廣州鰲頭污水處理廠污泥干化工藝設(shè)計(jì)
行業(yè)動(dòng)態(tài)
隨著我國城鎮(zhèn)化水平不斷提高，污水處理設(shè)施大批建成，污水處理率大幅提高。城鎮(zhèn)生活污水處理廠污泥處理處置的問題日益突出，污泥處理水平亟待提高。根據(jù)廣州市市政府審議通過的《廣州市城鎮(zhèn)生活污水處理廠污泥處理處置技術(shù)路線》（以下簡稱《技術(shù)路線》）要求，廣州市污水處理廠需在廠內(nèi)將污泥處理至含水率為30%～40%，以實(shí)現(xiàn)污泥的減量合穩(wěn)定化。
1 污水處理廠概況
鰲頭污水處理廠位于廣州市從化區(qū)鰲頭鎮(zhèn)，污水處理廠處理來自鰲頭鎮(zhèn)鎮(zhèn)區(qū)范圍內(nèi)的生活污水，工程遠(yuǎn)期總規(guī)模為5×104m3/d，分兩期實(shí)施，近期處理規(guī)模為2×104m3/d。污水處理工藝如下：管網(wǎng)進(jìn)水→粗格柵及提升泵房→細(xì)格柵及旋流沉砂池→改良UCT生化池→二沉池→纖維轉(zhuǎn)盤濾池→紫外消毒池→出水排放至黃河。出水水質(zhì)按照《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 18918-2002）一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)、廣東省地方標(biāo)準(zhǔn)《水污染物排放限值》（DB 44/26-2001）第Ⅱ時(shí)段的一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)中較嚴(yán)值執(zhí)行。設(shè)計(jì)進(jìn)出水水質(zhì)如下表所示：
項(xiàng)目 | CODcr | BOD5 | SS | NH4+-N | TP |
進(jìn)水（mg/L） | 250 | 125 | 200 | 35 | 5 |
出水（mg/L） | 40 | 10 | 10 | 15 | 0.5 |
本工程剩余污泥含水率為99.2%，設(shè)計(jì)近期剩余污泥量為120m3/d（污泥含水率為98%），設(shè)計(jì)近期絕干污泥量為2400kgDS/d。由于鰲頭污水處理系統(tǒng)服務(wù)范圍內(nèi)的雨污分流相對(duì)不完善，合流排水設(shè)施的污水中含有一定量的砂質(zhì)雜質(zhì)，故本工程污泥泥質(zhì)呈現(xiàn)含砂率較高的特點(diǎn)。污泥處理工藝如下：剩余污泥（污泥含水率為99.2%）→污泥機(jī)械濃縮（污泥含水率為98%）→脫水干化（污泥含水率為40%）→外運(yùn)。
2 污泥干化工藝的確定
2.1 工藝比選
按照《技術(shù)路線》要求，鰲頭污水處理廠按照“濃縮+機(jī)械脫水+熱干化”實(shí)現(xiàn)污泥減量化，出廠污泥含水率需降至30%～40%。在技術(shù)路線的指引下，通過工藝比選確定污泥干化工藝，選取對(duì)比方案：方案一“低溫真空干化”、方案二“低溫除濕干化”、方案三“藥劑調(diào)理+熱風(fēng)干化”。3個(gè)比選工藝組合均遵循《技術(shù)路線》的要求，具體對(duì)比情況分析如下表所示：
方案 | 方案一 | 方案二 | 方案三 |
工藝組合 | 低溫真空干化 | 低溫除濕干化 | 藥劑調(diào)理+熱風(fēng)干化 |
含水率 | 99.2%→98%→60%→35% | 99.2%→98%→60%→35% | 99.2%→98%→60%→35% |
適用泥質(zhì) | 含砂率高，無機(jī)質(zhì)高 | 含砂率高，無機(jī)質(zhì)高 | 含砂率低，無機(jī)質(zhì)低 |
占地面積 | 一般（約630㎡） | 較?。s450㎡） | 較大（約700㎡） |
設(shè)備布置 | 主體設(shè)備布置緊湊 | 設(shè)備較簡單，附屬設(shè)備少 | 調(diào)理及加藥設(shè)備占地較大 |
