低温真空脱水干化技术在大型地埋式污水厂中的应用

张 宇

（中铁四局集团第三建设有限公司，天津 300163）

近年来，随着国家对环保要求的不断提高，全国污水处理规模不断提升，污泥作为污水处理的重要产物，总产量也在逐年递增[1]。污泥是污水处理厂处理工艺中主要的附加产物之一，氮、磷等有机物含量高，含水率高附着病菌、寄生虫及重金属和苯类有毒物质，如果这不经过处理直接排放，将会造成污染影响环境，如何有效处理污泥是污水处理厂行发展面临着的严峻的挑战[2]。污泥处理方式包括填埋、焚烧、堆肥和资源化等。我国普遍采用卫生填埋的方法，污泥的卫生填埋并不能最终避免环境污染，而只是延缓了产生时间。德国2000年起要求填埋污泥的有机物含量＜5%[3]，许多国家和地区甚至坚决反对新建填埋场。以上种种因素限制了污泥的卫生填埋场的发展[4]。

《城镇污水处理厂污泥处理处置技术指南》已明确指出干化和焚烧应联合应用，作为焚烧前重要的干化处理，其含固率高低直接影响焚烧的效果，但现阶段采用的污泥干化技术大部分采用间接加热干化技术，如桨叶式、薄层式、圆盘式都存在耗能、耗时、占地和需要预处理等多种缺陷。低温真空脱水干化成套技术作为一种新型技术，利用真空低温蒸发水分的原理，具有节约处理时间、提高处理效率，减少处理能耗等特点，是符合指南技术要求。本文以位于广东省广州市江高区内净水厂实例进行阐述。

1 工程概况

某净水厂位于广东省广州市江高区内，污水处理设计总规模为16万m3/d，采用MBR处理工艺，设计排放标准为GB 18918—2002《城镇污水处理厂污染物排放标准》级A标准和GB 3838—2002《地表水环境质量标准》地表V类水标准的两者较严值；污泥处理规划处理能力为112 t/d（以含水率80%计），设计3条污泥脱水干化生产线，单条生产线成产规模37.3 t/d（以含水率80%计），要求处理后污泥含水率为30%～40%。

2 低温真空脱水干化技术

本项目为典型的大中型污水处理厂，用地遵循紧凑、合理的原则，采用全地埋式结构，最大范围的节约用地。项目紧邻生活区域，环保要求高，最终选用低温真空脱水干化成套技术装备对污泥进行脱水干化处理。

2.1 主要技术优势

1）源头减量。将污泥脱水和干化在同一设备中完成，在污水厂内实现污泥源头减量。

2）常规药剂。采用常规絮凝剂和混凝剂，不投加石灰和铁盐等药剂，药剂投加量＜5%，污泥增量极少。

3）绿色能源。采用水源热泵系统为污泥脱水干化系统供热，充分利用污水厂产水的热能，环保节能。

4）安全可靠。脱水及干化过程污泥处于静止状态，无摩擦和粉尘产生；加热介质为不高于85℃的热水，系统无燃爆隐患。

5）负压运行。干化过程中系统处于负压状态，集气罩处于微负压状态，有效阻止了臭气向外扩散。

6）环境优好。通过多手段收集和处理臭气，确保污泥处理车间环境友好。

2.2 系统组成与工艺流程

污泥低温真空脱水干化成套技术主要由污泥调质系统、主机系统、进料系统、热水系统、真空冷却系统、空压系统、物料输送系统、除臭系统、辅助系及自控系统等组成。

采用“重力浓缩+深度机械脱水+低温真空干化”处理工艺，污泥最终处置出路为焚烧。见图1。

图1 污泥处理工艺流程

水厂MBR膜池产生的剩余污泥通过管道输送至浓缩池，重力浓缩后污泥含水率由99.8%降低至97%左右，经调节池调质后，利用污泥螺杆泵输送至污泥处理系统依次完成进料过滤、机械压榨和低温真空干化工序，同步添加絮凝剂，利用泵体产生的压力使过滤液体通过介质外排，完成液体和固体分离，实现脱水干化达到30%～40%含水率的目标盘。主要处理流程：

1）入料初期滤布上的滤饼厚度较薄，过滤阻力不大，可大量入料；但随着不断运行，滤饼逐渐增厚，空隙率减小，过滤阻力增大，入料量需要随之减少，当滤室充满滤料时，初进料阶段结束；

2）第二阶段为密实成饼阶段，经隔膜板产生的高压水破坏物料颗粒间搭接状态，使滤饼细化压密并将颗粒空隙间的滤液挤压排出；

3）第三阶段利用压缩后的空气将滤板进料孔和管内残留污泥吹压至储泥池内，同时对滤饼缝隙之间的水进行气压置换，使滤饼缝隙之间的水进一步排出，最大程度降低滤饼间隙中的水分；

4）第四阶段为真空干化阶段，在隔膜气压过滤后，加热板和隔膜板中灌入热水，利用热水加热滤室中的滤饼，同时启动真空泵对密封滤室进行真空处理，使其形成负压状态，从而降低水的沸点[5]，滤饼中的水分能在低沸点状态下快速形成水蒸气被真空泵抽出，经冷凝器、缓冲罐气水分离后，液态水进入储液罐定期排放，尾气经除臭处理后达标排放。

经进料过滤、隔膜压滤、吹气穿流、真空干化等过程处理后，滤饼中的水分得到充分的脱除，污泥大大减少，最大限度实现污泥的减量化[6]；最后通过干污泥输送系统自动转运至地面，外运处置。

2.3 脱水效果

污泥经进料过滤、隔膜压滤（深度机械脱水）以及真空热干化等过程处理后，污泥含水率降至30%～40%，实现项目建设前期污泥减量化、安全、环保的目标，同时提高了后续污泥焚烧处理效率。经干化后的污泥热值按照8 778 kJ/kg计算，相当于0.3 kg左右标准煤。每吨干化污泥理论发电量约为833 kW·h，可节约300 kg左右标准煤（标准煤热值按照29 260 kJ/kg，标准煤发电量按照360 g/（kW·h）计算）。

污泥干化产生的滤液排入厂区内的污水管，然后进入污水处理系统进行处理，对外界环境不产生影响。

3 结语

实践证明，低温真空脱水干化技术实现了干化和脱水工艺合并，利用低温真空负压快速实现传统工艺需要高温蒸发才能实现脱水的目的，含水率有效控制在40%以下，最低含水率可达20%，避免了既要脱水又要干化的高成本投入，同时减轻了环保压力，是现阶段能最大化地污泥减量技术，极具推广和实用价值。