深圳市某污水处理厂污泥深度脱水工艺设计

王宇婷 刘 可

（中国市政工程中南设计研究总院有限公司，湖北 武汉 430010）

0 项目背景

该项目污水处理厂设计规模为36 万m3/d，原污泥系统处理规模为400 t/d（80%污泥含水率计），污泥处理处置途径为厂内污泥经初步脱水含水率达到80%后，外运至电厂进行焚烧。

随着我国污水处理量增加以及污水处理率的提高，污泥产量也急剧增加，给环境带来巨大的压力[1]。该项目污水处理厂受污泥接纳处置单位处理能力的制约，污泥不能及时外运处置，造成厂内剩余污泥长期在生化系统内积存的情况，工艺运行面临巨大的压力，出水水质面临较大超标的风险。为保证污水厂正常地运行，不仅要通过外部手段提高污泥处置能力，同时在污水厂中要对剩余污泥进行深度处理，降低出厂污泥的含水率，减少污泥外运处置量，减轻污泥外运处置压力，需要对该厂的污泥深度脱水工程进行建设。

1 工程设计规模

该工程为在现有污泥常规处理的基础上新增污泥深度脱水及配套设施，设计规模为400 t/d（以80%污泥含水率计），出泥含水率要求≤40%。

2 工程方案比选

目前，国内可采用的几种主流污泥深度处理技术如下。

2.1 厌氧消化技术

厌氧消化是利用兼性菌和厌氧菌进行厌氧生化反应，分解污泥中的有机物质，保证污泥稳定，是非常有效的一种污泥处理工艺。在国内的大型污水处理厂应用较多。厌氧消化温度有常温消化（不加热），中温消化（消化温度约35 ℃）与高温消化（消化温度约55 ℃）3 种形式。

采用厌氧消化技术产生可以燃烧的消化气，甲烷气约占总消化气的40%以上。以该工程为例，消化气产量为6000m3/d~7000m3/d。消化气产生的热值为0.5kg~0.6kg 标准化/1m3消化气，可发电1.3 度~1.4 度电，减少污泥体积30%~50%，减少后续污泥脱水量；消化后的熟污泥无明显臭味；厌氧消化杀死病原菌与寄生虫卵的效率高。但是厌氧工艺也存在基建投资高、机械设备多以及管理复杂等问题，同时消化气出路因所在城市的条件可能有所限制。

2.2 好氧发酵技术

好氧发酵通常是指高温好氧发酵，通过好氧微生物的生物代谢作用，使污泥中有机物转化成稳定的腐殖质的过程。在代谢过程中产生热量，可使堆料层温度升至55 ℃以上，可有效杀灭病原菌、寄生虫卵和杂草种籽，并使水分蒸发，使污泥稳定、无害。好氧发酵工艺过程主要是由预处理、进料、一次发酵、二次发酵、发酵产物加工以及存贮等工序组成的，污泥发酵反应系统是整个工艺的核心。

好氧发酵具有工艺原理简单、能耗低等特点，但是占地面积较大、现场环境较差，不适用于用地紧张，周边环境要求较高的项目。

2.3 污泥热解技术

污泥热解技术是污泥中的有机质在缺氧条件下加热到一定温度裂解，转化为燃油、燃气、污泥碳和水的技术。由于污泥热解温度和产物不同，因此将污泥热解处理技术分为污泥气化技术、污泥油化技术和污泥炭化技术。污泥热解技术具有污泥中能量有效回收利用、温室气体排放少、重金属得以固化、避免二噁英的产生、占地少以及运行成本低等特点，但是污泥热解技术工艺涉及高温高压设备，存在一定的安全隐患，群众接纳度低，落地难度大。

2.4 高温热干化技术

污泥的热干化是指通过污泥与热媒之间的传热作用，脱除污泥中水分的工艺过程。根据热量传递方式的不同，将污泥干化设备分为直接加热和间接加热2 种方式。考虑到系统的安全性，要防止二次污染，高温热干化一般采用间接加热的方式。目前，应用较多的污泥干化工艺设备包括流化床干化、带式干化、桨叶式干化、卧式转盘式干化、立式圆盘式干化和喷雾干化等6 种工艺设备。干化工艺和设备应综合考虑技术成熟性和投资运行成本，并结合不同污泥处理处置项目的要求进行选择。

2.5 低温热干化技术

热干化工艺按照干化温度的不同可以分为低温干化（温度在150 ℃以下）和高温干化（温度在150 ℃以上）。低温热干化是基于传统高温热干化技术发展的一种新兴热干化技术。高温热干化通常采用间接干化的形式，是热源通过蒸汽、热油等介质传递加热器壁，从而使器壁另一侧的污泥受热、水分蒸发而加以去除，其热效率相较直接干化更低且容易裂解污泥中的有机质，增加尾气处理难度。

