德國(guó)HUBER SE公司 ■ 高穎

0 引言

對(duì)于德國(guó)小型污水處理廠來(lái)說(shuō)，過(guò)去的污泥處置也都是通過(guò)農(nóng)用，即作為肥料噴灑農(nóng)田而實(shí)現(xiàn)。但隨著對(duì)污泥中有害物質(zhì)濃度要求的提高(極限濃度指標(biāo)下降)，對(duì)于大多數(shù)污水廠來(lái)說(shuō)，這一傳統(tǒng)的污泥處置途徑將被切斷；對(duì)于用戶單位來(lái)說(shuō)，將面臨市政污泥(多數(shù)情況下 ＜ 3% DS)如何處理的問(wèn)題?

如果這些污泥預(yù)先不經(jīng)過(guò)脫水或干化處理就運(yùn)輸?shù)狡渌胤竭M(jìn)行后續(xù)處理和處置，由于昂貴的運(yùn)輸費(fèi)用，在經(jīng)濟(jì)上是不可行的。此時(shí)，擁有兩種操作模式可供用戶或單位進(jìn)行選擇：

1) 委托專門(mén)的污泥脫水公司以間隙方式進(jìn)行污泥脫水處理。但這種操作方式的缺點(diǎn)是：在污泥脫水處理的間隔循環(huán)之間，污泥必須中間儲(chǔ)存； 而在脫水期間，又會(huì)產(chǎn)生大量高濃度過(guò)濾液體，對(duì)生化處理系統(tǒng)造成負(fù)荷沖擊。因?yàn)橄{污泥所需中間儲(chǔ)存池很大，很少有污水廠能滿足這種操作條件。

2) 在小型污水處理廠內(nèi)自己安裝小型污泥脫水裝置，甚至根據(jù)情況配置太陽(yáng)能干化處理系統(tǒng)。通過(guò)污泥脫水和干化處理，將污泥體積降至最低程度，然后再進(jìn)行后續(xù)的污泥處置(如填埋或焚燒)。

根據(jù)污水處理廠每天所產(chǎn)生的泥量，應(yīng)采用固定安裝的高效脫水裝置進(jìn)行連續(xù)性污泥脫水處理。這樣可節(jié)省中間儲(chǔ)存池(用于過(guò)濾液體和稀漿污泥)，同時(shí)盡可能將市政污泥脫水至20% DS以上，然后輸入太陽(yáng)能干化裝置進(jìn)行干化處理。

為此，德國(guó)漢斯琥珀公司開(kāi)發(fā)了相應(yīng)污泥脫水干化一體化處理方案。以下分別對(duì)污泥濃縮脫水和污泥干化進(jìn)行闡述。

1 污泥濃縮脫水處理

德國(guó)漢斯琥珀公司為此專門(mén)開(kāi)發(fā)研制了螺壓脫水裝置，如圖1所示。這一裝置可將生物剩余污泥壓榨脫水至最高程度，占地很小，投資費(fèi)用很低，運(yùn)轉(zhuǎn)安全可靠?？蔀橛脩魩?lái)的好處為：通過(guò)均勻排放脫水過(guò)濾液體，可降低對(duì)污水處理廠的沖擊負(fù)荷，生化處理系統(tǒng)不會(huì)在超負(fù)荷狀態(tài)下運(yùn)轉(zhuǎn)；脫水過(guò)程是在全封閉結(jié)構(gòu)內(nèi)進(jìn)行，臭氣不會(huì)外泄；因?yàn)槿忾]結(jié)構(gòu)，脫水裝置可安裝在機(jī)房?jī)?nèi)或集裝箱內(nèi)；螺壓脫水機(jī)的驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)速很低，因此震動(dòng)噪聲低，機(jī)械磨損部件很少；全不銹鋼結(jié)構(gòu)，維修保養(yǎng)工作量很低，使用壽命極長(zhǎng)；全自動(dòng)操作運(yùn)轉(zhuǎn)，降低人員費(fèi)用和操作工序。如圖1所示，在RoS3Q 脫水系統(tǒng)內(nèi)可輸入稀漿1% DR 或含固含量3% DR的濃縮污泥，并可連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，將污泥脫水處理至20% DS以上。這一污泥脫水系統(tǒng)不僅投資費(fèi)用低，電耗也很低。污水處理廠配置螺壓脫水機(jī)后，不僅節(jié)省運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用，還可節(jié)省大量空間，無(wú)需配置中間儲(chǔ)存池。

