现状污水处理厂污泥深度脱水系统设计

郭竹玲

(太原市市政工程设计研究院，山西太原 030002)

0 引言

目前，国内污水处理厂产生的污泥含水率约为80%，呈胶质粘结状，具有含水率高、含有机物高、含重金属和大量病菌等特点，极易对空气、土壤和水源造成污染，并进一步危害人体健康，造成环境安全事件。《水污染防治行动计划》(2015年)中明确要求，污水处理设施产生的污泥应进行稳定化、无害化和资源化处理处置，地级及以上城市污泥无害化处理处置率应于2020年年底前达到90%以上。环保部和住建部联合发布的《关于加强城镇污水处理设施污泥处理处置减排核查核算工作的通知》(2016年)，首次将污泥妥善处理处置纳入污水总量减排考核。2017年，山西省住建厅和省环保厅在《关于加强城镇污水处理厂污泥处理处置工作的通知》中明确指出，要充分认识当前污泥处理处置工作的重要性和紧迫性，以实现污泥“稳定化、无害化、资源化”为目标，加快推进污泥处理处置设施的建设。同时强调主管部门要指导城镇污水处理厂加大技术改造力度，提高污泥脱水率，实现污泥源头减量。

1 工程概况

晋城市正源水务发展有限公司位于晋城市主城区东南角。整个污水厂占地呈北宽南窄的不规则梯形段，总占地面积163.7亩，服务范围为晋城市区的主城区系统所有范围内污水。晋城市正源水务发展有限公司原设计污水总处理规模12万m3/d。一期工程处理工艺为厌氧池+奥贝尔氧化沟+沉淀池+曝气生物滤池+紫外消毒+絮凝反应池+翻板滤池，二期工程处理工艺为A2O前置厌氧氧化沟+二沉池+絮凝反应池+高效澄清池+翻板滤池+紫外消毒，现有污水处理构筑物和设备均可正常运行和使用，出水均达到一级A标准［1］。污泥处理工艺采用直接浓缩脱水工艺。

之前污水厂污泥脱水至含水率80%后装车外运，主要采取简单填埋处理，不符合国家相关环保要求，2017年8月之后，晋城市正源水务发展有限公司与山西百孚百富生物能源开发有限公司达成合作协议，该公司所产污泥送往山西百孚百富生物能源有限公司进行无害化处置，该基地位于陵川县西河底乡西河底村，两地之间运输距离将近40 km，距离较远，运输量较大。

2 改造项目方案思路

目前污水厂产生的污泥经污泥浓缩脱水机脱水后，含水率为80%左右，为达到污泥减量化的目标，在改造时将污泥含水率降至60%［2］。污泥的最终处置为送往山西百孚百富生物能源有限公司生产沼气，常规且目前运行稳定，效果较好的污泥深度脱水工艺，脱水前需进行预处理［3］，将污泥含水率降为95%，预处理主要通过加药进行污泥调理、浓缩，影响后续污泥利用。

经过综合比较，在污泥改造时选用污泥低温干化工艺。选用直接低温干化，干化温度45℃ ～50℃(进除湿热泵温度);送风温度60℃ ～75℃。

3 设计规模

一期奥贝尔氧化沟工艺脱水机房进泥量1 724.75 m3/d(含水率99.2%)，出泥量68.99 m3/d(含水率80%)。二期改良型氧化沟工艺新增剩余污泥量包括生化系统污泥和化学沉淀污泥。生化系统污泥污泥浓缩脱水后产生80%含水率的泥饼约25 m3/d。化学沉淀污泥1.35 m3/d，总污泥产量 26.35 m3/d。按设计总污泥量为95.34 m3/d。结合进水水质变化，污泥量按100 t/d(含水率80%)考虑。

