顧一鳴，程曉波，趙由才，朱晟遠(yuǎn)，陸 超

（1.上海市城市排水有限公司，上海 200233；2.同濟(jì)大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，上海 200092；3.竹園第二污水處理廠，上海 200137）

1 污泥深度脫水處理現(xiàn)狀概述

根據(jù)環(huán)境保護(hù)部環(huán)境公告顯示，2007年底全國投運的污水處理設(shè)施共計1178座，日總設(shè)計處理能力為0.721億m3，平均日處理水量為0.532億m3；截止2012年底，全國投運的污水處理設(shè)施已增加至3184座，日總設(shè)計處理能力為1.36億m3，平均日處理水量為1.06億m3。五年間，污水處理能力增長88%，污水處理量增長99%，污水處理后的副產(chǎn)物污泥產(chǎn)量也急劇增加。按產(chǎn)泥率1萬m3污水產(chǎn)7 t污泥(80%含水率)計算，全國污泥產(chǎn)量預(yù)計已突破74200 t/d，干污泥量達(dá)14840 t/d，污泥產(chǎn)量較五年前幾乎翻倍，至“十二五”末，污泥總產(chǎn)量還將持續(xù)上升。

與污水處理能力大幅增強形成鮮明對比的是污水廠污泥在處理處置過程中相關(guān)處置理念、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范以及設(shè)施建設(shè)的滯后。目前，除少數(shù)污水處理廠試點小規(guī)模嘗試了厭氧消化、好氧堆肥、干化焚燒等［1，2］處理工藝，絕大多數(shù)污水處理廠仍采用濃縮、脫水后填埋的簡單化處理［3］。

深度脫水工藝是指脫水后污泥含水率達(dá)到55%～65%，特殊條件下污泥含水率還可以更低［4］。英國在19世紀(jì)70年代初進(jìn)行了壓濾機污泥脫水試驗；20世紀(jì)20年代初，美國在麻省的Worcester和羅德島的Providence采用了板框式壓濾機處理污泥的設(shè)備［5］，但由于勞動量較大，直到上世紀(jì)60年代以后應(yīng)用才逐漸增多。

上海最早于2002年在石洞口污水處理廠應(yīng)用隔膜板框式壓濾機處理城市污泥，隨后竹園第二污水處理廠、南匯(海濱)污水處理廠等也陸續(xù)采用該工藝進(jìn)行污泥脫水，與此同時在廈門、杭州等地也得到應(yīng)用。

2 污泥深度脫水技術(shù)工藝及壓濾設(shè)備

2.1 主體技術(shù)工藝

目前，國內(nèi)多種污泥深度脫水工藝浮現(xiàn)，出于知識產(chǎn)權(quán)保護(hù)等原因，各種工藝的機理及藥劑配比等關(guān)鍵技術(shù)并不十分明確。歸納起來，目前深度脫水工藝均帶有如下特征:一是脫水前均需投加藥劑對污泥進(jìn)行調(diào)理；二是大部分采用板框壓濾機脫水工藝。雖然帶機脫水工藝案例有所應(yīng)用，但相對較少。較為成熟的技術(shù)方案主要是鐵鹽石灰加板框壓濾技術(shù)和固化劑加板框壓濾技術(shù)兩種。

2.1.1 鐵鹽石灰加板框壓濾機技術(shù)

鐵鹽石灰加板框壓濾技術(shù)的工藝特點是在污泥里投加石灰和三氯化鐵進(jìn)行熟化調(diào)理，然后通過板框壓濾機或隔膜壓濾機壓濾，使污泥含水率降到60%以下，也可以將含水率99%的污泥直接脫水至含水率60%以下。該工藝所產(chǎn)生的污泥橫向剪切力滿足填埋場的堆埋要求，可以直接填埋、焚燒、制磚等［6］，顯著減少污泥堆放場地，加速污泥穩(wěn)定化，大幅節(jié)約運輸費用，提高土地使用效率。相比干化焚燒工藝的運行成本、氣體釋放等方面具有較大優(yōu)勢，目前在上海、福建、江蘇等應(yīng)用較為廣泛。

