长善垸污泥处理处置项目设计与运营经验浅谈

＊康哲 李彬 殷玲 郑宏志

（1.中南水务科技有限公司 湖南 410009 2.长沙湘江环境科技有限公司 湖南 410125）

1.项目建设背景

长沙市污水厂产生的污泥主要是通过厂内的处理设施脱水至80%以下后，运输至黑麋峰固废处理场内进行最终处置。污泥集中处置一期工程位于长沙市市固废处理场西侧，该项目于2011年获批，2012年开工建设，现已建成试运行。该项目设计规模为500t/d，主体工艺为“厌氧消化+脱水+干化”，对污泥进行减量化、无害化处理，处理后的污泥作为长沙市城市固体废弃物处理场覆土。

至2017年底，长沙市城镇污水处理厂已建成，总规模达到212.5万t/d（长沙市总规模251.5万t/d，其中星沙39万t/d），基本达到满负荷运行的状态。根据长沙市排水事务中心报表显示，2017年12月主城区污水处理厂日产污泥量（80%含水率，余同）达到约1200t/d，已远超污泥集中处置一期工程的处理规模。超过处理能力的污泥，通过场内的一个污泥临时搅拌站进行固化处理工艺，使污泥含水率降为60%后再进行卫生填埋处置，日处理量达500t/d。

根据长沙市排水事务中心2018年长沙市主城区污水处理厂污泥统计报表（图1）所示，由于城市污泥及垃圾产量增长较快，固废处理场的填埋库容急剧减少，填埋堆体存在重大安全隐患；鉴于黑麋峰污泥集中处置二期工程建设腾地需要，污泥临时搅拌站计划于2018年6月底进行拆除，且场内无地可重建，长沙市污泥处理、处置存在较大的缺口（约700t/d）。

图1 2018年长沙市主城区污水处理厂日均污泥产量

为缓解长沙市污泥处理处置压力，市政府于2018年多次组织召开专题研究会议，于3月底，市政府批示要求尽快在长善垸水质净化厂和岳麓污水处理厂建设污泥深度脱水设施。

2.项目概况

(1)项目简介

长善垸污泥处理处置项目由长沙水业下属全资子公司长沙湘江环境有限公司承建及运营，选址位于长善垸水质净化厂内，一期设计规模为300t/d，项目总投资1.3亿元，于2019年10月投产运行。项目采用“低温干化+协同焚烧”工艺，建设一座低温干化深度脱水车间，建筑面积约2517.79m2，共设有5条低温干化线，总去水量为8775kg/h，后期在前端加设高压带式机以保障产能。

(2)干化机原理介绍

干化机的核心部分主要为除湿热泵，其由除湿单元和干燥单元组成。主要工作原理为利用制冷系统使来自干燥室的湿空气降温脱湿，同时通过热泵原理回收水分凝结潜热加热空气达到干燥物料目的，而废气中的大部分水蒸气在蒸发器中冷凝外排[1]。

干化机主要有以下几点优势[2]：

①干化温度低，环境风险较低。低温干化机的温度一般在80℃以下，污泥干化过程中有机成分挥发物产生较少[3]，有效的减少有害气体的释放，同时降低了点火源的点火能量，有效避免干化过程的爆炸危险。②易闭式循环，能量最大化利用。低温干化机为模块化组合，其中除湿热泵是除湿（去湿干燥）加热泵（能量回收）结合，在低温封闭空间实现干燥过程中能量循环利用[4]。③干化过程简单易操作。低温干化效果的主要控制因素为空气温度及循环空气流量。根据实际监控数据调节干燥剂输送带速度与热泵主机的运行，操作相对简单。④节能效果显著。朱有法[5]进行闭式热泵低温干化污泥生产试验，得出每1kW·h可脱水3.56kg，并对热泵低温干燥、燃气锅炉与燃煤锅炉干燥的能耗及经济性进行了分析，发现热泵低温干化污泥的费用仅高于燃煤锅炉。

