深圳市某污水處理廠污泥深度脫水工藝設(shè)計(jì)

王宇婷 劉 可

（中國市政工程中南設(shè)計(jì)研究總院有限公司，湖北 武漢 430010）

0 項(xiàng)目背景

該項(xiàng)目污水處理廠設(shè)計(jì)規(guī)模為36 萬m3/d，原污泥系統(tǒng)處理規(guī)模為400 t/d（80%污泥含水率計(jì)），污泥處理處置途徑為廠內(nèi)污泥經(jīng)初步脫水含水率達(dá)到80%后，外運(yùn)至電廠進(jìn)行焚燒。

隨著我國污水處理量增加以及污水處理率的提高，污泥產(chǎn)量也急劇增加，給環(huán)境帶來巨大的壓力[1]。該項(xiàng)目污水處理廠受污泥接納處置單位處理能力的制約，污泥不能及時(shí)外運(yùn)處置，造成廠內(nèi)剩余污泥長期在生化系統(tǒng)內(nèi)積存的情況，工藝運(yùn)行面臨巨大的壓力，出水水質(zhì)面臨較大超標(biāo)的風(fēng)險(xiǎn)。為保證污水廠正常地運(yùn)行，不僅要通過外部手段提高污泥處置能力，同時(shí)在污水廠中要對剩余污泥進(jìn)行深度處理，降低出廠污泥的含水率，減少污泥外運(yùn)處置量，減輕污泥外運(yùn)處置壓力，需要對該廠的污泥深度脫水工程進(jìn)行建設(shè)。

1 工程設(shè)計(jì)規(guī)模

該工程為在現(xiàn)有污泥常規(guī)處理的基礎(chǔ)上新增污泥深度脫水及配套設(shè)施，設(shè)計(jì)規(guī)模為400 t/d（以80%污泥含水率計(jì)），出泥含水率要求≤40%。

2 工程方案比選

目前，國內(nèi)可采用的幾種主流污泥深度處理技術(shù)如下。

2.1 厭氧消化技術(shù)

厭氧消化是利用兼性菌和厭氧菌進(jìn)行厭氧生化反應(yīng)，分解污泥中的有機(jī)物質(zhì)，保證污泥穩(wěn)定，是非常有效的一種污泥處理工藝。在國內(nèi)的大型污水處理廠應(yīng)用較多。厭氧消化溫度有常溫消化（不加熱），中溫消化（消化溫度約35 ℃）與高溫消化（消化溫度約55 ℃）3 種形式。

采用厭氧消化技術(shù)產(chǎn)生可以燃燒的消化氣，甲烷氣約占總消化氣的40%以上。以該工程為例，消化氣產(chǎn)量為6000m3/d~7000m3/d。消化氣產(chǎn)生的熱值為0.5kg~0.6kg 標(biāo)準(zhǔn)化/1m3消化氣，可發(fā)電1.3 度~1.4 度電，減少污泥體積30%~50%，減少后續(xù)污泥脫水量；消化后的熟污泥無明顯臭味；厭氧消化殺死病原菌與寄生蟲卵的效率高。但是厭氧工藝也存在基建投資高、機(jī)械設(shè)備多以及管理復(fù)雜等問題，同時(shí)消化氣出路因所在城市的條件可能有所限制。

2.2 好氧發(fā)酵技術(shù)

好氧發(fā)酵通常是指高溫好氧發(fā)酵，通過好氧微生物的生物代謝作用，使污泥中有機(jī)物轉(zhuǎn)化成穩(wěn)定的腐殖質(zhì)的過程。在代謝過程中產(chǎn)生熱量，可使堆料層溫度升至55 ℃以上，可有效殺滅病原菌、寄生蟲卵和雜草種籽，并使水分蒸發(fā)，使污泥穩(wěn)定、無害。好氧發(fā)酵工藝過程主要是由預(yù)處理、進(jìn)料、一次發(fā)酵、二次發(fā)酵、發(fā)酵產(chǎn)物加工以及存貯等工序組成的，污泥發(fā)酵反應(yīng)系統(tǒng)是整個(gè)工藝的核心。

