某污水厂污泥脱水系统优化设计中的设备选型

朱春凤，李士松

（中国市政工程华北设计研究总院有限公司，天津 300381）

1 引言

随着我国倡导低碳、循环发展，推进污水厂提标改造等政策的实施，我国污水处理能力得以快速提高。但与污水处理形成明显反差的是污水处理处置的实际情况不容乐观。对于我国污泥处理处置行业而言，同样急需提高污泥处理系统设备的整体水平，推动我国污泥处理行业的稳定健康发展[1]。

随着国家对水环境治理工作的高度重视，以及城镇污水处理厂建设投产的逐步完善，污泥处理问题逐渐被重视起来。城市污水处理厂产生的污泥中含有大量的有机物，丰富的氮、磷营养物、重金属以及各种致病微生物，必须对其进行稳定化、无害化处理处置[2]。

近年来，该污水处理厂所在地政府要求污水处理厂污泥处理后含水率必须小于60%。

然而，该厂现状污泥处理工艺脱水后污泥含水率约为80%。为了有效降低污泥含水率，针对该污水厂污泥处理系统提出切实可行的优化设计方案是十分必要的。

2 污泥处理系统工程概况

该污水处理厂污水设计处理能力为1.0×105m3/d。现状污泥脱水工艺流程如图1 所示，含固率约为2%的浓缩污泥及初沉污泥经脱水后的污泥含固率约为20%，泥饼外运至垃圾填埋场。

图1 现状污泥脱水工艺流程图

3 实际运行情况及存在问题

3.1 主要运行数据

根据调查资料，该市污水处理厂日均水处理量为5.94×104～8.81×104m3/d，产泥量为30～53 t/d（含水率为80%），经计算得到平均水产泥率约为5.64×10-4t/m3污水，平均产泥量约为42 t/d。该厂污泥产量现状情况详见图2。

图2 2016 年1 月—2017 年9 月该污水处理厂日均污泥产量

根据资料显示，该污水处理厂实际污泥产量最大达53 t/d（含水率为80%，对应水量为7.98×104m3/d），且整体呈逐年递增趋势。

3.2 存在问题

污泥是伴随污水处理过程产生的，近年来随着该市污水量和处理率的快速增加，必然导致了污泥量的快速增加[3]。城市污水处理厂产生的污泥含有大量的病原菌、寄生虫、重金属以及难降解的有毒有机物，妥善地处理这些污泥是十分必要的。

如果处理不当，让其造成二次污染或进入人类的食物链，则势必会形成比污水危害更大的污染。近年来，该污水处理厂所在地政府要求污水处理厂污泥处理后含水率必须小于60%。然而，该厂现状污泥处理工艺脱水处理后为含水率80%左右的污泥，运往垃圾填埋场与城市垃圾混合填埋，如此高含水率的污泥进入填埋场后将留下了很多安全隐患。

由于脱水设备本身原理限制及实际运行情况，无法保证脱水效果达到含水率小于60%。为了有效降低污泥含水率，针对该污水厂污泥处理系统提出切实可行的优化设计方案是十分必要的。

4 污泥处理处置方案比选及分析

4.1 污泥处置方法及方向的确定

本工程产生的污泥不具有爆炸性、易燃性、腐蚀性、传染性、放射性等有毒有害物。因此，本工程对该污水处理厂脱水污泥进行稳定化处理，达到GB 18918—2002《城镇污水处理厂污染物排放标准》及GB/T 23485—2009《城镇污水处理厂污泥处置—混合填埋用泥质》后进行卫生填埋是可行的。确定本工程近期污泥处置方法选择“深度脱水+卫生填埋”作为污泥处置的过渡方式。

4.2 污泥处理方案的确定

国内常用的污泥处理方法有污泥焚烧、好氧堆肥、压滤深度脱水等技术，污泥处理方案技术比选详见表1。

表1 污泥处理方案技术比选

通过表1 可知，污泥焚烧是污泥减量化最彻底的方式。但要实现污泥的持续燃烧，污泥含水率一般都需在40%以下。因而污泥在进焚烧炉之前，都必须经过热干化处理，热干化的成本通常都很高；另外，污泥焚烧对设备、管理的要求很高，其焚烧产生的烟气处理也是一大难题[4]。