低温干化通常采用直接干化，直接低温热干化由于热风直接作用于污泥，热效率较高，能耗较低[2]，而温度较低又不会使污泥中的有机物裂解和挥发，循环热风只从污泥中带走水分。同时不存在高温高压设备，安全隐患较低。典型污泥处理处置方案的综合分析与评价见表1。

表1 典型污泥处理处置方案的综合分析与评价

对多种污泥处理工艺进行对比可知以下3 点：1）厌氧消化须增加消化池、加热、搅拌和沼气处理利用等一系列构筑物及设备，机械设备多，基建投资高，管理复杂，在深圳地区沼气回收后难以有效利用且现状污水厂用地条件无法满足该工艺需求，因此不建议采用。2）好氧发酵存在恶臭污染问题突出、占地面积大以及工艺运行不稳定等缺点，因此不考虑该方案。3）污泥热解和高温干化技术主要涉及高温高压设备，管理难度大，存在一定的安全隐患，落地难度大，因此该方案中不考虑污泥热解及高温干化技术。

综上所述，低温干化技术与上述工艺相比具有占地面积较小、设备投资较低和安全可靠等优势，该项目污泥深度脱水工艺推荐采用低温热干化技术。

3 工程设计

该工程推荐采用“污泥浓缩+离心脱水+低温干化”污泥处理工艺，其中污泥浓缩池和离心脱水系统为现有利旧设施，该项目在现有设施的基础上新增了低温干化处理系统，将原污泥处理含水率由80%降至40%，污泥浓缩池上清液、离心脱水滤液以及低温干化产生的冷凝水排入厂区管网并进入污水处理系统，新增的低温干化车间同步配套除臭系统，将臭气进行封闭收集并处理后达标排放。该项目污泥处理工艺流程如图1 所示。该项目污泥脱水系统的各工艺单元详细说明级设计参数如下。

图1 污泥深度处理工艺流程图

3.1 重力浓缩及离心脱水系统（现状）

该系统主要包括现状浓缩池、PAM 投加系统、污泥切割机、污泥进料泵、离心脱水机以及出泥螺杆泵等设备。该系统通过重力浓缩+调理（PAM）+离心脱水的方式，将污泥含水率由99.2%降至80%，初步降低污泥含水率，以减轻后续低温干化脱水负荷，同时使污泥黏稠成型，便于后续切条及干化处理。离心脱水机共设置5 台，3 台单机处理能力95 t/d，2 台单机处理能力60 t/d。

污泥浓缩及离心脱水系统主要设计参数如下：1）污泥浓缩池设计规模36 万m3/d，进泥含水率99.2%，出泥含水率98%，土建池体直径8m，H=5.4m，4 座，固体负荷49kg/m2·d，污泥停留时间2h。2）污泥进料泵，Q=100m3/d，H=0.6MPa，N=30kW，共5 台。3）污泥破碎机，Q=80~120m3/d，N=7.5kW，共5 台。4）1#离心脱水机，Q=150m3/h，主机150kW，副机30kW，配套变频控制柜，共3 台；2#离心脱水机，Q=120m3/h，主机110kW，副机22kW，配套变频控制柜，共2 台。5）出料螺杆泵Q=10m3/d，压力1.5MPa，N=37kW。6）PAM 制备系统，制备能力6m3/h，制备浓度0.1%，共3台。7）PAM 输送螺杆泵，Q=5m3/d，N=1.5kW，共5 台。

3.2 低温干化系统

低温干化系统设计污泥处理量为400 t/日，设计湿泥含水率80%，设计干泥含水率40%。污泥低温干化机每天脱水量266.7t，干泥量（40%含水率）每天133.3 t。

为使污泥成型，提高干化效率，避免污泥杂质（纤维等）对成型设备的影响，低温干化机进泥设置污泥切条机，切条机对辊直径150 mm， 对辊转速14 r/min，主机功率3 kW，破碎功率2.2 kW。

低温干化系统主要包括污泥料仓、污泥输送机、低温干化机、热源供给设备以及尾气热回收净化除湿系统。该设计采用6 台低温除湿干化机，单台最大设计标准去水量为48.6t/d，低温除湿干化机单套设备装机功率664kW，总装机功率3984kW（不含输送、储存、冷却系统功率），总设计脱水量291.6t/天，该项目低温干化系统设计参数见表2。

