某熱電廠中水處理裝置污泥脫水改造研究
技術(shù)支持
某熱電廠裝機容量為2×330MW，熱電廠中水裝置設(shè)計處理量為2200t/h，受季節(jié)及機組運行工況影響，中水裝置目前實際產(chǎn)水量為600～1200t/h，平均污泥產(chǎn)量約為20t/d，平均含水率80%，脫水后污泥由熱電廠負責外運處置。
由于中水裝置產(chǎn)生的污泥含水量大，運輸過程對2108年新投運的廠區(qū)物流通道區(qū)域環(huán)境造成影響。因此，對污泥源頭減量化、無害化處理，將污泥含水率由之前的80%調(diào)整為50%以下，避免運輸過程中污泥泥漿污染道路。
1 污泥脫水改造背景概述
1.1 概況
石家莊地區(qū)貧水，水價高，為降低用水費用，某熱電廠補水水源主要采用經(jīng)濟技術(shù)開發(fā)區(qū)污水處理廠和橋東污水處理廠的排水，城市自來水作為電廠生產(chǎn)用水的應(yīng)急備用供水水源。污水處理廠執(zhí)行GB 18918-2002《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》一級B排放標準，堿度、硬度、SS等水質(zhì)指標不滿足電廠用水標準。熱電廠投資約2916萬元建設(shè)了一座日處理量為2200t/h的中水深度處理站（中水裝置），市政污水水源經(jīng)中水裝置深度處理系統(tǒng)處理達標后，作為電廠循環(huán)水補水、脫硫工藝用水和鍋爐補給水系統(tǒng)的原水。中水裝置采用加藥、絮凝、沉淀等工藝降低來水的堿度、硬度、SS。
1.2 原污泥脫水系統(tǒng)簡介
熱電廠污泥來源于中水處理裝置，該裝置使用石灰軟化絮凝過濾工藝。市政污水水源經(jīng)中水裝置深度處理達標后，作為電廠循環(huán)水補水、脫硫工藝用水和鍋爐補給水系統(tǒng)的原水。
水澄清池排泥直接排至連續(xù)式濃縮池，澄清池排泥由澄清池排泥泵輸送到濃縮池進行濃縮，濃縮后泥漿送至離心式脫水機，脫水后污泥外運。目前平均污泥產(chǎn)量約為20t/d，平均含水量在80%以上。
2 污泥脫水技術(shù)分析
污泥脫水工藝主要分機械式脫水技術(shù)和外加熱源干化技術(shù)。根據(jù)相關(guān)要求，在充分考慮現(xiàn)場的實際情況（如場地條件、空間條件、設(shè)備狀況、資源狀況等）的基礎(chǔ)上，進行污泥脫水工藝方案的選擇。在脫水工藝方案的選擇中，主要考慮：脫水效果、設(shè)備投資、環(huán)保要求、系統(tǒng)占地面積及布置條件、熱源來源、能耗、原有設(shè)備的情況、工藝成熟度等。
2.1 機械式干化技術(shù)
污泥機械脫水目前使用較多的有3種：板框式污泥脫水機、離心式污泥脫水機、帶式污泥脫水機。
2.1.1 板框式污泥脫水機
原理：通過板框的擠壓，使污泥內(nèi)的水通過濾布排出，達到脫水目的。它主要由凹入式濾板、框架、自動氣閉式系統(tǒng)、濾板震動系統(tǒng)、空氣壓縮裝置、濾布高壓沖洗裝置及機身一側(cè)光電保護裝置等構(gòu)成。
優(yōu)點：經(jīng)過加藥調(diào)質(zhì)（藥劑PAM和絮凝劑）能直接將含水分97%的污泥脫水至60%；極限條件下能將污泥脫水至含水率50%。
缺點：壓榨時間較長，一個循環(huán)周期時間3～4h；濾框給料口容易堵塞，濾餅不易取出，往往需借助人工卸料，消耗勞動力；板框壓濾機濾布采用PP或聚酰胺制造，使用壽命較短，易破板；為達到脫水效果，需要增加一定量的絮凝劑（木屑或生石灰），增加了運行成本。
2.1.2 離心式污泥脫水機