圖1 RoS3Q 螺壓脫水裝置

螺壓脫水機(jī)的工作原理如圖2所示。水平安裝的螺壓脫水機(jī)是由一根錐體螺桿和一個(gè)圓柱狀過(guò)濾網(wǎng)組成。整個(gè)機(jī)械前后分成3個(gè)功能區(qū)域：進(jìn)料/驅(qū)動(dòng)區(qū)域、污泥濃縮/脫水區(qū)域和壓榨區(qū)域(此區(qū)域配置氣缸壓榨設(shè)備，進(jìn)行反向壓榨處理)。稀漿污泥在注入絮凝劑后由扁心螺桿泵送入螺壓脫水機(jī)，整個(gè)脫水過(guò)程按3個(gè)步驟進(jìn)行：

1) 污泥濃縮：稀漿污泥經(jīng)過(guò)絮凝處理后，會(huì)形成穩(wěn)定的絮凝塊和大量自由水。此時(shí)，這些自由水可在篩筐前段被快速過(guò)濾流出。大量的稀漿污泥就是在這個(gè)區(qū)段實(shí)現(xiàn)快速的固液分離。

2) 污泥脫水：大量自由水被分離后，通過(guò)一個(gè)錐體螺桿對(duì)污泥進(jìn)行提升壓榨處理。隨著螺桿高度的提升，螺桿片之間的體積也逐漸縮小，其中的污泥被強(qiáng)制性朝過(guò)濾篩筐的方向向外擠壓，同時(shí)污泥層厚度逐步變薄，水從污泥中的間隙被擠壓出。

3) 污泥壓榨：在干泥出料口處安裝反向氣壓錐體，可對(duì)污泥中的剩余水分進(jìn)行進(jìn)一步壓榨處理。根據(jù)被處理的污泥性質(zhì)和粘度，此處可反向加壓，同時(shí)根據(jù)電機(jī)的電流消耗進(jìn)行控制調(diào)節(jié)，可使出料污泥始終保持恒定的固含量。此處篩筐網(wǎng)的間隙很小，可保證很高的出料污泥固含量。

圖2 RoS3Q 脫水系統(tǒng)工作原理

通過(guò)螺桿驅(qū)動(dòng)電機(jī)的變頻調(diào)節(jié)，可控制污泥在螺壓脫水機(jī)內(nèi)的停留時(shí)間或過(guò)濾時(shí)間，用戶可在出泥固含量和污泥處理能力這兩個(gè)參數(shù)之間進(jìn)行權(quán)衡和選擇，然后再進(jìn)行相應(yīng)技術(shù)參數(shù)設(shè)置。

在螺桿片的外緣安裝配置高強(qiáng)度尼龍刷，可在污泥濃縮脫水過(guò)程中從篩筐內(nèi)部連續(xù)進(jìn)行自清理。而在篩筐外部，則固定安裝一根沖洗棒，以間隙方式對(duì)過(guò)濾篩筐進(jìn)行沖洗清理。在進(jìn)行篩筐沖洗時(shí)，進(jìn)料水泵停止工作，螺桿倒轉(zhuǎn)；此時(shí)，篩筐也以“浮動(dòng)方式”跟著倒轉(zhuǎn)，從而被沖洗棒完全清理。

與稀漿污泥相比，經(jīng)過(guò)螺壓機(jī)處理后的脫水污泥體積大幅縮小。但隨著對(duì)污泥中有害物質(zhì)濃度要求的提高(極限濃度指標(biāo)下降)，而且目前在進(jìn)行污泥脫水過(guò)程中所采用的絮凝劑一般都不能進(jìn)行完全的生物降解，而作為有毒物質(zhì)殘留在污泥之中，很難作為農(nóng)肥直接消化利用。因此，目前歐盟國(guó)家污泥在經(jīng)過(guò)脫水處理之后，仍需長(zhǎng)距離運(yùn)輸，通過(guò)焚燒進(jìn)行后處置。

為了降低運(yùn)輸費(fèi)用和污泥后處置費(fèi)用，許多小型污水處理廠都先后建造太陽(yáng)能干化裝置。截至2010年底，歐洲已有450套裝置投入運(yùn)轉(zhuǎn)，同時(shí)還有許多太陽(yáng)能干化項(xiàng)目正在建設(shè)之中。