藥劑投加 | 較小（干固的3%～5%） | 中等（干固的5%～10%） | 較大（干固的15%～40%） |
環(huán)境影響 | 尾氣量小 | 尾氣量較大，粉塵量較高 | 尾氣量大，粉塵含量高 |
工藝操作 | 運(yùn)行操作簡單 | 運(yùn)行操作簡單 | 精細(xì)調(diào)控要求較高 |
干化溫度 | 80℃ | 40～80℃ | 80℃ |
直接投資 | 約1200萬元 | 約1200萬元 | 約1400萬元 |
運(yùn)營費(fèi)用 | 1250元/TDS | 1500元/TDS | 1500元/TDS |
污泥熱值 | 4604.4～5860.2kJ/kg | 4604.4～5860.2kJ/kg | 3348.67～4604.4kJ/kg |
優(yōu)點(diǎn) | 藥劑添加量少，操作簡單，運(yùn)行費(fèi)用低 | 藥劑投加少，占地小，操作簡單，尾氣粉塵較高 | 始于規(guī)?；瘧?yīng)用，占地大，尾氣量大 |
通過上表工藝對(duì)比可知，方案一“低溫真空干化”工藝的工程運(yùn)行費(fèi)用相對(duì)較低，工程投資適中，但需配備熱源（天然氣、蒸汽源或電熱鍋爐等）。方案二“低溫除濕干化”工藝占地面積較小，成套系統(tǒng)比較簡單，但投資和運(yùn)行成本也較高，添加劑量稍多，不利于污泥減量化。同時(shí)，為防止尾氣外泄，需采用密閉干燥模式。方案三“藥劑調(diào)理+熱風(fēng)干化”投資和占地較大，運(yùn)行成本也較高，添加劑量較多，導(dǎo)致污泥產(chǎn)生量加大。除此之外，廢氣出口粉塵含量大，需配置除塵和尾氣處理措施。
針對(duì)鰲頭污水處理廠實(shí)際設(shè)計(jì)情況，對(duì)上述比選方案進(jìn)行分析。在用地方面，由于廠區(qū)規(guī)劃對(duì)污泥處理單元的用地預(yù)留充足，3個(gè)方案的用地要求均能滿足。在運(yùn)行調(diào)控方面，按照項(xiàng)目業(yè)主的要求盡量選取運(yùn)行操作簡單的處理工藝，“低溫真空干化”與“低溫除濕干化”相對(duì)易于操作調(diào)控。在運(yùn)行費(fèi)用及尾氣方面，“低溫真空干化”較另外兩個(gè)方案更優(yōu)。綜上所述，針對(duì)鰲頭污水處理廠方案一的工藝組合較優(yōu)，本工程污泥干化系統(tǒng)工藝設(shè)計(jì)采用“機(jī)械脫水+低溫真空干化”。
2.2 工藝原理及特點(diǎn)
工程采用“機(jī)械脫水+低溫真空干化”的工藝組合，具體工藝流程如下。
（1）污泥濃縮調(diào)質(zhì)：含水率為99.2%的剩余污泥進(jìn)入污泥濃縮機(jī)，經(jīng)濃縮后污泥含水率達(dá)到98%，通過重力流直接進(jìn)入污泥調(diào)質(zhì)池。
（2）污泥壓榨脫水：調(diào)質(zhì)后的污泥輸送至脫水干化系統(tǒng)，利用泵壓實(shí)現(xiàn)固液分離。入料初期，濾餅層較薄，過濾阻力小，過濾阻力隨濾餅厚度逐步增大。入料后期，通過高壓水將殘留濾液擠出；濾餅中的毛細(xì)水利用壓縮空氣強(qiáng)氣流吹掃，進(jìn)行穿流置換，降低濾餅水含水率至60%。
（3）污泥低溫真空干化：壓濾完成后，腔室中的濾餅被注入的熱水加熱，運(yùn)行真空泵降低系統(tǒng)內(nèi)水的沸點(diǎn)。濾餅中的水分以汽水混合物的形式被真空泵抽出，經(jīng)過冷凝器汽水分離后，液態(tài)部分回流至污水處理工藝進(jìn)一步處理，尾氣經(jīng)除臭系統(tǒng)處理達(dá)標(biāo)后排放。污泥經(jīng)壓濾和真空干化處理后，濾餅含水率降至30%～40%，可實(shí)現(xiàn)污泥的減量化。
采用“機(jī)械脫水+低溫真空干化”工藝組合，可將污泥含水率從98%一次性降低至30%左右，實(shí)現(xiàn)污泥的脫水和干化一體式處理。相當(dāng)于傳統(tǒng)的市政污水處理廠污泥處置措施，此工藝全過程僅添加少量絮凝劑，極大地降低了干化后污泥的無機(jī)鹽含量。