(3)项目工艺流程

图2 长善垸污泥处理处置项目工艺流程图

长善垸水质净化厂的污泥考虑在二期污泥脱水间的料仓下增加料斗和污泥泵，通过污泥泵将污泥输送至新建深度脱水车间的湿泥料仓。而拟进入本工程的其他污水处理厂的污泥，则通过污泥运输车运输至新建车间前的投料平台，倒入湿泥料仓中。湿泥料仓下设置污泥刮板，将料仓的污泥输送至低温干化机中进行深度脱水至含水率50%以下，脱水后的污泥通过螺旋输送机、刮板机输送至干泥料仓，再外运至建筑材料厂进行协同焚烧。其中，污泥干化脱水后产生的冷凝水，排入长善垸水质净化厂内的污水管道，进入厂区污水处理系统进行处理。

3.项目设计经验

(1)污泥泥质对工艺选型的影响

项目设计之初对污泥泥质进行检测，检测结果如表1所示：①对照相关污泥处置泥质要求，可知污泥总砷含量超农用泥质A级的限值要求，故不能适用于种植食用农作物的耕地，其他指标均能满足其他类型处置泥质的要求。②污泥有机质较低，含量低于35%，总养分8.13%，如不掺杂餐厨垃圾及其他高有机质的固态污染物，故不适用于“厌氧消化+土地利用”“好氧发酵+土地利用”工艺选择。③污泥燃烧值较低，小于14680kJ/kg[6]，无法达到能量平衡，故燃烧工艺必须添加辅助燃料。④对污水处理厂工艺、纳污范围内的污水水质进行摸排，并结合运行人员的反馈，可知污水处理厂未使用初沉池，纳污范围内存在工业企业，进水水质变化波动较大，故无法选择精细化或者对泥质要求较高的处理处置工艺。

表1 污泥泥质检测结果

(2)污泥处置方式对全过程的影响

污泥处置方式的稳定可靠性对整体工艺的选择起到决定性的作用，应综合考虑污泥泥质特征及未来的变化、当地的土地资源及环境背景状况、可利用的水泥厂或热电厂等工业窑炉状况、经济社会发展水平等因素，结合可采用的处理技术，合理确定本地区的主要污泥处置方式或组合[7]。

受到长沙市关于禁燃区的相关要求，主城区、望城区和长沙县只能燃烧清洁能源，鉴于成本压力，故无法选择燃烧工艺。

对长沙市周边已有污泥处置项目调研，如湘阴污水处理厂及星沙污水处理厂项目通过考察得知，末端处置单位必须满足安全环保、稳定可靠、持续性、具有较大规模四个因素。由于土壤处置使用量无法持续，且不确定因素较大，牵扯政府协调较广，故在长善垸末端处置单位的选择上更加倾向于大型建筑材料厂。由于火电厂涉及政府调节面较大，且毗邻影响明显，鉴于对方意愿性故不予考虑；对于陶粒厂及活性炭的污泥处置单位，鉴于产品销量受到市场影响，故不予考虑；由于水泥厂涉及城市发展规划，且行业萎缩，远期会进行迁移处理，故只能选择位置较偏远的水泥厂；同时对周边大型砖厂进行调查，同样面临毗邻影响，故只能选择位置较偏远的大型砖厂。因此在末端处置的单位均集中于偏远水泥厂及大型砖厂，其对污泥含水率要求在40%以下，并结合项目内外部因素及经济效益，故选择低温干化工艺作为深度脱水处理工艺。

(3)应急处置对设备选型的影响

污泥不同于污水，污水处理有统一的排放标准，明确的排放去向，也有常规的污水应急处置措施，污泥的应急处置灵活性要求更高。因污水量变化较大，污泥量也会有较大波动，必须设置缓冲料仓进行短期储存，在缓冲料仓的容量上要充分考虑污泥波动最大值及未来污泥增量波动最大值，保障后段工艺的持续稳定。同时，需采取外送填埋作为最重要的托底保障措施。

4.项目运营经验

(1)污泥恶臭对整体运营的影响

在污泥干化过程中，污泥干化所释放的物质包括了硫氮杂原子气体、小分子烃类气体、氯代、类气体、芳香类气体等[8]，特别是其中产生的硫化氢、苯系物、氨气对生产工人及周边环境影响较大。实际运行中，定期清理维护干化设备时需要打开箱体，密封于干化机内部的臭气逸散至干化车间内，造成干化车间内的臭味较重。对车间进行检测，发现各监测点的臭气浓度和甲烷浓度大部分时刻超过《恶臭污染物排放标准（GB 14554-93）》的二级标准，氨气浓度接近限值。为防止毗邻效应，后期增设一套35000m3/h风量除臭设备进行整体搜集处理，采用“生物洗涤+UV光催化氧化”工艺。

