城鎮(zhèn)污水處理廠污泥深度脫水技術研究與應用
行業(yè)動態(tài)
城鎮(zhèn)污水處理廠污泥處置過程中，污泥脫水是關鍵步驟。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，同時可提高污泥的熱值，減少填埋場滲濾液產量，對污泥的處理也有重要意義。
我國污水處理廠現(xiàn)有污泥處理工藝一般只可將污泥含水率降至80%左右，未能達到垃圾填埋場的處置要求。且由于填埋場容量有限，環(huán)節(jié)保護問題日益嚴峻，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，已成為我國城鎮(zhèn)污水處理廠污泥處理的關鍵。
1 污泥深度脫水技術
污泥深度脫水處理是指采用一定機械設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泥、污泥濃縮、污泥調理以及污泥深度脫水4部分。
1.1 儲泥
污水處理過程中伴隨產生大量的污泥，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%），二者分別輸送至儲泥池進行完全混合后處理。此外，儲泥池還兼有短期儲存污泥，消除污泥產量波動影響的功能。
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、氣浮濃縮和機械濃縮，其中重力濃縮與機械濃縮應用較廣。重力濃縮是指污泥中懸浮固體顆粒在自身重力作用下進一步沉淀與固化的過程，該工藝具有儲泥能力強、操作要求不高、運行費用低等優(yōu)點而得到廣泛使用，但濃縮池中污泥易發(fā)酵、產生臭氣，導致污泥濃縮效果變差，同時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荷與能耗，因此在工廠設計中逐漸被機械濃縮的方式代替。機械濃縮方式主要有帶式濃縮、轉鼓濃縮與離心濃縮，該方法通過機械力作用均可有效降低污泥含水率，污泥經濃縮處理后含水率一般為97%～98%。
1.3 污泥調理
污泥深度脫水工藝中，污泥調理為關鍵一步，其效果將直接影響污泥脫水后含水率高低。目前，工程設計中主要采用FeCl3與CaO的化學調理方式改善污泥的脫水性能，以實現(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，破壞了污泥的細胞結構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的投加量對出泥含水率有重要影響，若要實現(xiàn)污泥深度脫水，加藥量需根據(jù)污泥泥質特點經現(xiàn)場試驗得出。姚杰研究表明，FeCl3、CaO的投加量分別為干泥量的8%、20%時，可使脫水污泥的含水率穩(wěn)定達到60%以下。
1.4 污泥深度脫水
污泥脫水一般采用機械脫水的方式。目前，污水處理廠常用的污泥脫水機械主要有帶式壓濾脫水機、離心脫水機和板框壓濾脫水機，3種污泥脫水機械的性能比較詳見下表：
序號 | 項目 | 帶式壓濾脫水機 | 離心脫水機 | 板框壓濾脫水機 |
1 | 運行狀態(tài) | 可連續(xù)運行 | 可連續(xù)運行 | 間歇式運行 |
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 | 設備費用 | 價格較低 | 價格較高 | 價格較低 |
8 | 進泥含水率 | 95%～97% | 97%～98% | 97%～98.5% |
9 | 出泥含水率 | 80% | 75% | 70% |
根據(jù)《室外排水設計規(guī)范》（GB 50014-2006，2016年版），污泥進入脫水機前的含水率一般不應大于98%，由上表可知，污泥經機械脫水后，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，在實際工程中，需強化污泥調理過程，統(tǒng)籌考慮污泥脫水機械與污泥調理方式，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計實例
目前，工程設計中應用的污泥深度脫水技術主要有：鐵鹽石灰加板框壓濾脫水技術與固化劑加板框壓濾脫水技術，其中鐵鹽石灰加板框壓濾脫水技術由于工藝技術成熟、脫水效果較好、藥劑相對便宜、易于獲取、可靠性較強等優(yōu)點得到廣泛應用。
2.1 工程概況
某污水處理廠二期改擴建工程總處理規(guī)模為4萬m3/d，其中一期工程設計處理規(guī)模為2萬m3/d，2007年建成投運，主體采用CAST工藝；二期工程采用分點進水倒置A2/O工藝，同時增加反硝化深床濾池作為深度處理，出水經紫外消毒后排放。污水處理廠出水水質執(zhí)行《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》（GB 18918-2002）中的一級A標準。