好氧發(fā)酵具有工藝原理簡單、能耗低等特點(diǎn)，但是占地面積較大、現(xiàn)場環(huán)境較差，不適用于用地緊張，周邊環(huán)境要求較高的項(xiàng)目。

2.3 污泥熱解技術(shù)

污泥熱解技術(shù)是污泥中的有機(jī)質(zhì)在缺氧條件下加熱到一定溫度裂解，轉(zhuǎn)化為燃油、燃?xì)?、污泥碳和水的技術(shù)。由于污泥熱解溫度和產(chǎn)物不同，因此將污泥熱解處理技術(shù)分為污泥氣化技術(shù)、污泥油化技術(shù)和污泥炭化技術(shù)。污泥熱解技術(shù)具有污泥中能量有效回收利用、溫室氣體排放少、重金屬得以固化、避免二噁英的產(chǎn)生、占地少以及運(yùn)行成本低等特點(diǎn)，但是污泥熱解技術(shù)工藝涉及高溫高壓設(shè)備，存在一定的安全隱患，群眾接納度低，落地難度大。

2.4 高溫?zé)岣苫夹g(shù)

污泥的熱干化是指通過污泥與熱媒之間的傳熱作用，脫除污泥中水分的工藝過程。根據(jù)熱量傳遞方式的不同，將污泥干化設(shè)備分為直接加熱和間接加熱2 種方式?？紤]到系統(tǒng)的安全性，要防止二次污染，高溫?zé)岣苫话悴捎瞄g接加熱的方式。目前，應(yīng)用較多的污泥干化工藝設(shè)備包括流化床干化、帶式干化、槳葉式干化、臥式轉(zhuǎn)盤式干化、立式圓盤式干化和噴霧干化等6 種工藝設(shè)備。干化工藝和設(shè)備應(yīng)綜合考慮技術(shù)成熟性和投資運(yùn)行成本，并結(jié)合不同污泥處理處置項(xiàng)目的要求進(jìn)行選擇。

2.5 低溫?zé)岣苫夹g(shù)

熱干化工藝按照干化溫度的不同可以分為低溫干化（溫度在150 ℃以下）和高溫干化（溫度在150 ℃以上）。低溫?zé)岣苫腔趥鹘y(tǒng)高溫?zé)岣苫夹g(shù)發(fā)展的一種新興熱干化技術(shù)。高溫?zé)岣苫ǔ２捎瞄g接干化的形式，是熱源通過蒸汽、熱油等介質(zhì)傳遞加熱器壁，從而使器壁另一側(cè)的污泥受熱、水分蒸發(fā)而加以去除，其熱效率相較直接干化更低且容易裂解污泥中的有機(jī)質(zhì)，增加尾氣處理難度。

低溫干化通常采用直接干化，直接低溫?zé)岣苫捎跓犸L(fēng)直接作用于污泥，熱效率較高，能耗較低[2]，而溫度較低又不會(huì)使污泥中的有機(jī)物裂解和揮發(fā)，循環(huán)熱風(fēng)只從污泥中帶走水分。同時(shí)不存在高溫高壓設(shè)備，安全隱患較低。典型污泥處理處置方案的綜合分析與評價(jià)見表1。

表1 典型污泥處理處置方案的綜合分析與評價(jià)

