煤鍋爐。

(3)項目工藝流程

圖2 長善垸污泥處理處置項目工藝流程圖

長善垸水質凈化廠的污泥考慮在二期污泥脫水間的料倉下增加料斗和污泥泵，通過污泥泵將污泥輸送至新建深度脫水車間的濕泥料倉。而擬進入本工程的其他污水處理廠的污泥，則通過污泥運輸車運輸至新建車間前的投料平臺，倒入濕泥料倉中。濕泥料倉下設置污泥刮板，將料倉的污泥輸送至低溫干化機中進行深度脫水至含水率50%以下，脫水后的污泥通過螺旋輸送機、刮板機輸送至干泥料倉，再外運至建筑材料廠進行協同焚燒。其中，污泥干化脫水后產生的冷凝水，排入長善垸水質凈化廠內的污水管道，進入廠區污水處理系統進行處理。

3.項目設計經驗

(1)污泥泥質對工藝選型的影響

項目設計之初對污泥泥質進行檢測，檢測結果如表1所示：①對照相關污泥處置泥質要求，可知污泥總砷含量超農用泥質A級的限值要求，故不能適用于種植食用農作物的耕地，其他指標均能滿足其他類型處置泥質的要求。②污泥有機質較低，含量低于35%，總養分8.13%，如不摻雜餐廚垃圾及其他高有機質的固態污染物，故不適用于“厭氧消化+土地利用”“好氧發酵+土地利用”工藝選擇。③污泥燃燒值較低，小于14680kJ/kg[6]，無法達到能量平衡，故燃燒工藝必須添加輔助燃料。④對污水處理廠工藝、納污范圍內的污水水質進行摸排，并結合運行人員的反饋，可知污水處理廠未使用初沉池，納污范圍內存在工業企業，進水水質變化波動較大，故無法選擇精細化或者對泥質要求較高的處理處置工藝。

表1 污泥泥質檢測結果

(2)污泥處置方式對全過程的影響

污泥處置方式的穩定可靠性對整體工藝的選擇起到決定性的作用，應綜合考慮污泥泥質特征及未來的變化、當地的土地資源及環境背景狀況、可利用的水泥廠或熱電廠等工業窯爐狀況、經濟社會發展水平等因素，結合可采用的處理技術，合理確定本地區的主要污泥處置方式或組合[7]。

受到長沙市關于禁燃區的相關要求，主城區、望城區和長沙縣只能燃燒清潔能源，鑒于成本壓力，故無法選擇燃燒工藝。

對長沙市周邊已有污泥處置項目調研，如湘陰污水處理廠及星沙污水處理廠項目通過考察得知，末端處置單位必須滿足安全環保、穩定可靠、持續性、具有較大規模四個因素。由于土壤處置使用量無法持續，且不確定因素較大，牽扯政府協調較廣，故在長善垸末端處置單位的選擇上更加傾向于大型建筑材料廠。由于火電廠涉及政府調節面較大，且毗鄰影響明顯，鑒于對方意愿性故不予考慮；對于陶粒廠及活性炭的污泥處置單位，鑒于產品銷量受到市場影響，故不予考慮；由于水泥廠涉及城市發展規劃，且行業萎縮，遠期會進行遷移處理，故只能選擇位置較偏遠的水泥廠；同時對周邊大型磚廠進行調查，同樣面臨毗鄰影響，故只能選擇位置較偏遠的大型磚廠。因此在末端處置的單位均集中于偏遠水泥廠及大型磚廠，其對污泥含水率要求在40%以下，并結合項目內外部因素及經濟效益，故選擇低溫干化工藝作為深度脫水處理工藝。

(3)應急處置對設備選型的影響

污泥不同于污水，污水處理有統一的排放標準，明確的排放去向，也有常規的污水應急處置措施，污泥的應急處置靈活性要求更高。因污水量變化較大，污泥量也會有較大波動，必須設置緩沖料倉進行短期儲存，在緩沖料倉的容量上要充分考慮污泥波動最大值及未來污泥增量波動最大值，保障后段工藝的持續穩定。同時，需采取外送填埋作為最重要的托底保障措施。

