＊康哲 李彬 殷玲 鄭宏志

（1.中南水務(wù)科技有限公司 湖南 410009 2.長沙湘江環(huán)境科技有限公司 湖南 410125）

1.項目建設(shè)背景

長沙市污水廠產(chǎn)生的污泥主要是通過廠內(nèi)的處理設(shè)施脫水至80%以下后，運(yùn)輸至黑麋峰固廢處理場內(nèi)進(jìn)行最終處置。污泥集中處置一期工程位于長沙市市固廢處理場西側(cè)，該項目于2011年獲批，2012年開工建設(shè)，現(xiàn)已建成試運(yùn)行。該項目設(shè)計規(guī)模為500t/d，主體工藝為“厭氧消化+脫水+干化”，對污泥進(jìn)行減量化、無害化處理，處理后的污泥作為長沙市城市固體廢棄物處理場覆土。

至2017年底，長沙市城鎮(zhèn)污水處理廠已建成，總規(guī)模達(dá)到212.5萬t/d（長沙市總規(guī)模251.5萬t/d，其中星沙39萬t/d），基本達(dá)到滿負(fù)荷運(yùn)行的狀態(tài)。根據(jù)長沙市排水事務(wù)中心報表顯示，2017年12月主城區(qū)污水處理廠日產(chǎn)污泥量（80%含水率，余同）達(dá)到約1200t/d，已遠(yuǎn)超污泥集中處置一期工程的處理規(guī)模。超過處理能力的污泥，通過場內(nèi)的一個污泥臨時攪拌站進(jìn)行固化處理工藝，使污泥含水率降為60%后再進(jìn)行衛(wèi)生填埋處置，日處理量達(dá)500t/d。

根據(jù)長沙市排水事務(wù)中心2018年長沙市主城區(qū)污水處理廠污泥統(tǒng)計報表（圖1）所示，由于城市污泥及垃圾產(chǎn)量增長較快，固廢處理場的填埋庫容急劇減少，填埋堆體存在重大安全隱患；鑒于黑麋峰污泥集中處置二期工程建設(shè)騰地需要，污泥臨時攪拌站計劃于2018年6月底進(jìn)行拆除，且場內(nèi)無地可重建，長沙市污泥處理、處置存在較大的缺口（約700t/d）。

圖1 2018年長沙市主城區(qū)污水處理廠日均污泥產(chǎn)量

為緩解長沙市污泥處理處置壓力，市政府于2018年多次組織召開專題研究會議，于3月底，市政府批示要求盡快在長善垸水質(zhì)凈化廠和岳麓污水處理廠建設(shè)污泥深度脫水設(shè)施。

2.項目概況

(1)項目簡介

長善垸污泥處理處置項目由長沙水業(yè)下屬全資子公司長沙湘江環(huán)境有限公司承建及運(yùn)營，選址位于長善垸水質(zhì)凈化廠內(nèi)，一期設(shè)計規(guī)模為300t/d，項目總投資1.3億元，于2019年10月投產(chǎn)運(yùn)行。項目采用“低溫干化+協(xié)同焚燒”工藝，建設(shè)一座低溫干化深度脫水車間，建筑面積約2517.79m2，共設(shè)有5條低溫干化線，總?cè)ニ繛?775kg/h，后期在前端加設(shè)高壓帶式機(jī)以保障產(chǎn)能。

(2)干化機(jī)原理介紹

干化機(jī)的核心部分主要為除濕熱泵，其由除濕單元和干燥單元組成。主要工作原理為利用制冷系統(tǒng)使來自干燥室的濕空氣降溫脫濕，同時通過熱泵原理回收水分凝結(jié)潛熱加熱空氣達(dá)到干燥物料目的，而廢氣中的大部分水蒸氣在蒸發(fā)器中冷凝外排[1]。

