湛江某再生水厂低影响污泥系统扩容改造分析
2021-06-15厉智成程树辉杨至瑜
李 晓,厉智成,程树辉,杨至瑜
(1.北京市市政工程设计研究总院有限公司,北京 100082;2.中规院<北京>规划设计公司,北京 100044)
污泥作为集中式污水处理厂的产出物,是污水处理大概念中的重要组成部分[1],其处理处置成为各大城市污水处理厂的重点难点。根据《第二次全国污染源普查公报》(2020年6月),2017年集中式污水处理厂干污泥产生量为1 026.71万t,处置量仅1 000.59万t,缺口达到26.12万t/a。因此,当前我国城镇污泥处理处置市场需求十分巨大[2]。随着各大城市集中式污水处理厂进行扩容或提标,污水厂或再生水厂的产泥量持续增加,现有污泥处理系统需进行改造扩容,才能满足污泥处理的新需求。国内相关改造案例中,改造对现况污泥脱水系统运行影响较大,且设备的保留也有一定难度。因此,如何在尽量利用现况污泥处理系统的同时,降低改造方案对现况污泥处理系统运行的影响,成为现况污泥处理系统扩容改造的挑战。
1 工程背景
湛江市某再生水厂现况一期工程规模为4.9万m3/d,原远期设计规模为9.8万m3/d。现况一期工程采用AAO+D型滤池处理工艺,出水水质达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB 18918—2002)一级A排放标准(表1);由于湛江经济开发区城市发展规模加快,根据测算,某再生水厂2030年总污水量将达到12.53万m3/d,故确定该再生水厂总规模提高至13万m3/d。
表1 某再生水厂提标改造进出水标准Tab.1 Influent and Effluent Standards in a Reclaimed WWTP
现况该污水厂产泥量为0.86 t Ds/(万t水)。
根据进水水质测算,再生水厂一二期干泥量预计约为30.6 t DS/d,出泥含水率为80%。可见,由于该再生水厂远期规模的提高,现有污泥处理系统土建及设备规模均难以满足要求。厂区新增构筑物规模远超原预留规模,已无新增污泥处理系统用地,故新增泥量必须在现况泥线处理系统中解决。
2 现况污泥处理系统
污泥处理系统位于厂区北侧,土建规模按远期9.8万m3/d设计,设备按近期规模4.9万m3/d安装。现况污泥脱水系统按照近期干泥量为7 t DS/d,远期干泥量为14 t DS/d考虑。设计污泥含水率为99.4%~99.2%,投药量按6 kg/(t Ds)设计。脱水系统采用离心浓缩脱水一体机,出泥经输送机送至污泥料仓储存,出泥含水率为80%,每日工作时间为12 h。主要处理流程如图1所示。
图1 现况污泥脱水系统工艺流程Fig.1 Process Flow of Existing Sludge Dewatering System
主要设备及参数如下:
(1)离心式卧螺污泥浓缩脱水一体机,2台,1用1备,进泥量Q=45 m3/h,主电机功率N1=37 kW,辅助电机功率N2=18.5 kW;
(2)污泥切割机,2台,1用1备,进泥量Q=45 m3/h,功率N=1.5 kW;
(3)污泥进料螺杆泵,2台,1用1备,进泥量Q=45 m3/h,扬程H=0.4 MPa,功率N=11 kW;
(4)絮凝剂(PAM)自动制备系统,1套,制备能力为5~7 kg干粉/h,制备浓度为0.5%,功率N=2.4 kW;
(5)PAM投加螺杆泵,3台,2用1备,流量Q=1.0 m3/h,扬程H=0.4 MPa,功率N=1.1 kW;
(6)无轴螺旋输送机,2套,输送能力Q=5 m3/h,输送距离为36 m,压力为4 100 kPa,功率N=11 kW;
(7)泥饼泵,2台,1用1备,进泥量Q=5 m3/h,输送距离为36 m,压力为4 100 kPa,功率N=11 kW;
(8)污泥料仓,2套,体积V=100 m3,功率N=26 kW;
(9)给水增压管道泵,2套,1用1备,流量Q=2~15 m3/h,扬程H=20 m,功率为2.2 kW。
现况污泥处理系统平面布置如图2所示。
图2 现况污泥脱水系统平面图Fig.2 Plan of Existing Sludge Dewatering System
3 改造思路
目前,根据收集到的文献资料,国内污泥处理系统扩容主要有以下3种思路。
思路一:保留现况污泥离心脱水系统,并将其改造为浓缩系统,后续新增其他脱水设备。例如:针对污水处理厂污泥含水率要求从80%提高至60%的情况,龚卫红等[3]将现况离心脱水系统改造为机械浓缩系统,为污泥下一步处理做准备。
思路二:替换原有重力浓缩系统,改造为效果更好的机械浓缩脱水一体系统。例如:在污泥脱水系统改造中,为了解决含磷污泥释放等问题,徐黎黎等[4]将原有的重力浓缩池和脱水系统,改造为机械浓缩脱水一体系统。
思路三:在原有重力浓缩池及脱水系统基础上,新增机械浓缩系统,同时新增离心脱水系统。例如:在对东莞运河樟村水质净化厂改造中,胡新立等[5]在现况浓缩池+带式脱水机系统的基础上新增机械浓缩系统和离心脱水系统,也有效缓解了污泥处理能力不足的问题。
