程昶，倪明輝，曲獻(xiàn)偉

（1.中國(guó)市政工程中南設(shè)計(jì)研究總院有限公司安徽分院，安徽 安慶 246001；2.上海復(fù)潔環(huán)保科技有限公司，上海 201801）

污泥低溫真空脫水干化成套技術(shù)的設(shè)計(jì)探討

程昶1，倪明輝2，曲獻(xiàn)偉2

（1.中國(guó)市政工程中南設(shè)計(jì)研究總院有限公司安徽分院，安徽 安慶 246001；2.上海復(fù)潔環(huán)保科技有限公司，上海 201801）

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)技術(shù)不斷發(fā)展，污泥處置將從傳統(tǒng)的衛(wèi)生填埋向污泥干化焚燒或資源化利用方向發(fā)展。低溫真空脫水干化成套設(shè)備采用低溫真空干化原理，可以一次性將污泥的含水率從98%左右脫水干化至30%～40%，為后續(xù)的焚燒或資源化利用創(chuàng)造了條件。池州市前江工業(yè)園污水處理廠通過引進(jìn)該項(xiàng)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了在一套設(shè)備內(nèi)干化污泥的目的，出泥含水率小于40%。

污泥；低溫真空；脫水干化；含水率

國(guó)內(nèi)絕大多數(shù)城鎮(zhèn)污水處理廠污泥處理基本上都是采用帶式壓濾機(jī)或離心脫水機(jī)［1-2］，脫水后的污泥含水率為80%，污泥處置多采用與生活垃圾一起混合填埋。隨著GB／T 23485—2009《城鎮(zhèn)污水處理廠污泥處置混合填埋用泥質(zhì)》的頒布實(shí)施，作為與生活垃圾混合填埋的污泥，其含水率應(yīng)小于60%，據(jù)此要求，無論是新建還是已建污水處理廠，污泥均將進(jìn)行深度脫水，方可進(jìn)行衛(wèi)生填埋處置。

采用板框壓濾機(jī)進(jìn)行污泥深度脫水是比較常用的升級(jí)改造方案。該方案雖可以使污泥含水率達(dá)到60%的要求，但需要向污泥中投加大量的無機(jī)藥劑，不僅大大地增加了污泥體積，而且也降低了污泥的熱值［3］。因此，板框壓濾深度脫水方案從長(zhǎng)遠(yuǎn)來講并不可取。

安徽省“十二五”城鎮(zhèn)污水處理及再生利用設(shè)施建設(shè)規(guī)劃鼓勵(lì)污泥優(yōu)先采用土地利用，不具備土地利用條件的，可進(jìn)行干化后焚燒。池州市前江工業(yè)園污水處理廠，污水以工業(yè)廢水為主，因此，該廠污泥土地利用風(fēng)險(xiǎn)較大，經(jīng)過充分調(diào)研比較，污泥處理選擇低溫真空脫水干化成套技術(shù)。

污泥低溫真空脫水干化成套技術(shù)利用真空低溫（＜100℃）干化原理，達(dá)到傳統(tǒng)熱力干化脫水效果的同時(shí)，既省去了傳統(tǒng)的熱力干化設(shè)備的占地面積，避免了脫水設(shè)備和干化設(shè)備的轉(zhuǎn)換時(shí)間和勞動(dòng)力，減輕了環(huán)保、安全上的壓力，又將濾餅水分降至用戶要求，最大限度地實(shí)現(xiàn)了污泥減量化，并在一定程度上起到了殺菌滅活作用，是污泥干化的新一代節(jié)能降耗設(shè)備［4］。

1 低溫真空脫水干化成套技術(shù)概述

1.1 技術(shù)原理

低溫真空脫水干化成套技術(shù)利用環(huán)境壓強(qiáng)減小水沸點(diǎn)降低的原理，通過真空系統(tǒng)將腔室內(nèi)的氣壓降低，從而使腔室內(nèi)污泥中水的沸點(diǎn)降低，同時(shí)通過濾板對(duì)腔室內(nèi)污泥進(jìn)行加熱。在加熱至50℃左右時(shí)，污泥中水分便會(huì)沸騰汽化，水分得以從污泥中分離出來。

該技術(shù)是以板框壓濾機(jī)為主體設(shè)備，在此基礎(chǔ)上增加了抽真空系統(tǒng)和加熱系統(tǒng)。污泥由進(jìn)料泵送入板框壓濾機(jī)腔室內(nèi)，首先完成傳統(tǒng)壓濾機(jī)的進(jìn)料、擠壓等過程，隨后進(jìn)入抽真空和加熱過程。熱水通入加熱板和隔膜板，加熱腔室內(nèi)的污泥，同時(shí)開啟真空系統(tǒng)，使腔室內(nèi)形成負(fù)壓，降低水的沸點(diǎn)。污泥中的水分沸騰汽化，汽水混合物由真空泵將其抽出，最終完成污泥的干化。

