深圳市污泥深度脫水應(yīng)急工程的設(shè)計與運行
摘要：由于本地污泥處置能力不足，目前深圳市仍有約60%的污泥外運處置，運輸距離遠，處置價格高。2019年初，深圳福永水質(zhì)凈化廠將離心脫水后含水率80%的污泥運送至183km外的華潤電力海豐電廠進行摻燒，總成本約62352元/d。2019年5月起，該廠污泥深度脫水應(yīng)急工程開始實施，采用能與現(xiàn)狀離心脫水系統(tǒng)相銜接的深度脫水帶式機，通過藥劑調(diào)理和機械壓榨，將污泥含水率從80%降至60%，污泥外運量從120t/d降至68.3t/d，減量效果顯著。在污泥減量的同時，污泥的處理處置總成本也降至44315元/d，經(jīng)濟效益明顯。此外，深度脫水后的污泥從團狀塑態(tài)變?yōu)槠瑺畎牍虘B(tài)，有利于進行長距離運輸和電廠協(xié)同處置，污泥熱值從-0.96MJ/kg升至0.69MJ/kg。該污泥深度脫水應(yīng)急工程已穩(wěn)定運行一年多，其設(shè)計和運行經(jīng)驗具有一定的借鑒意義。
截至2019年底，深圳市已建成水質(zhì)凈化廠38座，總設(shè)計規(guī)模達到619.5×104m3/d，實際污水處理量為535.4×104m3/d。根據(jù)深圳市水務(wù)局的統(tǒng)計，2015年—2019年深圳市的水質(zhì)凈化廠出廠污泥量呈現(xiàn)先降后升的趨勢（分別為2808.8、2432.88、2584.03、2963.75、3433.12t/d），其中2019年出廠污泥中有1938t/d為離心脫水后含水率80%的污泥。深圳市內(nèi)的污泥無害化處置能力尚存較大缺口，2018年深圳水質(zhì)凈化廠62.7%的污泥通過外運處置，市內(nèi)處置（含深汕特區(qū)）部分僅占37.3%。隨著污泥量的逐年攀升，污泥外運的運輸成本和處置成本隨之上升，因此，深圳市政府要求加快推進水質(zhì)凈化廠的廠內(nèi)污泥減量工作。以福永水質(zhì)凈化廠的污泥減量工作為例，出廠污泥含水率從80%降至60%，污泥外運量從120t/d減至68.3t/d，減量率為42.5%，污泥運輸費和處置費也相應(yīng)減少42.5%。
1 項目概況
北京首創(chuàng)股份有限公司在深圳共運營3座水質(zhì)凈化廠，分別是公明水質(zhì)凈化廠、福永水質(zhì)凈化廠和松崗水質(zhì)凈化廠，污水處理量合計37.5×104m3/d。這3座水質(zhì)凈化廠的濃縮污泥均經(jīng)離心脫水機脫水至含水率80%后外運處置，污泥產(chǎn)量為360t/d，具體見表1。
經(jīng)深圳市政府協(xié)調(diào)，這3座水質(zhì)凈化廠的污泥外運至臨近深圳的汕尾市華潤電力海豐電廠進行協(xié)同焚燒處置。經(jīng)計算，公明、福永、松崗3座水質(zhì)凈化廠與海豐電廠的距離分別為172、183、170km，平均運距為175km，運輸單價為1.2元/（t·km），電廠摻燒價格為300元/t，則外運處置成本分別為506、520、504元/t。
深圳市政府為了減少污泥外運處置的總量并控制成本，敦促在公明、福永、松崗3座水質(zhì)凈化廠內(nèi)增設(shè)應(yīng)急深度脫水設(shè)施，將污泥含水率從80%降至60%以下，在減量的同時提高污泥熱值，最終外運電廠進行處置。
2 福永水質(zhì)凈化廠污泥處置
2.1 污泥泥質(zhì)
總體而言，福永水質(zhì)凈化廠的污泥具有熱值低、有機質(zhì)含量偏低、含砂量高的特點。根據(jù)2019年4月的泥質(zhì)檢測報告，污泥含水率為79.13%，干燥基揮發(fā)分占33.36%，干燥基灰分占65.43%，干燥基低位發(fā)熱量為5.58MJ/kg，有機質(zhì)含量僅占33.36%，含砂量高達18.48%，屬于脫水性能較好的污泥。
2.2 工藝比選
目前常用的機械深度脫水方式有高壓板框脫水和高壓帶式連續(xù)深度脫水。高壓板框脫水以濃縮污泥（含水率約98%）作為處理對象，先將調(diào)理劑與污泥進行混合改性后，再通過高壓板框壓濾機進行序批式壓榨，使污泥含水率降至60%以下。高壓帶式續(xù)深度脫水以一次脫水污泥（含水率約80%）作為處理對象，將固態(tài)的污泥與改性劑充分混合后，經(jīng)由深度脫水帶式機進行二次壓榨，深度脫水后泥餅含水率降至60%以下。兩項技術(shù)對比見表2。
