長(zhǎng)善垸污泥處理處置項(xiàng)目設(shè)計(jì)與運(yùn)營(yíng)經(jīng)驗(yàn)淺談

＊康哲 李彬 殷玲 鄭宏志

（1.中南水務(wù)科技有限公司 湖南 410009 2.長(zhǎng)沙湘江環(huán)境科技有限公司 湖南 410125）

1.項(xiàng)目建設(shè)背景

長(zhǎng)沙市污水廠產(chǎn)生的污泥主要是通過(guò)廠內(nèi)的處理設(shè)施脫水至80%以下后，運(yùn)輸至黑麋峰固廢處理場(chǎng)內(nèi)進(jìn)行最終處置。污泥集中處置一期工程位于長(zhǎng)沙市市固廢處理場(chǎng)西側(cè)，該項(xiàng)目于2011年獲批，2012年開(kāi)工建設(shè)，現(xiàn)已建成試運(yùn)行。該項(xiàng)目設(shè)計(jì)規(guī)模為500t/d，主體工藝為“厭氧消化+脫水+干化”，對(duì)污泥進(jìn)行減量化、無(wú)害化處理，處理后的污泥作為長(zhǎng)沙市城市固體廢棄物處理場(chǎng)覆土。

至2017年底，長(zhǎng)沙市城鎮(zhèn)污水處理廠已建成，總規(guī)模達(dá)到212.5萬(wàn)t/d（長(zhǎng)沙市總規(guī)模251.5萬(wàn)t/d，其中星沙39萬(wàn)t/d），基本達(dá)到滿(mǎn)負(fù)荷運(yùn)行的狀態(tài)。根據(jù)長(zhǎng)沙市排水事務(wù)中心報(bào)表顯示，2017年12月主城區(qū)污水處理廠日產(chǎn)污泥量（80%含水率，余同）達(dá)到約1200t/d，已遠(yuǎn)超污泥集中處置一期工程的處理規(guī)模。超過(guò)處理能力的污泥，通過(guò)場(chǎng)內(nèi)的一個(gè)污泥臨時(shí)攪拌站進(jìn)行固化處理工藝，使污泥含水率降為60%后再進(jìn)行衛(wèi)生填埋處置，日處理量達(dá)500t/d。

根據(jù)長(zhǎng)沙市排水事務(wù)中心2018年長(zhǎng)沙市主城區(qū)污水處理廠污泥統(tǒng)計(jì)報(bào)表（圖1）所示，由于城市污泥及垃圾產(chǎn)量增長(zhǎng)較快，固廢處理場(chǎng)的填埋庫(kù)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(shè)騰地需要，污泥臨時(shí)攪拌站計(jì)劃于2018年6月底進(jìn)行拆除，且場(chǎng)內(nèi)無(wú)地可重建，長(zhǎng)沙市污泥處理、處置存在較大的缺口（約700t/d）。

圖1 2018年長(zhǎng)沙市主城區(qū)污水處理廠日均污泥產(chǎn)量

為緩解長(zhǎng)沙市污泥處理處置壓力，市政府于2018年多次組織召開(kāi)專(zhuān)題研究會(huì)議，于3月底，市政府批示要求盡快在長(zhǎng)善垸水質(zhì)凈化廠和岳麓污水處理廠建設(shè)污泥深度脫水設(shè)施。

2.項(xiàng)目概況

(1)項(xiàng)目簡(jiǎn)介

長(zhǎng)善垸污泥處理處置項(xiàng)目由長(zhǎng)沙水業(yè)下屬全資子公司長(zhǎng)沙湘江環(huán)境有限公司承建及運(yùn)營(yíng)，選址位于長(zhǎng)善垸水質(zhì)凈化廠內(nèi)，一期設(shè)計(jì)規(guī)模為300t/d，項(xiàng)目總投資1.3億元，于2019年10月投產(chǎn)運(yùn)行。項(xiàng)目采用“低溫干化+協(xié)同焚燒”工藝，建設(shè)一座低溫干化深度脫水車(chē)間，建筑面積約2517.79m2，共設(shè)有5條低溫干化線，總?cè)ニ繛?775kg/h，后期在前端加設(shè)高壓帶式機(jī)以保障產(chǎn)能。

