項目概況

甘肅省天水市成紀(jì)新城地下凈水廠是該市建設(shè)的第一座，也是西北地區(qū)首座全地下污水處理廠，設(shè)計規(guī)模8×10⁴m³/d，位于渭河和耤河交匯處。污水、污泥處理設(shè)施全部位于地下車間內(nèi)，地面部分打造成城市運動公園，與渭河、耤河沿河景觀帶融為一體。該廠污水處理主體工藝采用MBＲ，出水水質(zhì)執(zhí)行一級A排放標(biāo)準(zhǔn)，剩余污泥含水率降至60%后外運處置。由于脫水車間位于地下，受占地和內(nèi)部空間的限制，脫水工藝的選擇需綜合考慮，既要達(dá)到含水率要求、運行安全可靠，又要求占地節(jié)省、空間上適應(yīng)地下式污水處理廠的特點。該項目最終采用兩段式污泥深度脫水工藝，解決了地下有限空間內(nèi)污泥深度脫水的問題。目前該項目已竣工投產(chǎn)，運行良好，泥餅含水率穩(wěn)定達(dá)標(biāo)。

設(shè)備原理和特點

國內(nèi)污泥脫水應(yīng)用較多的是離心機(jī)、傳統(tǒng)帶式脫水機(jī)、疊螺脫水機(jī)和板框壓濾機(jī)，但用于地下式污水處理廠則存在不同程度的局限性。離心機(jī)裝機(jī)功率大、能耗高、噪聲大，尤其在地下空間內(nèi)影響更為顯著。盡管傳統(tǒng)帶式脫水機(jī)的裝機(jī)和運行功率低，但由于其體積大、密封性不好，不便于進(jìn)行除臭，工作環(huán)境較差，地下空間內(nèi)檢修困難，目前新建污水處理廠已較少采用。疊螺脫水機(jī)裝機(jī)功率低，運行噪聲和振動小，密封效果較好，但其故障率略高，易堵塞，對進(jìn)泥量和濃度變化的適應(yīng)性略差，含水率不好控制，且其大處理量設(shè)備的體積與傳統(tǒng)帶式脫水機(jī)相當(dāng)，故該脫水機(jī)一般適用于中小規(guī)模污水處理廠。以上3種設(shè)備的出泥含水率僅可達(dá)到80%，板框脫水機(jī)在加藥調(diào)理的情況下可以達(dá)到60%以下，但由于板框脫水機(jī)體積大，在全地下污水處理廠中的應(yīng)用受到一定的限制。經(jīng)比較，選擇兩段式污泥深度脫水工藝，即第一段利用全自動旋轉(zhuǎn)擠壓脫水機(jī)，將污泥含水率降至80%，第二段利用高壓帶式連續(xù)深度脫水機(jī)，將污泥含水率降至60%以下。

全自動旋轉(zhuǎn)擠壓脫水機(jī)

全自動旋轉(zhuǎn)擠壓脫水機(jī)是一款進(jìn)口新型污泥脫水設(shè)備，具有體積小、裝機(jī)功率低、運行穩(wěn)定、噪聲低等特點。采用模塊化設(shè)計，單個模塊盤直徑900mm，處理能力70kgDS/h。擴(kuò)容方便，單機(jī)處理能力最大可擴(kuò)容8倍，最大處理能力0．56tDS/h，可以實現(xiàn)自動化控制和遠(yuǎn)程控制。污泥被注入內(nèi)部的一個橫截面為矩形的環(huán)形通道，并且在兩個平行轉(zhuǎn)動的特制不銹鋼篩孔板(旋轉(zhuǎn)鼓面)之間旋轉(zhuǎn)，當(dāng)污泥在通道中前進(jìn)時，濾液通過篩孔板快速濾出，污泥被不斷地濃縮，在出口處形成泥餅。由于特殊旋轉(zhuǎn)鼓面的摩擦力及污泥出口限流器的作用，使得出口污泥的含水率降低，脫水后泥餅含水率可達(dá)80%以下。系統(tǒng)進(jìn)泥壓力為2～50kPa，出口限流器壓力為0～500kPa。工作流程:首先利用進(jìn)料泵將剩余污泥注入絮凝反應(yīng)裝置，在反應(yīng)裝置內(nèi)停留2～3min，與加入的絮凝劑發(fā)生充分的絮凝反應(yīng)，然后進(jìn)入污泥脫水機(jī)，脫水后的泥餅從污泥出口脫落，并通過封閉式污泥輸送管道運到污泥脫水區(qū)域的外部，過濾清液則通設(shè)有反沖洗系統(tǒng)，用于在需要時對整個污泥脫水通道進(jìn)行清洗。正常清洗一般僅需要5min/d，每周需要一次約15min的清洗。利用PLC對預(yù)處理系統(tǒng)、污泥泵的運行(通過進(jìn)口流量和壓力)、設(shè)備出口壓力、絮凝反應(yīng)攪拌器、加藥反應(yīng)槽攪拌器、加藥泵等進(jìn)行自動化控制，可通過觸摸屏進(jìn)行人機(jī)對話和操控。