對多種污泥處理工藝進(jìn)行對比可知以下3 點(diǎn)：1）厭氧消化須增加消化池、加熱、攪拌和沼氣處理利用等一系列構(gòu)筑物及設(shè)備，機(jī)械設(shè)備多，基建投資高，管理復(fù)雜，在深圳地區(qū)沼氣回收后難以有效利用且現(xiàn)狀污水廠用地條件無法滿足該工藝需求，因此不建議采用。2）好氧發(fā)酵存在惡臭污染問題突出、占地面積大以及工藝運(yùn)行不穩(wěn)定等缺點(diǎn)，因此不考慮該方案。3）污泥熱解和高溫干化技術(shù)主要涉及高溫高壓設(shè)備，管理難度大，存在一定的安全隱患，落地難度大，因此該方案中不考慮污泥熱解及高溫干化技術(shù)。

綜上所述，低溫干化技術(shù)與上述工藝相比具有占地面積較小、設(shè)備投資較低和安全可靠等優(yōu)勢，該項(xiàng)目污泥深度脫水工藝推薦采用低溫?zé)岣苫夹g(shù)。

3 工程設(shè)計(jì)

該工程推薦采用“污泥濃縮+離心脫水+低溫干化”污泥處理工藝，其中污泥濃縮池和離心脫水系統(tǒng)為現(xiàn)有利舊設(shè)施，該項(xiàng)目在現(xiàn)有設(shè)施的基礎(chǔ)上新增了低溫干化處理系統(tǒng)，將原污泥處理含水率由80%降至40%，污泥濃縮池上清液、離心脫水濾液以及低溫干化產(chǎn)生的冷凝水排入廠區(qū)管網(wǎng)并進(jìn)入污水處理系統(tǒng)，新增的低溫干化車間同步配套除臭系統(tǒng)，將臭氣進(jìn)行封閉收集并處理后達(dá)標(biāo)排放。該項(xiàng)目污泥處理工藝流程如圖1 所示。該項(xiàng)目污泥脫水系統(tǒng)的各工藝單元詳細(xì)說明級設(shè)計(jì)參數(shù)如下。

圖1 污泥深度處理工藝流程圖

3.1 重力濃縮及離心脫水系統(tǒng)（現(xiàn)狀）

該系統(tǒng)主要包括現(xiàn)狀濃縮池、PAM 投加系統(tǒng)、污泥切割機(jī)、污泥進(jìn)料泵、離心脫水機(jī)以及出泥螺桿泵等設(shè)備。該系統(tǒng)通過重力濃縮+調(diào)理（PAM）+離心脫水的方式，將污泥含水率由99.2%降至80%，初步降低污泥含水率，以減輕后續(xù)低溫干化脫水負(fù)荷，同時(shí)使污泥黏稠成型，便于后續(xù)切條及干化處理。離心脫水機(jī)共設(shè)置5 臺，3 臺單機(jī)處理能力95 t/d，2 臺單機(jī)處理能力60 t/d。

污泥濃縮及離心脫水系統(tǒng)主要設(shè)計(jì)參數(shù)如下：1）污泥濃縮池設(shè)計(jì)規(guī)模36 萬m3/d，進(jìn)泥含水率99.2%，出泥含水率98%，土建池體直徑8m，H=5.4m，4 座，固體負(fù)荷49kg/m2·d，污泥停留時(shí)間2h。2）污泥進(jìn)料泵，Q=100m3/d，H=0.6MPa，N=30kW，共5 臺。3）污泥破碎機(jī)，Q=80~120m3/d，N=7.5kW，共5 臺。4）1#離心脫水機(jī)，Q=150m3/h，主機(jī)150kW，副機(jī)30kW，配套變頻控制柜，共3 臺；2#離心脫水機(jī)，Q=120m3/h，主機(jī)110kW，副機(jī)22kW，配套變頻控制柜，共2 臺。5）出料螺桿泵Q=10m3/d，壓力1.5MPa，N=37kW。6）PAM 制備系統(tǒng)，制備能力6m3/h，制備濃度0.1%，共3臺。7）PAM 輸送螺桿泵，Q=5m3/d，N=1.5kW，共5 臺。

3.2 低溫干化系統(tǒng)

