太阳能污泥处理处置方案

2015-12-31德国HUBERSE公司高颖

太阳能 2015年10期

德国HUBER SE公司 ■ 高颖

0 引言

对于德国小型污水处理厂来说，过去的污泥处置也都是通过农用，即作为肥料喷洒农田而实现。但随着对污泥中有害物质浓度要求的提高(极限浓度指标下降)，对于大多数污水厂来说，这一传统的污泥处置途径将被切断；对于用户单位来说，将面临市政污泥(多数情况下＜ 3% DS)如何处理的问题?

如果这些污泥预先不经过脱水或干化处理就运输到其他地方进行后续处理和处置，由于昂贵的运输费用，在经济上是不可行的。此时，拥有两种操作模式可供用户或单位进行选择：

1) 委托专门的污泥脱水公司以间隙方式进行污泥脱水处理。但这种操作方式的缺点是：在污泥脱水处理的间隔循环之间，污泥必须中间储存；而在脱水期间，又会产生大量高浓度过滤液体，对生化处理系统造成负荷冲击。因为稀浆污泥所需中间储存池很大，很少有污水厂能满足这种操作条件。

2) 在小型污水处理厂内自己安装小型污泥脱水装置，甚至根据情况配置太阳能干化处理系统。通过污泥脱水和干化处理，将污泥体积降至最低程度，然后再进行后续的污泥处置(如填埋或焚烧)。

根据污水处理厂每天所产生的泥量，应采用固定安装的高效脱水装置进行连续性污泥脱水处理。这样可节省中间储存池(用于过滤液体和稀浆污泥)，同时尽可能将市政污泥脱水至20% DS以上，然后输入太阳能干化装置进行干化处理。

为此，德国汉斯琥珀公司开发了相应污泥脱水干化一体化处理方案。以下分别对污泥浓缩脱水和污泥干化进行阐述。

1 污泥浓缩脱水处理

德国汉斯琥珀公司为此专门开发研制了螺压脱水装置，如图1所示。这一装置可将生物剩余污泥压榨脱水至最高程度，占地很小，投资费用很低，运转安全可靠。可为用户带来的好处为：通过均匀排放脱水过滤液体，可降低对污水处理厂的冲击负荷，生化处理系统不会在超负荷状态下运转；脱水过程是在全封闭结构内进行，臭气不会外泄；因为全封闭结构，脱水装置可安装在机房内或集装箱内；螺压脱水机的驱动电机转速很低，因此震动噪声低，机械磨损部件很少；全不锈钢结构，维修保养工作量很低，使用寿命极长；全自动操作运转，降低人员费用和操作工序。如图1所示，在RoS3Q 脱水系统内可输入稀浆1% DR 或含固含量3% DR的浓缩污泥，并可连续运转，将污泥脱水处理至20% DS以上。这一污泥脱水系统不仅投资费用低，电耗也很低。污水处理厂配置螺压脱水机后，不仅节省运转费用，还可节省大量空间，无需配置中间储存池。

图1 RoS3Q 螺压脱水装置

螺压脱水机的工作原理如图2所示。水平安装的螺压脱水机是由一根锥体螺杆和一个圆柱状过滤网组成。整个机械前后分成3个功能区域：进料/驱动区域、污泥浓缩/脱水区域和压榨区域(此区域配置气缸压榨设备，进行反向压榨处理)。稀浆污泥在注入絮凝剂后由扁心螺杆泵送入螺压脱水机，整个脱水过程按3个步骤进行：

1) 污泥浓缩：稀浆污泥经过絮凝处理后，会形成稳定的絮凝块和大量自由水。此时，这些自由水可在筛筐前段被快速过滤流出。大量的稀浆污泥就是在这个区段实现快速的固液分离。

2) 污泥脱水：大量自由水被分离后，通过一个锥体螺杆对污泥进行提升压榨处理。随着螺杆高度的提升，螺杆片之间的体积也逐渐缩小，其中的污泥被强制性朝过滤筛筐的方向向外挤压，同时污泥层厚度逐步变薄，水从污泥中的间隙被挤压出。

3) 污泥压榨：在干泥出料口处安装反向气压锥体，可对污泥中的剩余水分进行进一步压榨处理。根据被处理的污泥性质和粘度，此处可反向加压，同时根据电机的电流消耗进行控制调节，可使出料污泥始终保持恒定的固含量。此处筛筐网的间隙很小，可保证很高的出料污泥固含量。

图2 RoS3Q 脱水系统工作原理

通过螺杆驱动电机的变频调节，可控制污泥在螺压脱水机内的停留时间或过滤时间，用户可在出泥固含量和污泥处理能力这两个参数之间进行权衡和选择，然后再进行相应技术参数设置。

