低溫真空脫水干化技術(shù)在大型地埋式污水廠中的應(yīng)用

張 宇

（中鐵四局集團(tuán)第三建設(shè)有限公司，天津 300163）

近年來，隨著國家對環(huán)保要求的不斷提高，全國污水處理規(guī)模不斷提升，污泥作為污水處理的重要產(chǎn)物，總產(chǎn)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(chǎn)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(zhì)，如果這不經(jīng)過處理直接排放，將會造成污染影響環(huán)境，如何有效處理污泥是污水處理廠行發(fā)展面臨著的嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)[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(wèi)生填埋的方法，污泥的衛(wèi)生填埋并不能最終避免環(huán)境污染，而只是延緩了產(chǎn)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(qū)甚至堅決反對新建填埋場。以上種種因素限制了污泥的衛(wèi)生填埋場的發(fā)展[4]。

《城鎮(zhèn)污水處理廠污泥處理處置技術(shù)指南》已明確指出干化和焚燒應(yīng)聯(lián)合應(yīng)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(xiàn)階段采用的污泥干化技術(shù)大部分采用間接加熱干化技術(shù)，如槳葉式、薄層式、圓盤式都存在耗能、耗時、占地和需要預(yù)處理等多種缺陷。低溫真空脫水干化成套技術(shù)作為一種新型技術(shù)，利用真空低溫蒸發(fā)水分的原理，具有節(jié)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(shù)要求。本文以位于廣東省廣州市江高區(qū)內(nèi)凈水廠實例進(jìn)行闡述。

1 工程概況

某凈水廠位于廣東省廣州市江高區(qū)內(nèi)，污水處理設(shè)計總規(guī)模為16萬m3/d，采用MBR處理工藝，設(shè)計排放標(biāo)準(zhǔn)為GB 18918—2002《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》級A標(biāo)準(zhǔn)和GB 3838—2002《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》地表V類水標(biāo)準(zhǔn)的兩者較嚴(yán)值；污泥處理規(guī)劃處理能力為112 t/d（以含水率80%計），設(shè)計3條污泥脫水干化生產(chǎn)線，單條生產(chǎn)線成產(chǎn)規(guī)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(shù)

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(jié)構(gòu)，最大范圍的節(jié)約用地。項目緊鄰生活區(qū)域，環(huán)保要求高，最終選用低溫真空脫水干化成套技術(shù)裝備對污泥進(jìn)行脫水干化處理。

2.1 主要技術(shù)優(yōu)勢

1）源頭減量。將污泥脫水和干化在同一設(shè)備中完成，在污水廠內(nèi)實現(xiàn)污泥源頭減量。

2）常規(guī)藥劑。采用常規(guī)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(tǒng)為污泥脫水干化系統(tǒng)供熱，充分利用污水廠產(chǎn)水的熱能，環(huán)保節(jié)能。

4）安全可靠。脫水及干化過程污泥處于靜止?fàn)顟B(tài)，無摩擦和粉塵產(chǎn)生；加熱介質(zhì)為不高于85℃的熱水，系統(tǒng)無燃爆隱患。

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

6）環(huán)境優(yōu)好。通過多手段收集和處理臭氣，確保污泥處理車間環(huán)境友好。

2.2 系統(tǒng)組成與工藝流程

污泥低溫真空脫水干化成套技術(shù)主要由污泥調(diào)質(zhì)系統(tǒng)、主機系統(tǒng)、進(jìn)料系統(tǒng)、熱水系統(tǒng)、真空冷卻系統(tǒng)、空壓系統(tǒng)、物料輸送系統(tǒng)、除臭系統(tǒng)、輔助系及自控系統(tǒng)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(chǎn)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(jīng)調(diào)節(jié)池調(diào)質(zhì)后，利用污泥螺桿泵輸送至污泥處理系統(tǒng)依次完成進(jìn)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(chǎn)生的壓力使過濾液體通過介質(zhì)外排，完成液體和固體分離，實現(xiàn)脫水干化達(dá)到30%～40%含水率的目標(biāo)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(dāng)濾室充滿濾料時，初進(jìn)料階段結(jié)束；

2）第二階段為密實成餅階段，經(jīng)隔膜板產(chǎn)生的高壓水破壞物料顆粒間搭接狀態(tài)，使濾餅細(xì)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(jìn)料孔和管內(nèi)殘留污泥吹壓至儲泥池內(nèi)，同時對濾餅縫隙之間的水進(jìn)行氣壓置換，使濾餅縫隙之間的水進(jìn)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(jìn)行真空處理，使其形成負(fù)壓狀態(tài)，從而降低水的沸點[5]，濾餅中的水分能在低沸點狀態(tài)下快速形成水蒸氣被真空泵抽出，經(jīng)冷凝器、緩沖罐氣水分離后，液態(tài)水進(jìn)入儲液罐定期排放，尾氣經(jīng)除臭處理后達(dá)標(biāo)排放。

經(jīng)進(jìn)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(xiàn)污泥的減量化[6]；最后通過干污泥輸送系統(tǒng)自動轉(zhuǎn)運至地面，外運處置。

2.3 脫水效果

污泥經(jīng)進(jìn)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(xiàn)項目建設(shè)前期污泥減量化、安全、環(huán)保的目標(biāo)，同時提高了后續(xù)污泥焚燒處理效率。經(jīng)干化后的污泥熱值按照8 778 kJ/kg計算，相當(dāng)于0.3 kg左右標(biāo)準(zhǔn)煤。每噸干化污泥理論發(fā)電量約為833 kW·h，可節(jié)約300 kg左右標(biāo)準(zhǔn)煤（標(biāo)準(zhǔn)煤熱值按照29 260 kJ/kg，標(biāo)準(zhǔn)煤發(fā)電量按照360 g/（kW·h）計算）。

污泥干化產(chǎn)生的濾液排入廠區(qū)內(nèi)的污水管，然后進(jìn)入污水處理系統(tǒng)進(jìn)行處理，對外界環(huán)境不產(chǎn)生影響。

3 結(jié)語

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