(2)干化機(jī)原理介紹

干化機(jī)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(tǒng)使來(lái)自干燥室的濕空氣降溫脫濕，同時(shí)通過(guò)熱泵原理回收水分凝結(jié)潛熱加熱空氣達(dá)到干燥物料目的，而廢氣中的大部分水蒸氣在蒸發(fā)器中冷凝外排[1]。

干化機(jī)主要有以下幾點(diǎn)優(yōu)勢(shì)[2]：

①干化溫度低，環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)較低。低溫干化機(jī)的溫度一般在80℃以下，污泥干化過(guò)程中有機(jī)成分揮發(fā)物產(chǎn)生較少[3]，有效的減少有害氣體的釋放，同時(shí)降低了點(diǎn)火源的點(diǎn)火能量，有效避免干化過(guò)程的爆炸危險(xiǎn)。②易閉式循環(huán)，能量最大化利用。低溫干化機(jī)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(jié)合，在低溫封閉空間實(shí)現(xiàn)干燥過(guò)程中能量循環(huán)利用[4]。③干化過(guò)程簡(jiǎn)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(huán)空氣流量。根據(jù)實(shí)際監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)調(diào)節(jié)干燥劑輸送帶速度與熱泵主機(jī)的運(yùn)行，操作相對(duì)簡(jiǎn)單。④節(jié)能效果顯著。朱有法[5]進(jìn)行閉式熱泵低溫干化污泥生產(chǎn)試驗(yàn)，得出每1kW·h可脫水3.56kg，并對(duì)熱泵低溫干燥、燃?xì)忮仩t與燃煤鍋爐干燥的能耗及經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行了分析，發(fā)現(xiàn)熱泵低溫干化污泥的費(fèi)用僅高于燃煤鍋爐。

(3)項(xiàng)目工藝流程

圖2 長(zhǎng)善垸污泥處理處置項(xiàng)目工藝流程圖

長(zhǎng)善垸水質(zhì)凈化廠的污泥考慮在二期污泥脫水間的料倉(cāng)下增加料斗和污泥泵，通過(guò)污泥泵將污泥輸送至新建深度脫水車(chē)間的濕泥料倉(cāng)。而擬進(jìn)入本工程的其他污水處理廠的污泥，則通過(guò)污泥運(yùn)輸車(chē)運(yùn)輸至新建車(chē)間前的投料平臺(tái)，倒入濕泥料倉(cāng)中。濕泥料倉(cāng)下設(shè)置污泥刮板，將料倉(cāng)的污泥輸送至低溫干化機(jī)中進(jìn)行深度脫水至含水率50%以下，脫水后的污泥通過(guò)螺旋輸送機(jī)、刮板機(jī)輸送至干泥料倉(cāng)，再外運(yùn)至建筑材料廠進(jìn)行協(xié)同焚燒。其中，污泥干化脫水后產(chǎn)生的冷凝水，排入長(zhǎng)善垸水質(zhì)凈化廠內(nèi)的污水管道，進(jìn)入廠區(qū)污水處理系統(tǒng)進(jìn)行處理。

3.項(xiàng)目設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)