污水處理廠污泥處理一期工程采用儲泥池-污泥濃縮脫水一體機工藝進行污泥脫水，脫水后污泥含水率降至80%外運至垃圾填埋場。為應對我國污泥產量不斷增加的嚴峻形勢，有效解決污泥出路，本次改擴建工程優(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，同時考慮一期工程已建成污泥設施備用，在污泥深度脫水系統(tǒng)出現(xiàn)故障時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運行過程中主要產生剩余污泥和少量的化學污泥，二者經儲泥池混合均勻，之后輸送至離心濃縮機進行濃縮，緊接著進入污泥調理池，在調理池中與藥劑充分混合、調質，再進入隔膜式板框壓濾機進行深度脫水，使污泥含水率降至60%以下后外運處置。
2.3 工藝設計
2.3.1 污泥產量計算
本工程污泥產量主要來源于已建CAST反應池與新建二沉池，其中剩余污泥量為4480kgDS/d，含水率99.3%；化學污泥量為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（建）筑物設計參數(shù)
（1）儲泥池。已建儲泥池1座2格，單池有效容積175m3。為防止污泥厭氧發(fā)酵與沉淀，每池設潛水攪拌器1臺，功率N=1.5kW。本次改擴建對原儲泥池保留利用。
（2）污泥濃縮脫水機房。一期已建污泥濃縮脫水機房1座，內設污泥濃縮脫水一體機2臺，1用1備，處理能力為20～30m3/d，電機功率29.5kW，脫水泥餅含水率為75%～80%。根據(jù)污泥深度脫水技術方案，本次擬在污泥脫水機房預留機位新增離心濃縮機1臺，流量Q=60m3/d，正常工況下，儲泥池中的污泥 入該離心濃縮機，污泥經濃縮至含水率為95%時再輸送到污泥調理池進行深度脫水處理。此外，原2臺污泥濃縮脫水一體機備用。
（3）污泥深度脫水車間。本次改擴建工程擬在原有污泥濃縮脫水機房東側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、污泥調理池、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儲罐1套（V=7m3），隔膜計量泵2臺（Q=0.6～1m3/h，H=30m，N=0.5kW，1用1備），鐵鹽進料泵1臺（Q=10m3/h，H=20m，N=1.1kW）；石灰乳加藥系統(tǒng)主要包括石灰料倉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2臺（N=1.5kW），計量螺旋輸送機、雙向螺旋輸送機各1套（每套規(guī)格Q=3m3/h，N=3kW）以及石灰乳螺桿泵2臺（Q=15～20m3/h，H=30m，N=15kW，1用1備）。
污泥調理池。新建污泥調理池1座2池，單池尺寸3.5m×3.5m×3.5m，污泥離心濃縮機出泥與來自板框壓濾機的回流污泥分別輸送到污泥調理池，在池中與FeCl3藥劑和石灰乳藥劑充分混合反應，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%，經化學調理后，污泥含水率為94.7%。調理池內設立式攪拌機1臺（單池），功率N=1.5kW。
隔膜式板框壓濾機。本次新增隔膜式板框壓濾機1套，處理能力為7tDS/d，過濾面積為450㎡，功率N=16.55kW。污泥經化學調理，之后分兩路進泥，一路為低流量高壓力進泥，對應高壓螺桿泵1臺（Q=20～30m3/h，H=160m，N=18.5kW，變頻調速）；另一路為高流量低壓力進泥，對應低壓螺桿泵1臺（Q=20～80m3/h，H=60～80m，N=30kW，變頻調速），壓濾機每日工作時間16h，其中每批次工作時間4h，設計進泥量29.34m3，泥餅固體產量≤3.88t/批次，對應泥餅含水率≤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，污泥經板框壓濾機深度脫水處理后，泥餅通過螺旋輸送機輸送至污泥堆棚，經由運輸車送至磚瓦廠制磚，以完成污泥資源和利用處置。
3 結論
（1）城鎮(zhèn)污水處理廠污泥深度脫水工藝一般流程為：污泥-儲泥池-污泥濃縮-污泥調理-污泥深度脫水機房-泥餅外運。若要使污泥含水率降至60%及以下，工程設計中需統(tǒng)籌考慮污泥脫水各個階段，尤其是強化污泥調理過程。
（2）某污水處理廠二期改擴建工程采用“離心濃縮-鐵鹽、石灰調理-隔膜式板框壓濾機”工藝實現(xiàn)了污泥深度脫水，較之一期污泥脫水至含水率80%，可實現(xiàn)污泥減量50%，并為污泥的處置創(chuàng)造了條件。