2 污泥干化處理

太陽(yáng)能干化裝置的核心部件是污泥翻滾和污泥運(yùn)輸設(shè)備。由德國(guó)漢斯琥珀公司開(kāi)發(fā)研制的SRT污泥翻滾設(shè)備是由旋轉(zhuǎn)雙鏟刀組成，并能通過(guò)驅(qū)動(dòng)鏈條沿暖房長(zhǎng)度爬行移動(dòng)。在鏟刀旋轉(zhuǎn)翻泥的同時(shí)，向前爬行移動(dòng)，污泥同時(shí)獲得曝氣、翻拋、顆?；瓦\(yùn)輸處理。此時(shí)，污泥會(huì)被鏟刀鏟起，并以中軸為圓心進(jìn)行360°翻拋處理。當(dāng)翻泥機(jī)穿越爬行整個(gè)干化大廳時(shí)，所有污泥都受到了好氧曝氣處理。這一循環(huán)周期在正常情況下約需1 h。在濕泥進(jìn)料區(qū)域，進(jìn)料期間每隔20 min進(jìn)行循環(huán)一周的翻拋處理，即沿整個(gè)暖房寬度在前段區(qū)域?qū)衲噙M(jìn)行強(qiáng)化翻拋曝氣處理。通過(guò)對(duì)整個(gè)污泥床的位置進(jìn)行翻拋移位，可絕對(duì)保證污泥處于準(zhǔn)好氧狀態(tài)，同時(shí)為干化過(guò)程提供了最佳前提條件(圖3)。

圖3 HUBER太陽(yáng)能干化裝置SRT 9

除了污泥翻滾處理之外，德國(guó)漢斯琥珀公司SRT 處理系統(tǒng)的另外一個(gè)特點(diǎn)是可對(duì)污泥進(jìn)行連續(xù)返混處理。雙鏟刀翻泥機(jī)還可作為運(yùn)輸機(jī)使用，將污泥從一個(gè)地方運(yùn)輸至另一地方。通過(guò)干泥返混，可將進(jìn)料濕泥在進(jìn)入污泥干化床后直接將固含量提高至 40% DR。生物污泥的固含量一旦達(dá)到這一水平，產(chǎn)生強(qiáng)烈臭味的生物活動(dòng)就會(huì)自動(dòng)停止。此外，固含量為 40% DR 的污泥會(huì)產(chǎn)生較多毛細(xì)空隙，污泥粘度降低，易被干燥處理，機(jī)械性污泥翻滾處理也變得簡(jiǎn)單，從而保證翻泥機(jī)的長(zhǎng)期使用壽命。因?yàn)檫B續(xù)性返混處理在干化床的另一端，即干泥出料端會(huì)產(chǎn)生相反的處理效果，高干度污泥的區(qū)域相應(yīng)變小，干泥在干化大廳內(nèi)的停留時(shí)間很短。由于固含量高于80%的干泥對(duì)機(jī)械的磨損相應(yīng)較大，且易產(chǎn)生粉塵，干化床內(nèi)干泥的停留時(shí)間應(yīng)盡可能縮短。通過(guò)返混處理，能在暖房?jī)?nèi)產(chǎn)生很長(zhǎng)的基本干化區(qū)域，污泥固含量從40% DR 緩慢上升至 60% DR。也就是說(shuō)，在這一基本干化區(qū)域內(nèi)進(jìn)行所謂真正意義上的高效污泥干化，最終獲得的污泥固含量 80%～85%DR 只是在最后10～15 m 的污泥床內(nèi)完成。

在一些沒(méi)有儲(chǔ)存能力或缺少空間的地方，可通過(guò)輸入外來(lái)廢熱或“生態(tài)熱能”提高太陽(yáng)能干化裝置的效率。這里所指的“生態(tài)熱能”是指通過(guò)熱泵技術(shù)從二沉池出水抽提的生態(tài)熱能。由德國(guó)琥珀公司提供的熱交換器 RoWin 可保證這一提熱系統(tǒng)可靠工作，保養(yǎng)工作量很少。這些熱交換器可自動(dòng)清理生物膜、水藻和其他沉積在熱交換器表面上的污染物質(zhì)。