(1)污泥泥質(zhì)對(duì)工藝選型的影響

項(xiàng)目設(shè)計(jì)之初對(duì)污泥泥質(zhì)進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果如表1所示：①對(duì)照相關(guān)污泥處置泥質(zhì)要求，可知污泥總砷含量超農(nóng)用泥質(zhì)A級(jí)的限值要求，故不能適用于種植食用農(nóng)作物的耕地，其他指標(biāo)均能滿(mǎn)足其他類(lèi)型處置泥質(zhì)的要求。②污泥有機(jī)質(zhì)較低，含量低于35%，總養(yǎng)分8.13%，如不摻雜餐廚垃圾及其他高有機(jī)質(zhì)的固態(tài)污染物，故不適用于“厭氧消化+土地利用”“好氧發(fā)酵+土地利用”工藝選擇。③污泥燃燒值較低，小于14680kJ/kg[6]，無(wú)法達(dá)到能量平衡，故燃燒工藝必須添加輔助燃料。④對(duì)污水處理廠工藝、納污范圍內(nèi)的污水水質(zhì)進(jìn)行摸排，并結(jié)合運(yùn)行人員的反饋，可知污水處理廠未使用初沉池，納污范圍內(nèi)存在工業(yè)企業(yè)，進(jìn)水水質(zhì)變化波動(dòng)較大，故無(wú)法選擇精細(xì)化或者對(duì)泥質(zhì)要求較高的處理處置工藝。

表1 污泥泥質(zhì)檢測(cè)結(jié)果

(2)污泥處置方式對(duì)全過(guò)程的影響

污泥處置方式的穩(wěn)定可靠性對(duì)整體工藝的選擇起到?jīng)Q定性的作用，應(yīng)綜合考慮污泥泥質(zhì)特征及未來(lái)的變化、當(dāng)?shù)氐耐恋刭Y源及環(huán)境背景狀況、可利用的水泥廠或熱電廠等工業(yè)窯爐狀況、經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展水平等因素，結(jié)合可采用的處理技術(shù)，合理確定本地區(qū)的主要污泥處置方式或組合[7]。

受到長(zhǎng)沙市關(guān)于禁燃區(qū)的相關(guān)要求，主城區(qū)、望城區(qū)和長(zhǎng)沙縣只能燃燒清潔能源，鑒于成本壓力，故無(wú)法選擇燃燒工藝。

對(duì)長(zhǎng)沙市周邊已有污泥處置項(xiàng)目調(diào)研，如湘陰污水處理廠及星沙污水處理廠項(xiàng)目通過(guò)考察得知，末端處置單位必須滿(mǎn)足安全環(huán)保、穩(wěn)定可靠、持續(xù)性、具有較大規(guī)模四個(gè)因素。由于土壤處置使用量無(wú)法持續(xù)，且不確定因素較大，牽扯政府協(xié)調(diào)較廣，故在長(zhǎng)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(diào)節(jié)面較大，且毗鄰影響明顯，鑒于對(duì)方意愿性故不予考慮；對(duì)于陶粒廠及活性炭的污泥處置單位，鑒于產(chǎn)品銷(xiāo)量受到市場(chǎng)影響，故不予考慮；由于水泥廠涉及城市發(fā)展規(guī)劃，且行業(yè)萎縮，遠(yuǎn)期會(huì)進(jìn)行遷移處理，故只能選擇位置較偏遠(yuǎn)的水泥廠；同時(shí)對(duì)周邊大型磚廠進(jìn)行調(diào)查，同樣面臨毗鄰影響，故只能選擇位置較偏遠(yuǎn)的大型磚廠。因此在末端處置的單位均集中于偏遠(yuǎn)水泥廠及大型磚廠，其對(duì)污泥含水率要求在40%以下，并結(jié)合項(xiàng)目?jī)?nèi)外部因素及經(jīng)濟(jì)效益，故選擇低溫干化工藝作為深度脫水處理工藝。

(3)應(yīng)急處置對(duì)設(shè)備選型的影響

污泥不同于污水，污水處理有統(tǒng)一的排放標(biāo)準(zhǔn)，明確的排放去向，也有常規(guī)的污水應(yīng)急處置措施，污泥的應(yīng)急處置靈活性要求更高。因污水量變化較大，污泥量也會(huì)有較大波動(dòng)，必須設(shè)置緩沖料倉(cāng)進(jìn)行短期儲(chǔ)存，在緩沖料倉(cāng)的容量上要充分考慮污泥波動(dòng)最大值及未來(lái)污泥增量波動(dòng)最大值，保障后段工藝的持續(xù)穩(wěn)定。同時(shí)，需采取外送填埋作為最重要的托底保障措施。

