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(guó)投運(yùn)的污水處理設(shè)施共計(jì)1178座，日總設(shè)計(jì)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(guó)投運(yùn)的污水處理設(shè)施已增加至3184座，日總設(shè)計(jì)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(zhǎng)88%，污水處理量增長(zhǎng)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(wàn)m3污水產(chǎn)7 t污泥(80%含水率)計(jì)算，全國(guó)污泥產(chǎn)量預(yù)計(jì)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(qiáng)形成鮮明對(duì)比的是污水廠污泥在處理處置過(guò)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(diǎn)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(jiǎn)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(guó)在19世紀(jì)70年代初進(jìn)行了壓濾機(jī)污泥脫水試驗(yàn)；20世紀(jì)20年代初，美國(guó)在麻省的Worcester和羅德島的Providence采用了板框式壓濾機(jī)處理污泥的設(shè)備［5］，但由于勞動(dòng)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(jī)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(shí)在廈門(mén)、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(guó)內(nèi)多種污泥深度脫水工藝浮現(xiàn)，出于知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)等原因，各種工藝的機(jī)理及藥劑配比等關(guān)鍵技術(shù)并不十分明確。歸納起來(lái)，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(duì)污泥進(jìn)行調(diào)理；二是大部分采用板框壓濾機(jī)脫水工藝。雖然帶機(jī)脫水工藝案例有所應(yīng)用，但相對(duì)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(jī)技術(shù)

鐵鹽石灰加板框壓濾技術(shù)的工藝特點(diǎn)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(guò)板框壓濾機(jī)或隔膜壓濾機(jī)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(mǎn)足填埋場(chǎng)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(chǎng)地，加速污泥穩(wěn)定化，大幅節(jié)約運(yùn)輸費(fèi)用，提高土地使用效率。相比干化焚燒工藝的運(yùn)行成本、氣體釋放等方面具有較大優(yōu)勢(shì)，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(jī)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(shí)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(jī)進(jìn)行壓濾脫水。通過(guò)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(lèi)似土壤或膠結(jié)強(qiáng)度很大的固體，可就地填埋或用作建筑材料等。各類(lèi)固化劑配方因不同的使用目的會(huì)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(jī)設(shè)備技術(shù)

壓濾機(jī)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(jī)械的分離機(jī)械類(lèi)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(jī)使用最早的地方，在德國(guó)、英國(guó)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(guò)一百多年的發(fā)展，過(guò)濾機(jī)裝備整體技術(shù)水平得到了長(zhǎng)足提高。

壓濾機(jī)的主要部件由機(jī)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(qiáng)聚丙烯濾板。壓濾機(jī)按濾室類(lèi)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(jī)形式，隔膜壓濾機(jī)屬于可變?yōu)V室類(lèi)，它與廂式壓濾機(jī)比較，設(shè)備價(jià)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(shì)。

目前生產(chǎn)板框式壓濾機(jī)的公司主要有芬蘭奧托昆普(Outokumpu)公司，德國(guó)的連思舍(Lenser)公司等。國(guó)內(nèi)板框式壓濾機(jī)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(xiàng)技術(shù)不斷更新，主要是在國(guó)外機(jī)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(duì)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(wàn)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(jì)約2100 t/d(含水率以80%計(jì))，郊區(qū)約560 t/d(含水率以80%計(jì))的污泥需要送到老港填埋場(chǎng)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(wàn)m3/d處理能力，石洞口片區(qū)也計(jì)劃建設(shè)投運(yùn)泰和污水處理工程，屆時(shí)中心城區(qū)三大片區(qū)共14座污水廠，總處理規(guī)模超過(guò)600萬(wàn)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(jī)械濃縮脫水后，由陸運(yùn)或船運(yùn)至老港垃圾填埋場(chǎng)進(jìn)行填埋。剩余污泥的機(jī)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(jī)或離心機(jī)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(chǎng)對(duì)泥餅含水率沒(méi)有特殊要求，這些污水廠在進(jìn)行日常脫水處理時(shí)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(guò)程中凸顯出水分足、體積大、臭味濃、橫向剪切力差等特點(diǎn)。目前，老港填埋場(chǎng)土地瓶頸、環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)、填埋場(chǎng)周邊社會(huì)矛盾等問(wèn)題凸顯，污泥在填埋過(guò)程中的減量化、穩(wěn)定化、無(wú)害化以及泥餅結(jié)構(gòu)強(qiáng)度符合垃圾填埋場(chǎng)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(wèn)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(duì)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(jì)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(xiàng)目。