低溫干化系統(tǒng)設(shè)計(jì)污泥處理量為400 t/日，設(shè)計(jì)濕泥含水率80%，設(shè)計(jì)干泥含水率40%。污泥低溫干化機(jī)每天脫水量266.7t，干泥量（40%含水率）每天133.3 t。

為使污泥成型，提高干化效率，避免污泥雜質(zhì)（纖維等）對成型設(shè)備的影響，低溫干化機(jī)進(jìn)泥設(shè)置污泥切條機(jī)，切條機(jī)對輥直徑150 mm， 對輥轉(zhuǎn)速14 r/min，主機(jī)功率3 kW，破碎功率2.2 kW。

低溫干化系統(tǒng)主要包括污泥料倉、污泥輸送機(jī)、低溫干化機(jī)、熱源供給設(shè)備以及尾氣熱回收凈化除濕系統(tǒng)。該設(shè)計(jì)采用6 臺低溫除濕干化機(jī)，單臺最大設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)去水量為48.6t/d，低溫除濕干化機(jī)單套設(shè)備裝機(jī)功率664kW，總裝機(jī)功率3984kW（不含輸送、儲存、冷卻系統(tǒng)功率），總設(shè)計(jì)脫水量291.6t/天，該項(xiàng)目低溫干化系統(tǒng)設(shè)計(jì)參數(shù)見表2。

表2 低溫干化系統(tǒng)設(shè)計(jì)參數(shù)

3.3 污泥輸送分配及存儲系統(tǒng)

污泥輸送分配及存儲主要用于污泥生產(chǎn)線之間的銜接、分配、運(yùn)輸及存儲功能，其中螺桿輸送泵和分料螺旋為連續(xù)運(yùn)行，緩存濕料倉為間歇運(yùn)行?，F(xiàn)狀脫水車間5 臺離心機(jī)產(chǎn)生的生污泥經(jīng)螺桿泵加壓后通過管道輸送至現(xiàn)狀污泥料倉，該工程在保留原有污泥通路的基礎(chǔ)上，新增出泥管道至深度脫水車間緩存濕料倉的管線，并通過插板閥控制出泥方向。

為平衡離心機(jī)出泥與低溫干化設(shè)備進(jìn)泥的量差，該工程6 套低溫干化設(shè)備共設(shè)置3 座緩存污泥濕料倉，緩存料倉出泥再通過分料螺旋平均分配給2 臺低溫干化設(shè)備。其中3 臺大型號離心機(jī)與3 座緩存濕料倉一一對應(yīng)，2 臺小號離心機(jī)則分別通過2 條進(jìn)泥管與3 座緩存濕料倉銜接，并通過電動(dòng)插板閥控制出泥方向，當(dāng)單座緩存濕料倉裝滿后自動(dòng)將小號離心機(jī)進(jìn)泥切換至低泥位濕料倉，以實(shí)現(xiàn)5 臺離心機(jī)與6 臺低溫干化設(shè)備的匹配。離心機(jī)與低溫干化設(shè)備銜接示意圖如圖2 所示。

圖2 污泥輸送及分配銜接示意圖

污泥輸送分配及存儲系統(tǒng)主要設(shè)備參數(shù)如下：1）緩存濕料倉，規(guī)格：5 m3，液壓站功率11 kW，卸料螺旋功率7.5kW，共3 套。2）進(jìn)料分料無軸螺旋輸送機(jī)，規(guī)格：輸送量3 m3/h，L=7.2m，功率11kW，共3 套。3）1#出料刮板輸送機(jī)，規(guī)格：最大輸送量10 m3/h，L=39m ，功率11kW，共1 套。4）2#出料刮板輸送機(jī)，規(guī)格：最大輸送量12 m3/h，L=39m，功率11kW，共1 套。5）出料分料無軸螺旋輸送機(jī)，規(guī)格：輸送量6 m3/h，L=6.8m，功率11kW，共1 套。6）干污泥料倉，規(guī)格：100m3顎式卸料閥功率4 kW，共2 套，干泥存儲時(shí)間按1 天考慮。