4.項(xiàng)目運(yùn)營(yíng)經(jīng)驗(yàn)

(1)污泥惡臭對(duì)整體運(yùn)營(yíng)的影響

在污泥干化過(guò)程中，污泥干化所釋放的物質(zhì)包括了硫氮雜原子氣體、小分子烴類(lèi)氣體、氯代、類(lèi)氣體、芳香類(lèi)氣體等[8]，特別是其中產(chǎn)生的硫化氫、苯系物、氨氣對(duì)生產(chǎn)工人及周邊環(huán)境影響較大。實(shí)際運(yùn)行中，定期清理維護(hù)干化設(shè)備時(shí)需要打開(kāi)箱體，密封于干化機(jī)內(nèi)部的臭氣逸散至干化車(chē)間內(nèi)，造成干化車(chē)間內(nèi)的臭味較重。對(duì)車(chē)間進(jìn)行檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)各監(jiān)測(cè)點(diǎn)的臭氣濃度和甲烷濃度大部分時(shí)刻超過(guò)《惡臭污染物排放標(biāo)準(zhǔn)（GB 14554-93）》的二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，氨氣濃度接近限值。為防止毗鄰效應(yīng)，后期增設(shè)一套35000m3/h風(fēng)量除臭設(shè)備進(jìn)行整體搜集處理，采用“生物洗滌+UV光催化氧化”工藝。

同時(shí)，濕污泥和干污泥在卸料區(qū)域設(shè)計(jì)未考慮封閉措施，卸料過(guò)程中污泥散發(fā)的臭氣直接散逸在空氣中，臭味明顯，影響廠區(qū)環(huán)境。

(2)污泥泥質(zhì)對(duì)整體運(yùn)行的影響

在除濕單元和干燥單元之間存在對(duì)流傳熱傳質(zhì)，熱風(fēng)中帶有粉塵、腐蝕性氣體及水分，易于在干燥單元的蒸發(fā)器和冷凝器表面沉積，降低熱泵熱傳遞效率。因此，每條生產(chǎn)線需每?jī)芍苓M(jìn)行一次大維護(hù)，主要維護(hù)設(shè)備為翅片冷凝器、板式/袋式過(guò)濾器、表冷器、上下層網(wǎng)帶、循環(huán)風(fēng)機(jī)、隔離孔板、回?zé)崞鞯仍O(shè)備，需要停機(jī)5h以上多人進(jìn)行清灰、檢查處理。

污泥泥質(zhì)不是恒定的，特別是高礦物油含量會(huì)增加污泥出現(xiàn)“糖心”現(xiàn)象，容易導(dǎo)致污泥切條造粒狀態(tài)不佳，在干化機(jī)網(wǎng)帶上板結(jié)，大幅度增加干化難度，因此在實(shí)際生產(chǎn)中，污泥切條造粒應(yīng)盡量分散，成型顆粒盡量小，以增加接觸熱面積，對(duì)干燥效率起到關(guān)鍵作用。同時(shí)，在生產(chǎn)巡檢中需重點(diǎn)關(guān)注干化機(jī)污泥切條造粒成型狀態(tài)，對(duì)出現(xiàn)污泥黏糊團(tuán)狀和塊狀進(jìn)行警示，必要時(shí)添加改性劑和采取返混措施。