2.1.2 固化劑加板框壓濾機技術(shù)

固化劑加板框壓濾技術(shù)是指采用某種改性劑和固化劑將污泥顆粒膠結(jié)、摻合并包裹在密實的惰性基材中，使污泥得以快速固化和穩(wěn)定化，并選用新型高壓力彈性板框機進(jìn)行壓濾脫水。通過將污泥中的有毒有害物質(zhì)固化到形成的網(wǎng)鏈晶格中，使其轉(zhuǎn)化成類似土壤或膠結(jié)強度很大的固體，可就地填埋或用作建筑材料等。各類固化劑配方因不同的使用目的會有所不同，其主要成分包括石灰、煙道灰、硅藻土、石膏、改性水泥、鎂系化合物等的混合物。污泥固化處理技術(shù)既可用作特殊工業(yè)污泥，也可用于城市污水處理廠產(chǎn)生的普通污泥的固化處理。

2.2 壓濾機設(shè)備技術(shù)

壓濾機是用于固體液體分離的工業(yè)裝備，最早應(yīng)用于制糖工業(yè)，屬于通用機械的分離機械類別，特征是壓濾應(yīng)力大而穩(wěn)定，因此，具有取得最佳固液分離效果的可能性。歐洲是板框式壓濾機使用最早的地方，在德國、英國等廣泛地應(yīng)用在煤炭工業(yè)、化學(xué)工業(yè)、醫(yī)療業(yè)等行業(yè)。經(jīng)過一百多年的發(fā)展，過濾機裝備整體技術(shù)水平得到了長足提高。

壓濾機的主要部件由機架、濾板、濾布、液壓系統(tǒng)和控制系統(tǒng)五大部件組成。從結(jié)構(gòu)上看，先后經(jīng)歷了板框式、廂式、隔膜壓榨式三階段的發(fā)展［7］。從材料上看，從最早的各種金屬，再到現(xiàn)在最常用的增強聚丙烯濾板。壓濾機按濾室類型可分為固定濾室與可變?yōu)V室，板框式壓濾是早期的壓濾機形式，隔膜壓濾機屬于可變?yōu)V室類，它與廂式壓濾機比較，設(shè)備價格高，維護(hù)成本高，但由于能穩(wěn)定獲得更高的壓榨力，從而能得到高干度的泥餅，因此是目前選用趨勢。

目前生產(chǎn)板框式壓濾機的公司主要有芬蘭奧托昆普(Outokumpu)公司，德國的連思舍(Lenser)公司等。國內(nèi)板框式壓濾機起步較晚，總體技術(shù)水平較低，但由于需求量很大，發(fā)展也比較快，各項技術(shù)不斷更新，主要是在國外機型的基礎(chǔ)上進(jìn)行改造，有些方面還是有一定的差距，但發(fā)展前景廣闊。

3 上海城市污泥處理處置現(xiàn)狀與對策

3.1 污泥產(chǎn)量現(xiàn)狀

2000～2010年，上海中心城區(qū)及郊區(qū)新建、改擴(kuò)建及提標(biāo)改造了一大批污水處理廠，這其中包括中心城區(qū)的白龍港污水廠、竹園一廠、竹園二廠、石洞口污水廠等大型污水處理廠。眾多污水處理廠的建成使城市污水收集率、處理率、出水水質(zhì)和COD減排量等均得到了大幅提升。

截止2012年底，上海中心城區(qū)三大片區(qū)共14座污水廠，污水處理規(guī)模為507萬m3/d。隨著污水收集率、處理率的不斷提高，城市污水處理廠所產(chǎn)生的污泥量也成倍增加。目前，上海中心城區(qū)有14座污水廠合計約2100 t/d(含水率以80%計)，郊區(qū)約560 t/d(含水率以80%計)的污泥需要送到老港填埋場進(jìn)行填埋處置。