4.項目運營經驗

(1)污泥惡臭對整體運營的影響

在污泥干化過程中，污泥干化所釋放的物質包括了硫氮雜原子氣體、小分子烴類氣體、氯代、類氣體、芳香類氣體等[8]，特別是其中產生的硫化氫、苯系物、氨氣對生產工人及周邊環境影響較大。實際運行中，定期清理維護干化設備時需要打開箱體，密封于干化機內部的臭氣逸散至干化車間內，造成干化車間內的臭味較重。對車間進行檢測，發現各監測點的臭氣濃度和甲烷濃度大部分時刻超過《惡臭污染物排放標準（GB 14554-93）》的二級標準，氨氣濃度接近限值。為防止毗鄰效應，后期增設一套35000m3/h風量除臭設備進行整體搜集處理，采用“生物洗滌+UV光催化氧化”工藝。

同時，濕污泥和干污泥在卸料區域設計未考慮封閉措施，卸料過程中污泥散發的臭氣直接散逸在空氣中，臭味明顯，影響廠區環境。

(2)污泥泥質對整體運行的影響

在除濕單元和干燥單元之間存在對流傳熱傳質，熱風中帶有粉塵、腐蝕性氣體及水分，易于在干燥單元的蒸發器和冷凝器表面沉積，降低熱泵熱傳遞效率。因此，每條生產線需每兩周進行一次大維護，主要維護設備為翅片冷凝器、板式/袋式過濾器、表冷器、上下層網帶、循環風機、隔離孔板、回熱器等設備，需要停機5h以上多人進行清灰、檢查處理。

污泥泥質不是恒定的，特別是高礦物油含量會增加污泥出現“糖心”現象，容易導致污泥切條造粒狀態不佳，在干化機網帶上板結，大幅度增加干化難度，因此在實際生產中，污泥切條造粒應盡量分散，成型顆粒盡量小，以增加接觸熱面積，對干燥效率起到關鍵作用。同時，在生產巡檢中需重點關注干化機污泥切條造粒成型狀態，對出現污泥黏糊團狀和塊狀進行警示，必要時添加改性劑和采取返混措施。

由于污泥中纖維質含量較高，增大了污泥運輸設備的損耗，如螺旋葉片及底襯、刮板及鏈條等，應盡量降低污泥機械運輸距離。同時，切條機及其附屬配件的日常清理工作也較原計劃增加，嚴重時需要拆卸銅梳清理，也需要停機清理。因此，實際整套系統年度有效生產時間在7500～8000h，在設備選型中務必作為重要因素進行考慮。

(3)幾點細節因素對整體運行的影響

①熱泵效能的影響：低溫干化機的箱體為封閉狀態，在低溫干化中會產生大量粉塵、腐蝕性氣體，如NH3、H2S及甲硫醇等[9]，氣體中的高水分增加其腐蝕性，熱泵系統接觸設備如蒸發器，冷凝器等關鍵部件腐蝕耐受度面臨考驗，部件故障將會一定程度上造成效能降低，進而導致脫水量的降低而影響產能，增大政府結算過程中經濟測算的實際差距。

②污泥返潮的影響：污泥處置單位夜間不收泥，干化后污泥需在干料倉中儲存，易受到返潮影響，特別是冬天，其含水率比干化機內含水率高3%～5%，污泥黏度增加，在干料倉中易板結，也增加污泥運輸車輛卸料的難度，因此建議在干料倉設計之初需增加除潮設施。

③環境溫度的影響：整個低溫干化系統對天氣溫度環境變化的適應能力不強，導致含水率和產能也受天氣影響而波動大。尤其是冬季環境溫度偏低，濕污泥自身溫度較低，烘干所需熱量大于其他季節，引起產能下降。通過積累運行數據，掌握春夏秋冬不同季節運行參數設定值，同時日常運行中及時關注天氣預報氣溫變化，提早介入調整參數，如適當提高干化機前段模塊熱泵的兩級熱泵壓縮機工作投入時間，并通過相應技術改造在濕料倉區域增設預熱裝置，在干化前提高污泥自身的溫度，精準掌握干化設備冷卻系統內循環回水溫度最佳區間值等。

5.總結

污泥處理處置應遵守“安全環保、循環利用、節能降耗、因地制宜、穩妥可靠”的基本原則[7]。長善垸污泥處理處置項目有其獨特性，作為初入污泥處理處置行業，在安全環保的前提下，因地制宜選擇穩妥可靠的處置工藝，進而反推處理工藝。其作為初入固廢處理處置行業的首個項目，設計經驗不足，需在后期運營中不斷完善，在后續第二期污泥處理處置項目建設中需強化在工藝流程、設備選型及現場考察的研究，重點考慮風險影響，特別是超量污泥的應急處理及設備實際產能，避免廠家自圓其說。項目建設要與后期生產運營深度結合起來，才能更好的發揮項目持久的經濟價值及社會效應。