某污水廠污泥脫水系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)中的設(shè)備選型

朱春鳳，李士松

（中國(guó)市政工程華北設(shè)計(jì)研究總院有限公司，天津 300381）

1 引言

隨著我國(guó)倡導(dǎo)低碳、循環(huán)發(fā)展，推進(jìn)污水廠提標(biāo)改造等政策的實(shí)施，我國(guó)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(shí)際情況不容樂(lè)觀。對(duì)于我國(guó)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(shè)備的整體水平，推動(dòng)我國(guó)污泥處理行業(yè)的穩(wěn)定健康發(fā)展[1]。

隨著國(guó)家對(duì)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(shè)投產(chǎn)的逐步完善，污泥處理問(wèn)題逐漸被重視起來(lái)。城市污水處理廠產(chǎn)生的污泥中含有大量的有機(jī)物，豐富的氮、磷營(yíng)養(yǎng)物、重金屬以及各種致病微生物，必須對(duì)其進(jìn)行穩(wěn)定化、無(wú)害化處理處置[2]。

近年來(lái)，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(duì)該污水廠污泥處理系統(tǒng)提出切實(shí)可行的優(yōu)化設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)處理能力為1.0×105m3/d?，F(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(jīng)脫水后的污泥含固率約為20%，泥餅外運(yùn)至垃圾填埋場(chǎng)。

圖1 現(xiàn)狀污泥脫水工藝流程圖

3 實(shí)際運(yùn)行情況及存在問(wèn)題

3.1 主要運(yùn)行數(shù)據(jù)

根據(jù)調(diào)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(chǎn)泥量為30～53 t/d（含水率為80%），經(jīng)計(jì)算得到平均水產(chǎn)泥率約為5.64×10-4t/m3污水，平均產(chǎn)泥量約為42 t/d。該廠污泥產(chǎn)量現(xiàn)狀情況詳見(jiàn)圖2。

圖2 2016 年1 月—2017 年9 月該污水處理廠日均污泥產(chǎn)量

根據(jù)資料顯示，該污水處理廠實(shí)際污泥產(chǎn)量最大達(dá)53 t/d（含水率為80%，對(duì)應(yīng)水量為7.98×104m3/d），且整體呈逐年遞增趨勢(shì)。

3.2 存在問(wèn)題

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

如果處理不當(dāng)，讓其造成二次污染或進(jìn)入人類的食物鏈，則勢(shì)必會(huì)形成比污水危害更大的污染。近年來(lái)，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(yùn)往垃圾填埋場(chǎng)與城市垃圾混合填埋，如此高含水率的污泥進(jìn)入填埋場(chǎng)后將留下了很多安全隱患。

由于脫水設(shè)備本身原理限制及實(shí)際運(yùn)行情況，無(wú)法保證脫水效果達(dá)到含水率小于60%。為了有效降低污泥含水率，針對(duì)該污水廠污泥處理系統(tǒng)提出切實(shí)可行的優(yōu)化設(shè)計(jì)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(chǎn)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(duì)該污水處理廠脫水污泥進(jìn)行穩(wěn)定化處理，達(dá)到GB 18918—2002《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》及GB/T 23485—2009《城鎮(zhèn)污水處理廠污泥處置—混合填埋用泥質(zhì)》后進(jìn)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(guò)渡方式。

4.2 污泥處理方案的確定

國(guó)內(nèi)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(shù)，污泥處理方案技術(shù)比選詳見(jiàn)表1。

表1 污泥處理方案技術(shù)比選

通過(guò)表1 可知，污泥焚燒是污泥減量化最徹底的方式。但要實(shí)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(jìn)焚燒爐之前，都必須經(jīng)過(guò)熱干化處理，熱干化的成本通常都很高；另外，污泥焚燒對(duì)設(shè)備、管理的要求很高，其焚燒產(chǎn)生的煙氣處理也是一大難題[4]。

