污泥低温真空脱水干化成套技术的设计探讨

程昶，倪明辉，曲献伟

（1.中国市政工程中南设计研究总院有限公司安徽分院，安徽 安庆 246001；2.上海复洁环保科技有限公司，上海 201801）

污泥低温真空脱水干化成套技术的设计探讨

程昶1，倪明辉2，曲献伟2

（1.中国市政工程中南设计研究总院有限公司安徽分院，安徽 安庆 246001；2.上海复洁环保科技有限公司，上海 201801）

随着我国经济技术不断发展，污泥处置将从传统的卫生填埋向污泥干化焚烧或资源化利用方向发展。低温真空脱水干化成套设备采用低温真空干化原理，可以一次性将污泥的含水率从98%左右脱水干化至30%～40%，为后续的焚烧或资源化利用创造了条件。池州市前江工业园污水处理厂通过引进该项技术，实现了在一套设备内干化污泥的目的，出泥含水率小于40%。

污泥；低温真空；脱水干化；含水率

国内绝大多数城镇污水处理厂污泥处理基本上都是采用带式压滤机或离心脱水机［1-2］，脱水后的污泥含水率为80%，污泥处置多采用与生活垃圾一起混合填埋。随着GB／T 23485—2009《城镇污水处理厂污泥处置混合填埋用泥质》的颁布实施，作为与生活垃圾混合填埋的污泥，其含水率应小于60%，据此要求，无论是新建还是已建污水处理厂，污泥均将进行深度脱水，方可进行卫生填埋处置。

采用板框压滤机进行污泥深度脱水是比较常用的升级改造方案。该方案虽可以使污泥含水率达到60%的要求，但需要向污泥中投加大量的无机药剂，不仅大大地增加了污泥体积，而且也降低了污泥的热值［3］。因此，板框压滤深度脱水方案从长远来讲并不可取。

安徽省“十二五”城镇污水处理及再生利用设施建设规划鼓励污泥优先采用土地利用，不具备土地利用条件的，可进行干化后焚烧。池州市前江工业园污水处理厂，污水以工业废水为主，因此，该厂污泥土地利用风险较大，经过充分调研比较，污泥处理选择低温真空脱水干化成套技术。

污泥低温真空脱水干化成套技术利用真空低温（＜100℃）干化原理，达到传统热力干化脱水效果的同时，既省去了传统的热力干化设备的占地面积，避免了脱水设备和干化设备的转换时间和劳动力，减轻了环保、安全上的压力，又将滤饼水分降至用户要求，最大限度地实现了污泥减量化，并在一定程度上起到了杀菌灭活作用，是污泥干化的新一代节能降耗设备［4］。

1 低温真空脱水干化成套技术概述

1.1 技术原理

低温真空脱水干化成套技术利用环境压强减小水沸点降低的原理，通过真空系统将腔室内的气压降低，从而使腔室内污泥中水的沸点降低，同时通过滤板对腔室内污泥进行加热。在加热至50℃左右时，污泥中水分便会沸腾汽化，水分得以从污泥中分离出来。

该技术是以板框压滤机为主体设备，在此基础上增加了抽真空系统和加热系统。污泥由进料泵送入板框压滤机腔室内，首先完成传统压滤机的进料、挤压等过程，随后进入抽真空和加热过程。热水通入加热板和隔膜板，加热腔室内的污泥，同时开启真空系统，使腔室内形成负压，降低水的沸点。污泥中的水分沸腾汽化，汽水混合物由真空泵将其抽出，最终完成污泥的干化。

1.2 系统组成

低温真空脱水干化成套技术的设备主要包括9大系统［3］，分别为：①主机系统；②污泥调质系统；③进料系统；④压滤系统；⑤空压系统；⑥加热系统；⑦真空系统；⑧冷凝系统；⑨控制系统。低温真空脱水干化成套设备系统组成见图1。

图1 低温真空脱水干化成套设备系统组成Fig.1 Configuration of sludge low-temperature vacuum drying packaged equipment

1.3 工艺过程

含水率为97%～98%的浓缩污泥经进料螺杆泵送入低温真空脱水干化成套设备系统的密封腔室内，同时投加絮凝剂，利用进料泵的压力，首先挤压大部分游离水；进料结束后，开启压滤水泵，利用压滤水泵的高压力挤压腔室内泥饼，破坏了污泥颗粒间形成的“拱桥”，使滤饼密实，将残留在污泥颗粒间的间隙水挤出，最大限度地降低滤饼水分。