原理：主要由轉(zhuǎn)鼓和帶空心轉(zhuǎn)軸的螺旋輸送器組成，污泥由空心轉(zhuǎn)軸送入轉(zhuǎn)鼓后，在高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力作用下，立即被甩入轉(zhuǎn)鼓腔內(nèi)。污泥顆粒比例較大，因而產(chǎn)生的離心力也較大，被甩貼在轉(zhuǎn)鼓內(nèi)壁上，形成固體層；水密度小，離心力也小，只在固體層內(nèi)側(cè)產(chǎn)生液體層。固體層的污泥在螺旋輸送器的緩慢推動下，被輸送到轉(zhuǎn)鼓的錐端，經(jīng)轉(zhuǎn)鼓周圍的出口連續(xù)排出，液體則由堰口溢流排至轉(zhuǎn)鼓外，匯集后排出脫水機。離心脫水機關(guān)鍵的部件是轉(zhuǎn)鼓，轉(zhuǎn)鼓的直徑越大，脫水能力越強，但制造及運行成本都相當高，經(jīng)濟性差。轉(zhuǎn)鼓的長度越長，污泥的含固率就越高，但轉(zhuǎn)鼓過長會使性價比下降。
優(yōu)點：離心脫水機處理能力相對較強，可連續(xù)運轉(zhuǎn)。
缺點：電耗比較大，通常情況下每立方污泥脫水電耗為1.2kW/m3。處理后污泥含水率只能達到75%～80%。
2.1.3 帶式污泥脫水機
原理：帶式污泥脫水機是由上下兩條張緊的濾帶夾帶著污泥層，從一連串按規(guī)律排列的輥壓筒中呈S形彎曲經(jīng)過，靠濾帶本身的張力形成對污泥層的壓榨力和剪切力，把污泥層中的毛細水擠壓出來，獲得含固量高的泥餅，從而實現(xiàn)污泥脫水。
優(yōu)點：帶式壓濾脫水機運行速度慢、無噪聲，處理量比較大。
缺點：帶式壓濾機現(xiàn)場環(huán)境差、濕氣大，易造成二次污染。帶式壓濾機由于濾帶不能織的太密，為防止細小污泥漏網(wǎng)，需要投加較多的絮凝劑，一般加藥量大于3kg/L（干泥）。處理后污泥含水率只能達到75%～80%。
綜合分析板框式壓濾機、離心脫水機、帶式壓濾機3種設(shè)備的運行方式及優(yōu)缺點，其中離心式脫水機和帶式壓濾機無法滿足項目污泥含水率低于50%的要求；板框式壓濾機雖然在加絮凝劑的條件下能夠?qū)⑽勰嗝撍梁蕿?0%，但該數(shù)值為臨界值，運行過程中存在污泥脫水不達標的風險，且存在人力裝卸、濾布壽命短、絮凝劑消耗大的缺點。因此，本次改造不考慮采用機械式污泥脫水機。
2.2 外加熱源干化技術(shù)
外加熱源干化技術(shù)主要有間接加熱圓盤式干化技術(shù)、太陽能干化技術(shù)、生石灰干化技術(shù)等。
2.2.1 圓盤干化技術(shù)
圓盤主要由定子（外殼）、轉(zhuǎn)子（轉(zhuǎn)盤）和驅(qū)動裝置組成。轉(zhuǎn)子中心軸和轉(zhuǎn)盤都是中空的，熱油（180～220℃）、熱水或者高壓蒸汽（0.4～0.8MPa）通過其中并加熱轉(zhuǎn)盤，將熱量傳遞給干化產(chǎn)品。轉(zhuǎn)盤邊緣的攪拌器將污泥均勻緩慢地推進并通過整個干燥機，產(chǎn)生的熱蒸汽冷凝在轉(zhuǎn)盤腔的內(nèi)壁上，形成冷凝水并導(dǎo)出干燥機。為了防止污泥粘附在轉(zhuǎn)盤上，在轉(zhuǎn)盤之間裝有刮刀，使得圓盤干化機不僅能進行污泥的全干化（含水率低于15%），也能適應(yīng)污泥的半干化（含水率低于50%）。干化機負壓運行[-（20～40）Pa]，避免了干化過程中廢蒸汽泄漏；廢氣中含氧量約2%，能夠有效地預(yù)防粉塵爆炸。半干化蒸發(fā)單位水需耗熱2000～3000kJ/kg，耗電約45kW·h/t。其優(yōu)點是投資較少、運行安全、干化產(chǎn)品質(zhì)量好，缺點是與太陽能干化相比能耗較高。
2.2.2 太陽能干化技術(shù)