1.2 系統(tǒng)組成

低溫真空脫水干化成套技術(shù)的設(shè)備主要包括9大系統(tǒng)［3］，分別為：①主機(jī)系統(tǒng)；②污泥調(diào)質(zhì)系統(tǒng)；③進(jìn)料系統(tǒng)；④壓濾系統(tǒng)；⑤空壓系統(tǒng)；⑥加熱系統(tǒng)；⑦真空系統(tǒng)；⑧冷凝系統(tǒng)；⑨控制系統(tǒng)。低溫真空脫水干化成套設(shè)備系統(tǒng)組成見圖1。

圖1 低溫真空脫水干化成套設(shè)備系統(tǒng)組成Fig.1 Configuration of sludge low-temperature vacuum drying packaged equipment

1.3 工藝過程

含水率為97%～98%的濃縮污泥經(jīng)進(jìn)料螺桿泵送入低溫真空脫水干化成套設(shè)備系統(tǒng)的密封腔室內(nèi)，同時(shí)投加絮凝劑，利用進(jìn)料泵的壓力，首先擠壓大部分游離水；進(jìn)料結(jié)束后，開啟壓濾水泵，利用壓濾水泵的高壓力擠壓腔室內(nèi)泥餅，破壞了污泥顆粒間形成的“拱橋”，使濾餅密實(shí)，將殘留在污泥顆粒間的間隙水?dāng)D出，最大限度地降低濾餅水分。

壓榨結(jié)束后，即可啟動(dòng)低溫真空脫水干化系統(tǒng)中的加熱系統(tǒng)和真空系統(tǒng)。即在加熱板和隔膜板之間通入熱水或蒸汽，加熱腔室內(nèi)的污泥，同時(shí)開啟真空泵，對(duì)腔室進(jìn)行抽真空，使其內(nèi)部形成負(fù)壓，降低水的沸點(diǎn)。污泥中的水分隨之沸騰汽化，被真空泵抽出的汽水混合物經(jīng)過冷凝器，汽水分離后液態(tài)水定期排放，尾氣經(jīng)凈化處理后排放。

污泥經(jīng)過濾、隔膜壓榨、強(qiáng)氣流吹氣穿流以及真空熱干化等過程處理以后，污泥中的水分已得到充分地脫除，污泥含水率降至30%以下，污泥量大大減小，最大限度地實(shí)現(xiàn)污泥的減量化和無害化的要求。整個(gè)脫水干化過程歷時(shí)4.0～4.5 h。

2 工程應(yīng)用

2.1 工程概況

池州市前江工業(yè)園污水處理廠位于池州貴池區(qū)牛頭山鎮(zhèn)，服務(wù)范圍為前江工業(yè)園和牛頭山鎮(zhèn)鎮(zhèn)區(qū)，總面積為19.8 km2；總的設(shè)計(jì)規(guī)模為5萬m3／d，其中一期規(guī)模為1萬m3／d。該廠污水處理工藝采取工業(yè)廢水與生活污水在預(yù)處理段分開處理，處理后混合進(jìn)入二級(jí)生化處理。設(shè)計(jì)出水水質(zhì)執(zhí)行GB 18918—2002《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》中的一級(jí)B標(biāo)準(zhǔn)。

本工程待處理的污泥包括沉淀池排出的化學(xué)污泥與二沉池排出的活性污泥?；旌衔勰嘟?jīng)重力濃縮后，含水率降至97%～98%，最大濕泥量為100 m3／d，干污泥量為2 000 kg／d。濃縮后污泥采用低溫真空脫水干化成套設(shè)備處理后，污泥含水率達(dá)到40%以下，干化后污泥外運(yùn)焚燒。

2.2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

（1）主機(jī)系統(tǒng)

主機(jī)系統(tǒng)即為帶加熱功能的板框壓濾機(jī)，其過濾面積采用板框壓濾機(jī)計(jì)算公式，如下：

式中：A——壓濾脫水面積，m2；

Qs——每次脫水的污泥量（進(jìn)泥量），m3；

q——壓濾脫水負(fù)荷，m3／（m2·h）；

t——每次脫水時(shí)間，h。

壓濾脫水負(fù)荷取0.035 m3／（m2·h），每天工作4個(gè)周期，每周期工作4 h（不計(jì)卸泥等準(zhǔn)備時(shí)間），則所需的壓濾面積為178 m2。選用1臺(tái)200 m2的帶加熱功能的板框壓濾機(jī)。

