天津市咸陽路污水廠的污泥脫水與干化處理設(shè)計(jì)
行業(yè)動(dòng)態(tài)
隨著城市污水處理設(shè)施的建設(shè)和發(fā)展，近年來天津市先后建成了紀(jì)莊子污水處理廠、東郊污水處理廠、咸陽路污水處理廠、北倉(cāng)污水處理廠，污水處理能力達(dá)到149×104m3/d。從目前全市污水處理廠的運(yùn)行情況看，經(jīng)濃縮、中溫厭氧消化、機(jī)械脫水的污泥，其含水率為80%左右，基本滿足污泥外運(yùn)的要求。但即使消化后的污泥也無法達(dá)到完全無害化，泥餅中的細(xì)菌、重金屬、多氯聯(lián)苯等有毒有害物質(zhì)依然存在，處置不當(dāng)可能造成地下水環(huán)境的污染，用于農(nóng)田會(huì)在農(nóng)作物中富集而進(jìn)入食物鏈，造成二次污染。由此可見，污泥的妥善處置已成為當(dāng)務(wù)之急，應(yīng)盡快尋求安全穩(wěn)定無害化的污泥處置方式。
咸陽路污水處理廠設(shè)計(jì)規(guī)模為45×104m3/d，采用A/O除磷、硝化脫氮處理工藝；污泥采用重力濃縮、厭氧消化、機(jī)械脫水處理工藝及以填埋為主，部分脫水污泥進(jìn)行干化的處理方案。
1 污泥脫水工藝
污泥脫水是進(jìn)入干化系統(tǒng)的預(yù)處理工藝，咸陽路污水處理廠采用重力濃縮、中溫厭氧消化、機(jī)械脫水的處理工藝。選擇不同的脫水工藝，脫水污泥的含水率也不同，會(huì)直接影響后續(xù)污泥干化處理的效率。從理論上講，脫水污泥含水率越低，越節(jié)省干化投資，但另一方面機(jī)械脫水程度越高，脫水設(shè)備的投資和混凝劑投量也會(huì)增加，脫水工序的處理成本也隨之提高，因此合理選擇脫水污泥含水率很重要。在考慮降低干化成本的同時(shí)兼顧脫水成本的前提下，咸陽路污水處理廠的污泥脫水采用高干離心脫水機(jī)，脫水后污泥含水率為70%～75%，這樣可以減少后續(xù)污泥干化系統(tǒng)的投資和運(yùn)行費(fèi)用。
污泥脫水系統(tǒng)的主要設(shè)計(jì)參數(shù)如下：
總干泥量：73tDS/d；
進(jìn)料含固率：3.3%～4.0%；
離心脫水機(jī)：4臺(tái)（3用1備），單臺(tái)處理量為34m3/h（固體負(fù)荷＞1020kgDS/h）；
固體回收率：＞95%；
泥餅含固率：25%～30%；
混凝劑用量：4～6kg/tDS；
每天工作時(shí)間：24h；
電機(jī)功率：45kW。
2 污泥干化系統(tǒng)
2.1 設(shè)計(jì)規(guī)模的確定
咸陽路污水處理廠的污泥經(jīng)機(jī)械脫水后，污泥產(chǎn)量為300m3/d（含水率按75%計(jì)）。由于目前國(guó)內(nèi)大型污水處理廠使用和引進(jìn)干化設(shè)備的經(jīng)驗(yàn)缺乏，本著節(jié)省投資、循序漸進(jìn)、摸索經(jīng)驗(yàn)、避免造成失誤的原則，充分利用廠內(nèi)污泥消化產(chǎn)生的沼氣，減少運(yùn)行管理的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)。廠內(nèi)污泥消化產(chǎn)生的沼氣量約為16500m3/d，除用于污泥加熱外，其余均可用于污泥干化系統(tǒng)。經(jīng)過測(cè)算，確定干化系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)模為100m3/d（含水率按75%計(jì)），占全廠污泥總量的1/3。
2.2 干化工藝的選擇
目前污泥干化處理技術(shù)呈現(xiàn)出多樣化格局，其中污泥干化裝置高效靈活、安全可靠的優(yōu)勢(shì)尤為突出。國(guó)外的污泥熱干化工藝主要包括：轉(zhuǎn)鼓干化、流化床干化、盤式干化、帶式干化、熱對(duì)流臥式干化等，各種干化裝置均有其優(yōu)缺點(diǎn)，選擇干化工藝需因地制宜、結(jié)合實(shí)際情況綜合考慮。以咸陽路污水廠的特定要求為基準(zhǔn)，干化裝置必須以廠內(nèi)沼氣為 能源，天然氣為補(bǔ)充能源；同時(shí)考慮設(shè)置2套干化裝置，以便夏季沼氣產(chǎn)量高時(shí)可驅(qū)動(dòng)2臺(tái)，冬季沼氣產(chǎn)量低時(shí)也可驅(qū)動(dòng)1臺(tái)；運(yùn)行操作時(shí)可滿足沼氣與天然氣的自動(dòng)切換。這樣既考慮了自產(chǎn)能源的充分利用，也考慮了干化產(chǎn)品資源化的不同需求。
經(jīng)過方案比較和設(shè)備招標(biāo)，咸陽路污水廠選用了間接傳熱臥式旋轉(zhuǎn)腔室污泥干化裝置。
2.3 設(shè)備選型的基本要求
（1）干化系統(tǒng)的主要能源為廠內(nèi)污泥消化產(chǎn)生的沼氣，并可隨時(shí)自動(dòng)轉(zhuǎn)換采用天然氣，以滿足不同季節(jié)沼氣量變化的使用條件，因此要求設(shè)備自身具備2套管路系統(tǒng)。