好氧堆肥是實(shí)現(xiàn)污泥資源化利用的有效方式，但堆肥過(guò)程比較緩慢，而且污泥堆肥占地面積較大，設(shè)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(jī)及其配套附屬設(shè)備）即可。工程量小，投資少，運(yùn)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(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的要求，并且具有投資少、見(jiàn)效快、運(yùn)行成本低等優(yōu)點(diǎn)。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(shè)計(jì)及設(shè)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(jiàn)圖3。由圖3 可知，該廠實(shí)際污泥產(chǎn)量最大達(dá)到了53 t/d，但該污泥量與設(shè)計(jì)值146 t/d 相差較大。結(jié)合該市污水處理廠現(xiàn)狀和規(guī)劃資料，并考察進(jìn)水水質(zhì)類似的同等規(guī)模污水處理廠污泥系統(tǒng)運(yùn)行情況，經(jīng)過(guò)多次充分討論研究后，為避免一次性投資過(guò)大，避免部分設(shè)備的閑置造成浪費(fèi)，最終確定本次污泥處置工程設(shè)計(jì)規(guī)模為75 t/d（含水率80%），即絕干泥量為15 t/d。并為遠(yuǎn)期擴(kuò)容預(yù)留場(chǎng)地空間。

圖3 優(yōu)化設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)

在泥區(qū)新建污泥深度脫水間1 座，內(nèi)設(shè)污泥濃縮機(jī)、調(diào)理池、高壓廂式隔膜板框壓濾機(jī)等，平面尺寸31.5 m×15 m；調(diào)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(shè)計(jì)目標(biāo)為：脫水后污泥含水率小于60%。

5.3 壓濾機(jī)設(shè)備選型及參數(shù)設(shè)計(jì)

5.3.1 隔膜壓濾機(jī)選型計(jì)算

隔膜壓濾機(jī)選型計(jì)算依據(jù)為日處理絕干泥18.0 t。詳見(jiàn)表2。

表2 隔膜壓濾機(jī)選型計(jì)算

通過(guò)計(jì)算選用450/1 500 型全自動(dòng)隔膜廂式壓濾機(jī)2 臺(tái)，可滿足污水處理廠的日常處理需求。

5.3.2 隔膜壓濾機(jī)的主要性能參數(shù)

450/1 500 型全自動(dòng)隔膜廂式壓濾機(jī)參數(shù)見(jiàn)表3。

表3 450/1 500 型全自動(dòng)隔膜廂式壓濾機(jī)主要參數(shù)

5.4 配套設(shè)備選型及參數(shù)設(shè)計(jì)

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

調(diào)理池?cái)嚢铏C(jī)：共2 臺(tái)（全部使用），變頻，3 層槳葉，不銹鋼材質(zhì)，配電功率22 kW。

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

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

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

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

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

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

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

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

PAC 儲(chǔ)罐：共1 個(gè)，V=20 m3。

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

儲(chǔ)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(jī)：共2 臺(tái)（全部使用），單臺(tái)性能：L=18 m，配電功率22 kW。

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

6 結(jié)語(yǔ)

該污水處理廠污泥處理系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)工程作為該市基礎(chǔ)設(shè)施的重要組成部分，本工程的建設(shè)是必要的、可行的、迫在眉睫。采用先進(jìn)可行的技術(shù)手段，對(duì)污泥進(jìn)行有效的處理處置，是實(shí)現(xiàn)社會(huì)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(tuán)隊(duì)經(jīng)過(guò)充分的市場(chǎng)調(diào)查，總結(jié)該污泥處理系統(tǒng)多年來(lái)的運(yùn)行情況及存在問(wèn)題，經(jīng)過(guò)充分的論證分析，對(duì)該污水廠的污泥處理系統(tǒng)進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，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(duì)隔膜壓濾機(jī)及其配套設(shè)備進(jìn)行了嚴(yán)格的設(shè)備選型和參數(shù)設(shè)計(jì)。

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(duì)提高該市的工業(yè)生產(chǎn)和人民生活起著重要的保障作用，并將帶來(lái)顯著的環(huán)境效益和社會(huì)效益。