（2）污泥調(diào)質(zhì)系統(tǒng)

本工程采用PAC和PAM 2種藥劑對(duì)污泥進(jìn)行調(diào)理。這2種藥劑的經(jīng)驗(yàn)投加量分別為：PAC投加量為干污泥量的3%～5%；PAM投加量為干污泥量的0.1%～0.3%。PAC經(jīng)溶解后，由泵投加至污泥調(diào)理池，調(diào)理池有效容積為55 m3，共設(shè)2座，每座設(shè)立式攪拌機(jī)1臺(tái)。PAM采取在線投加，利用螺桿泵進(jìn)行在線投加，即投藥點(diǎn)設(shè)在進(jìn)料管路上的管道混合器。

（3）進(jìn)料系統(tǒng)

進(jìn)料泵進(jìn)料過程是個(gè)變頻進(jìn)料過程，隨著進(jìn)料壓力的增大，進(jìn)料量越來越少，直至進(jìn)料泵停止工作。本工程設(shè)計(jì)進(jìn)料時(shí)間為1 h，設(shè)計(jì)進(jìn)料最高壓力為0.9 MPa，進(jìn)料螺桿泵設(shè)計(jì)最大流量為35 m3／h，壓力為1.2 MPa，功率為22 kW，變頻控制。

（4）壓濾系統(tǒng)

進(jìn)料結(jié)束后即進(jìn)入壓濾階段。本工程壓濾時(shí)間取1.5 h；壓濾水泵設(shè)計(jì)流量為25 m3／h，壓力為1.2 MPa，功率為15 kW，采用立式多級(jí)離心泵；壓濾水箱容積為5 m3。

（5）空壓系統(tǒng)

空壓系統(tǒng)提供的壓縮空氣用于污泥的吹脫和氣動(dòng)閥門的氣源。正吹風(fēng)是從壓濾機(jī)進(jìn)料端進(jìn)氣吹脫，使泥餅從腔室內(nèi)剝離；反吹從進(jìn)料反向中心管道吹脫，將殘留在進(jìn)料管中的污泥吹回污泥調(diào)質(zhì)池。本項(xiàng)目吹脫風(fēng)量為2 m3／min，壓力為0.8～1.0 MPa，吹掃時(shí)間約為1 min。

考慮氣動(dòng)閥門用氣量，選定空壓機(jī)產(chǎn)氣能力為3.16 m3／min，最高壓力為1.3 MPa；設(shè)置1臺(tái)吹脫空氣儲(chǔ)罐（容積4 m3），1臺(tái)氣動(dòng)閥空氣儲(chǔ)罐（容積3 m3）和1臺(tái)冷干機(jī)。

（6）加熱系統(tǒng)

加熱系統(tǒng)由鍋爐、熱水泵等構(gòu)成，燃料采用天然氣。熱水溫度控制在90℃，通過熱水泵送入主機(jī)濾板內(nèi)再回到鍋爐形成循環(huán)給水，持續(xù)加熱濾餅。熱干化階段設(shè)計(jì)時(shí)間為1.5 h，系統(tǒng)真空壓力按15 kPa設(shè)計(jì)，鍋爐設(shè)計(jì)裕度系數(shù)取1.2，選擇350 kW的燃?xì)鉄崴仩t。

熱水泵作為循環(huán)泵向系統(tǒng)提供熱水加熱濾餅，其設(shè)計(jì)流量取120～140 m3／h，設(shè)計(jì)揚(yáng)程為25 m，電機(jī)功率為15 kW。

（7）真空系統(tǒng)

真空系統(tǒng)用于腔室內(nèi)抽真空，真空壓力按15 kPa設(shè)計(jì)，真空泵流量為23 m3／min，功率為37kW。

（8）冷凝系統(tǒng)

冷凝系統(tǒng)將真空泵抽吸出來的汽水混合物進(jìn)行冷卻。冷凝器換熱面積與需冷凝的熱通量、傳熱系數(shù)及平均對(duì)數(shù)溫差有關(guān)，本項(xiàng)目冷凝器換熱面積選60 m2，冷卻水循環(huán)泵流量取50 m3／h，緩沖罐容積選0.8m3，冷凝液儲(chǔ)罐容積選0.5m3。

（9）控制系統(tǒng)