（2）干化系統(tǒng)進(jìn)泥含固率為25%～30%，出泥含固率＞90%,且可根據(jù)實(shí)際需要通過選擇運(yùn)行條件，獲得含固率為50%～90%的各種污泥產(chǎn)品。
（3）具備完善的安全操作系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)化操作。
2.4 干化系統(tǒng)的組成
系統(tǒng)共設(shè)2套裝置，每套包括：干化機(jī)，對(duì)通過干化機(jī)的導(dǎo)熱油進(jìn)行加熱和泵送的導(dǎo)熱油系統(tǒng)，對(duì)污泥蒸汽進(jìn)行急冷和除去顆粒的冷凝洗滌器系統(tǒng)，帶計(jì)量的污泥貯存箱，帶系統(tǒng)所有開關(guān)、人機(jī)接口和火焰管理的總控制盤。
2.5 干化系統(tǒng)的工藝流程
脫水污泥經(jīng)螺旋輸送機(jī)輸送至干化機(jī)的進(jìn)料斗（帶計(jì)量裝置），通過斗下部的螺旋輸送器輸送至干化機(jī)主體，該裝置的特點(diǎn)是可變頻控制定量輸送。干化機(jī)主體由轉(zhuǎn)鼓和線形翼片螺桿組成，轉(zhuǎn)鼓通過燃燒爐加熱，翼片螺桿通過循環(huán)熱油傳熱，轉(zhuǎn)鼓和翼片螺桿同向或反向旋轉(zhuǎn)，污泥經(jīng)轉(zhuǎn)鼓和翼片螺桿推移并同時(shí)加熱被逐步烘干成粒狀，在轉(zhuǎn)鼓后端的低溫區(qū)經(jīng)空氣止回閥由干泥螺旋輸送器送至室外儲(chǔ)料斗。污泥蒸發(fā)出的水汽通過抽風(fēng)機(jī)送至冷凝和洗滌吸附系統(tǒng)，冷凝水和冷卻水混合收集后排至廠區(qū)污水管道。
2.6 干化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)參數(shù)
（1）濕污泥量為100m3/d，含固率為25%～30%。
（2）共設(shè)2套干化裝置，每套處理能力為50m3/d，每套安裝功率為57kW。
（3）干化產(chǎn)品含固率達(dá)90%，顆粒粒徑為1～4mm，同時(shí)滿足干燥度根據(jù)需要靈活控制的要求，其含固率控制在50%～90%。
（4）干化系統(tǒng)溫度控制：轉(zhuǎn)鼓沿長(zhǎng)度方向分布為370、340、85℃；翼片螺桿內(nèi)的熱油溫度為315℃，干化冷卻后溫度＜40℃。
（5）污泥在系統(tǒng)內(nèi)的停留時(shí)間為2.5～5.0h，熱能利用率為78%。
（6）干化系統(tǒng)的能耗：污泥的含固率由25%干化至90%，蒸發(fā)量為3010m3/h。每套系統(tǒng)所需能耗約為4.6MJ/h，沼氣的熱值為0.023MJ/m3，天然氣的熱值為0.036MJ/m3，若以沼氣為 能源，每套干化系統(tǒng)平均耗氣量約為200m3/h。若以天然氣為第二能源，每套干化系統(tǒng)平均耗氣量為127m3/h。
3 設(shè)計(jì)特點(diǎn)
（1）全廠將污泥離心脫水與污泥干化工藝作為一個(gè)整體系統(tǒng)考慮。為減少干化系統(tǒng)的能耗，選擇了高干離心脫水機(jī)，使脫水后泥餅含固率為25%～30%。
（2）總體布置中將脫水機(jī)房與干化車間合建，將污泥脫水與污泥干化系統(tǒng)緊密配合。脫水機(jī)房按兩層布置，脫水機(jī)布置在第2層，可實(shí)現(xiàn)對(duì)脫水后泥餅的再分配。脫水泥餅通過高架的無軸螺旋輸送機(jī)，一部分直接進(jìn)入干化車間，另一部分直接裝車外運(yùn)。污泥干化設(shè)備優(yōu)先選擇臥式機(jī)組，以減少不必要的泥餅二次輸送，節(jié)約能耗，節(jié)省廠房占地及投資。
（3）干化車間屋頂采用網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，省去車間內(nèi)的構(gòu)造柱，同時(shí)考慮設(shè)備的檢修，將兩套機(jī)組在平面上交錯(cuò)布置，合理利用檢修空間，使占地達(dá)到較小化。
（4）污泥干化機(jī)設(shè)計(jì)為全封閉裝置，系統(tǒng)在負(fù)壓狀態(tài)下工作并采用間接加熱方式，安全性高于直接加熱系統(tǒng)。采用全自動(dòng)控制，減少運(yùn)行管理人員。
（5）干化產(chǎn)品可實(shí)現(xiàn)資源化，如作為農(nóng)作物和綠化的肥料、土壤改良劑，也可作為燃料用于焚燒廠、發(fā)電廠和水泥廠，還可作為水泥添加劑制成污泥磚、污泥陶粒等建筑材料。
4 結(jié)語
咸陽路污水處理廠的污泥采用全部脫水、部分干化的處理工藝，其目的是積累污泥處置建設(shè)及運(yùn)行管理經(jīng)驗(yàn)，同時(shí)為干化產(chǎn)品尋找一些資源化途徑。建議盡快建立天津市污泥處置的專項(xiàng)規(guī)劃，根據(jù)實(shí)際情況增加污泥安全處置設(shè)施的投入，為應(yīng)用和不斷開發(fā)污泥處置的新技術(shù)打下基礎(chǔ)。