以上案例均根据厂区具体情况,在保留现况基础上对脱水系统进行改造。湛江市某污水处理厂特点为厂区占地面积不足,现况离心脱水系统运行情况相对良好,主要面临扩容后产泥量增加的问题。因此,改造思路与以上案例不同,在保证脱水系统处理能力的基础上,尽量对现况设施设备进行保留,故最终改造思路定为新增浓缩系统与扩容现况离心脱水系统相结合的改造方式。
4 改造方案
现况污泥脱水系统仅具备处理14 t DS/d的最大处理能力。因此,再生水厂提标扩容后仍需增加16.6 t DS/d的处理量。考虑在现况泥线系统增设污泥浓缩设施,通过污泥浓缩实现减量后,再交由现况离心脱水系统处理。由于该厂区生物段采用了具有脱氮除磷的工艺流程,污泥浓缩采用机械浓缩[6]。工艺流程如图3所示。
图3 污泥脱水系统改造工艺流程图Fig.3 Process Flow of Sludge Dewatering System after Reconstruction
根据测算,厂区二沉池排出剩余污泥含水率为99.2%,污泥浓缩后达到97%[7],经过离心脱水后达到80%[8],其各阶段湿泥量及含水率如表2所示。
表2 某再生水厂改造后各阶段污泥量Tab.2 Sludge Capacity of Different Stages after Reconstruction
4.1 现况储泥池核算
现况储泥池2座,单座平面尺寸为5.5 m×5.5 m,有效水深为4.0 m。现况每座储泥池设1台潜水搅拌器,1根DN200进泥管,1根DN300出泥管,1根DN300溢流管。
储泥池污泥含水率约为99.2%,内设潜水搅拌器,再通过浓缩进泥泵输送至机械浓缩机进行浓缩。扩容后停留时间为1.3 h,设备及土建仍采用现况设备不做改动。
现况主要设备:潜水搅拌器,2个,D=300 mm,功率N=1.5 kW。
4.2 新建机械浓缩系统
浓缩系统设计污泥量为30.6 t DS/d,含水率为99.2%。浓缩系统每日工作时间为12 h,故浓缩系统最大进泥量为318.9 m3/h。污泥经浓缩后,含水率降低至97%,出泥量为85 m3/h,污泥减容率达73%,能够大大减小后续脱水系统的工作压力。
新建污泥浓缩车间与现况脱水机房采取贴建的型式,共设置3层平台。其中,机械浓缩设备位于第3层,共设置机械离心浓缩机3台,2用1备,单台处理能力为160 m3/h;同时,将进泥系统设置于第1层平台(泵坑)内,为了现况储泥池低泥位污泥能重力自流进入机械浓缩车间,第1层平台高程略低于现况储泥池;PAM絮凝剂加药系统、脱水机冲洗系统及污泥缓冲系统位于第2层平台上,冲洗系统采用厂区给水系统,进水采用水箱的同时,设置空气隔断,避免污染水源。一般污水厂污泥为有机质和无机质的混合物,带负电荷,因此多采用阳离子的PAM。机械浓缩车间布置如图4所示。
图4 新建污泥浓缩车间平面图Fig.4 Plan of Newly Built Sludge Thickening Workshop
污泥切割机、进泥转子泵各3台,2用1备,设不锈钢浓缩缓冲槽1个。浓缩机进泥泵将现况储泥池的污泥输送至机械离心浓缩机,同时投加PAM絮凝剂,浓缩后污泥含水率降至97%,浓缩后污泥进入不锈钢缓冲槽缓冲。机械浓缩系统主要设备如表3所示。
表3 新建机械浓缩系统主要设备Tab.3 List of Equipment in Newly Built Sludge Thickening Workshop
4.3 现况污泥浓缩脱水系统改造
污泥经浓缩后,含水率降低至97%,出泥量为85 m3/h。现况脱水机房内具备2台处理能力为45 m3/h的离心脱水机,1用1备,并预留1台机位。故本次新增1台同品牌离心脱水机,与现况脱水机联用,并形成2用1备的工作体系,并对应增加PAM投加系统等设备。离心脱水机房扩容布置如图5所示。
图5 现况污泥脱水系统改造平面图Fig.5 Reconstruction of Existing Sludge Dewatering System Workshop
5 新增投资及成本
湛江某再生水厂污泥处理系统改造投资为2 170万元,其中建筑工程为507万元,安装工程为178万元,设备购置费用为1 485万元。污泥处理系统改造后,年耗电量新增1 504 267 kW·h,新增电费为77.6万元;PAM药剂每年新增16.6 t,新增药剂费41.6万元,故整体改造后,污泥处理系统每年新增运行费用为119.2万元。按干泥量折算,每年新增运行费用为5.05万元/(t DS),新增工程费用为91.9万元/(t DS)。
6 总结
某再生水厂扩容及水质处理标准提高,造成水线处理泥量增大,超过现况污泥处理系统的处理能力。受到厂区用地的制约,已无可能新增其他污泥处理系统。因此,本工程方案围绕这些问题,利用机械浓缩的方式,将污泥进行浓缩后,输送至后续离心脱水系统,并使其处理能力相匹配。由于经过机械浓缩后,离心脱水机进泥含水率下降,导致脱水机的处理量减低,需适当提高新增脱水机的处理能力,增强系统匹配性。该套污泥厂内处理系统改造后,新增投资约为2 170万元,每年新增运行费用约为119.2万元,可为其他污水厂或再生水厂污泥系统改造提供一定的借鉴。污泥处理后,外运至湛江市福丰环保废物综合处理利用有限公司的污泥处置中心进行无害化处理,并制成园林绿化营养用土。