小型污水處理廠污泥深度脫水設(shè)計(jì)探究

摘要：本文主要介紹小型污水處理廠進(jìn)行污泥深度脫水的技術(shù)應(yīng)用情況，并分析從污泥調(diào)理和污泥脫水等環(huán)節(jié)關(guān)鍵設(shè)計(jì)點(diǎn)。通過(guò)工程實(shí)踐表明，采用高壓隔膜板框工藝可以解決小型污水處理廠污泥深度脫水的難題，降低污泥的含水率，達(dá)到填埋污泥含水率不大于60%的要求。

關(guān)鍵詞：小型污水處理廠；污泥深度脫水；高壓隔膜板框；污泥調(diào)理

中圖分類(lèi)號(hào)：X703 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2095-672X（2018）07-0051-02

DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2018.07.027

Study on deep dewatering design of sewage sludge in small sewage treatment

Ke Xiancheng

（Guangzhou Zhongda Environmental Management Engineering Co.， Ltd.， Guangzhou Guangdong 510335， China）

Abstract： This paper mainly introduces the technical application of deep sludge dewatering in small-scale sewage treatment plants， and analyzes the key design points such as sludge conditioning and sludge dewatering. Through engineering practice， it has been shown that high-pressure diaphragm-frame technology can solve the problem of deep dewatering of small-scale sewage treatment plants， reduce the moisture content of sludge， and meet the requirement that the moisture content of landfill sludge should not exceed 60%.

Keywords：Small-scale sewage treatment plant； Deep dewatering of sludge； High-pressure diaphragm frame；Sludge conditioning

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)的快速發(fā)展，城市化、工業(yè)化進(jìn)程步伐不斷加快，城市污水處理廠逐漸普及，污泥產(chǎn)量持續(xù)快速增加。據(jù)住建部統(tǒng)計(jì)，截止至2016年底，我國(guó)縣級(jí)以上污水處理廠的數(shù)量3976座，日處理能力達(dá)1.7億m3，城鎮(zhèn)污水處理廠興建以及污水處理能力和處理率都呈現(xiàn)大幅度增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)。污水處理和污泥處理在解決城鎮(zhèn)水污染問(wèn)題中是同樣重要而又聯(lián)系緊密的兩個(gè)系統(tǒng)，污泥作為污水處理的“衍生品”，隨著污水處理量的增加而急劇增加。2015年我國(guó)市政污泥（含水率為80%）產(chǎn)量達(dá)3500萬(wàn)t，至2020年，市政污泥將達(dá)到6000～9000萬(wàn)t。污泥處理和處置要實(shí)現(xiàn)減量化、無(wú)害化及資源化，達(dá)到節(jié)能減排和發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)的處置目標(biāo)。污泥的最終處置和利用的主要途徑有填埋、土地利用和制建材等，目前我國(guó)常用的處置方式是填埋和土地利用[1]。近年來(lái)，由于城鎮(zhèn)化戰(zhàn)略的大力實(shí)施，國(guó)家及各級(jí)政府相繼出臺(tái)了政策文件，小型污水處理廠的數(shù)量劇增，其污泥處理及處置也逐漸成為污水處理不可忽視的環(huán)節(jié)。對(duì)于小型污水處理廠來(lái)說(shuō)，由于規(guī)模較小，技術(shù)和管理的限值較多，采用最多的是填埋處置。隨著相關(guān)規(guī)范要求的提高，《生活垃圾填埋場(chǎng)控制標(biāo)準(zhǔn)》（GB16889-2008）和《城鎮(zhèn)污水處理廠污泥處置 混合填埋用泥質(zhì)》（GB/T23485-2009）均對(duì)填埋污泥含水率提出含水率不大于60%的要求。在小型污水處理廠的污泥處理中，采用污泥調(diào)理和高壓隔膜板框壓濾的工藝可將污泥含水率降到60%以下。