為了創(chuàng)造高效無(wú)臭的干化過(guò)程，所選擇的氣候技術(shù)和各種機(jī)械設(shè)備之間必須相互匹配和協(xié)調(diào)工作。HUBER 智能化氣候控制系統(tǒng)綜合了大量運(yùn)轉(zhuǎn)經(jīng)驗(yàn)、暖房?jī)?nèi)的各種測(cè)試數(shù)據(jù)和熱動(dòng)力學(xué)原理。暖房?jī)?nèi)配置各種氣候探頭、鼓風(fēng)機(jī)和鼓風(fēng)機(jī)蓋板。通過(guò)監(jiān)視干化大廳內(nèi)外的空氣吸水能力和限制冷凝水的產(chǎn)生，電控系統(tǒng)可保證在暖房?jī)?nèi)始終維持最佳的干化氣候。根據(jù)翻泥機(jī)的工作循環(huán)周期 (和新鮮翻動(dòng)的污泥床區(qū)域) 及空氣的干化能力，可控制鼓風(fēng)機(jī)對(duì)污泥床直接進(jìn)行曝氣吹風(fēng)的時(shí)間，在不同污泥干化區(qū)域，吹風(fēng)空氣的時(shí)間不同。當(dāng)然，對(duì)機(jī)械設(shè)備和機(jī)房的安全保護(hù)，控制系統(tǒng)總是給予最高斷電保護(hù)等級(jí)。

污泥翻滾機(jī)不僅可采用鏟刀進(jìn)行污泥翻滾、翻拋移位和運(yùn)輸返混處理，還可根據(jù)項(xiàng)目要求將濕泥進(jìn)料和干泥出料放置在干化大廳的同一端。例如，可將出料干泥返送倒入進(jìn)料區(qū)域的地埋式排料螺桿 (螺桿上配置保護(hù)網(wǎng)格板)內(nèi)，然后由螺桿運(yùn)輸出干化大廳。如果暖房是建造在污水處理廠的邊界，則無(wú)需額外建造馬路，或在暖房另外一側(cè)建造交通區(qū)域。

根據(jù)項(xiàng)目性質(zhì)，所選擇的暖房寬度可為7 m、10 m 或12 m；而相應(yīng)的翻泥機(jī)寬度分別為6 m、9 m和11 m。

3 工程實(shí)例: 德國(guó)Penzing污水處理廠

德國(guó)Penzing污水廠的處理規(guī)模約有8500人口當(dāng)量，采用好氧穩(wěn)定化處理工藝。2008年，Penzing污水廠的污水中發(fā)現(xiàn)含有高濃度 PFT(perfl uorinated tensides)化學(xué)物質(zhì)，污泥處理處置費(fèi)用從原來(lái) 30000歐元猛增至約100000歐元。為了降低污泥處理處置費(fèi)用，自己投資建造污泥處理裝置就變得具有經(jīng)濟(jì)意義。因此，該公司決定2010年開(kāi)始建造全套污泥處理設(shè)備，其中包括污泥脫水和污泥干化設(shè)備。

在完成安裝和調(diào)試工作之后，整套設(shè)備在2010年7月正式投入生產(chǎn)。采用德國(guó)漢斯琥珀公司的 ROTAMAT?螺壓脫水機(jī) RoS 3Q 400對(duì)稀漿污泥進(jìn)行脫水處理。

由運(yùn)輸螺桿自動(dòng)將脫水污泥運(yùn)輸至暖房，并投放在暖房的地板上。污泥翻滾/運(yùn)輸裝置 SRT 9在暖房?jī)?nèi)對(duì)污泥進(jìn)行翻滾、分布和運(yùn)輸處理。在暖房的另一端，干泥排入凹地料倉(cāng)，然后由鏟車(chē)裝入卡車(chē)，每年運(yùn)輸 5～6 次。

暖房長(zhǎng)度或所需干化面積與所要求的干化效率有關(guān)，所需電耗與ROTAMAT?螺壓脫水機(jī) RoS 3Q 的脫水效果有關(guān)。根據(jù)這些情況，Penzing 污水廠的干化大廳比實(shí)際需要的長(zhǎng)度加長(zhǎng)了幾米。污水廠運(yùn)轉(zhuǎn)單位充分利用增加的干化能力，同時(shí)降低污泥脫水系統(tǒng)內(nèi)的絮凝劑消耗量，并用這種方式降低運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用。

通過(guò)向暖房自動(dòng)輸料，無(wú)需污泥中轉(zhuǎn)點(diǎn)和鏟車(chē)，節(jié)省人工。通過(guò)進(jìn)料污泥的布料優(yōu)化處理，可減少臭味。直接進(jìn)料，并立即在干化大廳內(nèi)進(jìn)行翻滾處理，可將污泥轉(zhuǎn)入曝氣好氧狀態(tài)，有效抑制臭味的產(chǎn)生。在Penzing 污水廠的干化裝置內(nèi)，幾乎感覺(jué)不到臭味存在。

但在德國(guó)Penzing污水廠內(nèi)，這次采用了傳統(tǒng)處理方案：濕泥進(jìn)料和干泥出料分別布置在干化大廳的前后兩側(cè)。這是因?yàn)樵谒x的暖房建造區(qū)域具有已建成的交通路面。