“十二五”期間，白龍港污水處理廠將擴(kuò)建成280萬m3/d處理能力，石洞口片區(qū)也計劃建設(shè)投運泰和污水處理工程，屆時中心城區(qū)三大片區(qū)共14座污水廠，總處理規(guī)模超過600萬m3/d，污泥產(chǎn)量將進(jìn)一步提升。

3.2 污泥處理現(xiàn)狀分析

近幾年，上海城市污水處理廠所產(chǎn)生污泥處置的技術(shù)路線基本是以機械濃縮脫水后，由陸運或船運至老港垃圾填埋場進(jìn)行填埋。剩余污泥的機械脫水方式主要以加聚丙烯酰胺藥劑后，經(jīng)調(diào)質(zhì)后泵入帶式脫水機或離心機脫水，出泥泥餅含水率普遍在77%～79%。有少數(shù)幾家污水廠(如石洞口污水廠、竹園二廠等)采用板框壓濾脫水工藝，但由于填埋場對泥餅含水率沒有特殊要求，這些污水廠在進(jìn)行日常脫水處理時一般還是僅添加聚丙烯酰胺藥劑調(diào)理后進(jìn)行壓濾脫水處理，出泥泥餅平均含水率一般保持在78%左右。

高含水率污泥在填埋過程中凸顯出水分足、體積大、臭味濃、橫向剪切力差等特點。目前，老港填埋場土地瓶頸、環(huán)境風(fēng)險、填埋場周邊社會矛盾等問題凸顯，污泥在填埋過程中的減量化、穩(wěn)定化、無害化以及泥餅結(jié)構(gòu)強度符合垃圾填埋場承載力的相關(guān)要求等難題亟待解決。

3.3 污泥處理處置規(guī)劃及近期措施

為從根本上解決污泥處理處置問題，2009年上海水務(wù)局頒布的《上海市城鎮(zhèn)排水污泥處理處置規(guī)劃》，對上海的污泥處理處置發(fā)展作出了明確的定位，形成了“中心城區(qū)以焚燒后建材利用為主，兼顧土地利用和衛(wèi)生填埋”的系統(tǒng)布局，在中心城區(qū)計劃規(guī)劃建設(shè)白龍港污泥消化工程、竹園污泥焚燒工程、石洞口污泥完善工程以及水泥建材綜合利用等項目。

但目前規(guī)劃中的幾個污泥處理工程除白龍港污泥消化工程建成投運外，其他可減輕后續(xù)消納壓力的項目預(yù)計需等到2014年以后才能發(fā)揮作用。在此之前，污泥只能進(jìn)入老港填埋場。為盡可能減少80%含水率污泥在填埋過程中帶來的不利影響，有效增加老港垃圾填埋場的污泥總消納量，延長運行時間，必須提升污泥泥餅結(jié)構(gòu)及填埋承壓性能。

考慮到老港垃圾填埋場從2012年6月起原則上不再接收含水率不達(dá)標(biāo)的污泥泥餅進(jìn)場填埋的要求，2011年8月由上海市城市排水有限公司、上海市市政工程設(shè)計研究總院(集團(tuán))有限公司等單位牽頭，編制了《上海市中心城區(qū)污水處理廠污泥應(yīng)急處理工程方案》。內(nèi)容包括:白龍港深度脫水工程，新建深度脫水設(shè)施為1500 t/d，服務(wù)于白龍港、竹園一廠、閔行、龍華、莘莊；石洞口深度脫水技改工程，對現(xiàn)有板框機進(jìn)行改造，規(guī)模為215 t/d，服務(wù)于石洞口、吳淞、泗塘；竹園二廠深度脫水技改工程，規(guī)模為200 t/d；天山、曲陽、長橋等3座污水處理廠，各自新增板框壓濾機和污泥調(diào)理設(shè)備，總處理規(guī)模為105 t/d。2014年后上海市相關(guān)已規(guī)劃的污泥處理處置工程建成投運后，污泥經(jīng)深度脫水填埋處置方式仍將作為重要的托底保障手段。

