黄 飞

( 中国葛洲坝集团勘测设计有限公司，湖北 武汉 430073)

0 引言

广东深圳某污水处理厂日平均污水处理量5 万t，由于没有设计污泥处理单元和二次沉淀池，产生的污泥交给某污泥处理中心进行深度脱水处理，折合含水率80%的污泥量约35 t/d。但污泥处理中心处理时间和产能严重受限，进而造成该污水处理厂生化池内污泥浓度居高不下，活性降低，影响污水处理效率和稳定性。另外，污泥处理中心收取的处理处置费用增加了该污水处理厂的生产成本，因此，单独建立污泥处理处置路线具有必要性。

确定污泥的脱水处理路线，首先要确定污泥的消纳处置方式。对于污泥无害化与资源化处理处置，国务院、住建部、生态环境部和发改委等国家机构先后发布文件，指出实施要求。《深圳市2020 年水污染治理巩固提升年工作指引》提出：全面推行“厂内深度脱水+焚烧掺烧”技术路线，积极推广应用新工艺、新技术，将出厂污泥含水率降至40%以下，加快推进广东某电厂污泥掺烧项目建设。

将污泥燃料化，单独焚烧或进入热电厂、垃圾焚烧电厂等进行协同焚烧，成为我国今后污泥处理处置的重要方向[1]。广东某电厂已经于2020 年投入使用，深圳市大部分污泥深度脱水后运输至此进行最终协同焚烧处置。该项目实施前已经确定采用焚烧作为污泥最终处置路线。

1 焚烧污泥的相关要求

污泥进入电厂焚烧处置，首先要确定锅炉对污泥质量的要求，如惠东县生活垃圾焚烧发电厂可接受污泥焚烧，其入炉物料的设计低位发热量为4 186 kJ/kg，对应污泥含水率要求≤40%。污泥发热量与污泥的有机质含量正相关，与水、无机质的含量呈负相关[2-3]。但降低污泥无机质含量难度大，降低污泥的含水率就是提高发热量的最直接方式，因此，污泥脱水技术会对后续污泥焚烧造成显著影响，电厂接受污泥也常以含水率为主要指标要求。

由于污泥含水率影响发热量，是进行协同焚烧的重要指标。污水处理厂的地理位置、入料性质、处理方式、季节温度不同，则产生市政污泥挥发分、灰分、水分等的含量也有差异，实际污泥的发热量需要通过实验检测进行确定。在初步估算时，参考我国城镇建设行业标准CJ/T 313—2009《生活垃圾采样和分析方法》[4]的“附录B 生活垃圾热值的计算”，预估污泥低位发热量，见表1 所列。

表1 不同含水率污泥低位发热量

因此，一般污水处理厂产生的污泥的发热量极低，不宜直接入炉焚烧，需降低含水率提高低位发热量。入炉前需进行深度脱水，使污泥含水率降低到如40%以下，直到满足锅炉需求。

2 国内常见脱水干化技术

目前，我国的脱水干化技术主要包括常规机械压力脱水、热力脱水、加固体粉末改性+板框压滤机压滤技术、热力和机械压力一体化污泥脱水、单独采用高压板框压滤机压滤脱水、污泥热水解+板框压滤、化学调理调质污泥破壁+高压板框压滤机压榨、其它调理方式配合高压板框压滤等技术，总结各种技术的特点，见表2 所列。

表2 国内常见的脱水干化技术特点

现阶段最常用的污泥焚烧预处理技术是“污泥常规调理+机械压力脱水+热力脱水”技术，但是水在蒸发相变过程中所需的蒸发焓占能耗较多，限制条件较多，运营成本较高，需要进一步降低生产成本。本次考虑采用化学调理调质污泥破壁+高压板框压滤机压榨技术。

3 深度脱水技术选择和应用

3.1 技术选择

深圳某污水处理厂现状为：厂区面积小，基本上没有扩建用地，难以建设大面积的建(构)筑物，附近也没有热源；广东某电厂距离污水处理厂运输距离大于150 km，处理后泥饼运输+消纳费用合计550 元/t，运输费用占比高，减量后此费用降低明显；且需要尽快完成建设，避免影响生产。

根据上述分析和该项目非常多的限制条件，比较不同的脱水干化技术，具体如下：

1)运输费用占比高，因此，常规机械压力脱水、加固体粉末改性+板框压滤机压滤技术等减量化效果不佳，运输成本高，不推荐；

2)周边无热源，热力脱水、热力和机械压力一体化污泥脱水等技术，不推荐；

3)特高压压滤机，如10 MPa 以上的压滤机，尚处于探索阶段，设备可靠性需要时间验证，不推荐；

4)污泥热水解+板框压滤虽然可以自身热平衡，成品质量也满足要求，但由于流程较长、设备较多，现场没有足够的建设场地，投资也相对较高，因此不推荐；

5)其他调理方式，应用案例有限，需进一步探索其成熟程度，因此暂不推荐；

6)化学调理调质污泥破壁+高压板框压滤机压榨技术流程短、产能高、占地面积小、投资省、成本低，经实验验证了可行性，设备也都是常见设备，该技术能够满足本项目的所有需求。