干化機(jī)主要有以下幾點優(yōu)勢[2]：

①干化溫度低，環(huán)境風(fēng)險較低。低溫干化機(jī)的溫度一般在80℃以下，污泥干化過程中有機(jī)成分揮發(fā)物產(chǎn)生較少[3]，有效的減少有害氣體的釋放，同時降低了點火源的點火能量，有效避免干化過程的爆炸危險。②易閉式循環(huán)，能量最大化利用。低溫干化機(jī)為模塊化組合，其中除濕熱泵是除濕（去濕干燥）加熱泵（能量回收）結(jié)合，在低溫封閉空間實現(xiàn)干燥過程中能量循環(huán)利用[4]。③干化過程簡單易操作。低溫干化效果的主要控制因素為空氣溫度及循環(huán)空氣流量。根據(jù)實際監(jiān)控數(shù)據(jù)調(diào)節(jié)干燥劑輸送帶速度與熱泵主機(jī)的運(yùn)行，操作相對簡單。④節(jié)能效果顯著。朱有法[5]進(jìn)行閉式熱泵低溫干化污泥生產(chǎn)試驗，得出每1kW·h可脫水3.56kg，并對熱泵低溫干燥、燃?xì)忮仩t與燃煤鍋爐干燥的能耗及經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行了分析，發(fā)現(xiàn)熱泵低溫干化污泥的費用僅高于燃煤鍋爐。

(3)項目工藝流程

圖2 長善垸污泥處理處置項目工藝流程圖

長善垸水質(zhì)凈化廠的污泥考慮在二期污泥脫水間的料倉下增加料斗和污泥泵，通過污泥泵將污泥輸送至新建深度脫水車間的濕泥料倉。而擬進(jìn)入本工程的其他污水處理廠的污泥，則通過污泥運(yùn)輸車運(yùn)輸至新建車間前的投料平臺，倒入濕泥料倉中。濕泥料倉下設(shè)置污泥刮板，將料倉的污泥輸送至低溫干化機(jī)中進(jìn)行深度脫水至含水率50%以下，脫水后的污泥通過螺旋輸送機(jī)、刮板機(jī)輸送至干泥料倉，再外運(yùn)至建筑材料廠進(jìn)行協(xié)同焚燒。其中，污泥干化脫水后產(chǎn)生的冷凝水，排入長善垸水質(zhì)凈化廠內(nèi)的污水管道，進(jìn)入廠區(qū)污水處理系統(tǒng)進(jìn)行處理。

3.項目設(shè)計經(jīng)驗

(1)污泥泥質(zhì)對工藝選型的影響

項目設(shè)計之初對污泥泥質(zhì)進(jìn)行檢測，檢測結(jié)果如表1所示：①對照相關(guān)污泥處置泥質(zhì)要求，可知污泥總砷含量超農(nóng)用泥質(zhì)A級的限值要求，故不能適用于種植食用農(nóng)作物的耕地，其他指標(biāo)均能滿足其他類型處置泥質(zhì)的要求。②污泥有機(jī)質(zhì)較低，含量低于35%，總養(yǎng)分8.13%，如不摻雜餐廚垃圾及其他高有機(jī)質(zhì)的固態(tài)污染物，故不適用于“厭氧消化+土地利用”“好氧發(fā)酵+土地利用”工藝選擇。③污泥燃燒值較低，小于14680kJ/kg[6]，無法達(dá)到能量平衡，故燃燒工藝必須添加輔助燃料。④對污水處理廠工藝、納污范圍內(nèi)的污水水質(zhì)進(jìn)行摸排，并結(jié)合運(yùn)行人員的反饋，可知污水處理廠未使用初沉池，納污范圍內(nèi)存在工業(yè)企業(yè)，進(jìn)水水質(zhì)變化波動較大，故無法選擇精細(xì)化或者對泥質(zhì)要求較高的處理處置工藝。

表1 污泥泥質(zhì)檢測結(jié)果

(2)污泥處置方式對全過程的影響

污泥處置方式的穩(wěn)定可靠性對整體工藝的選擇起到?jīng)Q定性的作用，應(yīng)綜合考慮污泥泥質(zhì)特征及未來的變化、當(dāng)?shù)氐耐恋刭Y源及環(huán)境背景狀況、可利用的水泥廠或熱電廠等工業(yè)窯爐狀況、經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展水平等因素，結(jié)合可采用的處理技術(shù)，合理確定本地區(qū)的主要污泥處置方式或組合[7]。