高壓帶式連續(xù)深度脫水機(jī)

高壓帶式連續(xù)深度脫水機(jī)為第二段深度脫水設(shè)備，配套系統(tǒng)主要有固化劑、改性劑投加系統(tǒng)和改性混合機(jī)等，可以將污泥含水率由80%降至60%以下。該設(shè)備在國內(nèi)生產(chǎn)，應(yīng)用案例較多。工藝流程見圖3。

工作原理:首先利用改性劑破壞細(xì)胞壁，使膠體脫穩(wěn)，從而起到降低污泥持水性的作用，使結(jié)合水轉(zhuǎn)化為脫穩(wěn)水，污泥顆粒化、孔隙化，然后利用連續(xù)深度脫水壓榨機(jī)反復(fù)、多次高壓壓榨，使污泥形成5～10mm多孔隙薄片狀，確保脫穩(wěn)后的水分被充分?jǐn)D出。工作流程:一階段脫水污泥與改性劑、固化劑在改性混合機(jī)內(nèi)快速、均勻地混合;改性后污泥輸送到高壓帶式連續(xù)深度脫水機(jī)，在高壓、密集作用力下實現(xiàn)污泥脫水;深度脫水后的污泥持水性大幅降低，且泥餅孔隙率大，放置固化后污泥含水率可持續(xù)降低。

脫水車間設(shè)計特點

本項目設(shè)計剩余污泥干質(zhì)量約15．8t/d，濕污泥1975m³/d(以含水率99．2%計)。第一段采用3臺全自動旋轉(zhuǎn)擠壓式脫水機(jī)，2用1備，單臺6個模塊，設(shè)計脫水能力50m³/h，進(jìn)料污泥含固率0．8%～1．0%，污泥產(chǎn)量2．5t/h(以含水率80%計)，設(shè)計污泥產(chǎn)量79t/d。第二段采用3套高壓帶式連續(xù)深度脫水設(shè)備，2用1備，設(shè)計單套脫水能力2．5t/h，可根據(jù)一階段脫水機(jī)的出泥速度和運行時間調(diào)整深度脫水機(jī)的處理速度和運行時間，達(dá)到前后匹配。設(shè)計運行時間為19h/d。配套污泥切割機(jī)3臺，2用1備，Q=50m³/h，P=4．0kW;污泥進(jìn)料泵(螺桿泵)，Q=50m³/h，H=0．6MPa，P=15kW，變頻調(diào)節(jié);污泥混凝反應(yīng)器，混合速度為100～450r/min，P=0．75kW，變頻調(diào)節(jié);絮凝劑制備投加裝置2套，單套投藥能力4kg/h，加藥濃度0．1%～0．3%;改性劑儲存及投加系統(tǒng)和固化劑投加系統(tǒng)各一套;脫水機(jī)配套沖洗系統(tǒng)1套，沖洗采用污水廠尾水。兩段主要設(shè)備分別見表1、2。

由于脫水車間位于地下負(fù)一層，地下車間內(nèi)空間有限，平面布置時考慮盡量減少污泥中間轉(zhuǎn)輸過程，以節(jié)省占地。一級3臺脫水機(jī)并排布置，出泥利用無軸螺旋輸送機(jī)分別輸送至污泥改性混合機(jī)，經(jīng)加藥改性后，污泥直接掉落至二級脫水機(jī)入口。這樣兩段脫水機(jī)之間僅有一道螺旋輸送機(jī)，既節(jié)省能耗，又減小占地，同時提高了整個系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性。各組設(shè)備間凈距2．4m，有充足的安裝、操作、維修間距。由于設(shè)備體積較小，主體設(shè)備布置區(qū)占地僅19．2m×14．6m。地下負(fù)一層脫水車間的豎向凈高為5．2～5．7m，為滿足設(shè)備安裝，在負(fù)一層下方設(shè)有夾層，深2．4m。一段脫水機(jī)安裝于負(fù)一層，利用混凝土支墩架高1．25m，設(shè)備高約1．9m，污泥改性機(jī)則貼近負(fù)一層地面布置，而二段脫水機(jī)安裝在設(shè)備夾層內(nèi)。改性機(jī)出泥直接進(jìn)入二段脫水機(jī)，二段脫水機(jī)的出泥利用刮板機(jī)輸送至泥庫，刮板機(jī)最大傾角60°，可以有效減小設(shè)備占地。脫水車間豎向布置見圖4。