3 工程設(shè)計(jì)
3.1 工藝流程
污泥干化系統(tǒng)主要由污泥調(diào)質(zhì)系統(tǒng)、干化機(jī)體系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、進(jìn)料系統(tǒng)、壓濾系統(tǒng)、加熱循環(huán)系統(tǒng)、真空冷凝系統(tǒng)、冷卻循環(huán)系統(tǒng)、空壓系統(tǒng)、卸料系統(tǒng)和除臭系統(tǒng)這11個(gè)分系統(tǒng)組成。干化系統(tǒng)設(shè)計(jì)運(yùn)行4批次/d，每批次4個(gè)工段共計(jì)5h，其中，污泥進(jìn)料工段1h，脫水工段2h，低溫干化工段1.5h，卸料維護(hù)工段0.5h。
3.2 干化車間布置
污泥干化車間土建按遠(yuǎn)期設(shè)計(jì)，設(shè)備按近期安裝，預(yù)留遠(yuǎn)期設(shè)備安裝條件。污泥干化車間尺寸L×B×H=41.8m×18.4m×15.8m，共兩層。首層為污泥泵車間、污泥輸送間、熱水機(jī)房、高壓室、變壓器室、值班室及工具間。二層為污泥干化間（含污泥干化區(qū)、冷凝設(shè)備區(qū)、空壓設(shè)備區(qū)）、低壓室、控制室。二層局部設(shè)置夾層作為污泥濃縮間。
3.3 污泥調(diào)質(zhì)系統(tǒng)
剩余污泥經(jīng)濃縮后含水率降至98%，通過輸送泵輸送至調(diào)質(zhì)池內(nèi)。自動(dòng)配藥裝置根據(jù)污泥性質(zhì)配置不同濃度的藥劑，脫水絮凝劑采用干粉狀PAM，污泥調(diào)理池投加PAC，二者均在藥劑制備和貯存系統(tǒng)中配置成溶液。在污泥調(diào)質(zhì)池內(nèi)對(duì)污泥進(jìn)行調(diào)質(zhì)、調(diào)理，滿足進(jìn)料要求后，通過進(jìn)料系統(tǒng)進(jìn)入機(jī)體設(shè)備。
3.4 干化機(jī)體系統(tǒng)
干化機(jī)體系統(tǒng)采用等強(qiáng)實(shí)心矩形主梁與止推板、壓緊板組件和后支架相接，構(gòu)成矩形框架機(jī)架。主梁上排列濾板與針對(duì)物料特性選定的濾布，在液壓缸壓緊力的作用下，形成多個(gè)濾室，該濾室滿足特定物料的脫水、干化要求。設(shè)計(jì)干化機(jī)體壓濾面積A=250㎡，單批次處理能力Q=30m3（含水率為98%），每批次壓濾工段運(yùn)行時(shí)間為2h。
3.5 液壓及進(jìn)料系統(tǒng)
液壓系統(tǒng)采用高性能、高精度一體化設(shè)備。當(dāng)濾板壓緊時(shí)，活動(dòng)壓緊板推動(dòng)濾板靠攏，油缸同步運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)濾板的穩(wěn)定閉合，確保均勻施壓，密閉可靠。
進(jìn)料系統(tǒng)由物料泵、管道、閥組組成，經(jīng)調(diào)質(zhì)過的物料通過進(jìn)料系統(tǒng)進(jìn)入系統(tǒng)主機(jī)機(jī)體。污泥經(jīng)進(jìn)料螺桿泵進(jìn)料的同時(shí)，加藥螺桿泵將所需PAM與污泥在混合器內(nèi)完成污泥的絮凝，不同進(jìn)料階段進(jìn)料流量、加藥流量的變化均在PLC上自動(dòng)完成。選用螺桿泵2臺(tái)，Q=35m3/h，H=100m，N=30kW，電機(jī)變頻控制。
3.6 壓濾及加熱循環(huán)系統(tǒng)
進(jìn)料過濾結(jié)束后，隔膜空腔通入高壓水，通過擠壓濾餅進(jìn)行壓濾脫水。壓濾保壓強(qiáng)度為0.8～0.9MPa，保壓時(shí)間約為1.5h。系統(tǒng)選用壓濾水泵2臺(tái)，Q=25m3/h，H=100m，N=11kW。