用戶單位可選擇采用鏟車(chē)進(jìn)料或采用污泥自動(dòng)進(jìn)料設(shè)備。采用鏟車(chē)進(jìn)料時(shí)，先由鏟車(chē)將脫水污泥輸入干化床前端，并堆積成高度為0.3 m的小泥山；然后用戶只需按下控制柜上的電鈕，翻泥機(jī)會(huì)按輸泥程序自動(dòng)駛往泥山，逐步將污泥鏟起，搬運(yùn)至污泥干化床。污泥自動(dòng)進(jìn)料時(shí)，自動(dòng)布料螺桿可保證將污泥快速輸入污泥干化床，暖房?jī)?nèi)的污泥只需15 min就可在進(jìn)料區(qū)域形成污泥干化床。正如前面描述，如果污泥本身有臭味，用戶單位對(duì)臭味擴(kuò)散問(wèn)題要求也很高，則應(yīng)采用這一處理方法，盡可能降低臭味擴(kuò)散。但如果被干化處理的污泥已被穩(wěn)定化處理，并且污泥脫水程度很高，則沒(méi)有必要安裝配置自動(dòng)進(jìn)料設(shè)備。

污泥翻滾機(jī)可在暖房?jī)?nèi)預(yù)制水泥墻上移動(dòng)行走。Penzing 污水廠內(nèi)的實(shí)際干化床區(qū)域按普通馬路方式建造，水泥預(yù)制件制成的走道類似馬路邊上的人行道。水泥預(yù)制件內(nèi)部鋪設(shè)柏油馬路。地基進(jìn)行防凍處理，幾乎不受翻泥機(jī)和污泥的靜力負(fù)荷。

通過(guò)遠(yuǎn)程監(jiān)視接口，裝置在調(diào)試啟動(dòng)和運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)可由供貨商進(jìn)行監(jiān)控。電控系統(tǒng)可記錄存檔所有相關(guān)參數(shù)，德國(guó)漢斯琥珀總部的專家可在任意時(shí)間通過(guò) internet 接口了解運(yùn)轉(zhuǎn)情況，實(shí)時(shí)顯示運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，例如正在進(jìn)行的污泥床的高度或運(yùn)轉(zhuǎn)循環(huán)。

直接安裝在翻泥機(jī)上的電器部件降至最低程度。移動(dòng)翻泥機(jī)上(不含控制柜)只是安裝了一個(gè)大型封閉型接線箱，絕大多數(shù)的控制部件安裝在主控制柜內(nèi)，控制柜位于干化大廳的專門(mén)保護(hù)區(qū)域。因環(huán)境影響因素明顯降低，操作保養(yǎng)容易，使用壽命很長(zhǎng)。

Penzing 污水廠的暖房長(zhǎng)100 m、寬10 m，HUBER 太陽(yáng)能干化裝置 SRT 9 寬9 m。

4 總結(jié)

對(duì)于小型污水處理廠來(lái)說(shuō)，可先采用螺壓脫水機(jī)對(duì)體積巨大的稀漿污泥進(jìn)行連續(xù)性污泥濃縮脫水處理，然后再采用太陽(yáng)能干化系統(tǒng)，這樣可將污泥處理處置費(fèi)用降至最低程度。

從歐洲近10年的處理經(jīng)驗(yàn)來(lái)看，采用太陽(yáng)能干化系統(tǒng)對(duì)小型市政污水廠內(nèi)進(jìn)行污泥干化是一種安全可靠的生態(tài)環(huán)保處理工藝。與其他熱干化工藝相比，利用太陽(yáng)能進(jìn)行污泥干化成本十分低廉。

通過(guò)對(duì)污泥進(jìn)行脫水和干化處理，可明顯降低污泥體積和重量，這不僅可節(jié)省大量處置費(fèi)用，還能降低環(huán)保污染。污泥干化處理后，只需少量卡車(chē)外運(yùn)污泥，降低CO2排放量。出料干泥固含量高，具有較高的熱值，因此污泥干化處理之后為用戶單位開(kāi)辟的安全后處置途徑有：農(nóng)肥、焚燒和填埋。

在“十二五”規(guī)劃期間，我國(guó)將建造大量村鎮(zhèn)污水處理廠?？山梃b歐洲的經(jīng)驗(yàn)，盡可能采用太陽(yáng)能污泥干化系統(tǒng)來(lái)進(jìn)行污泥減量化處理。

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