由于污泥中纖維質(zhì)含量較高，增大了污泥運(yùn)輸設(shè)備的損耗，如螺旋葉片及底襯、刮板及鏈條等，應(yīng)盡量降低污泥機(jī)械運(yùn)輸距離。同時(shí)，切條機(jī)及其附屬配件的日常清理工作也較原計(jì)劃增加，嚴(yán)重時(shí)需要拆卸銅梳清理，也需要停機(jī)清理。因此，實(shí)際整套系統(tǒng)年度有效生產(chǎn)時(shí)間在7500～8000h，在設(shè)備選型中務(wù)必作為重要因素進(jìn)行考慮。

(3)幾點(diǎn)細(xì)節(jié)因素對(duì)整體運(yùn)行的影響

①熱泵效能的影響：低溫干化機(jī)的箱體為封閉狀態(tài)，在低溫干化中會(huì)產(chǎn)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(tǒng)接觸設(shè)備如蒸發(fā)器，冷凝器等關(guān)鍵部件腐蝕耐受度面臨考驗(yàn)，部件故障將會(huì)一定程度上造成效能降低，進(jìn)而導(dǎo)致脫水量的降低而影響產(chǎn)能，增大政府結(jié)算過(guò)程中經(jīng)濟(jì)測(cè)算的實(shí)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(cāng)中儲(chǔ)存，易受到返潮影響，特別是冬天，其含水率比干化機(jī)內(nèi)含水率高3%～5%，污泥黏度增加，在干料倉(cāng)中易板結(jié)，也增加污泥運(yùn)輸車(chē)輛卸料的難度，因此建議在干料倉(cāng)設(shè)計(jì)之初需增加除潮設(shè)施。

③環(huán)境溫度的影響：整個(gè)低溫干化系統(tǒng)對(duì)天氣溫度環(huán)境變化的適應(yīng)能力不強(qiáng)，導(dǎo)致含水率和產(chǎn)能也受天氣影響而波動(dòng)大。尤其是冬季環(huán)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(jié)，引起產(chǎn)能下降。通過(guò)積累運(yùn)行數(shù)據(jù)，掌握春夏秋冬不同季節(jié)運(yùn)行參數(shù)設(shè)定值，同時(shí)日常運(yùn)行中及時(shí)關(guān)注天氣預(yù)報(bào)氣溫變化，提早介入調(diào)整參數(shù)，如適當(dāng)提高干化機(jī)前段模塊熱泵的兩級(jí)熱泵壓縮機(jī)工作投入時(shí)間，并通過(guò)相應(yīng)技術(shù)改造在濕料倉(cāng)區(qū)域增設(shè)預(yù)熱裝置，在干化前提高污泥自身的溫度，精準(zhǔn)掌握干化設(shè)備冷卻系統(tǒng)內(nèi)循環(huán)回水溫度最佳區(qū)間值等。

5.總結(jié)

污泥處理處置應(yīng)遵守“安全環(huán)保、循環(huán)利用、節(jié)能降耗、因地制宜、穩(wěn)妥可靠”的基本原則[7]。長(zhǎng)善垸污泥處理處置項(xiàng)目有其獨(dú)特性，作為初入污泥處理處置行業(yè)，在安全環(huán)保的前提下，因地制宜選擇穩(wěn)妥可靠的處置工藝，進(jìn)而反推處理工藝。其作為初入固廢處理處置行業(yè)的首個(gè)項(xiàng)目，設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)不足，需在后期運(yùn)營(yíng)中不斷完善，在后續(xù)第二期污泥處理處置項(xiàng)目建設(shè)中需強(qiáng)化在工藝流程、設(shè)備選型及現(xiàn)場(chǎng)考察的研究，重點(diǎn)考慮風(fēng)險(xiǎn)影響，特別是超量污泥的應(yīng)急處理及設(shè)備實(shí)際產(chǎn)能，避免廠家自圓其說(shuō)。項(xiàng)目建設(shè)要與后期生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)深度結(jié)合起來(lái)，才能更好的發(fā)揮項(xiàng)目持久的經(jīng)濟(jì)價(jià)值及社會(huì)效應(yīng)。