3.2 前期实验

为确定主要设备压滤机和辅助设备的主要工作参数，采用6 m2小型板框压滤机为基础进行技术研发和半工业实验。统计现场实验结果见表3 所列。

表3 现场实验结果统计表

根据实验结果判断，进一步提高压榨压力可以满足产品含水率要求，而3.0 MPa 高压板框机设备经过多年市场考验，较为成熟可靠，可以作为主要设备。

3.3 系统组成和工艺流程

1)芬顿反应系统

芬顿反应系统设置于深度脱水系统前端，主要为芬顿反应罐，罐上设有搅拌装置，并添加药剂，亚铁离子和强氧化剂同时作用于污泥中，发生芬顿反应，污泥性质得以调理。芬顿反应罐设有足够的体积以保证反应时间。

2)污泥深度脱水系统

泥浆池的污泥通过入料泵打入高压板框压滤机中进行深度脱水。经过芬顿改性，污泥的脱水性能得到改善，在3.0 MPa 及以上的压榨压力作用下，泥饼含水率降低至40%以下，压滤尾水进入到污水管网进行处理。

3)运输系统

脱水后的泥饼通过螺旋输送机、刮板输送机等设备输送到料仓内，再由货车外运到电厂进行最终处置。相较80%含水率的污泥，40%含水率污泥体积减少至1/3 之后，能够大幅度降低运输费用。

另外，本项目原计划后期增加除臭系统，实际生产过程中发现异味物质已经被反应，现场自然通风可满足要求，因此，暂未设置除臭。工艺流程图，如图1 所示。

图1 某污水处理厂深度脱水工艺流程图

3.4 主要设备配置

根据实验结果，为满足产能要求，压滤机循环时间需设置为2 h，才能满足产能和经济性要求，以此确定污水处理厂深度脱水主要设备配置，见表4 所列。

表4 某污水处理厂深度脱水主要设备配置表

3.5 应用效果

该脱水系统投资382 万元，主要设置浓缩和压滤2 个车间，车间面积合计约200 m2，于2021 年5 月开始施工，2021 年7 月建成并一次调试成功。压滤机循环时间≤2 h，调试现场取样污泥泥饼水分为38%，小于40%，满足广东某电厂对污泥含水率的掺烧要求，污泥深度脱水泥饼效果如图2 所示。电厂对进厂污泥热值未有明文限制，脱水系统现场未测量发热量，预估低位发热量约为4 000 kJ/kg，含折旧的脱水处理直至运输消纳处置整体成本测算为522 元/t，各项指标优于设计要求。

图2 污泥深度脱水泥饼效果

脱水系统投入使用时，现场主要面临2 个问题：1)生化池污泥浓度过高、污泥腐败，造成水处理产能降低；2) 7 月、8 月污水高峰期带来的产能压力。在此压力下，系统调试即达产达标，并将工作制度改为3 班24 h 连续生产，折合处理含水率80%的污泥≥50 t/d，体现了系统的稳定性与可靠性。持续处理污泥2 个月，污水处理厂最大处理生活污水＞6.5 万m3/d，生化池内污泥浓度混合液悬浮固体(mixed liquor suspended solid，MLSS)持续稳定降低，由峰值的9 000 mg/L 逐步降低到5 000 ～6 000 mg/L，生化池内污泥颜色也由暗灰色转变为正常黄褐色，异味降低至消失；经处理后的排水各项工艺指标得以稳定，尤其氨氮指标稳定在0.8 mg/L以下，总磷稳定在0.1 ～0.2 mg/L，系统与设备也在连续生产中经受住考验，达到了立项时要求稳定生产的目的。

脱水系统已经稳定生产2 a，稳定处理含水率80%的污泥30 ～40 t/d，并运输至电厂焚烧。

4 结论

本文分析国内常见的几种脱水干化技术，根据技术成熟度现场情况选择和应用化学调理调质污泥破壁+高压板框压滤机压榨技术，得到以下结论：

1)该技术能够满足当地电厂掺烧需要含水率40%以下污泥的要求，通过降低含水率明显提高了污泥的发热量；

2)该技术在研发和半工业化实验基础上投入实际使用，投资仅382 万元，主车间占地面积仅200 m2，含折旧费的处理处置成本为522 元/t，最大处理含水率80%的污泥≥50 t/d，处理后含水率≤40%，各项指标达到预期要求，具有投资省、占地面积小和系统可靠等特点；

3)深度脱水后，污泥体积降低至1/3，运输、消纳这两种成本与体积相关的费用大幅降低。