压榨结束后，即可启动低温真空脱水干化系统中的加热系统和真空系统。即在加热板和隔膜板之间通入热水或蒸汽，加热腔室内的污泥，同时开启真空泵，对腔室进行抽真空，使其内部形成负压，降低水的沸点。污泥中的水分随之沸腾汽化，被真空泵抽出的汽水混合物经过冷凝器，汽水分离后液态水定期排放，尾气经净化处理后排放。

污泥经过滤、隔膜压榨、强气流吹气穿流以及真空热干化等过程处理以后，污泥中的水分已得到充分地脱除，污泥含水率降至30%以下，污泥量大大减小，最大限度地实现污泥的减量化和无害化的要求。整个脱水干化过程历时4.0～4.5 h。

2 工程应用

2.1 工程概况

池州市前江工业园污水处理厂位于池州贵池区牛头山镇，服务范围为前江工业园和牛头山镇镇区，总面积为19.8 km2；总的设计规模为5万m3／d，其中一期规模为1万m3／d。该厂污水处理工艺采取工业废水与生活污水在预处理段分开处理，处理后混合进入二级生化处理。设计出水水质执行GB 18918—2002《城镇污水处理厂污染物排放标准》中的一级B标准。

本工程待处理的污泥包括沉淀池排出的化学污泥与二沉池排出的活性污泥。混合污泥经重力浓缩后，含水率降至97%～98%，最大湿泥量为100 m3／d，干污泥量为2 000 kg／d。浓缩后污泥采用低温真空脱水干化成套设备处理后，污泥含水率达到40%以下，干化后污泥外运焚烧。

2.2 系统设计

（1）主机系统

主机系统即为带加热功能的板框压滤机，其过滤面积采用板框压滤机计算公式，如下：

式中：A——压滤脱水面积，m2；

Qs——每次脱水的污泥量（进泥量），m3；

q——压滤脱水负荷，m3／（m2·h）；

t——每次脱水时间，h。

压滤脱水负荷取0.035 m3／（m2·h），每天工作4个周期，每周期工作4 h（不计卸泥等准备时间），则所需的压滤面积为178 m2。选用1台200 m2的带加热功能的板框压滤机。

（2）污泥调质系统

本工程采用PAC和PAM 2种药剂对污泥进行调理。这2种药剂的经验投加量分别为：PAC投加量为干污泥量的3%～5%；PAM投加量为干污泥量的0.1%～0.3%。PAC经溶解后，由泵投加至污泥调理池，调理池有效容积为55 m3，共设2座，每座设立式搅拌机1台。PAM采取在线投加，利用螺杆泵进行在线投加，即投药点设在进料管路上的管道混合器。

（3）进料系统

进料泵进料过程是个变频进料过程，随着进料压力的增大，进料量越来越少，直至进料泵停止工作。本工程设计进料时间为1 h，设计进料最高压力为0.9 MPa，进料螺杆泵设计最大流量为35 m3／h，压力为1.2 MPa，功率为22 kW，变频控制。

（4）压滤系统

进料结束后即进入压滤阶段。本工程压滤时间取1.5 h；压滤水泵设计流量为25 m3／h，压力为1.2 MPa，功率为15 kW，采用立式多级离心泵；压滤水箱容积为5 m3。

（5）空压系统

空压系统提供的压缩空气用于污泥的吹脱和气动阀门的气源。正吹风是从压滤机进料端进气吹脱，使泥饼从腔室内剥离；反吹从进料反向中心管道吹脱，将残留在进料管中的污泥吹回污泥调质池。本项目吹脱风量为2 m3／min，压力为0.8～1.0 MPa，吹扫时间约为1 min。

考虑气动阀门用气量，选定空压机产气能力为3.16 m3／min，最高压力为1.3 MPa；设置1台吹脱空气储罐（容积4 m3），1台气动阀空气储罐（容积3 m3）和1台冷干机。

（6）加热系统

加热系统由锅炉、热水泵等构成，燃料采用天然气。热水温度控制在90℃，通过热水泵送入主机滤板内再回到锅炉形成循环给水，持续加热滤饼。热干化阶段设计时间为1.5 h，系统真空压力按15 kPa设计，锅炉设计裕度系数取1.2，选择350 kW的燃气热水锅炉。