表2 低温干化系统设计参数

3.3 污泥输送分配及存储系统

污泥输送分配及存储主要用于污泥生产线之间的衔接、分配、运输及存储功能，其中螺杆输送泵和分料螺旋为连续运行，缓存湿料仓为间歇运行。现状脱水车间5 台离心机产生的生污泥经螺杆泵加压后通过管道输送至现状污泥料仓，该工程在保留原有污泥通路的基础上，新增出泥管道至深度脱水车间缓存湿料仓的管线，并通过插板阀控制出泥方向。

为平衡离心机出泥与低温干化设备进泥的量差，该工程6 套低温干化设备共设置3 座缓存污泥湿料仓，缓存料仓出泥再通过分料螺旋平均分配给2 台低温干化设备。其中3 台大型号离心机与3 座缓存湿料仓一一对应，2 台小号离心机则分别通过2 条进泥管与3 座缓存湿料仓衔接，并通过电动插板阀控制出泥方向，当单座缓存湿料仓装满后自动将小号离心机进泥切换至低泥位湿料仓，以实现5 台离心机与6 台低温干化设备的匹配。离心机与低温干化设备衔接示意图如图2 所示。

图2 污泥输送及分配衔接示意图

污泥输送分配及存储系统主要设备参数如下：1）缓存湿料仓，规格：5 m3，液压站功率11 kW，卸料螺旋功率7.5kW，共3 套。2）进料分料无轴螺旋输送机，规格：输送量3 m3/h，L=7.2m，功率11kW，共3 套。3）1#出料刮板输送机，规格：最大输送量10 m3/h，L=39m ，功率11kW，共1 套。4）2#出料刮板输送机，规格：最大输送量12 m3/h，L=39m，功率11kW，共1 套。5）出料分料无轴螺旋输送机，规格：输送量6 m3/h，L=6.8m，功率11kW，共1 套。6）干污泥料仓，规格：100m3颚式卸料阀功率4 kW，共2 套，干泥存储时间按1 天考虑。

3.4 除臭系统

该工程除臭采用生物联合化学组合除臭工艺，生物除臭采用生物滤床形式，设计停留时间20 s，可去除大部分的氨气、硫化氢以及挥发性有机物等物质，对污泥脱水项目臭气浓度较高的氨气以及硫化氢，后端分别设置化学除臭酸洗、碱洗塔，用于去除上述2 种臭气，保证臭气污染物排放达标。1）低温干化车间，除臭区域换气次数为10 次/h，除臭风量为115600m3/h。2）干污泥料仓除臭区域换气次数为5 次/h，除臭风量为1000m3/h。3）缓存湿污泥料除臭区域换气次数为5 次/h，除臭风量为75m3/h。

该工程新建生物-化学除臭系统总风量为120000 m3/h，设规模为60000 m3/h的生物除臭装置和化学除臭装置各2套，布置于深度脱水车间一层屋顶。

4 设计亮点

通过在现有离心脱水的基础上直接新增低温干化工艺，最大程度地节省项目占地及工期，与其他同类型项目相比，采用的工艺具有工艺流程短、设备衔接简单、现场管理方便、设备备用率高以及不会增加干污泥量等特点。

为平衡离心机出泥与低温干化设备进泥的量差，该工程6 套低温干化设备共设置3 座缓存污泥湿料仓，缓存料仓出泥再通过分料螺旋平均分配给2 台低温干化设备。其中，3 台大型号离心机与3 座缓存湿料仓一一对应，2 台小号离心机则分别通过2 条进泥管与3 座缓存湿料仓衔接，并通过电动插板阀控制出泥方向，当单座缓存湿料仓装满后自动将小号离心机进泥切换至低泥位湿料仓，使5 台离心机与6台低温干化设备匹配，单一设备故障不影响整个系统的正常工作。

深度处理设计保留了原污泥干料仓（存储80%含水率污泥）及离心脱水机至该料仓的输送通道，并通过电动刀闸阀切换污泥去向，以确保低温干化系统故障时，污泥仍可以通过原处理系统应急处理并外运，保障污泥处理设施的生产安全。

5 结论

该工程在常规污泥脱水工艺的基础上，通过新增低温冷凝干化污泥深度脱水工艺及污泥输送系统，使该项目污水厂出厂污泥含水率由80%降至40%，减少了污水厂外运污泥量，减少后端污泥处置压力。重点介绍深度脱水工艺的比选及拟采用工艺的优劣，推荐工艺具有工艺流程短、现场管理方便、设备备用率高以及不增加干污泥量等特点，可为同类型项目设计提供借鉴。