 

運行效果

該項目竣工至今，已穩(wěn)定運行一年多，污泥含水率降至60%后外運處置，實現(xiàn)了污泥穩(wěn)定化、減量化和無害化的目標(biāo)。對于脫水后的污泥，除了運至垃圾場填埋，還可以用于制磚、制水泥等用途。在不加改性劑的情況下，出泥含水率達(dá)到70%左右，可進(jìn)行堆肥，也可以用于制水泥、電廠摻燒、垃圾焚燒廠摻燒等。因此，該工藝也為將來的污泥資源化留有可能。由于兩種設(shè)備密封性好，只需將除臭系統(tǒng)風(fēng)管接至設(shè)備預(yù)留的排氣孔即可達(dá)到臭氣收集的目的。經(jīng)過除臭后，脫水車間內(nèi)臭味閾值低，工作環(huán)境良好，同時也降低了污泥脫水過程對地下車間內(nèi)整體空氣質(zhì)量的影響。

設(shè)備投資及運行成本由于全自動旋轉(zhuǎn)擠壓脫水機(jī)為原裝進(jìn)口設(shè)備，尚未實現(xiàn)國產(chǎn)化，設(shè)備價格相對較高。按照處理量計算，兩段式深度脫水系統(tǒng)設(shè)備投資約15萬元/t泥(以80%含水率計)。脫水系統(tǒng)的運行成本主要為藥劑費、電費和污泥外運費。一段脫水主要用電設(shè)備為切割機(jī)、進(jìn)料泵、污泥混凝反應(yīng)器、全自動旋轉(zhuǎn)擠壓脫水機(jī)、絮凝劑制備投加系統(tǒng)及脫水機(jī)配套沖洗系統(tǒng)。二段脫水主要用電設(shè)備為高壓帶式脫水機(jī)、污泥改性混合機(jī)、輸送機(jī)、加藥系統(tǒng)和沖洗系統(tǒng)。深度脫水系統(tǒng)3套，整體2用1備，處理能力79t/d(以污泥含水率80%計)，設(shè)計運行時間19h/d，運行功率一段約55kW，二段約40kW，總運行功率95kW。污泥改性劑投加量按進(jìn)料濕污泥量的5%投加，污泥改性劑市場價按600元/t計;污泥固化劑投加量按進(jìn)料濕污泥量的1%投加，市場價按2500元/t計;PAM平均投加量3kg/tDS，市場價按20000元/t計;PAC平均投加量折算后為0．01kg/m³，市場價按2500元/t計。污泥外運運距20km，外運單價按50元/m³計。電價按0．73元/(kW·h)計。

可以看出，兩段式污泥深度脫水工藝的運行成本為0．13846元/m³，與板框深度脫水工藝相比，成本相當(dāng)。兩段式深度脫水工藝占地節(jié)省，節(jié)約豎向高度約2．5m，總體積1940m³，土建投資約節(jié)省155萬元，約為脫水車間土建成本的25%。同時，該工藝為連續(xù)運行，操作簡單，減輕了人員的工作量。設(shè)備運行故障率低，降低了維護(hù)成本。考慮土建成本、人工成本和維修管理費用，該工藝具有較明顯的優(yōu)勢。

結(jié)論

兩段式污泥深度脫水工藝設(shè)備占地小，可降低25%土建成本，適應(yīng)全地下污水處理廠的特點;連續(xù)運行，性能穩(wěn)定可靠，自動化程度高，有效降低工人勞動強(qiáng)度;系統(tǒng)裝機(jī)功率低，節(jié)能降耗;設(shè)備封閉性好，車間臭味小，運行噪聲低，環(huán)境友好。實踐證明，采用全自動旋轉(zhuǎn)擠壓脫水機(jī)和高壓帶式連續(xù)深度脫水機(jī)的兩段式污泥深度脫水工藝，適應(yīng)全地下污水處理廠的特點，達(dá)到了污泥穩(wěn)定化、減量化和無害化的目標(biāo)，并為污泥資源化留有充分的余地。

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作者：陳志真教授， 邱明教授， 魏 斌教授， 李國洪教授， 羅志賓教授

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