但目前規(guī)劃中的幾個(gè)污泥處理工程除白龍港污泥消化工程建成投運(yùn)外，其他可減輕后續(xù)消納壓力的項(xiàng)目預(yù)計(jì)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(chǎng)。為盡可能減少80%含水率污泥在填埋過(guò)程中帶來(lái)的不利影響，有效增加老港垃圾填埋場(chǎng)的污泥總消納量，延長(zhǎng)運(yùn)行時(shí)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(chǎng)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(chǎng)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(jì)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(duì)現(xiàn)有板框機(jī)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(yáng)、長(zhǎng)橋等3座污水處理廠，各自新增板框壓濾機(jī)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(yùn)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(jì)應(yīng)用實(shí)例

4.1 設(shè)計(jì)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(zhǎng)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(jì))，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(guò)管道輸送到污泥預(yù)處理場(chǎng)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(chē)運(yùn)送到預(yù)處理場(chǎng)，在入口處經(jīng)過(guò)動(dòng)態(tài)汽車(chē)衡稱(chēng)重計(jì)量，然后倒入卸料池。

通過(guò)卸料池底部的螺旋輸送機(jī)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?zhuān)♂尯笪勰嗪始s93%，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(guò)調(diào)理熟化后的污泥通過(guò)高壓進(jìn)泥螺桿泵注入總計(jì)26臺(tái)隔膜壓濾機(jī)，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(jī)輸送至污泥斗，然后通過(guò)污泥車(chē)外運(yùn)，每天外運(yùn)時(shí)間按不小于12h計(jì)。污泥稀釋考慮采用中水稀釋?zhuān)嘤嗖糠譃V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(zhuān)門(mén)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(chǔ)泥池、1座稀釋水池以及2座FeCl3儲(chǔ)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(guò)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(chǔ)泥池待泵送至壓濾車(chē)間。投加順序?yàn)橄劝幢壤盟屯都覨eCl3，反應(yīng)30min后再投加石灰乳，整個(gè)熟化時(shí)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(jī)選型要求

(1)進(jìn)泥含水率為90% ～97%，出泥含水率≤60%；(2)單臺(tái)處理能力不小于15 tDS/d，每批次時(shí)間≤4.0 h；(3)濾板尺寸選擇2000mm×2000mm共22套，1500mm×1500mm共4套，有效過(guò)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(qiáng)聚丙烯或橡膠，壓濾壓力不小于15 kg/cm2；(5)隔膜板框機(jī)具有自動(dòng)卸泥，無(wú)需人工鏟除，且配有可自動(dòng)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(jī)，合計(jì)26臺(tái)。

4.5 運(yùn)行管理

經(jīng)調(diào)試，該工程的污泥出泥泥餅含水率均能滿(mǎn)足設(shè)計(jì)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(guò)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(shí)間等參數(shù)條件。

在進(jìn)行壓濾機(jī)參數(shù)設(shè)定時(shí)，主要包括低壓進(jìn)泥壓力及時(shí)間，高壓進(jìn)泥壓力及時(shí)間，隔膜二次壓濾壓力及時(shí)間6個(gè)參數(shù)。運(yùn)行過(guò)程中，壓榨壓力越大，雖然可以縮短每班次處理時(shí)間，但同時(shí)會(huì)導(dǎo)致設(shè)備部件如進(jìn)泥螺桿泵、機(jī)架大梁、液壓頂桿等使用壽命的縮短，且能耗相對(duì)較高，不利于經(jīng)濟(jì)性。保壓時(shí)間越長(zhǎng)雖有利于降低泥餅含水率，但費(fèi)時(shí)長(zhǎng)，整體處理效率將顯著降低。因此需通過(guò)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(shí)控制在2.5～3h，其污泥脫水效果可滿(mǎn)足含水率小于60%的設(shè)計(jì)要求。

卸餅時(shí)，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(lái)再次壓緊時(shí)容易引起濾板甚至大梁變形，二來(lái)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(cuò)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(shí)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(jī)腐蝕過(guò)快。在調(diào)質(zhì)過(guò)程中加強(qiáng)對(duì)每批次的pH進(jìn)行監(jiān)測(cè)，以確保調(diào)理質(zhì)量。

此外，針對(duì)壓濾過(guò)程中產(chǎn)生的濾液也應(yīng)加強(qiáng)采樣分析其含固率濃度。若回收率偏低，污泥流失率過(guò)大，可考慮通過(guò)優(yōu)選濾布型號(hào)、強(qiáng)化污泥調(diào)理等方案來(lái)解決。

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