在螺杆片的外缘安装配置高强度尼龙刷，可在污泥浓缩脱水过程中从筛筐内部连续进行自清理。而在筛筐外部，则固定安装一根冲洗棒，以间隙方式对过滤筛筐进行冲洗清理。在进行筛筐冲洗时，进料水泵停止工作，螺杆倒转；此时，筛筐也以“浮动方式”跟着倒转，从而被冲洗棒完全清理。

与稀浆污泥相比，经过螺压机处理后的脱水污泥体积大幅缩小。但随着对污泥中有害物质浓度要求的提高(极限浓度指标下降)，而且目前在进行污泥脱水过程中所采用的絮凝剂一般都不能进行完全的生物降解，而作为有毒物质残留在污泥之中，很难作为农肥直接消化利用。因此，目前欧盟国家污泥在经过脱水处理之后，仍需长距离运输，通过焚烧进行后处置。

为了降低运输费用和污泥后处置费用，许多小型污水处理厂都先后建造太阳能干化装置。截至2010年底，欧洲已有450套装置投入运转，同时还有许多太阳能干化项目正在建设之中。

2 污泥干化处理

太阳能干化装置的核心部件是污泥翻滚和污泥运输设备。由德国汉斯琥珀公司开发研制的SRT污泥翻滚设备是由旋转双铲刀组成，并能通过驱动链条沿暖房长度爬行移动。在铲刀旋转翻泥的同时，向前爬行移动，污泥同时获得曝气、翻抛、颗粒化和运输处理。此时，污泥会被铲刀铲起，并以中轴为圆心进行360°翻抛处理。当翻泥机穿越爬行整个干化大厅时，所有污泥都受到了好氧曝气处理。这一循环周期在正常情况下约需1 h。在湿泥进料区域，进料期间每隔20 min进行循环一周的翻抛处理，即沿整个暖房宽度在前段区域对湿泥进行强化翻抛曝气处理。通过对整个污泥床的位置进行翻抛移位，可绝对保证污泥处于准好氧状态，同时为干化过程提供了最佳前提条件(图3)。

图3 HUBER太阳能干化装置SRT 9

除了污泥翻滚处理之外，德国汉斯琥珀公司SRT 处理系统的另外一个特点是可对污泥进行连续返混处理。双铲刀翻泥机还可作为运输机使用，将污泥从一个地方运输至另一地方。通过干泥返混，可将进料湿泥在进入污泥干化床后直接将固含量提高至 40% DR。生物污泥的固含量一旦达到这一水平，产生强烈臭味的生物活动就会自动停止。此外，固含量为 40% DR 的污泥会产生较多毛细空隙，污泥粘度降低，易被干燥处理，机械性污泥翻滚处理也变得简单，从而保证翻泥机的长期使用寿命。因为连续性返混处理在干化床的另一端，即干泥出料端会产生相反的处理效果，高干度污泥的区域相应变小，干泥在干化大厅内的停留时间很短。由于固含量高于80%的干泥对机械的磨损相应较大，且易产生粉尘，干化床内干泥的停留时间应尽可能缩短。通过返混处理，能在暖房内产生很长的基本干化区域，污泥固含量从40% DR 缓慢上升至 60% DR。也就是说，在这一基本干化区域内进行所谓真正意义上的高效污泥干化，最终获得的污泥固含量 80%～85%DR 只是在最后10～15 m 的污泥床内完成。

在一些没有储存能力或缺少空间的地方，可通过输入外来废热或“生态热能”提高太阳能干化装置的效率。这里所指的“生态热能”是指通过热泵技术从二沉池出水抽提的生态热能。由德国琥珀公司提供的热交换器 RoWin 可保证这一提热系统可靠工作，保养工作量很少。这些热交换器可自动清理生物膜、水藻和其他沉积在热交换器表面上的污染物质。

为了创造高效无臭的干化过程，所选择的气候技术和各种机械设备之间必须相互匹配和协调工作。HUBER 智能化气候控制系统综合了大量运转经验、暖房内的各种测试数据和热动力学原理。暖房内配置各种气候探头、鼓风机和鼓风机盖板。通过监视干化大厅内外的空气吸水能力和限制冷凝水的产生，电控系统可保证在暖房内始终维持最佳的干化气候。根据翻泥机的工作循环周期 (和新鲜翻动的污泥床区域) 及空气的干化能力，可控制鼓风机对污泥床直接进行曝气吹风的时间，在不同污泥干化区域，吹风空气的时间不同。当然，对机械设备和机房的安全保护，控制系统总是给予最高断电保护等级。

