城鎮(zhèn)污水處理廠污泥深度脫水技術(shù)研究與應(yīng)用
行業(yè)動(dòng)態(tài)
城鎮(zhèn)污水處理廠污泥處置過程中，污泥脫水是關(guān)鍵步驟。污泥含水率降低，不僅可大幅減小污泥體積，有利于污泥后續(xù)單元處理，同時(shí)可提高污泥的熱值，減少填埋場(chǎng)滲濾液產(chǎn)量，對(duì)污泥的處理也有重要意義。
我國(guó)污水處理廠現(xiàn)有污泥處理工藝一般只可將污泥含水率降至80%左右，未能達(dá)到垃圾填埋場(chǎng)的處置要求。且由于填埋場(chǎng)容量有限，環(huán)節(jié)保護(hù)問題日益嚴(yán)峻，污泥的處置方式將由混合填埋向土地利用和干化焚燒轉(zhuǎn)變。因此，如何將污泥含水率由80%降至60%及以下，提高污泥的處理率，解決污泥的出路，已成為我國(guó)城鎮(zhèn)污水處理廠污泥處理的關(guān)鍵。
1 污泥深度脫水技術(shù)
污泥深度脫水處理是指采用一定機(jī)械設(shè)備將污泥含水率降至60%以下的過程。污水處理廠污泥深度脫水工藝一般包括儲(chǔ)泥、污泥濃縮、污泥調(diào)理以及污泥深度脫水4部分。
1.1 儲(chǔ)泥
污水處理過程中伴隨產(chǎn)生大量的污泥，主要包括初沉污泥（含水率95%～97%）和剩余污泥（含水率99.2%～99.6%），二者分別輸送至儲(chǔ)泥池進(jìn)行完全混合后處理。此外，儲(chǔ)泥池還兼有短期儲(chǔ)存污泥，消除污泥產(chǎn)量波動(dòng)影響的功能。
1.2 污泥濃縮
污泥濃縮主要是通過去除污泥中的游離態(tài)水分，大幅減少污泥體積，從而提高后續(xù)單元污泥的處理效率。污泥濃縮方法主要有重力濃縮、氣浮濃縮和機(jī)械濃縮，其中重力濃縮與機(jī)械濃縮應(yīng)用較廣。重力濃縮是指污泥中懸浮固體顆粒在自身重力作用下進(jìn)一步沉淀與固化的過程，該工藝具有儲(chǔ)泥能力強(qiáng)、操作要求不高、運(yùn)行費(fèi)用低等優(yōu)點(diǎn)而得到廣泛使用，但濃縮池中污泥易發(fā)酵、產(chǎn)生臭氣，導(dǎo)致污泥濃縮效果變差，同時(shí)厭氧條件下可造成污泥中磷的再釋放，增加了污水除磷的負(fù)荷與能耗，因此在工廠設(shè)計(jì)中逐漸被機(jī)械濃縮的方式代替。機(jī)械濃縮方式主要有帶式濃縮、轉(zhuǎn)鼓濃縮與離心濃縮，該方法通過機(jī)械力作用均可有效降低污泥含水率，污泥經(jīng)濃縮處理后含水率一般為97%～98%。
1.3 污泥調(diào)理
污泥深度脫水工藝中，污泥調(diào)理為關(guān)鍵一步，其效果將直接影響污泥脫水后含水率高低。目前，工程設(shè)計(jì)中主要采用FeCl3與CaO的化學(xué)調(diào)理方式改善污泥的脫水性能，以實(shí)現(xiàn)脫水污泥的含水率≤60%。姚萌等研究表明，FeCl3、CaO加入剩余污泥，破壞了污泥的細(xì)胞結(jié)構(gòu)與污泥膠體顆粒的穩(wěn)定，使得污泥比阻明顯降低，提高了污泥的脫水性能。此外FeCl3與CaO的投加量對(duì)出泥含水率有重要影響，若要實(shí)現(xiàn)污泥深度脫水，加藥量需根據(jù)污泥泥質(zhì)特點(diǎn)經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)得出。姚杰研究表明，FeCl3、CaO的投加量分別為干泥量的8%、20%時(shí)，可使脫水污泥的含水率穩(wěn)定達(dá)到60%以下。
1.4 污泥深度脫水
污泥脫水一般采用機(jī)械脫水的方式。目前，污水處理廠常用的污泥脫水機(jī)械主要有帶式壓濾脫水機(jī)、離心脫水機(jī)和板框壓濾脫水機(jī)，3種污泥脫水機(jī)械的性能比較詳見下表：
序號(hào) | 項(xiàng)目 | 帶式壓濾脫水機(jī) | 離心脫水機(jī) | 板框壓濾脫水機(jī) |
1 | 運(yùn)行狀態(tài) | 可連續(xù)運(yùn)行 | 可連續(xù)運(yùn)行 | 間歇式運(yùn)行 |
2 | 操作環(huán)境 | 開放式 | 封閉式 | 開放式 |
3 | 占地面積 | 較大 | 小 | 較大 |
4 | 沖洗水量 | 較大 | 較少 | 較大 |