同时，湿污泥和干污泥在卸料区域设计未考虑封闭措施，卸料过程中污泥散发的臭气直接散逸在空气中，臭味明显，影响厂区环境。

(2)污泥泥质对整体运行的影响

在除湿单元和干燥单元之间存在对流传热传质，热风中带有粉尘、腐蚀性气体及水分，易于在干燥单元的蒸发器和冷凝器表面沉积，降低热泵热传递效率。因此，每条生产线需每两周进行一次大维护，主要维护设备为翅片冷凝器、板式/袋式过滤器、表冷器、上下层网带、循环风机、隔离孔板、回热器等设备，需要停机5h以上多人进行清灰、检查处理。

污泥泥质不是恒定的，特别是高矿物油含量会增加污泥出现“糖心”现象，容易导致污泥切条造粒状态不佳，在干化机网带上板结，大幅度增加干化难度，因此在实际生产中，污泥切条造粒应尽量分散，成型颗粒尽量小，以增加接触热面积，对干燥效率起到关键作用。同时，在生产巡检中需重点关注干化机污泥切条造粒成型状态，对出现污泥黏糊团状和块状进行警示，必要时添加改性剂和采取返混措施。

由于污泥中纤维质含量较高，增大了污泥运输设备的损耗，如螺旋叶片及底衬、刮板及链条等，应尽量降低污泥机械运输距离。同时，切条机及其附属配件的日常清理工作也较原计划增加，严重时需要拆卸铜梳清理，也需要停机清理。因此，实际整套系统年度有效生产时间在7500～8000h，在设备选型中务必作为重要因素进行考虑。

(3)几点细节因素对整体运行的影响

①热泵效能的影响：低温干化机的箱体为封闭状态，在低温干化中会产生大量粉尘、腐蚀性气体，如NH3、H2S及甲硫醇等[9]，气体中的高水分增加其腐蚀性，热泵系统接触设备如蒸发器，冷凝器等关键部件腐蚀耐受度面临考验，部件故障将会一定程度上造成效能降低，进而导致脱水量的降低而影响产能，增大政府结算过程中经济测算的实际差距。

②污泥返潮的影响：污泥处置单位夜间不收泥，干化后污泥需在干料仓中储存，易受到返潮影响，特别是冬天，其含水率比干化机内含水率高3%～5%，污泥黏度增加，在干料仓中易板结，也增加污泥运输车辆卸料的难度，因此建议在干料仓设计之初需增加除潮设施。

③环境温度的影响：整个低温干化系统对天气温度环境变化的适应能力不强，导致含水率和产能也受天气影响而波动大。尤其是冬季环境温度偏低，湿污泥自身温度较低，烘干所需热量大于其他季节，引起产能下降。通过积累运行数据，掌握春夏秋冬不同季节运行参数设定值，同时日常运行中及时关注天气预报气温变化，提早介入调整参数，如适当提高干化机前段模块热泵的两级热泵压缩机工作投入时间，并通过相应技术改造在湿料仓区域增设预热装置，在干化前提高污泥自身的温度，精准掌握干化设备冷却系统内循环回水温度最佳区间值等。

5.总结

污泥处理处置应遵守“安全环保、循环利用、节能降耗、因地制宜、稳妥可靠”的基本原则[7]。长善垸污泥处理处置项目有其独特性，作为初入污泥处理处置行业，在安全环保的前提下，因地制宜选择稳妥可靠的处置工艺，进而反推处理工艺。其作为初入固废处理处置行业的首个项目，设计经验不足，需在后期运营中不断完善，在后续第二期污泥处理处置项目建设中需强化在工艺流程、设备选型及现场考察的研究，重点考虑风险影响，特别是超量污泥的应急处理及设备实际产能，避免厂家自圆其说。项目建设要与后期生产运营深度结合起来，才能更好的发挥项目持久的经济价值及社会效应。