城市污泥深度脱水及资源化利用的应用实践

沈 捷

（上海市政工程设计研究总院（集团）有限公司，上海市 200092）

0 引言

随着国家污水处理设施不断完善，污水处理厂的污泥处理处置问题日益显著。我国污水处理厂每年排放的污泥量（干重）约140万t，且每年以约10%的速度增长。目前，国内外污泥处理处置的方法众多，一般采用浓缩、脱水、干化等处理方法与焚烧、堆肥、填埋等处置方式的组合流程[1]。含水率高的污泥不仅运输难度成本较高，后续堆肥、填埋、土地利用和焚烧的处置难度较大[2]，因此亟需切实有效的污泥脱水工艺。在污泥脱水机械中，带式压滤机和离心脱水机应用最广泛，处理后的泥饼含水率仅能达到78%；板框压滤机出泥含固率高、可靠性强，配合石灰、铁盐或铝盐调理，脱水污泥含水率可低于60%[3]。板框压滤机在厦门市石渭头[4]、杭州市七格[2]、苏州工业园区、无锡芦村[5]等污水处理厂均有工程实例报道，其泥饼含水率均低于60%。

本文以上海市金山某水质净化厂污泥处理处置工程为例，从工程设计、系统除臭及经济分析角度，阐述预浓缩-石灰铁盐调理-高压隔膜压滤机在城市污泥资源化中的应用实践，以期为城市污泥的处理、处置及资源化利用提供参考。

1 城市污泥深度脱水实践

1.1 处理原泥性质分析

上海市金山某水质净化厂设计规模为10万m3/d，进水SS浓度约500 mg/L，CODcr浓度约600 mg/L，采用改良型SBR工艺（ICEAS工艺）。目前每日污水处理量为6～7万m3/d，日产生污泥量约120 t（80%含水率），污泥产率 3.5～4 tDS/(104×m3)。依此预测当运行规模达到10万m3/d时，日产生污泥量约为180～200 t（80%含水率），干污泥量为35～40 tDS/d。

经生物处理后产出污泥与水分子的结合非常紧密，含水率约为97%～99.5%，呈多状态混合性状：包括可经重力沉淀和机械作用去除的自由水；需经较复杂或需要较高的能量（如加热、焚烧等）方能去除的物理性结合水、间隙水、胶态表面吸附水、化学性结合水、生物细胞内的水和分子水等。因此该污泥需经浓缩、脱水或干化处理后，以满足出厂污泥含水率低于60%，再行资源化处置。

1.2 污泥深度脱水工艺

根据上述污泥性质以及处理目标，工程采用“污泥浓缩-铁盐石灰调质-板框压滤-后续处置”工艺，工艺流程见图1。生化段产生的污泥经储泥罐预浓缩后，经污泥泵输送至调理罐，与专用污泥调理剂（石灰及铁盐）发生物理和化学反应后，经高压（低压）螺杆泵注入厢式压滤机。

1.3 工艺运行参数

污泥调理：污泥经FeCl3溶液和CaO调质。FeCl3溶液由加药泵投加，使用电磁流量计来计量；CaO由石灰罐中配有的电子秤计量后自动投加。配置主要设备：污泥进料泵6套（Q＝100 m3/h，N=7.5 kW，H=15 m），调理罐 2套（容积 35 m3），搅拌机2套（N=22 kW），石灰料仓1套（容积25 m3），螺旋输送机 2套（N=8 kW），药剂罐 1套（容积15 m3），计量泵 2套（1 000 L/h，N=2.2 kW），2#污泥储池（有效容积202 m3）。

图1 污泥深度脱水工艺流程

板框压滤：经调理好的污泥通过压滤机进料螺杆泵（低压泵）及附属链接管路输送至压滤机进行过滤，进料过程全程通过变频控制。随着进料压力的增大，进料量减少，当压力达到0.8 MPa时，保压10 min；停低压泵开启高压泵，此时高压泵继续进料，随着进料压力进一步增大，进料量继续减少，当压力达到1.2 MPa，保压10 min，停泵。进料结束，通过高压水泵做二次压榨。受变频器控制整个压榨过程，当压力达到1.6 MPa时，高压水泵停止；当压力回落到1.2 MPa时，二次压榨完成，停止压榨，放空压榨水，利用压滤机配套空压系统进行反吹，去除滤板、进料通道及中心柱的湿污泥。反吹结束后，经自动拉板系统完成滤板的卸泥，得到含水率小于60%的泥饼，经螺旋输送机输送至汽车后外运出厂。

配置主要设备：高压螺杆泵4套（Q＝30 m3/h，N=30 kw，16 Bar），低压螺杆泵 4套（Q＝100 m3/h，N=22 kW，6 Bar），板框压滤机 4套（压滤面积 500m2，每一周期运行时间约4～5 hr，N=11 kW）。