5 | 噪聲 | 較小 | 較大 | 較大 |
6 | 能耗 | 較低 | 高 | 較高 |
7 | 設(shè)備費(fèi)用 | 價(jià)格較低 | 價(jià)格較高 | 價(jià)格較低 |
8 | 進(jìn)泥含水率 | 95%～97% | 97%～98% | 97%～98.5% |
9 | 出泥含水率 | 80% | 75% | 70% |
根據(jù)《室外排水設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50014-2006，2016年版），污泥進(jìn)入脫水機(jī)前的含水率一般不應(yīng)大于98%，由上表可知，污泥經(jīng)機(jī)械脫水后，泥餅含水率可為70%～80%，不能滿足污泥深度脫水含水率≤60%的要求，因此，在實(shí)際工程中，需強(qiáng)化污泥調(diào)理過程，統(tǒng)籌考慮污泥脫水機(jī)械與污泥調(diào)理方式，以形成高效集成的污泥深度脫水工藝。
2 污泥深度脫水工程設(shè)計(jì)實(shí)例
目前，工程設(shè)計(jì)中應(yīng)用的污泥深度脫水技術(shù)主要有：鐵鹽石灰加板框壓濾脫水技術(shù)與固化劑加板框壓濾脫水技術(shù)，其中鐵鹽石灰加板框壓濾脫水技術(shù)由于工藝技術(shù)成熟、脫水效果較好、藥劑相對(duì)便宜、易于獲取、可靠性較強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)得到廣泛應(yīng)用。
2.1 工程概況
某污水處理廠二期改擴(kuò)建工程總處理規(guī)模為4萬m3/d，其中一期工程設(shè)計(jì)處理規(guī)模為2萬m3/d，2007年建成投運(yùn)，主體采用CAST工藝；二期工程采用分點(diǎn)進(jìn)水倒置A2/O工藝，同時(shí)增加反硝化深床濾池作為深度處理，出水經(jīng)紫外消毒后排放。污水處理廠出水水質(zhì)執(zhí)行《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 18918-2002）中的一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)。
污水處理廠污泥處理一期工程采用儲(chǔ)泥池-污泥濃縮脫水一體機(jī)工藝進(jìn)行污泥脫水，脫水后污泥含水率降至80%外運(yùn)至垃圾填埋場(chǎng)。為應(yīng)對(duì)我國(guó)污泥產(chǎn)量不斷增加的嚴(yán)峻形勢(shì)，有效解決污泥出路，本次改擴(kuò)建工程優(yōu)先考慮污泥深度脫水工藝，待污泥含水率降至60%以下后外運(yùn)，同時(shí)考慮一期工程已建成污泥設(shè)施備用，在污泥深度脫水系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)可將污泥含水率降至80%。
2.2 工藝流程
本工程污水處理廠生產(chǎn)運(yùn)行過程中主要產(chǎn)生剩余污泥和少量的化學(xué)污泥，二者經(jīng)儲(chǔ)泥池混合均勻，之后輸送至離心濃縮機(jī)進(jìn)行濃縮，緊接著進(jìn)入污泥調(diào)理池，在調(diào)理池中與藥劑充分混合、調(diào)質(zhì)，再進(jìn)入隔膜式板框壓濾機(jī)進(jìn)行深度脫水，使污泥含水率降至60%以下后外運(yùn)處置。
2.3 工藝設(shè)計(jì)
2.3.1 污泥產(chǎn)量計(jì)算
本工程污泥產(chǎn)量主要來源于已建CAST反應(yīng)池與新建二沉池，其中剩余污泥量為4480kgDS/d，含水率99.3%；化學(xué)污泥量為248kgDS/d，含水率97%；污水處理廠干污泥總量為4728kgDS/d，折合污泥流量約648m3/d，平均含水率為99.3%。
2.3.2 主要構(gòu)（建）筑物設(shè)計(jì)參數(shù)
（1）儲(chǔ)泥池。已建儲(chǔ)泥池1座2格，單池有效容積175m3。為防止污泥厭氧發(fā)酵與沉淀，每池設(shè)潛水?dāng)嚢杵?/span>1臺(tái)，功率N=1.5kW。本次改擴(kuò)建對(duì)原儲(chǔ)泥池保留利用。