4 处理工艺

现状污泥脱水机房工艺流程如下:污泥投配泵(螺杆泵)将污泥自贮泥池提升至静态混合器，絮凝剂在絮凝剂制备装置中制备完毕后，经加药泵(螺杆泵)提升，并经一体化稀释加药装置稀释成0.10%浓度的药液送入静态混合器，污泥与絮凝剂经静态混合器充分混合后，进入带式浓缩压滤机。带式浓缩压滤机的整个脱水程序是连续进行的，其工作过程为:絮凝→进料→浓缩段重力脱水→浓缩段卸料→压滤段重力脱水→压滤段预压脱水→压滤段压榨脱水→卸料，成含水率70% ～80%的泥饼，经水平无轴螺旋输送机、倾斜无轴螺旋输送机输送至污泥棚，装车外运。浓缩压滤机滤带冲洗水来自二级处理出水，经滤带冲洗水泵加压，并经自动排污过滤器过滤后送至浓缩压滤机冲洗水入口，冲洗滤布后的水与浓缩压滤段排水一同排入厂区污水管(见图1)。

图1 污泥处理流程

工程利用现状污泥脱水间将污泥脱水至80%后，利用刮板输送机将污泥输送至干化车间湿料仓后，经螺旋输送机送至低温干化除湿机内再进行低温干化，污泥含水率降至60%后再进行外运进行最终处置。本工艺整体具有如下优势:适用污泥浓度范围广，可以处理污泥含水率范围达80% ～99.5%;工艺简单，占地少，运行可靠，可实现自动化控制;处理后污泥符合国家相关标准，可直接填埋、焚烧或资源化利用。本污泥深度脱水工艺不再投加任何药剂，不影响后续用途;同时污泥含水率可根据需要控制。

5 干化间布置图

污水厂内用地紧张，为方便污泥在后续处理，在现状脱水机房西侧设置干化车间对污泥进行干化处理。湿料仓、干化机布置在干化车间内，将闭式冷却塔布置在室外，冷却效果好，因地方紧张将冷却泵也放在室外，并添加防冻液保证冬季正常运行(见图2)。

图2 污泥干化车间布置图

6 设计参数

设计每天绝干污泥量为20 tDS，经过带式压滤机压榨后污泥含水80%，此时泥饼重量为100 t(无石灰添加剂添加);经污泥低温除湿干化至60%，干物料量为50 t;污泥低温干化过程脱水量为50 t/d。

干化机平均物料过程:进料量4.167 t/h，干料量2.083 t/h，脱水量 2.083 t/h。

总设计循环风量(密闭式除湿干化):240 000 m3/h。

7 设计运行工况

回风工况:56℃，相对湿度65%，露点温度48.64℃，含湿量74.82 g/(kg·干污泥)，焓值 251.4 kJ/(kg·干污泥)，空气密度1.028 kg/m3。

送风工况:70℃，相对湿度30.2%，露点温度45.9℃，含湿量64.7 g/(kg·干污泥)，焓值 240.81 kJ/(kg·干污泥)，空气密度0.99 kg/m3。

干化机每小时冷凝脱水量:m=2 442 kg/h;干化机机组输入功率为610 kW，输入电能压缩机风机做功转化余热约为Q1=517 778.6 kcal/h;除湿热泵空气水蒸气冷凝释放热量(50℃水蒸气潜热 2 378.1 kJ/kg):Q2=2 378.1 kJ/kg× 2 442 kg/h=5 807 320.2 kJ/h=1 393 759 kcal/h，除 湿 热 泵 制 热 量Q放=1 911 537.6 kcal/h;每小时进泥量为 4 167 kg/h，设计进料温度20℃，干化物料温度为50℃，故泥饼总升温吸热量Q3=3.5 kJ/(kg·℃)×4 167 kg/h×(50℃ －20℃)=437 535 kJ/h=105 008 kcal/h;泥饼水蒸发吸热量Q4=1 188 861.6 kcal/h;干化机散热量Q5=48 057 kcal/h;冷却塔冷却散热量Q6=569 611 kcal/h;干 化过程 总 吸热 量 Q吸=1 911 537.6 kcal/h;Q放=Q吸，热平衡符合要求。

处理100 t/d(含水率80%)污泥的物料平衡图见图3。

图3 物料平衡图

8 结语

晋城市正源水务发展有限公司的污泥深度脱水处理工程设计采用带式浓缩脱水一体机将污泥脱水至含水率80%，经低温干化除湿机进一步脱水至污泥含水率小于60%。经过调试运行阶段，表明污泥深度处理系统能满足脱水后的要求，达到设计目的。该工程设计参数及调试经验将为采用带式浓缩脱水一体机、低温干化除湿机进行污泥深度脱水系统的设计及调试运行提供经验。