污泥翻滚机不仅可采用铲刀进行污泥翻滚、翻抛移位和运输返混处理，还可根据项目要求将湿泥进料和干泥出料放置在干化大厅的同一端。例如，可将出料干泥返送倒入进料区域的地埋式排料螺杆 (螺杆上配置保护网格板)内，然后由螺杆运输出干化大厅。如果暖房是建造在污水处理厂的边界，则无需额外建造马路，或在暖房另外一侧建造交通区域。

根据项目性质，所选择的暖房宽度可为7 m、10 m 或12 m；而相应的翻泥机宽度分别为6 m、9 m和11 m。

3 工程实例: 德国Penzing污水处理厂

德国Penzing污水厂的处理规模约有8500人口当量，采用好氧稳定化处理工艺。2008年，Penzing污水厂的污水中发现含有高浓度 PFT(perfl uorinated tensides)化学物质，污泥处理处置费用从原来 30000欧元猛增至约100000欧元。为了降低污泥处理处置费用，自己投资建造污泥处理装置就变得具有经济意义。因此，该公司决定2010年开始建造全套污泥处理设备，其中包括污泥脱水和污泥干化设备。

在完成安装和调试工作之后，整套设备在2010年7月正式投入生产。采用德国汉斯琥珀公司的 ROTAMAT®螺压脱水机 RoS 3Q 400对稀浆污泥进行脱水处理。

由运输螺杆自动将脱水污泥运输至暖房，并投放在暖房的地板上。污泥翻滚/运输装置 SRT 9在暖房内对污泥进行翻滚、分布和运输处理。在暖房的另一端，干泥排入凹地料仓，然后由铲车装入卡车，每年运输 5～6 次。

暖房长度或所需干化面积与所要求的干化效率有关，所需电耗与ROTAMAT®螺压脱水机 RoS 3Q 的脱水效果有关。根据这些情况，Penzing 污水厂的干化大厅比实际需要的长度加长了几米。污水厂运转单位充分利用增加的干化能力，同时降低污泥脱水系统内的絮凝剂消耗量，并用这种方式降低运转费用。

通过向暖房自动输料，无需污泥中转点和铲车，节省人工。通过进料污泥的布料优化处理，可减少臭味。直接进料，并立即在干化大厅内进行翻滚处理，可将污泥转入曝气好氧状态，有效抑制臭味的产生。在Penzing 污水厂的干化装置内，几乎感觉不到臭味存在。

但在德国Penzing污水厂内，这次采用了传统处理方案：湿泥进料和干泥出料分别布置在干化大厅的前后两侧。这是因为在所选的暖房建造区域具有已建成的交通路面。

用户单位可选择采用铲车进料或采用污泥自动进料设备。采用铲车进料时，先由铲车将脱水污泥输入干化床前端，并堆积成高度为0.3 m的小泥山；然后用户只需按下控制柜上的电钮，翻泥机会按输泥程序自动驶往泥山，逐步将污泥铲起，搬运至污泥干化床。污泥自动进料时，自动布料螺杆可保证将污泥快速输入污泥干化床，暖房内的污泥只需15 min就可在进料区域形成污泥干化床。正如前面描述，如果污泥本身有臭味，用户单位对臭味扩散问题要求也很高，则应采用这一处理方法，尽可能降低臭味扩散。但如果被干化处理的污泥已被稳定化处理，并且污泥脱水程度很高，则没有必要安装配置自动进料设备。

污泥翻滚机可在暖房内预制水泥墙上移动行走。Penzing 污水厂内的实际干化床区域按普通马路方式建造，水泥预制件制成的走道类似马路边上的人行道。水泥预制件内部铺设柏油马路。地基进行防冻处理，几乎不受翻泥机和污泥的静力负荷。

通过远程监视接口，装置在调试启动和运转时可由供货商进行监控。电控系统可记录存档所有相关参数，德国汉斯琥珀总部的专家可在任意时间通过 internet 接口了解运转情况，实时显示运转状态，例如正在进行的污泥床的高度或运转循环。

直接安装在翻泥机上的电器部件降至最低程度。移动翻泥机上(不含控制柜)只是安装了一个大型封闭型接线箱，绝大多数的控制部件安装在主控制柜内，控制柜位于干化大厅的专门保护区域。因环境影响因素明显降低，操作保养容易，使用寿命很长。

Penzing 污水厂的暖房长100 m、宽10 m，HUBER 太阳能干化装置 SRT 9 宽9 m。