4 工程設(shè)計應(yīng)用實例

4.1 設(shè)計規(guī)模

上海市白龍港污泥深度脫水工程服務(wù)范圍包括白龍港、竹園第一、閔行、龍華、長橋和莘莊等六座污水處理廠，建設(shè)規(guī)模為污泥處理為1500 t/d(按含水率80%計)，干泥量300 tDS/d。采用化學(xué)調(diào)理+隔膜壓濾工藝處理，處理后污泥含水率要求低于60%。

4.2 工藝流程

白龍港污水廠污泥量為150 tDS/d，以含水率95%的濃縮污泥形式(化學(xué)污泥、濃縮污泥和消化污泥)通過管道輸送到污泥預(yù)處理場污泥調(diào)理池；含水率80%污泥從閔行等其他污水廠污泥用污泥車運送到預(yù)處理場，在入口處經(jīng)過動態(tài)汽車衡稱重計量，然后倒入卸料池。

通過卸料池底部的螺旋輸送機輸送至稀釋池，在稀釋池加入稀釋水(中水或其他水源)攪拌稀釋，稀釋后污泥含水率約93%，重力流入貯泥池，由污泥泵提升進(jìn)入調(diào)理池，在調(diào)理池分別加入鐵鹽和石灰作為調(diào)理劑。經(jīng)過調(diào)理熟化后的污泥通過高壓進(jìn)泥螺桿泵注入總計26臺隔膜壓濾機，進(jìn)泥完成后用高壓水進(jìn)行隔膜壓榨，濾液排入稀釋水池，壓濾后含水率小于60%的脫水污泥由螺旋輸送機輸送至污泥斗，然后通過污泥車外運，每天外運時間按不小于12h計。污泥稀釋考慮采用中水稀釋，多余部分濾液和沖洗廢水等一起由污水泵提升至城市污水處理廠處理。工藝流程與物料平衡如圖1所示。

4.3 污泥調(diào)理

本工程主要采用的是石灰加FeCl3藥劑，混合攪拌使其充分反應(yīng)，將濃縮污泥中的毛細(xì)水和吸附水變?yōu)樽杂伤?，使污泥的pH和溫度升高，破壞微生物的細(xì)胞膜，釋放細(xì)胞內(nèi)的結(jié)合水，提高污泥脫水效果。此外，加入的調(diào)理劑還有鈍化重金屬和殺菌除臭的作用。

廠區(qū)建設(shè)有專門的綜合調(diào)理池，分為4組，每組規(guī)模75 tDS/d。綜合調(diào)理池包括8座有效容積為150m3的調(diào)理池、4座儲泥池、1座稀釋水池以及2座FeCl3儲藥池。FeCl3、石灰投加在調(diào)理池內(nèi)，F(xiàn)eCl3、石灰和污泥的投加比例為1∶2.5∶12.5，即消耗FeCl324 t/d，消耗石灰60 t/d。FeCl3經(jīng)稀釋成濃度為38%后通過加藥泵進(jìn)行投加；石灰則采用加水轉(zhuǎn)換為石灰乳的形式進(jìn)行泵送投加。調(diào)理完的污泥流入至儲泥池待泵送至壓濾車間。投加順序為先按比例泵送投加FeCl3，反應(yīng)30min后再投加石灰乳，整個熟化時間約100min。

圖1 工藝流程與物料平衡圖Fig.1 Chart of Process Flow and Material Balance

4.4 壓濾機選型要求

(1)進(jìn)泥含水率為90% ～97%，出泥含水率≤60%；(2)單臺處理能力不小于15 tDS/d，每批次時間≤4.0 h；(3)濾板尺寸選擇2000mm×2000mm共22套，1500mm×1500mm共4套，有效過濾面積分別為800和400m2，濾室厚度為35～50mm；(4)濾板材質(zhì)需采用增強聚丙烯或橡膠，壓濾壓力不小于15 kg/cm2；(5)隔膜板框機具有自動卸泥，無需人工鏟除，且配有可自動清洗功能。本工程最終選用了興源、景津、安德里茲和卜力斯四種品牌的壓濾機，合計26臺。