低溫真空脫水干化成套技術(shù)系統(tǒng)具有系統(tǒng)設(shè)備較多，相對(duì)集中，控制復(fù)雜的特點(diǎn)。設(shè)計(jì)中將部分電氣設(shè)備的控制接線設(shè)計(jì)在動(dòng)力配電柜內(nèi)，部分單體設(shè)備在現(xiàn)場(chǎng)設(shè)置獨(dú)立控制箱，各設(shè)備均由主PLC控制柜控制。PLC控制柜包含對(duì)脫水干化一體化設(shè)備運(yùn)行參數(shù)設(shè)定、工藝參數(shù)選擇、及運(yùn)行控制，柜內(nèi)硬件包括：PLC可編程控制器、操作終端、控制柜及柜內(nèi)附屬設(shè)備等。

低溫真空脫水干化成套技術(shù)設(shè)備自控選型與廠級(jí)自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)PLC選型保持一致。PLC控制柜采用與廠區(qū)一致的主控制模塊，并設(shè)置網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)，預(yù)留100 Mbps以太網(wǎng)接口，用來進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，以保證與廠級(jí)監(jiān)控系統(tǒng)的雙向通信。

3 運(yùn)行成本分析

本工程低溫真空脫水干化成套設(shè)備日常運(yùn)行需要消耗水、電、藥劑、天然氣資源。按本工程處理規(guī)模2 000 kg［DS］／d計(jì)，其運(yùn)行成本見表1。

表1 運(yùn)行成本Tab.1 Running cost

4 結(jié)語

（1）隨著我國(guó)污水處理廠總規(guī)模的不斷增加，以及土地資源日益緊張，傳統(tǒng)的填埋處置污泥的方式將逐步被淘汰。而污泥土地利用對(duì)泥質(zhì)要求嚴(yán)格，如處理不當(dāng)，極易出現(xiàn)二次污染的風(fēng)險(xiǎn)。污泥干化焚燒可以破壞全部有機(jī)質(zhì)，殺死一切病原體，并最大限度地減少污泥體積?，F(xiàn)階段，污泥干化焚燒應(yīng)是污泥處置的最佳技術(shù)方案。

（2）低溫真空脫水干化成套設(shè)備在傳統(tǒng)的板框式壓濾機(jī)基礎(chǔ)上增加抽真空和加熱系統(tǒng)，利用環(huán)境壓強(qiáng)減小水沸點(diǎn)降低的原理，可以實(shí)現(xiàn)在一套設(shè)備中完成濃縮污泥從脫水到干化的過程，出泥含水率可以穩(wěn)定在40%以下。本項(xiàng)目根據(jù)近遠(yuǎn)期相結(jié)合的思路進(jìn)行設(shè)計(jì)，近期按出泥含水率≤60%，并考慮未來環(huán)保要求的日益提高，本技術(shù)具備出泥含水率40%的能力，未來含水率40%的干化污泥可以作為燃煤電廠、水泥廠的低質(zhì)燃料進(jìn)行焚燒，也可以用作建筑原料等其它用途，實(shí)現(xiàn)污泥的資源化。

［1］王新.談常用污泥脫水方法和設(shè)備［J］.建設(shè)科技，2009，（9）：101－101.

［2］李文巖.螺壓脫水機(jī)與帶式壓濾機(jī)的比較［J］.工業(yè)用水與廢水，2007，38（4）：112－113.

［3］杭世珺.污泥干化新技術(shù)的特點(diǎn)與應(yīng)用［J］.建設(shè)科技，2009，（23）：66－69.

［4］許太明，孫洪娟，曲獻(xiàn)偉，等.污泥低溫真空脫水干化成套技術(shù)［J］.中國(guó)給水排水，2013，29（2）：106－108.

Discussion on design of sludge low-temperature vacuum drying packaged technology

CHENG Chang1，NI Ming－h(huán)ui2，QU Xian－wei2
（1.Anhui Branch of the Central and Southern China Municipal Engineering Design and Research Institute Co.,Ltd.,Anqing 246001,China; 2.Shanghai CEO Environmental Protection Technology Co.,Ltd.,Shanghai 201801,China）

With the rapid development of China′s economy and technology,sludge disposal tend to follow the direction of sludge dried burning or resource utilization instead of traditional sanitary landfill.Based on the low-temperature drying principle in vacuum,sludge low-temperature vacuum drying packaged technology can decrease the sludge water content from about 98% to 30%～40% in one time,thus provides conditions for subsequent burning or resource utilization.Chizhou Qianjiang industrial park adopted this technology,which achieved the purpose of drying sludge within one set of equipment,the water content of the discharged sludge was below 40%.

sludge; low-temperature vacuum; dehydration and drying; water content

X703.1

B

1009－2455（2016）01－0073－04

程昶（1980－），男，安徽懷寧人，工程師，注冊(cè)公用設(shè)備工程師，本科，主要從事給水排水專業(yè)設(shè)計(jì)，（電子信箱）25362503＠qq.com。

2015-10-27（修回稿）