污水厂污泥处理中深度脱水工艺设备的探讨

刘海茹，王斌，陈鑫

（中国市政工程西北设计研究院有限公司，兰州730000）

1 污泥处理常规工艺

通常，城市污水处理厂典型的污泥处理工艺一般包含4个阶段，即：污泥浓缩、消化、脱水和污泥最终处置。

1.1 污泥浓缩

该阶段的主要目的是使污泥初步减容，以缩小后续处理构筑物的容积和设计容量。通常来说，污泥浓缩主要分为机械浓缩和重力浓缩。其中，污泥重力浓缩能耗低，运行稳定、管理方便，占地面积相对较大；但易造成厌氧环境下磷的二次释放，不利于除磷。然而，机械浓缩虽然占地省，但能耗高、设备多。一般情况下，浓缩可将污泥含水率从99.2%～99.8%降至94%～96%。

1.2 污泥消化

该阶段的主要目的是使污泥中的有机物分解，使污泥趋于稳定；此外，由于污泥消化投资大，控制管理复杂，中小污水厂的污泥产量较少，故在国内污水厂应用较少。

1.3 污泥脱水

该阶段的主要目的是使污泥进一步减容，将污泥含水率降至＜80%，以便于后期的运输处置。针对污泥后续出路不同，在污泥脱水过程中通过在污泥中添加相应调理剂，污泥的含水率可降至小于50%。

污泥脱水主要采用机械脱水，目前在全国各地的污水厂中，应用较为广泛的设备有：带式脱水机、高压隔膜压滤机、连续污泥深度脱水机和超高压压榨机等。

1.4 污泥最终处置

污泥处置是指对处理后污泥的最终消纳过程，主要有卫生填埋、土地利用及农田利用、焚烧和综合利用4方面。

2 典型脱水工艺设备分析

脱水工艺作为污泥减容最重要的一个环节，其工艺设备选择直接影响到后续污泥最终的合理处置。关于此，本文分析了西北地区部分生活污水厂的污泥脱水设备，由此可知，当前我国污水厂内常用的污泥脱水机主要有以下几种类型：带式脱水一体机、高压隔膜压滤机、连续污泥深度脱水机、超高压压榨机、低温热干化等。现就对上述设备逐一进行分析论述。

2.1 带式浓缩脱水一体机

2.1.1 工作原理

带式压滤机分为3个区完成过滤及脱水过程。

1）重力脱水区。废水处理厂的污泥经泵送入污泥搅拌槽内与高分子凝集剂混合作用后，使污泥中细小的悬浮状颗粒经高分子凝集剂的架桥作用形成胶乳状较大的颗粒，而后以重力流方式由搅拌槽上端溢流入后续的压榨脱水作业。

2）压力脱水区。污泥由重力脱水区进入压力脱水区后，上下滤布开始逐渐挤压污泥脱水。

3）加压脱水区。污泥随滤布移动进入加压脱水区，在呈垂直状的滚轮间，依滚轮直径由大而渐小，压力则由小逐渐增大的配置，随上下滤布在不同的滚轮之间因变换上下位置而对污泥产生的剪切力，将胶乳泥中的毛细管结合水）压榨出来，以产生较干的污泥饼。

2.1.2 优缺点

带式污泥脱水机具有耐腐蚀性、耐磨损性、实用性强、操作简单、噪声低（70～75 dB），电耗少(0.8 W/m3)等优点。带式污泥脱水机缺点也较为突出：（1）占地面积大、对聚合物的要求较高；（2）脱水机滤带冲洗用水量大，且滤带容易跑偏，影响污泥脱水效果，工作环境较差，对构筑物层高有要求。跟踪北方已建成多个污水处理厂内带式脱水机运行情况分析可知，脱水后污泥含水率在80%～88%，不能稳定达到＜80%，且故障率较高。