1 污泥中水的去除

污水處理廠排出的剩余污泥一般含水率在99%以上，污泥體積大，對(duì)于污泥的后續(xù)處理造成困難，通過(guò)濃縮能夠減少污泥的體積，節(jié)省污泥處理處置費(fèi)用。污水處理廠剩余污泥中含有大量的水、微生物細(xì)胞及其胞外聚合物，污泥中所含水分大致分為四類(lèi)：間隙水、表面吸附水、毛細(xì)結(jié)合水和內(nèi)部結(jié)合水。這四種水除了間隙水可以以物理方式壓濾以外，其他三種水表面被強(qiáng)大的負(fù)電子包裹著，不能以物理壓濾析出。顆粒間的間隙水，約占污泥水分的70%；毛細(xì)水結(jié)合水約占20%，顆粒的吸附水及顆粒內(nèi)部水約占10%。污泥濃縮的主要對(duì)象是間隙水，通過(guò)重力即可脫除該部分水量，大大降低污泥的體積[2]。要進(jìn)一步降低污泥的含水率，必須考慮脫除表面吸附水和毛細(xì)結(jié)合水，脫除這部分水必須要有較高的機(jī)械作用力和能量。機(jī)械脫水是污泥脫水的主要方式，常用的脫水機(jī)械模式有帶式壓濾、真空過(guò)濾、板框壓濾和離心脫水等。這些傳統(tǒng)的機(jī)械脫水設(shè)備只能將污泥脫水至含水率80%左右，而繼續(xù)降低污泥含水率至60%以下，可以減少污泥產(chǎn)生量50%以上，顯著提高污泥減量化水平，同時(shí)降低運(yùn)輸難度，節(jié)約運(yùn)輸和處置成本。

要進(jìn)一步脫除表面吸附水和毛細(xì)結(jié)合水，就必須脫除污泥顆粒表面的結(jié)合水。污泥顆粒帶負(fù)電荷，與表面裹著的水合層形成一種穩(wěn)定的膠體懸浮液，由于親水性膠體粒子形成雙電層，它與水的親和力很強(qiáng)，因此沉降性能和脫水性能很差，導(dǎo)致污泥中固體和水的分離比較難。因此，在機(jī)械脫水前必須對(duì)污泥采取一定的調(diào)理措施來(lái)改善污泥的脫水性能。

2 污泥調(diào)理

污泥調(diào)理的方法主要有化學(xué)調(diào)理法、淘洗法、熱處理法及冷凍法等，對(duì)于小型污水處理廠來(lái)說(shuō)，化學(xué)調(diào)理法是經(jīng)濟(jì)適用的?；瘜W(xué)調(diào)理是通過(guò)向污泥中投加調(diào)理劑，產(chǎn)生電性中和和吸附架橋的作用，破壞污泥膠體顆粒的穩(wěn)定，使分散的小顆粒之間相互聚集形成大顆粒，從而改變污泥的脫水性能。

常用的化學(xué)調(diào)理劑有無(wú)機(jī)調(diào)理劑、高分子調(diào)理劑。無(wú)機(jī)調(diào)理劑主要有鋁鹽（硫酸鋁及三氯化鋁等）和鐵鹽（三氯化鐵等），三氯化鐵由于其高腐蝕性和污染性，都嚴(yán)格限制污泥的后續(xù)處置。高分子調(diào)理劑主要以有機(jī)高分子絮凝劑為主，通過(guò)長(zhǎng)分子可構(gòu)成污泥顆粒之間的“架橋”作用，并且形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，起到網(wǎng)羅作用，促進(jìn)凝聚過(guò)程，提高脫水性能。經(jīng)過(guò)比較分析，采用聚合氯化鋁（PAC）和陽(yáng)離子型聚丙烯酰胺（CPAM）作為調(diào)理劑是經(jīng)濟(jì)適用的選擇。