太陽能干化技術(shù)的核心是利用廉價的太陽能進行污泥干化。太陽能輻射加熱，使污泥水分蒸發(fā)，并利用通風系統(tǒng)排出陽光房內(nèi)濕空氣，降低污泥表面空氣濕度。其優(yōu)點是能耗小，運行管理費用低；運行穩(wěn)定安全，灰塵少；操作維護簡單；清潔能源，符合可持續(xù)發(fā)展需要。缺點是占地面積大、處理效果受天氣和季節(jié)影響較大。
2.2.3 生石灰干化技術(shù)
生石灰與污泥內(nèi)的水分發(fā)生化學(xué)反應(yīng)時，1kg生石灰能以化學(xué)形式結(jié)合去除0.32kg的水，另外，所產(chǎn)生的反應(yīng)熱又可蒸發(fā)去除0.5kg的水。要使污泥含水率由80%降至40%，理論上1t污泥需要0.39t石灰。生石灰市場價格為300～600元/噸，則藥劑成本為120～240元/噸。加入石灰后的污泥體積有所增加。干化產(chǎn)品一般用作酸性土壤的改良劑或建筑材料。生石灰干化技術(shù)工藝過程為：控制系統(tǒng)根據(jù)進出污泥含水率確定較佳配料比，控制電子稱對污泥和活性石灰分別計量，稱重后兩者投加至攪拌筒內(nèi)進行充分攪拌，反應(yīng)時溫度逐漸上升，高達102～105℃，此時控制系統(tǒng)將排氣閥開啟，廢氣帶走部分水分，當反應(yīng)釜內(nèi)溫度下降至100℃時控制系統(tǒng)關(guān)閉閥門。
優(yōu)點：干化產(chǎn)品pH值升高，根據(jù)污泥性質(zhì)可干化后污泥做酸性土壤的改良劑或建筑材料。
缺點：無法連續(xù)運行，生石灰耗量較大，且因為生石灰的加入增加了干污泥量。
綜合分析圓盤干化技術(shù)、太陽能干化技術(shù)、生石灰干化技術(shù)的運行方式及優(yōu)缺點，3種技術(shù)都能夠?qū)⑽勰嗝撍梁蕿?0%以下并保持穩(wěn)定運行。太陽能干化技術(shù)受天氣影響，且占地面積較大，本次改造可利用土地僅有18m×16m，不滿足使用太陽能干化技術(shù)條件。生石灰干化技術(shù)與圓盤干化技術(shù)相比，藥劑成本高（120～240元/噸），并增加了干化污泥的量。因此，建議采用圓盤干化技術(shù)。
圓盤干化技術(shù)可采用蒸汽、導(dǎo)熱油、熱煙氣作為干化介質(zhì)。該熱電廠的廠區(qū)內(nèi)能夠穩(wěn)定提供0.5～0.8MPa的蒸汽，而引取熱煙氣條件不便，同時與采用高品質(zhì)電能的導(dǎo)熱油介質(zhì)相比，低品位蒸汽耗材更經(jīng)濟。因此，采用蒸汽為熱源的圓盤干化污泥技術(shù)。
3 污泥干化改造方案研究
3.1 污泥干化改造總體設(shè)想
本次改造按照污泥含水80%，日產(chǎn)泥量為24t為輸入條件，用原污泥離心脫水機和主螺桿輸送機，通過增加污泥干化機，將污泥水分從80%降低至50%以下。
本次改造總體工程設(shè)想如下：
（1）增加一臺圓盤式污泥干化機，采用蒸汽作為熱源。
（2）原污泥螺旋脫泥房外，新增污泥干化間（單層建筑），用于放置污泥干化機和儲存污泥。
（3）在原中水裝置電控間上部新增一層建筑，用于新增的電氣控制間。
（4）對原中水系統(tǒng)的廢水池進行改造，并更換兩臺廢水泵，新增一臺廢水攪拌器。
本次改造提出兩個方案：
（1）新增污泥干化機及附屬設(shè)備、污泥干化間；將污泥干化煙氣作為廢水池曝氣使用；在原一層電控間樓上新增一層電控間；改造廢水池，更換兩臺廢水泵，新增一臺廢水池攪拌器。
（2）新增污泥干化機及附屬設(shè)備、污泥干化間；污泥干化煙氣采用水噴淋洗滌后經(jīng)煙囪有組織排放，并設(shè)置粉塵在線檢測系統(tǒng)；在原一層電控間樓上新增一層電控間；改造廢水池，更換兩臺廢水泵，新增一臺廢水池攪拌器。
3.2 污泥干化系統(tǒng)設(shè)計