1.4 化学调理工艺

污泥调质是通过调理剂对污泥颗粒改性，经过一系列的物理和化学反应，降低污泥的水分结合容量；同时降低污泥的压缩性，使污泥满足高压力脱水过程的要求。目前，各种调理方法与主要机械脱水方式相结合所能达到的脱水效果见表1。

该工艺向污泥当中加入专用污泥调理剂（FeCl3溶液和CaO调质）。FeCl3水解能力强，随pH的提高，水解产物会聚合生成羟基聚合物胶体或氢氧化物沉淀。CaO作为助凝剂，除了调节pH外，其溶解后的钙离子可被污泥中的腐殖酸吸附，在污泥中形成多孔网格状骨架，从而改善污泥的可压缩性，增大絮体强度，同时能够固化稳定重金属，使其浸出率降低[6]。

通过合理的调控方案，将污泥和固化剂快速有效地混合均匀，改变调理剂的类型及投加量，混合物泵入弹性板框压滤机，经压滤深度脱水，使出料污泥达到改性要求。

表1 各种调理方法与主要机械脱水方式相结合的脱水效果

2 恶臭气体的控制

2.1 除臭方案设计

目前城市污水处理厂的脱臭方法通常采用以下三种方法：生物滤池法、液体吸收法（化学洗池）以及天然植物提取液除臭法（见表2）。本工程对污泥深度脱水机房设计恶臭气体控制措施，满足恶臭污染物厂界标准值的二级标准（《恶臭污染物排放标准》（GB14554-93））。

表2 常用除臭工艺综合比较表

该工程根据厂内臭气源分布、污泥臭气浓度高及即开即停运行需求，结合生物滤池法处理效果稳定，运行费用低，管理经验丰富等优点，采用生物滤池法除臭。

2.2 除臭系统设计

污泥脱水机防内设置风管，臭气经风管收集后，通过风机鼓入生物滤池，将其中含臭味的污染物降解成无臭的化合物。除臭风量10 000 m3/h，在污泥脱水机房西侧设置1套生物过滤除臭设备。工艺流程见图2。

图2 生物除臭工艺流程

3 运行成本分析

对比传统污泥脱水和本工程的运行成本（仅分析电费、药剂费和运输费等付现费用)的分析结果见表3。利用预浓缩-化学调理-板框压滤机污泥处理工艺具有简单、操作方便、费用低廉、成果有效，具有经济实用性等特点。污泥深度脱水工艺的运行成本为0.172元/m3污水，虽比离心脱水工艺的运行成本0.126元/m3高，但泥饼含水率低，可节省后续污泥处置费用，并可进行资源化利用，污泥深度脱水工艺具有一定的环境及经济优势。

表3 污泥脱水运行成本分析

4 泥饼的处理、处置及资源化利用

该污泥深度脱水工艺产生的泥饼含水率在60%以下，能满足《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）为基本条件，使污泥“稳定化、无害化和减量化。同时符合《烧结普通砖》（GB5101-2003）的要求，安全性高，满足污泥建材利用要求。

5 结论

城市污水处理厂含水率为80%左右的湿污泥经“预浓缩-化学调理-板框压滤机污泥处理工艺深度脱水”处理后，泥饼含水率小于60%，脱水污泥体积减少一半；经石灰和铁盐化学调理污泥得到一定程度的稳定，干泥饼遇水时不会因吸水而膨胀；污泥性状由果冻态转化为块状，满足与后续污泥处置衔接的要求。填埋时，基本符合垃圾填埋场的准入条件；焚烧时，具有一定的热值；制砖时，砖体可达到《烧结普通砖》(GB5101-2003)的要求；园林绿化利用时，基本能满足园林绿化土的准入条件。

[1]张辰,王国华,孙晓.污泥处理处置技术与工程实例[M].北京:化学工业出版社,2006.

[2]陈柏校,张辰,王国华,等.污泥深度脱水工艺在杭州七格污水处理厂的应用[J].中国给水排水,2011,27(8):83-85.

[3]Metcalf＆Eddy Inc.Wastewater Engineering:Treatment and Reuse(Fourth Edition)[M].New York:McGraw-Hill,2003.

[4]谢小青,黄珍艺,戴兰华,等.厦门城市污泥深度脱水处理及资源化利用研究[J].中国给水排水,2010,26(5):138-140.

[5]许金泉,程文,耿震.隔膜式板框压滤机在污泥深度脱水中的应用[J].给水排水,2013,39(3):87-90.

[6]陈嘉愉,吴学伟.污水污泥有机调质浓缩和无机调质脱水工艺研究[J].环境工程学报,2009,3(3):529-532.