（2）污泥濃縮脫水機(jī)房。一期已建污泥濃縮脫水機(jī)房1座，內(nèi)設(shè)污泥濃縮脫水一體機(jī)2臺(tái)，1用1備，處理能力為20～30m3/d，電機(jī)功率29.5kW，脫水泥餅含水率為75%～80%。根據(jù)污泥深度脫水技術(shù)方案，本次擬在污泥脫水機(jī)房預(yù)留機(jī)位新增離心濃縮機(jī)1臺(tái)，流量Q=60m3/d，正常工況下，儲(chǔ)泥池中的污泥 入該離心濃縮機(jī)，污泥經(jīng)濃縮至含水率為95%時(shí)再輸送到污泥調(diào)理池進(jìn)行深度脫水處理。此外，原2臺(tái)污泥濃縮脫水一體機(jī)備用。
（3）污泥深度脫水車間。本次改擴(kuò)建工程擬在原有污泥濃縮脫水機(jī)房東側(cè)新建污泥深度脫水車間1座，平面尺寸為33.2m×14.8m，污泥深度脫水車間主要由隔膜式板框壓濾機(jī)、污泥調(diào)理池、加藥系統(tǒng)以及污泥堆棚等組成。
加藥系統(tǒng)。新建鐵鹽和石灰乳加藥系統(tǒng)，其中鐵鹽加藥系統(tǒng)主要包括FeCl3儲(chǔ)罐1套（V=7m3），隔膜計(jì)量泵2臺(tái)（Q=0.6～1m3/h，H=30m，N=0.5kW，1用1備），鐵鹽進(jìn)料泵1臺(tái)（Q=10m3/h，H=20m，N=1.1kW）；石灰乳加藥系統(tǒng)主要包括石灰料倉(cāng)1套（V=20m3），石灰乳制備池1座2池（單池尺寸2.2m×2.2m×2.5m），石灰乳攪拌機(jī)2臺(tái)（N=1.5kW），計(jì)量螺旋輸送機(jī)、雙向螺旋輸送機(jī)各1套（每套規(guī)格Q=3m3/h，N=3kW）以及石灰乳螺桿泵2臺(tái)（Q=15～20m3/h，H=30m，N=15kW，1用1備）。
污泥調(diào)理池。新建污泥調(diào)理池1座2池，單池尺寸3.5m×3.5m×3.5m，污泥離心濃縮機(jī)出泥與來自板框壓濾機(jī)的回流污泥分別輸送到污泥調(diào)理池，在池中與FeCl3藥劑和石灰乳藥劑充分混合反應(yīng)，以改善污泥的脫水性能。本工程FeCl3藥劑濃度為36%，石灰乳藥劑濃度為5%，干粉投加量分別為干污泥量的8%、23%，經(jīng)化學(xué)調(diào)理后，污泥含水率為94.7%。調(diào)理池內(nèi)設(shè)立式攪拌機(jī)1臺(tái)（單池），功率N=1.5kW。
隔膜式板框壓濾機(jī)。本次新增隔膜式板框壓濾機(jī)1套，處理能力為7tDS/d，過濾面積為450㎡，功率N=16.55kW。污泥經(jīng)化學(xué)調(diào)理，之后分兩路進(jìn)泥，一路為低流量高壓力進(jìn)泥，對(duì)應(yīng)高壓螺桿泵1臺(tái)（Q=20～30m3/h，H=160m，N=18.5kW，變頻調(diào)速）；另一路為高流量低壓力進(jìn)泥，對(duì)應(yīng)低壓螺桿泵1臺(tái)（Q=20～80m3/h，H=60～80m，N=30kW，變頻調(diào)速），壓濾機(jī)每日工作時(shí)間16h，其中每批次工作時(shí)間4h，設(shè)計(jì)進(jìn)泥量29.34m3，泥餅固體產(chǎn)量≤3.88t/批次，對(duì)應(yīng)泥餅含水率≤60%，污泥脫水濾液排放至廠區(qū)污水管。
污泥堆棚。污泥深度脫水車間新建污泥堆棚1座，污泥經(jīng)板框壓濾機(jī)深度脫水處理后，泥餅通過螺旋輸送機(jī)輸送至污泥堆棚，經(jīng)由運(yùn)輸車送至磚瓦廠制磚，以完成污泥資源和利用處置。
3 結(jié)論
（1）城鎮(zhèn)污水處理廠污泥深度脫水工藝一般流程為：污泥-儲(chǔ)泥池-污泥濃縮-污泥調(diào)理-污泥深度脫水機(jī)房-泥餅外運(yùn)。若要使污泥含水率降至60%及以下，工程設(shè)計(jì)中需統(tǒng)籌考慮污泥脫水各個(gè)階段，尤其是強(qiáng)化污泥調(diào)理過程。
（2）某污水處理廠二期改擴(kuò)建工程采用“離心濃縮-鐵鹽、石灰調(diào)理-隔膜式板框壓濾機(jī)”工藝實(shí)現(xiàn)了污泥深度脫水，較之一期污泥脫水至含水率80%，可實(shí)現(xiàn)污泥減量50%，并為污泥的處置創(chuàng)造了條件。