中水裝置現(xiàn)有兩臺離心式污泥脫水機（Q=25～60m3/h），離心脫水機出口的污泥含水率為80%，出口污泥分別經(jīng)兩臺子螺桿輸送至主螺桿（Q=7m3/h），主螺桿伸出現(xiàn)有污泥脫水間外水平距離4.83m，螺桿出口高度為3.8m。
充分利用原離心脫水機及原螺桿輸送機，在原脫水機間外，新增圓盤式污泥干化機。在原螺旋脫水間外側(cè)，新建16.5m（長）×16m（寬）×6m（高）污泥干化間，放置污泥干化機及附屬設(shè)備作為干污泥暫存間使用。在污泥干化機間、污泥暫存間內(nèi)各設(shè)置起吊質(zhì)量為5t的單軌電動葫蘆，用于輸送干污泥。
圓盤干化機熱源采用電廠蒸汽，從原脫銷氨區(qū)蒸汽管道引DN80管道至圓盤干化機。
在圓盤干化機內(nèi)，蒸汽與污泥間接換熱，蒸汽冷凝后排至中水處理系統(tǒng)廢水池（容積100m3），干化機蒸汽耗量約1.0t/h，蒸汽冷凝水的排入不會對原廢水池運行產(chǎn)生影響。
污泥在圓盤干化機內(nèi)干化過程，水分蒸發(fā)為氣體，水蒸汽伴著污泥顆粒的干化煙氣需進行除塵凈化。根據(jù)干化煙氣的處理工藝，設(shè)計了2種方案：
（1）干化煙氣通過引風機提供的壓力，先經(jīng)過旋風除塵器除去大顆粒，之后通入中水處理系統(tǒng)廢水池進行曝氣，達到廢水池攪拌的目的，能夠減少廢水池內(nèi)污泥的沉淀；將干化煙氣輸送過程產(chǎn)生的冷凝疏水直接排放至廢水池。污泥干化煙氣溫度約為100℃，其中飽和水蒸氣含量為0.6t/h，將該煙氣通入廢水池曝氣后，廢水池升溫約2℃。
（2）干化煙氣通過引風機提供的壓力，先經(jīng)過旋風除塵器除去大顆粒，再通過二級水噴淋塔進行洗滌，之后通過煙囪進行有組織排放，煙囪排放出口顆粒物小于150mg/m3（滿足《大氣污染物綜合排放標準》），并設(shè)置在線檢測系統(tǒng)。噴淋塔根據(jù)煙氣顆粒物排放值定期更換噴淋水，將更換的噴淋水排至廢水池，進行循環(huán)處理。
將兩個方案污泥干化產(chǎn)生的廢水都排至原廢水池，不存在廢水外排情況；兩個方案均能達到污泥干化的目的。方案1與方案2相比，工藝流程較簡單，設(shè)備投資較少，更具有技術(shù)優(yōu)勢。
4 技術(shù)改造效益分析
4.1 環(huán)境效益
改造后，將污泥中含水量由80%降低至50%，降低了中水外運污泥水分，污泥量可減少約4800t/年（8000h計），減少中水污泥外運的運輸成本，可有效降低中水污泥運輸過程中的環(huán)境風險，提升廠區(qū)總體安全文明生產(chǎn)水平。
4.2 經(jīng)濟效益
實施改造后，增加固定投資500萬左右，每年增加運行成本120萬元，污泥運輸費用可減少至原來的50%左右。
4.3 社會效益
中水污泥干化系統(tǒng)升級改造后，得到以下社會效益：
（1）污泥中含水量由80%降低至50%，降低污泥體積便于運輸，且節(jié)省了后續(xù)處理的空間。
（2）本項目將污泥進行干化，有效地控制了污泥在運輸、堆放過程中的二次污染，對于改善城市環(huán)境，提高人民的健康水平和促進城市的現(xiàn)代化建設(shè)具有十分重要的意義。
5 結(jié)論
本次對水裝置污泥脫水升級改造，采用圓盤干化技術(shù)。保留原有離心脫水機和螺桿輸送機，新增一臺圓盤干化機，采用蒸汽作為烘干介質(zhì)。污泥含水率從改造前的80%降低為50%，設(shè)計污泥處理量為24t/d，年利用小時為8000h，改造完成后外運污泥量減少4800t/年。
在滿足污泥干化要求的基礎(chǔ)上，根據(jù)污泥干化煙氣的利用和排放方式設(shè)計了兩個方案。方案1是利用干化煙氣對廢水池曝氣；方案2是對干化煙氣進行除塵和有組織排放。方案1與方案2相比，工藝流程較簡單，更具有技術(shù)優(yōu)勢。綜合考慮兩個方案的投資成本、運行費用等因素，推薦方案1為改造方案。
