深圳市某污水處理廠污泥深度脫水工藝設(shè)計

王宇婷 劉 可

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

0 項目背景

該項目污水處理廠設(shè)計規(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），污泥處理處置途徑為廠內(nèi)污泥經(jīng)初步脫水含水率達到80%后，外運至電廠進行焚燒。

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，污泥不能及時外運處置，造成廠內(nèi)剩余污泥長期在生化系統(tǒng)內(nèi)積存的情況，工藝運行面臨巨大的壓力，出水水質(zhì)面臨較大超標的風險。為保證污水廠正常地運行，不僅要通過外部手段提高污泥處置能力，同時在污水廠中要對剩余污泥進行深度處理，降低出廠污泥的含水率，減少污泥外運處置量，減輕污泥外運處置壓力，需要對該廠的污泥深度脫水工程進行建設(shè)。

1 工程設(shè)計規(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)計規(guī)模為400 t/d（以80%污泥含水率計），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行厭氧生化反應，分解污泥中的有機物質(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 標準化/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、機械設(shè)備多以及管理復雜等問題，同時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處理、進料、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)酵反應系統(tǒng)是整個工藝的核心。

好氧發(fā)酵具有工藝原理簡單、能耗低等特點，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)境要求較高的項目。

2.3 污泥熱解技術(shù)

污泥熱解技術(shù)是污泥中的有機質(zhì)在缺氧條件下加熱到一定溫度裂解，轉(zhuǎn)化為燃油、燃氣、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、占地少以及運行成本低等特點，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 高溫熱干化技術(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。考慮到系統(tǒng)的安全性，要防止二次污染，高溫熱干化一般采用間接加熱的方式。目前，應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)備應綜合考慮技術(shù)成熟性和投資運行成本，并結(jié)合不同污泥處理處置項目的要求進行選擇。

2.5 低溫熱干化技術(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）。低溫熱干化是基于傳統(tǒng)高溫熱干化技術(shù)發(fā)展的一種新興熱干化技術(shù)。高溫熱干化通常采用間接干化的形式，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，直接低溫熱干化由于熱風直接作用于污泥，熱效率較高，能耗較低[2]，而溫度較低又不會使污泥中的有機物裂解和揮發(fā)，循環(huán)熱風只從污泥中帶走水分。同時不存在高溫高壓設(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見表1。

表1 典型污泥處理處置方案的綜合分析與評價

對多種污泥處理工藝進行對比可知以下3 點：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，機械設(shè)備多，基建投資高，管理復雜，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行不穩(wěn)定等缺點，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，該項目污泥深度脫水工藝推薦采用低溫熱干化技術(shù)。

3 工程設(shè)計

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)，將臭氣進行封閉收集并處理后達標排放。該項目污泥處理工藝流程如圖1 所示。該項目污泥脫水系統(tǒng)的各工藝單元詳細說明級設(shè)計參數(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、污泥進料泵、離心脫水機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)低溫干化脫水負荷，同時使污泥黏稠成型，便于后續(xù)切條及干化處理。離心脫水機共設(shè)置5 臺，3 臺單機處理能力95 t/d，2 臺單機處理能力60 t/d。

污泥濃縮及離心脫水系統(tǒng)主要設(shè)計參數(shù)如下：1）污泥濃縮池設(shè)計規(guī)模36 萬m3/d，進泥含水率99.2%，出泥含水率98%，土建池體直徑8m，H=5.4m，4 座，固體負荷49kg/m2·d，污泥停留時間2h。2）污泥進料泵，Q=100m3/d，H=0.6MPa，N=30kW，共5 臺。3）污泥破碎機，Q=80~120m3/d，N=7.5kW，共5 臺。4）1#離心脫水機，Q=150m3/h，主機150kW，副機30kW，配套變頻控制柜，共3 臺；2#離心脫水機，Q=120m3/h，主機110kW，副機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)計污泥處理量為400 t/日，設(shè)計濕泥含水率80%，設(shè)計干泥含水率40%。污泥低溫干化機每天脫水量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，低溫干化機進泥設(shè)置污泥切條機，切條機對輥直徑150 mm， 對輥轉(zhuǎn)速14 r/min，主機功率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、低溫干化機、熱源供給設(shè)備以及尾氣熱回收凈化除濕系統(tǒng)。該設(shè)計采用6 臺低溫除濕干化機，單臺最大設(shè)計標準去水量為48.6t/d，低溫除濕干化機單套設(shè)備裝機功率664kW，總裝機功率3984kW（不含輸送、儲存、冷卻系統(tǒng)功率），總設(shè)計脫水量291.6t/天，該項目低溫干化系統(tǒng)設(shè)計參數(shù)見表2。

表2 低溫干化系統(tǒng)設(shè)計參數(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、運輸及存儲功能，其中螺桿輸送泵和分料螺旋為連續(xù)運行，緩存濕料倉為間歇運行。現(xiàn)狀脫水車間5 臺離心機產(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。

為平衡離心機出泥與低溫干化設(shè)備進泥的量差，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 臺大型號離心機與3 座緩存濕料倉一一對應，2 臺小號離心機則分別通過2 條進泥管與3 座緩存濕料倉銜接，并通過電動插板閥控制出泥方向，當單座緩存濕料倉裝滿后自動將小號離心機進泥切換至低泥位濕料倉，以實現(xiàn)5 臺離心機與6 臺低溫干化設(shè)備的匹配。離心機與低溫干化設(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）進料分料無軸螺旋輸送機，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，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，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，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)合化學組合除臭工藝，生物除臭采用生物濾床形式，設(shè)計停留時間20 s，可去除大部分的氨氣、硫化氫以及揮發(fā)性有機物等物質(zhì)，對污泥脫水項目臭氣濃度較高的氨氣以及硫化氫，后端分別設(shè)置化學除臭酸洗、堿洗塔，用于去除上述2 種臭氣，保證臭氣污染物排放達標。1）低溫干化車間，除臭區(qū)域換氣次數(shù)為10 次/h，除臭風量為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，除臭風量為75m3/h。

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

4 設(shè)計亮點

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)省項目占地及工期，與其他同類型項目相比，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增加干污泥量等特點。

為平衡離心機出泥與低溫干化設(shè)備進泥的量差，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 臺大型號離心機與3 座緩存濕料倉一一對應，2 臺小號離心機則分別通過2 條進泥管與3 座緩存濕料倉銜接，并通過電動插板閥控制出泥方向，當單座緩存濕料倉裝滿后自動將小號離心機進泥切換至低泥位濕料倉，使5 臺離心機與6臺低溫干化設(shè)備匹配，單一設(shè)備故障不影響整個系統(tǒng)的正常工作。

深度處理設(shè)計保留了原污泥干料倉（存儲80%含水率污泥）及離心脫水機至該料倉的輸送通道，并通過電動刀閘閥切換污泥去向，以確保低溫干化系統(tǒng)故障時，污泥仍可以通過原處理系統(tǒng)應急處理并外運，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)，使該項目污水廠出廠污泥含水率由80%降至40%，減少了污水廠外運污泥量，減少后端污泥處置壓力。重點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，可為同類型項目設(shè)計提供借鑒。