受到長沙市關(guān)于禁燃區(qū)的相關(guān)要求，主城區(qū)、望城區(qū)和長沙縣只能燃燒清潔能源，鑒于成本壓力，故無法選擇燃燒工藝。

對長沙市周邊已有污泥處置項目調(diào)研，如湘陰污水處理廠及星沙污水處理廠項目通過考察得知，末端處置單位必須滿足安全環(huán)保、穩(wěn)定可靠、持續(xù)性、具有較大規(guī)模四個因素。由于土壤處置使用量無法持續(xù)，且不確定因素較大，牽扯政府協(xié)調(diào)較廣，故在長善垸末端處置單位的選擇上更加傾向于大型建筑材料廠。由于火電廠涉及政府調(diào)節(jié)面較大，且毗鄰影響明顯，鑒于對方意愿性故不予考慮；對于陶粒廠及活性炭的污泥處置單位，鑒于產(chǎn)品銷量受到市場影響，故不予考慮；由于水泥廠涉及城市發(fā)展規(guī)劃，且行業(yè)萎縮，遠(yuǎn)期會進(jìn)行遷移處理，故只能選擇位置較偏遠(yuǎn)的水泥廠；同時對周邊大型磚廠進(jìn)行調(diào)查，同樣面臨毗鄰影響，故只能選擇位置較偏遠(yuǎn)的大型磚廠。因此在末端處置的單位均集中于偏遠(yuǎn)水泥廠及大型磚廠，其對污泥含水率要求在40%以下，并結(jié)合項目內(nèi)外部因素及經(jīng)濟(jì)效益，故選擇低溫干化工藝作為深度脫水處理工藝。

(3)應(yīng)急處置對設(shè)備選型的影響

污泥不同于污水，污水處理有統(tǒng)一的排放標(biāo)準(zhǔn)，明確的排放去向，也有常規(guī)的污水應(yīng)急處置措施，污泥的應(yīng)急處置靈活性要求更高。因污水量變化較大，污泥量也會有較大波動，必須設(shè)置緩沖料倉進(jìn)行短期儲存，在緩沖料倉的容量上要充分考慮污泥波動最大值及未來污泥增量波動最大值，保障后段工藝的持續(xù)穩(wěn)定。同時，需采取外送填埋作為最重要的托底保障措施。

4.項目運(yùn)營經(jīng)驗

(1)污泥惡臭對整體運(yùn)營的影響

在污泥干化過程中，污泥干化所釋放的物質(zhì)包括了硫氮雜原子氣體、小分子烴類氣體、氯代、類氣體、芳香類氣體等[8]，特別是其中產(chǎn)生的硫化氫、苯系物、氨氣對生產(chǎn)工人及周邊環(huán)境影響較大。實際運(yùn)行中，定期清理維護(hù)干化設(shè)備時需要打開箱體，密封于干化機(jī)內(nèi)部的臭氣逸散至干化車間內(nèi)，造成干化車間內(nèi)的臭味較重。對車間進(jìn)行檢測，發(fā)現(xiàn)各監(jiān)測點的臭氣濃度和甲烷濃度大部分時刻超過《惡臭污染物排放標(biāo)準(zhǔn)（GB 14554-93）》的二級標(biāo)準(zhǔn)，氨氣濃度接近限值。為防止毗鄰效應(yīng)，后期增設(shè)一套35000m3/h風(fēng)量除臭設(shè)備進(jìn)行整體搜集處理，采用“生物洗滌+UV光催化氧化”工藝。

同時，濕污泥和干污泥在卸料區(qū)域設(shè)計未考慮封閉措施，卸料過程中污泥散發(fā)的臭氣直接散逸在空氣中，臭味明顯，影響廠區(qū)環(huán)境。

(2)污泥泥質(zhì)對整體運(yùn)行的影響

在除濕單元和干燥單元之間存在對流傳熱傳質(zhì)，熱風(fēng)中帶有粉塵、腐蝕性氣體及水分，易于在干燥單元的蒸發(fā)器和冷凝器表面沉積，降低熱泵熱傳遞效率。因此，每條生產(chǎn)線需每兩周進(jìn)行一次大維護(hù)，主要維護(hù)設(shè)備為翅片冷凝器、板式/袋式過濾器、表冷器、上下層網(wǎng)帶、循環(huán)風(fēng)機(jī)、隔離孔板、回?zé)崞鞯仍O(shè)備，需要停機(jī)5h以上多人進(jìn)行清灰、檢查處理。