該工程為現(xiàn)狀污水處理廠污泥脫水段的升級改造，建設(shè)和調(diào)試期間不能影響現(xiàn)狀離心脫水系統(tǒng)的運行，且受限于擬建場地的可利用面積較小、工程建設(shè)周期較短等因素，擬采用占地面積小、施工難度小的高壓帶式連續(xù)深度脫水工藝。
2.3 工藝設(shè)計
在福永水質(zhì)凈化廠的離心脫水機房旁設(shè)置1套深度脫水帶式機成套機組，設(shè)計處理能力為5.5t/h（以污泥含水率80%計），每天設(shè)計工作時間為22h，主要包括：進料系統(tǒng)、污泥改性系統(tǒng)、深度脫水帶式機主機、出料系統(tǒng)和輔助設(shè)備。工藝流程見圖1。
福永水質(zhì)凈化廠的一次脫水污泥（含水率約80%）通過螺旋輸送至污泥改性混合機，投加改性劑（質(zhì)量分數(shù)為15%的聚合硫酸鐵溶液，投加比例為污泥質(zhì)量的5%）和復(fù)合藥劑（干粉類藥劑，投加比例為污泥質(zhì)量的2%）。投加的藥劑和污泥在改性混合機內(nèi)快速、均勻地混合，一方面通過破解活性污泥結(jié)構(gòu)，釋放結(jié)合水和胞內(nèi)水；另一方面，構(gòu)建微型骨架，增加泥餅強度，提高污泥脫水性能。
改性后的污泥定量輸送至污泥深度脫水帶式機，在深度脫水帶式機的壓榨作用下實現(xiàn)污泥深度脫水，脫水后的污泥形成5～10 mm多孔隙薄片狀泥餅，含水率降至60%左右。
2.4 工程的實施
該項目位于福永水質(zhì)凈化廠的廠區(qū)內(nèi)，共建設(shè)一座主體廠房和一座泥倉。主要建設(shè)內(nèi)容如表3所示。
該工程充分利用現(xiàn)有污泥離心脫水機和污泥料倉，避免了重復(fù)投資和建設(shè)，節(jié)約投資。新增設(shè)備裝機功率低，整套深度脫水帶式機系統(tǒng)的裝機功率僅為30kW。工期短，改造總工期僅為30d，在改造期間現(xiàn)狀污泥離心脫水設(shè)備仍可正常生產(chǎn)。
3 運行效果
3.1 生產(chǎn)調(diào)試
污泥處置單位——華潤電力海豐電廠對污泥的泥質(zhì)進行了限定。為了降低鍋爐結(jié)焦和管路腐蝕的風(fēng)險，電廠規(guī)定污泥脫水過程中不得投加生石灰和含有氯離子的藥劑。經(jīng)實驗室小試和現(xiàn)場生產(chǎn)調(diào)試，確定本項目的污泥調(diào)理藥劑由兩種藥劑組成，分別是：
①骨架劑。主要為聚合硅酸鹽、二氧化硅、氧化鋁等的混合物，干粉狀，使用時以干粉狀態(tài)加入污泥改性系統(tǒng)。
②改性劑。主要成分為聚合硫酸鐵，固態(tài)，用水溶解成15%質(zhì)量分數(shù)的溶液，在污泥調(diào)理環(huán)節(jié)加入污泥改性系統(tǒng)。
藥劑的質(zhì)量投加比如表4所示。
3.2 技術(shù)經(jīng)濟指標
該項目的處理規(guī)模為120t/d（污泥含水率80%），直接運行成本為73.55元/t，費用組成具體分析見表5。
該系統(tǒng)已經(jīng)穩(wěn)定運行一年（2019年5月—2020年5月），現(xiàn)場運行情況表明：
①經(jīng)過藥劑改性并深度脫水后的污泥滿足電廠摻燒污泥泥質(zhì)的要求；
②福永水質(zhì)凈化廠的污泥脫水性能較好，通過深度脫水帶式機的壓濾，污泥含水率由80%左右降至60%以下；
③本工程實施后，外運污泥量由120t/d（含水率80%）下降至68.3t/d（含水率60%），減量達42.5%；
④經(jīng)深度脫水帶式機壓濾后的污泥性狀松散，長距離運輸過程中由于水分揮發(fā)，含水率進一步下降，進電廠的實測污泥含水率可達到55%左右，污泥熱值進一步提升。
3.3 經(jīng)濟效益分析
表6給出了福永水質(zhì)凈化廠污泥深度脫水應(yīng)急工程實施前后的污泥處理處置總成本的對比，涵蓋了污泥的深度脫水、運輸和電廠摻燒的全流程。在工程實施前，由于運輸和處置的都是含水率80%的污泥，體積較大，污泥的處理處置總成本為62352元/d；而在工程實施后，雖然增加了污泥的深度脫水成本，但是由于運輸和處置的是含水率60%的污泥，體積大幅減少， 污泥處理處置總成本下降至44315元/d，節(jié)約了29%。
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