热水泵作为循环泵向系统提供热水加热滤饼，其设计流量取120～140 m3／h，设计扬程为25 m，电机功率为15 kW。

（7）真空系统

真空系统用于腔室内抽真空，真空压力按15 kPa设计，真空泵流量为23 m3／min，功率为37kW。

（8）冷凝系统

冷凝系统将真空泵抽吸出来的汽水混合物进行冷却。冷凝器换热面积与需冷凝的热通量、传热系数及平均对数温差有关，本项目冷凝器换热面积选60 m2，冷却水循环泵流量取50 m3／h，缓冲罐容积选0.8m3，冷凝液储罐容积选0.5m3。

（9）控制系统

低温真空脱水干化成套技术系统具有系统设备较多，相对集中，控制复杂的特点。设计中将部分电气设备的控制接线设计在动力配电柜内，部分单体设备在现场设置独立控制箱，各设备均由主PLC控制柜控制。PLC控制柜包含对脱水干化一体化设备运行参数设定、工艺参数选择、及运行控制，柜内硬件包括：PLC可编程控制器、操作终端、控制柜及柜内附属设备等。

低温真空脱水干化成套技术设备自控选型与厂级自动化监控系统PLC选型保持一致。PLC控制柜采用与厂区一致的主控制模块，并设置网络交换机，预留100 Mbps以太网接口，用来进行数据传输，以保证与厂级监控系统的双向通信。

3 运行成本分析

本工程低温真空脱水干化成套设备日常运行需要消耗水、电、药剂、天然气资源。按本工程处理规模2 000 kg［DS］／d计，其运行成本见表1。

表1 运行成本Tab.1 Running cost

4 结语

（1）随着我国污水处理厂总规模的不断增加，以及土地资源日益紧张，传统的填埋处置污泥的方式将逐步被淘汰。而污泥土地利用对泥质要求严格，如处理不当，极易出现二次污染的风险。污泥干化焚烧可以破坏全部有机质，杀死一切病原体，并最大限度地减少污泥体积。现阶段，污泥干化焚烧应是污泥处置的最佳技术方案。

（2）低温真空脱水干化成套设备在传统的板框式压滤机基础上增加抽真空和加热系统，利用环境压强减小水沸点降低的原理，可以实现在一套设备中完成浓缩污泥从脱水到干化的过程，出泥含水率可以稳定在40%以下。本项目根据近远期相结合的思路进行设计，近期按出泥含水率≤60%，并考虑未来环保要求的日益提高，本技术具备出泥含水率40%的能力，未来含水率40%的干化污泥可以作为燃煤电厂、水泥厂的低质燃料进行焚烧，也可以用作建筑原料等其它用途，实现污泥的资源化。

［1］王新.谈常用污泥脱水方法和设备［J］.建设科技，2009，（9）：101－101.

［2］李文岩.螺压脱水机与带式压滤机的比较［J］.工业用水与废水，2007，38（4）：112－113.

［3］杭世珺.污泥干化新技术的特点与应用［J］.建设科技，2009，（23）：66－69.

［4］许太明，孙洪娟，曲献伟，等.污泥低温真空脱水干化成套技术［J］.中国给水排水，2013，29（2）：106－108.

Discussion on design of sludge low-temperature vacuum drying packaged technology

CHENG Chang1，NI Ming－hui2，QU Xian－wei2
（1.Anhui Branch of the Central and Southern China Municipal Engineering Design and Research Institute Co.,Ltd.,Anqing 246001,China; 2.Shanghai CEO Environmental Protection Technology Co.,Ltd.,Shanghai 201801,China）

With the rapid development of China′s economy and technology,sludge disposal tend to follow the direction of sludge dried burning or resource utilization instead of traditional sanitary landfill.Based on the low-temperature drying principle in vacuum,sludge low-temperature vacuum drying packaged technology can decrease the sludge water content from about 98% to 30%～40% in one time,thus provides conditions for subsequent burning or resource utilization.Chizhou Qianjiang industrial park adopted this technology,which achieved the purpose of drying sludge within one set of equipment,the water content of the discharged sludge was below 40%.

sludge; low-temperature vacuum; dehydration and drying; water content

X703.1

B

1009－2455（2016）01－0073－04

程昶（1980－），男，安徽怀宁人，工程师，注册公用设备工程师，本科，主要从事给水排水专业设计，（电子信箱）25362503＠qq.com。

2015-10-27（修回稿）