熱源中心采用電熱水鍋爐制備80℃熱水。在壓濾工段完成后，經(jīng)熱水泵將熱水注入濾板，使其加熱面迅速升溫，進(jìn)而加熱攪拌。熱水回流經(jīng)鍋爐再次加熱后進(jìn)入濾板，形成循環(huán)。加熱循環(huán)系統(tǒng)包括：常壓熱水鍋爐1臺(tái)，發(fā)熱量為0.48MW；熱水箱，容積V=12m3；循環(huán)水泵Q=80m3/h，H=20m，N=7.5kW。
3.7 真空冷凝及冷卻循環(huán)系統(tǒng)
真空系統(tǒng)包括真空泵、冷凝器、冷凝液儲(chǔ)罐、緩沖罐、管道等。真空系統(tǒng)使密閉腔室內(nèi)形成真空，從而降低系統(tǒng)內(nèi)水的沸點(diǎn)。抽出的汽水混合物經(jīng)冷凝系統(tǒng)處理后排放。主要設(shè)備包括：真空泵（Q=28m3/min，H=15kPa，N=45kW）；冷凝器（換熱面積A=100㎡）；冷凝液儲(chǔ)罐（V=1m3）；緩沖罐（V=0.8m3）。
冷卻循環(huán)系統(tǒng)是為真空系統(tǒng)配套設(shè)置的，包括：冷卻水池、循環(huán)冷卻塔、冷卻水泵、管道、閥組等。冷卻水池1座（與污泥調(diào)理池、貯泥池合建），有效容積為85m3；循環(huán)冷卻塔2座，處理量Q=80m3/h；冷卻水泵2臺(tái)，Q=80m3/h。
3.8 空壓及卸料系統(tǒng)
空壓系統(tǒng)用于工藝設(shè)備用氣和儀表用氣，利用壓縮空氣吹掃濾板中心孔和進(jìn)料管路。主要設(shè)備如下：螺桿式空壓機(jī)（Q=1.7m3/min，H=1.05MPa，N=15kW）；儀表空氣罐（V=2m3，1.05MPa）；壓縮空氣罐（V=6m3，1.05MPa）。
真空干化結(jié)束，油缸活塞桿回縮，自動(dòng)拉板裝置啟動(dòng)，濾板逐塊拉開，濾餅自行脫落后通過螺旋輸送機(jī)輸送至泥斗，再裝車外運(yùn)進(jìn)行后期處置。主要設(shè)備為水平螺旋輸送機(jī)（Q=8t/h）。
3.9 除臭系統(tǒng)
為降低設(shè)備運(yùn)行中及卸料過程中的臭氣散發(fā)，設(shè)計(jì)采用全密封的陽光板集氣罩，對(duì)真空系統(tǒng)排出的尾氣及落料區(qū)域的尾氣進(jìn)行收集，再通過廠區(qū)除臭風(fēng)管抽送至生物除臭系統(tǒng)，處理后達(dá)標(biāo)排放。
4 技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)
本工程污泥干化系統(tǒng)工程建設(shè)費(fèi)為1256.22萬元。污泥干化系統(tǒng)直接運(yùn)行成本包含污泥脫水及干化階段的藥劑、水、電、熱源等消耗，本項(xiàng)目運(yùn)行成本核算如下表所示：
項(xiàng)目 | 消耗量 | 運(yùn)行成本（元/t干污泥） |
PAM藥耗 | 2kg干藥/t干污泥 | 61.40 |
PAC藥耗 | 40kg干藥/t干污泥 | 81.50 |
水耗 | 1.5m3/t干污泥 | 3.75 |
電耗 | 292kW·h/t干污泥 | 409.50 |
熱耗（電） | 480kW·h/t干污泥 | 672.00 |
綜上，本工程污泥干化運(yùn)行費(fèi)用為1228.15元/t干污泥，折算為80%含水率污泥的運(yùn)行費(fèi)用為245.63元/t。
5 結(jié)語
鰲頭污水處理廠采用低溫真空干化工藝處理剩余污泥，污泥含水率由98%降至40%以下，極大地降低了后期的污泥運(yùn)輸與處置費(fèi)用。污泥干化處理車間布置緊湊，工程投資及運(yùn)行費(fèi)用均較低。污泥經(jīng)過干化處理后達(dá)到減量化及無害化的要求，為進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)資源化提供了有利條件。