3.4 除臭系統(tǒng)

該工程除臭采用生物聯(lián)合化學(xué)組合除臭工藝，生物除臭采用生物濾床形式，設(shè)計(jì)停留時(shí)間20 s，可去除大部分的氨氣、硫化氫以及揮發(fā)性有機(jī)物等物質(zhì)，對污泥脫水項(xiàng)目臭氣濃度較高的氨氣以及硫化氫，后端分別設(shè)置化學(xué)除臭酸洗、堿洗塔，用于去除上述2 種臭氣，保證臭氣污染物排放達(dá)標(biāo)。1）低溫干化車間，除臭區(qū)域換氣次數(shù)為10 次/h，除臭風(fēng)量為115600m3/h。2）干污泥料倉除臭區(qū)域換氣次數(shù)為5 次/h，除臭風(fēng)量為1000m3/h。3）緩存濕污泥料除臭區(qū)域換氣次數(shù)為5 次/h，除臭風(fēng)量為75m3/h。

該工程新建生物-化學(xué)除臭系統(tǒng)總風(fēng)量為120000 m3/h，設(shè)規(guī)模為60000 m3/h的生物除臭裝置和化學(xué)除臭裝置各2套，布置于深度脫水車間一層屋頂。

4 設(shè)計(jì)亮點(diǎn)

通過在現(xiàn)有離心脫水的基礎(chǔ)上直接新增低溫干化工藝，最大程度地節(jié)省項(xiàng)目占地及工期，與其他同類型項(xiàng)目相比，采用的工藝具有工藝流程短、設(shè)備銜接簡單、現(xiàn)場管理方便、設(shè)備備用率高以及不會(huì)增加干污泥量等特點(diǎn)。

為平衡離心機(jī)出泥與低溫干化設(shè)備進(jìn)泥的量差，該工程6 套低溫干化設(shè)備共設(shè)置3 座緩存污泥濕料倉，緩存料倉出泥再通過分料螺旋平均分配給2 臺低溫干化設(shè)備。其中，3 臺大型號離心機(jī)與3 座緩存濕料倉一一對應(yīng)，2 臺小號離心機(jī)則分別通過2 條進(jìn)泥管與3 座緩存濕料倉銜接，并通過電動(dòng)插板閥控制出泥方向，當(dāng)單座緩存濕料倉裝滿后自動(dòng)將小號離心機(jī)進(jìn)泥切換至低泥位濕料倉，使5 臺離心機(jī)與6臺低溫干化設(shè)備匹配，單一設(shè)備故障不影響整個(gè)系統(tǒng)的正常工作。

深度處理設(shè)計(jì)保留了原污泥干料倉（存儲80%含水率污泥）及離心脫水機(jī)至該料倉的輸送通道，并通過電動(dòng)刀閘閥切換污泥去向，以確保低溫干化系統(tǒng)故障時(shí)，污泥仍可以通過原處理系統(tǒng)應(yīng)急處理并外運(yùn)，保障污泥處理設(shè)施的生產(chǎn)安全。

5 結(jié)論

該工程在常規(guī)污泥脫水工藝的基礎(chǔ)上，通過新增低溫冷凝干化污泥深度脫水工藝及污泥輸送系統(tǒng)，使該項(xiàng)目污水廠出廠污泥含水率由80%降至40%，減少了污水廠外運(yùn)污泥量，減少后端污泥處置壓力。重點(diǎn)介紹深度脫水工藝的比選及擬采用工藝的優(yōu)劣，推薦工藝具有工藝流程短、現(xiàn)場管理方便、設(shè)備備用率高以及不增加干污泥量等特點(diǎn)，可為同類型項(xiàng)目設(shè)計(jì)提供借鑒。