2.2 高压隔膜压滤机

高压隔膜压滤机亦称板框压滤机，是近几年污水厂污泥脱水应用较广泛的一种脱水设备。

2.2.1 工作原理

高压隔膜压滤机是通过板框的挤压，使污泥内水通过滤布排出，达到脱水的目的。待过滤的污泥通过污泥泵的输送，在一定压力下，从止推板的进料孔进入各个滤室，通过滤布后固体物质被截留到滤室中，并逐步形成滤饼；同时，液体则通过出水孔排出机体外。随着过滤过程的进行，滤饼厚度逐渐增加，过滤阻力加大，当滤饼达到一定厚度或充满全框后，即停止过滤，打开板框，卸出滤饼，清洗滤布，重新装合，进行下一个周期运行。

2.2.2 优缺点

高压隔膜压滤机的运行效果较好，污泥中增加适当的调理剂，可稳定地保持出泥含水率＜60%；此外，由于其滤饼含固率高，滤液清澈，固体物质回收率高等优点，对需要运输、进一步干燥或焚烧，以及卫生填埋的污泥，可降低运输费用，减少燃料消耗，降低填埋费用。

高压隔膜压滤机的缺点是设备为间歇运行，滤板为聚丙烯材料，耐压很难＞3 MPa，高压下滤板凸点堵塞过滤通道，影响脱水效果。

2.3 超高压弹性压榨机

超高压弹性压榨机是某环保公司联合同济大学环境学院和机械学院，自主开发的一种高效率压滤设备和固液分离设备，其压力更大，效率更高。该设备对传统隔膜压滤机进行了大幅改进，污泥与高压压榨耦合，一体设计；采用脉冲式压榨，产生瞬间高压及压力递减梯度；超高压弹性压榨机无须另外的二次压榨增压设备及压榨介质，完全靠弹簧压缩来缩小滤室容积，其压缩比大，受力直接，压力高，工作周期短。

2.4 TJSD（一体化污泥深度脱水系统）连续污泥深度脱水工艺

TJSD连续污泥深度脱水工艺，采用连续污泥深度脱水技术，主要处理的是1次脱水污泥（含水率80%左右），在投加污泥改性药剂条件下，让污泥细胞壁改性，释放毛细水、吸附水和内部水；经深度脱水后污泥含水率可＜60%。经改性后，污泥均匀布设在滤布上，且随着滤布的行进，污泥经由多组压力递增的压榨机构对污泥产生高压，密集压榨，压榨后污泥在出泥端由刮刀自动刮落，上下滤布分离后分别被冲洗干净循环投入使用[1]。

此工艺常用于现状污水厂内污泥的提标改造工程。对现污水厂内含水率80%的污泥进一步脱水，通过污泥改性剂的投加，药剂和污泥的混合进行改性后，污泥变得松散，产生很多细小颗粒、孔隙也增多。使得脱水后污泥饼仅为5～10 mm多孔隙薄片状，含水率降低、性质稳定、臭味低，污泥酥松且透水性好（性质接近土壤），抗压强度提高，低位热值大幅度提高且易粉碎，可用于混合填埋或焚烧处理。

3 各类设备优缺点比较

通过上述对市政系统内采用较多的污泥脱水设备的介绍可知，各个设备都具有自己的特点，带式脱水一体机由于占地面积较大、出泥含水率高及设备维护复杂，现已应用较少。对污水厂内应用较多的高压板框深度脱水工艺、超高压压榨工艺和TJSD连续深度脱水工艺进行综合比较，对比分析结果见表1。

表1 3种脱水工艺对比分析结果

4 结语

对于市政污水处理厂来说，应结合自身的实际情况及使用要求来合理选择污泥脱水设备。带式压滤机可满足脱水要求，工程投资低，是一种较为经济的污泥脱水设备，但是，对出泥的含水率控制有限。因此，若对脱水污泥含水率指标要求较高，可综合考虑项目投资大小、用地限制等条件，酌情选择板框压滤机、超高压压榨机以及TJSD连续深度脱水等设备。