好氧堆肥是实现污泥资源化利用的有效方式，但堆肥过程比较缓慢，而且污泥堆肥占地面积较大，设备投资大，管理水平要求高。

污泥的压滤深度脱水方案只需新建1 座污泥深度处理间（含板框压滤机及其配套附属设备）即可。工程量小，投资少，运行成本也较低。

综合考虑，压滤深度脱水方案可满足现行国家标准的要求，并且具有投资少、见效快、运行成本低等优点。因此，该污水处理厂污泥处理工程选择压滤深度脱水方案。

5 污泥处理系统优化设计及设备选型

5.1 处理规模的确定

污泥处理系统工艺流程图见图3。由图3 可知，该厂实际污泥产量最大达到了53 t/d，但该污泥量与设计值146 t/d 相差较大。结合该市污水处理厂现状和规划资料，并考察进水水质类似的同等规模污水处理厂污泥系统运行情况，经过多次充分讨论研究后，为避免一次性投资过大，避免部分设备的闲置造成浪费，最终确定本次污泥处置工程设计规模为75 t/d（含水率80%），即绝干泥量为15 t/d。并为远期扩容预留场地空间。

图3 优化设计后的污泥处理系统工艺路线图

5.2 污泥深度处理间布局设计

在泥区新建污泥深度脱水间1 座，内设污泥浓缩机、调理池、高压厢式隔膜板框压滤机等，平面尺寸31.5 m×15 m；调理池1 座分2 格，单格尺寸为5 m×5 m，有效水深为3.8 m。污泥脱水设计目标为：脱水后污泥含水率小于60%。

5.3 压滤机设备选型及参数设计

5.3.1 隔膜压滤机选型计算

隔膜压滤机选型计算依据为日处理绝干泥18.0 t。详见表2。

表2 隔膜压滤机选型计算

通过计算选用450/1 500 型全自动隔膜厢式压滤机2 台，可满足污水处理厂的日常处理需求。

5.3.2 隔膜压滤机的主要性能参数

450/1 500 型全自动隔膜厢式压滤机参数见表3。

表3 450/1 500 型全自动隔膜厢式压滤机主要参数

5.4 配套设备选型及参数设计

污泥深度处理间内安装2 台450/2 000 型全自动隔膜厢式压滤机（全部使用）。其余主要配套设备选型如下。

调理池搅拌机：共2 台（全部使用），变频，3 层桨叶，不锈钢材质，配电功率22 kW。

低压进料螺杆泵：共2 台（全部使用），均变频。单台性能：流量Q=100 m3/h，扬程H=60～90 m，配电功率30 kW。

高压进料螺杆泵：共2 台（全部使用），均变频。单台性能：Q=25 m3/h，H=120～180 m，配电功率18.5 kW。

压榨泵：共2 台（全部使用）。单台性能：Q=12 m3/h，H=210 m，配电功率15 kW。

压榨水箱：共1 个，V=5 m3，L（长）×B（宽）×H（高）=2.5 m×1 m×2 m。

洗布泵：共2 台（全部使用），变频。单台性能：Q=30 m3/h，H=399 m，配电功率18.5×2 kW。

洗布水箱：共1 个，容积V=10 m3，L×B×H=2.5 m×2 m×2 m。

PAC 上药泵：共1 台，Q=50 m3/h，H=32 m，配电功率11 kW。

PAC 加药泵：共2 台。单台性能：Q=1.5 m3/h，H=30 m，配电功率0.75 kW。

PAC 储罐：共1 个，V=20 m3。

空压机：共2 台，1 用1 备，Q=1.9 m3/min，P=1.0 MPa，配电功率15 kW。

储气罐：反吹气罐，V=10 m3，1 套；仪表气罐，V=1 m3，1套，压力为1.0 MPa。

螺旋输送机：共2 台（全部使用），单台性能：L=18 m，配电功率22 kW。

石灰加药装置：共1 个，V=20 m3，配称重及输送系统，配电功率11 kW。

6 结语

该污水处理厂污泥处理系统优化设计工程作为该市基础设施的重要组成部分，本工程的建设是必要的、可行的、迫在眉睫。采用先进可行的技术手段，对污泥进行有效的处理处置，是实现社会可持续发展、资源利用率可持续提高以及污染排放可持续减少的基石。

团队经过充分的市场调查，总结该污泥处理系统多年来的运行情况及存在问题，经过充分的论证分析，对该污水厂的污泥处理系统进行了优化设计，制定了近期污泥处理规模及方向，确定了污泥处理系统的工艺路线，针对隔膜压滤机及其配套设备进行了严格的设备选型和参数设计。

本工程建成后将大大提高该市污水处理厂的安全性和稳定性。对提高该市的工业生产和人民生活起着重要的保障作用，并将带来显著的环境效益和社会效益。