污泥泥質(zhì)不是恒定的，特別是高礦物油含量會增加污泥出現(xiàn)“糖心”現(xiàn)象，容易導(dǎo)致污泥切條造粒狀態(tài)不佳，在干化機(jī)網(wǎng)帶上板結(jié)，大幅度增加干化難度，因此在實際生產(chǎn)中，污泥切條造粒應(yīng)盡量分散，成型顆粒盡量小，以增加接觸熱面積，對干燥效率起到關(guān)鍵作用。同時，在生產(chǎn)巡檢中需重點關(guān)注干化機(jī)污泥切條造粒成型狀態(tài)，對出現(xiàn)污泥黏糊團(tuán)狀和塊狀進(jìn)行警示，必要時添加改性劑和采取返混措施。

由于污泥中纖維質(zhì)含量較高，增大了污泥運(yùn)輸設(shè)備的損耗，如螺旋葉片及底襯、刮板及鏈條等，應(yīng)盡量降低污泥機(jī)械運(yùn)輸距離。同時，切條機(jī)及其附屬配件的日常清理工作也較原計劃增加，嚴(yán)重時需要拆卸銅梳清理，也需要停機(jī)清理。因此，實際整套系統(tǒng)年度有效生產(chǎn)時間在7500～8000h，在設(shè)備選型中務(wù)必作為重要因素進(jìn)行考慮。

(3)幾點細(xì)節(jié)因素對整體運(yùn)行的影響

①熱泵效能的影響：低溫干化機(jī)的箱體為封閉狀態(tài)，在低溫干化中會產(chǎn)生大量粉塵、腐蝕性氣體，如NH3、H2S及甲硫醇等[9]，氣體中的高水分增加其腐蝕性，熱泵系統(tǒng)接觸設(shè)備如蒸發(fā)器，冷凝器等關(guān)鍵部件腐蝕耐受度面臨考驗，部件故障將會一定程度上造成效能降低，進(jìn)而導(dǎo)致脫水量的降低而影響產(chǎn)能，增大政府結(jié)算過程中經(jīng)濟(jì)測算的實際差距。

②污泥返潮的影響：污泥處置單位夜間不收泥，干化后污泥需在干料倉中儲存，易受到返潮影響，特別是冬天，其含水率比干化機(jī)內(nèi)含水率高3%～5%，污泥黏度增加，在干料倉中易板結(jié)，也增加污泥運(yùn)輸車輛卸料的難度，因此建議在干料倉設(shè)計之初需增加除潮設(shè)施。

③環(huán)境溫度的影響：整個低溫干化系統(tǒng)對天氣溫度環(huán)境變化的適應(yīng)能力不強(qiáng)，導(dǎo)致含水率和產(chǎn)能也受天氣影響而波動大。尤其是冬季環(huán)境溫度偏低，濕污泥自身溫度較低，烘干所需熱量大于其他季節(jié)，引起產(chǎn)能下降。通過積累運(yùn)行數(shù)據(jù)，掌握春夏秋冬不同季節(jié)運(yùn)行參數(shù)設(shè)定值，同時日常運(yùn)行中及時關(guān)注天氣預(yù)報氣溫變化，提早介入調(diào)整參數(shù)，如適當(dāng)提高干化機(jī)前段模塊熱泵的兩級熱泵壓縮機(jī)工作投入時間，并通過相應(yīng)技術(shù)改造在濕料倉區(qū)域增設(shè)預(yù)熱裝置，在干化前提高污泥自身的溫度，精準(zhǔn)掌握干化設(shè)備冷卻系統(tǒng)內(nèi)循環(huán)回水溫度最佳區(qū)間值等。

5.總結(jié)

污泥處理處置應(yīng)遵守“安全環(huán)保、循環(huán)利用、節(jié)能降耗、因地制宜、穩(wěn)妥可靠”的基本原則[7]。長善垸污泥處理處置項目有其獨特性，作為初入污泥處理處置行業(yè)，在安全環(huán)保的前提下，因地制宜選擇穩(wěn)妥可靠的處置工藝，進(jìn)而反推處理工藝。其作為初入固廢處理處置行業(yè)的首個項目，設(shè)計經(jīng)驗不足，需在后期運(yùn)營中不斷完善，在后續(xù)第二期污泥處理處置項目建設(shè)中需強(qiáng)化在工藝流程、設(shè)備選型及現(xiàn)場考察的研究，重點考慮風(fēng)險影響，特別是超量污泥的應(yīng)急處理及設(shè)備實際產(chǎn)能，避免廠家自圓其說。項目建設(shè)要與后期生產(chǎn)運(yùn)營深度結(jié)合起來，才能更好的發(fā)揮項目持久的經(jīng)濟(jì)價值及社會效應(yīng)。