針對(duì)小型污水處理廠的調(diào)理劑，經(jīng)過(guò)比較分析，推薦采用聚合氯化鋁（PAC）和陽(yáng)離子型聚丙烯酰胺（CPAM）作為調(diào)理劑，先投加聚合氯化鋁，鋁離子水解形成膠體羥基聚合物或氫氧化物沉淀，通過(guò)靜電粘附、網(wǎng)捕等作用，改變大顆粒污泥的穩(wěn)定性，卷掃小顆粒污泥，形成有一定承載力的絮體顆粒。陽(yáng)離子型聚丙烯酰胺為助凝劑通過(guò)形成多網(wǎng)格狀的骨架，增強(qiáng)絮體的強(qiáng)度，降低可壓縮性，在壓濾機(jī)的高壓擠壓下，仍可保持透水性濾層。

3 高壓隔膜脫水技術(shù)

高壓隔膜脫水系統(tǒng)包括高壓進(jìn)料泵、隔膜壓榨泵、空壓機(jī)、冷干機(jī)、反吹氣罐等配套設(shè)施，其基本結(jié)構(gòu)和普通廂式壓濾機(jī)所不同的是一塊軟性的隔膜被固定在支撐濾板上。隔膜材料包括聚丙烯、合成橡膠或熱縮性合成橡膠（TPE）。隔膜是不滲透的，完成過(guò)濾工序后，用以擠壓濾室內(nèi)的濾餅。液體或氣體（壓縮空氣）作為隔膜擠壓介質(zhì)。為了最大程度地保護(hù)壓濾機(jī)，不同擠壓介質(zhì)采用了特殊的安全系統(tǒng)[3]。擠壓壓力可達(dá)30bar，在特殊情況下，可允許更高的壓力。相比普通廂式壓濾機(jī)具有以下優(yōu)勢(shì)：采用可變?yōu)V室隔膜壓榨技術(shù)，脫水污泥含水率顯著降低；采用可變?yōu)V室隔膜壓榨技術(shù)，提高了過(guò)濾效率，過(guò)濾周期大幅縮短，處理能力顯著增大；壓濾系統(tǒng)比普通廂式壓濾機(jī)系統(tǒng)能耗節(jié)省60%左右，節(jié)能效果明顯。

濾布是板框式壓濾機(jī)的“心臟”，板框式壓濾機(jī)的過(guò)濾效果主要決定于所選的濾布是否恰當(dāng)。濾布常用材質(zhì)有丙綸濾布、滌綸濾布、錦綸濾布和維綸濾布，實(shí)際使用中以丙綸濾布和錦綸濾布比較常用[4]。

4 應(yīng)用案例

4.1 項(xiàng)目簡(jiǎn)介

以粵東某鎮(zhèn)污水處理廠工程為例，簡(jiǎn)要介紹小型污水處理廠污泥壓濾脫水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。該鎮(zhèn)級(jí)污水處理廠遠(yuǎn)期總體規(guī)模為1.5萬(wàn)t/d，其中首期為0.5萬(wàn)t/d。污泥處理系統(tǒng)土建構(gòu)筑物按照總體規(guī)模一次建成，設(shè)備按照首期規(guī)模進(jìn)行配置，預(yù)留遠(yuǎn)期設(shè)備安裝位置。污水處理采用改良A2/O工藝，根據(jù)設(shè)計(jì)進(jìn)出水水質(zhì)及采用的污水處理工藝，計(jì)算遠(yuǎn)期剩余污泥量1.86tDS/d，污泥處理工藝流程：

4.2 主要構(gòu)筑物及設(shè)計(jì)參數(shù)

（1）污泥濃縮池：1座，進(jìn)泥含水率99.2%，污泥負(fù)荷48kg/（m2·d），水力停留時(shí)間14h，配置?7m懸掛式中心傳動(dòng)濃縮刮泥機(jī)1臺(tái)。

（2）污泥調(diào)理罐：1座，有效容積12m3，采用間歇操作，機(jī)械攪拌，污泥調(diào)理時(shí)間15min。調(diào)理劑采用PAC和CPAM，其中聚合氯化鋁按照4kg/tDS進(jìn)行投加，采用固體聚合氯化鋁粉末溶解配置，配制濃度10%；CPAM按照3kg/tDS進(jìn)行投加，采用固體片狀溶解配置，配制濃度0.1%。

