深圳市污泥深度脫水應急工程的設計與運行
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急工程開始實施，采用能與現狀離心脫水系統相銜接的深度脫水帶式機，通過藥劑調理和機械壓榨，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，經濟效益明顯。此外，深度脫水后的污泥從團狀塑態變為片狀半固態，有利于進行長距離運輸和電廠協同處置，污泥熱值從-0.96MJ/kg升至0.69MJ/kg。該污泥深度脫水應急工程已穩定運行一年多，其設計和運行經驗具有一定的借鑒意義。
截至2019年底，深圳市已建成水質凈化廠38座，總設計規模達到619.5×104m3/d，實際污水處理量為535.4×104m3/d。根據深圳市水務局的統計，2015年—2019年深圳市的水質凈化廠出廠污泥量呈現先降后升的趨勢（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。深圳市內的污泥無害化處置能力尚存較大缺口，2018年深圳水質凈化廠62.7%的污泥通過外運處置，市內處置（含深汕特區）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凈化廠的廠內污泥減量工作。以福永水質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減少42.5%。
1 項目概況
北京首創股份有限公司在深圳共運營3座水質凈化廠，分別是公明水質凈化廠、福永水質凈化廠和松崗水質凈化廠，污水處理量合計37.5×104m3/d。這3座水質凈化廠的濃縮污泥均經離心脫水機脫水至含水率80%后外運處置，污泥產量為360t/d，具體見表1。
經深圳市政府協調，這3座水質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同焚燒處置。經計算，公明、福永、松崗3座水質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座水質凈化廠內增設應急深度脫水設施，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 福永水質凈化廠污泥處置
2.1 污泥泥質
總體而言，福永水質凈化廠的污泥具有熱值低、有機質含量偏低、含砂量高的特點。根據2019年4月的泥質檢測報告，污泥含水率為79.13%，干燥基揮發分占33.36%，干燥基灰分占65.43%，干燥基低位發熱量為5.58MJ/kg，有機質含量僅占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，將固態的污泥與改性劑充分混合后，經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。兩項技術對比見表2。
該工程為現狀污水處理廠污泥脫水段的升級改造，建設和調試期間不能影響現狀離心脫水系統的運行，且受限于擬建場地的可利用面積較小、工程建設周期較短等因素，擬采用占地面積小、施工難度小的高壓帶式連續深度脫水工藝。
2.3 工藝設計
在福永水質凈化廠的離心脫水機房旁設置1套深度脫水帶式機成套機組，設計處理能力為5.5t/h（以污泥含水率80%計），每天設計工作時間為22h，主要包括：進料系統、污泥改性系統、深度脫水帶式機主機、出料系統和輔助設備。工藝流程見圖1。
福永水質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（質量分數為15%的聚合硫酸鐵溶液，投加比例為污泥質量的5%）和復合藥劑（干粉類藥劑，投加比例為污泥質量的2%）。投加的藥劑和污泥在改性混合機內快速、均勻地混合，一方面通過破解活性污泥結構，釋放結合水和胞內水；另一方面，構建微型骨架，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凈化廠的廠區內，共建設一座主體廠房和一座泥倉。主要建設內容如表3所示。
該工程充分利用現有污泥離心脫水機和污泥料倉，避免了重復投資和建設，節約投資。新增設備裝機功率低，整套深度脫水帶式機系統的裝機功率僅為30kW。工期短，改造總工期僅為30d，在改造期間現狀污泥離心脫水設備仍可正常生產。
3 運行效果
3.1 生產調試
污泥處置單位——華潤電力海豐電廠對污泥的泥質進行了限定。為了降低鍋爐結焦和管路腐蝕的風險，電廠規定污泥脫水過程中不得投加生石灰和含有氯離子的藥劑。經實驗室小試和現場生產調試，確定本項目的污泥調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，使用時以干粉狀態加入污泥改性系統。
②改性劑。主要成分為聚合硫酸鐵，固態，用水溶解成15%質量分數的溶液，在污泥調理環節加入污泥改性系統。
藥劑的質量投加比如表4所示。
3.2 技術經濟指標
該項目的處理規模為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。
該系統已經穩定運行一年（2019年5月—2020年5月），現場運行情況表明：
①經過藥劑改性并深度脫水后的污泥滿足電廠摻燒污泥泥質的要求；
②福永水質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，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 經濟效益分析
表6給出了福永水質凈化廠污泥深度脫水應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，節約了29%。
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