4.5 運行管理

經(jīng)調(diào)試，該工程的污泥出泥泥餅含水率均能滿足設(shè)計所要求的小于60%，最小含水率甚至可低于50%。污泥在進(jìn)行深度脫水的工藝過程中，影響其出泥泥餅含水率的因素包括污泥調(diào)質(zhì)效果、進(jìn)泥壓力、隔膜壓濾壓力、保壓時間等參數(shù)條件。

在進(jìn)行壓濾機參數(shù)設(shè)定時，主要包括低壓進(jìn)泥壓力及時間，高壓進(jìn)泥壓力及時間，隔膜二次壓濾壓力及時間6個參數(shù)。運行過程中，壓榨壓力越大，雖然可以縮短每班次處理時間，但同時會導(dǎo)致設(shè)備部件如進(jìn)泥螺桿泵、機架大梁、液壓頂桿等使用壽命的縮短，且能耗相對較高，不利于經(jīng)濟(jì)性。保壓時間越長雖有利于降低泥餅含水率，但費時長，整體處理效率將顯著降低。因此需通過不斷調(diào)試取得最佳工作參數(shù)。建議低壓進(jìn)泥壓力控制在0.6 MPa，高壓進(jìn)泥壓力控制在1.0～1.2 MPa，隔膜壓濾壓力控制在1.2 MPa，每班次進(jìn)泥和保壓用時控制在2.5～3h，其污泥脫水效果可滿足含水率小于60%的設(shè)計要求。

卸餅時，若有泥餅殘留在濾布上，應(yīng)將泥餅鏟除干凈。如果有大塊泥餅殘留在濾布上面，一來再次壓緊時容易引起濾板甚至大梁變形，二來容易導(dǎo)致曲張濾布受到向下的壓力恢復(fù)不了垂直狀態(tài)，這樣濾布出液孔又容易錯位，導(dǎo)致出液不暢甚至噴料情況，因此必須引起重視。

污泥調(diào)質(zhì)效果的好壞受FeCl3和石灰的比例及熟化程度影響較大。在實際操作中，由于采用石灰乳形式投加，建議可適當(dāng)提高投加比率約5%。FeCl3投加總量可控制在7% ～8%，投藥泵可選用襯氟泵，以避免泵機腐蝕過快。在調(diào)質(zhì)過程中加強對每批次的pH進(jìn)行監(jiān)測，以確保調(diào)理質(zhì)量。

此外，針對壓濾過程中產(chǎn)生的濾液也應(yīng)加強采樣分析其含固率濃度。若回收率偏低，污泥流失率過大，可考慮通過優(yōu)選濾布型號、強化污泥調(diào)理等方案來解決。

［1］楊一瓊，徐國勛，趙云霄.三個污水處理廠污泥好氧堆肥對比試驗［J］.凈水技術(shù)，2008，27(6):50－53.

［2］王申，趙寶康，許立群，等.鎮(zhèn)江新區(qū)第二污水處理廠的污泥處置方案［J］.凈水技術(shù)，2013，32(2):95－98.

［3］朱石清，唐建國.對上海城鎮(zhèn)污水處理廠污泥處理和處置的幾點想法(上)［J］.給水排水，2007，33(10):47－49.

［4］住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部.城鎮(zhèn)污水處理廠污泥處理處置技術(shù)指南(試行)［S］.2011.

［5］楊寶林.污泥脫水技術(shù)的實踐和動向［J］.化工給排水設(shè)計，1991，3:52－54.

［6］舒?zhèn)?，彭麗園，程曉波，等.污泥焚燒灰制磚可行性及其效益分析［J］.凈水技術(shù)，2011，30(2):84－87.

［7］徐孝雅，付祥兵，沈袆生，等.高壓隔膜壓濾機在城市污泥深度脫水中的應(yīng)用［C］.2009年給水廠、污水廠升級改造及節(jié)能減排新技術(shù)新工藝研討會論文集.