（3）污泥進(jìn)料系統(tǒng)：近期安裝3臺(tái)污泥螺桿泵，2用1備，流量18m3/h，揚(yáng)程1.2MPa。進(jìn)料過(guò)程是個(gè)變頻控制過(guò)程，初期低壓力大流量（1～2min），避免初始過(guò)濾阻力太大，形成濾餅夾心。

（4）污泥壓濾系統(tǒng)：污泥脫水間按照配置3臺(tái)高壓隔膜板框壓濾機(jī)布置，近期安裝2臺(tái)考慮1用1備，遠(yuǎn)期增加1臺(tái)。近期安裝2臺(tái)過(guò)濾面積為80m2高壓隔膜板框壓濾機(jī)，選配自動(dòng)拉板功能。進(jìn)料壓力≤1.2MPa，隔膜壓榨壓力≤1.6MPa，反吹壓力≤0.8MPa。每天工作2班，每班工作時(shí)間8h。濾板材質(zhì)為增強(qiáng)聚丙烯，濾布為濾布材質(zhì)為錦綸。

（5）污泥壓榨系統(tǒng)：每臺(tái)壓濾機(jī)配置1臺(tái)多級(jí)離心泵，流量4m3/h，揚(yáng)程1.6MPa。共用1臺(tái)5m3清水儲(chǔ)水罐。

（6）污泥反吹系統(tǒng)：配置1臺(tái)空氣壓縮機(jī)，壓力0.8MPa，并配套冷干機(jī)；配置1臺(tái)4m3儲(chǔ)氣罐提供壓濾機(jī)吹掃氣源。

（7）污泥儲(chǔ)存系統(tǒng)：在每臺(tái)壓濾機(jī)下安裝電動(dòng)液壓推桿泥斗，每臺(tái)泥斗容積4m3。由運(yùn)泥車(chē)直接下料裝車(chē)外運(yùn)填埋。

4.3 實(shí)際運(yùn)行效果及技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)

該項(xiàng)目污泥脫水系統(tǒng)2016年10月完成安裝和調(diào)試，2017年3月進(jìn)行正式進(jìn)泥脫水，一年多以來(lái)運(yùn)行穩(wěn)定。常規(guī)污泥脫水周期為8～10h，經(jīng)脫水后污泥含水率一般在56%～60%。

本項(xiàng)目運(yùn)行以來(lái)日均產(chǎn)生污泥量1.78t，運(yùn)行成本電耗32元/t，調(diào)理藥劑成本75元/t，運(yùn)輸費(fèi)用24元/t噸，其他成本11元/t，合計(jì)142元/t。

5 結(jié)論

（1）采用高壓隔膜板框進(jìn)行污泥深度脫水可解決小型污水處理廠污泥處理問(wèn)題，處理后污泥含水率降到60%以下，可滿足填埋場(chǎng)的要求。

（2）污泥深度脫水前應(yīng)采用污泥濃縮和污泥調(diào)理等預(yù)處理手段，污泥調(diào)理可結(jié)合小型污水處理廠的特點(diǎn)，采用聚合氯化鋁和聚丙烯酰胺作為調(diào)理劑，按照最佳用量進(jìn)行投加可保證較好的調(diào)理效果。

（3）通過(guò)實(shí)際應(yīng)用案例表明，高壓隔膜板框進(jìn)行深度脫水可取得較好的運(yùn)行效果，發(fā)揮過(guò)濾速度快、自動(dòng)化程度高、性能穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，是小型污水處理廠污泥深度脫水設(shè)備的理想選擇。

參考文獻(xiàn)

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[3]陳曉敏，孫斌等.淺談污泥調(diào)理加板框壓濾深度脫水技術(shù)[J].節(jié)能環(huán)保，2013，16（8）：30-31.

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收稿日期：2018-05-04

作者簡(jiǎn)介：柯賢成（1978-），男，本科，工程師，研究方向?yàn)槌鞘形鬯幚砗臀勰嗵幹谩?/p>