摘要：随着我国污水处理率的不断提高，城镇污水处理厂污泥产量也急剧增加。由于污泥处理的要求越来越高，污泥处理日益成为困扰污水厂运营的难题。目前，很多污水处理厂将污泥深度脱水至含水率60%，外运填埋或协同焚烧处理。本文介绍了成熟的污泥深度脱水技术—隔膜压滤深度脱水技术，并结合实际工程设计以及已建工程运营过程中对板框压滤系统的改进意见，为实际工程技术应用提供参考。
1.前言
随着我国城镇污水处理率的不断提高，城镇污水处理厂污泥产量也急剧增加。随着城镇化水平和污水处理量的增加，污泥量将很快突破3000 万t。据不完全统计，目前全国城镇污水处理厂污泥只有小部分进行卫生填埋、土地利用、焚烧和建材利用等，而大部分未进行规范化的处理处置。污泥含有病原体、重金属和持久性有机物等有毒有害物质，未经有效处理处置，极易对地下水、土壤等造成二次污染，直接威胁环境安全和公众健康，使污水处理设施的环境效益大大降低。目前，污泥进行填埋时，很多垃圾填埋场严格要求污泥含水率降低至60%以下。污泥进行协同焚烧时，垃圾焚烧厂严格要求污泥含水率降低至60%，甚至更低。基于以上背景，很多污水厂已建或者拟建污泥深度脱水设施，以满足污泥后续处理的要求。
本文针对污泥深度脱水技术——隔膜压滤深度脱水，介绍隔膜压滤深度脱水系统工作原理、工作流程以及设计运中需注意的要点。
2.污泥隔膜压滤深度脱水系统介绍
2.1隔膜深度脱水工作原理及流程
隔膜压滤污泥深度脱水系统专用设备为隔膜压滤机，它将可变滤室隔膜压榨技术应用于城市污泥的高效脱水，利用单边隔膜过滤板、滤布组成的可变滤室过滤单元，在油缸压紧滤板的条件下，用进料泵压力进行固液分离，从双端将污泥料浆送人由滤板和隔膜板组成的各个密封滤室内，利用泵提供的过滤动力使滤液通过过滤介质排出，直至物料充满滤室，完成初步的液固两相分离；在入料过滤阶段结束后，采用隔膜压榨技术对滤饼进行压榨，用压缩气体（或高压水）推动隔膜板的隔膜鼓起，对滤饼产生单方向的压缩，破坏颗粒间形成的“拱桥”结构，使滤饼进一步压密，将残留在颗粒间隙的滤液挤出；在隔膜压榨的过程中，采用单边嵌入式隔膜滤板的结构技术，特殊的膜片结构和材质配方，在压缩气体（或高压水）的作用下，将膜片充分鼓起在弹性受力的范围之内，根据污泥的特性，延续鼓膜25～30分钟，将残留在污泥颗粒间隙的滤液有效地挤出，达到深度脱水干化的效果。
采用这种结构显著提高压滤机的脱水效率，节能减排效果明显，过滤效率高，循环周期短，鼓膜压榨受力均匀，膜片复原性、使用寿命长，滤饼的含固率40％左右。有效的降低了滤饼的含水率，使污泥达到理想的填埋、焚烧，有效的实现国家提出的节能减排的目标要求，对解决我国城市污泥围城的宭境意义重大。
深度脱水压滤机工作流程 图1
隔膜压滤系统系统复杂，一般由进泥系统、板框压滤系统、脱干污泥输送系统、污泥料仓、压榨系统、冲洗系统、吹扫系统等组成。
2.2典型隔膜压滤机深度脱水系统—铁盐和石灰双调理工艺
目前，国内深度脱水工艺已逐渐从大学里的理论研究、中试试验阶段走向了市场，市面上各种深度脱水工艺逐渐浮现。虽然各厂家均声称自己的工艺具有专有技术特点，但归纳起来，现深度脱水工艺均需投加药剂对污泥进行调理。对于隔膜压滤深度脱水系统而言，目前国内应用最多、最有代表性的工艺是铁盐和石灰双调理的隔膜压滤深度脱水工艺。
该工艺是在污泥里投加石灰和三氯化铁进行调理，然后通过高压隔膜压榨，使浓缩污泥经压榨后污泥含水率降到60%以下，也可以直接将99%的污泥，直接脱水至含水率60%以下。这两种工艺在市政污泥工程实例上均已有应用，达到了预期效果。具体工艺如下：
工艺流程：污泥脱水工艺包括污泥浓缩、调质、脱水和后续处置四部分，工艺流程见下图。初沉池和二沉池的剩余污泥进入重力浓缩池后，被潜污泵输送至调质池，均匀搅拌后的污泥通过隔膜泵或螺杆泵注入隔膜压滤机。
铁盐和石灰双调理污泥深度脱水工艺流程图（三亚污泥处理处置工程） 图2
3.污泥隔膜压滤深度脱水系统相关技术参数
3.1隔膜压滤机处理能力设计
对于隔膜压滤机处理能力而言，决定因素主要有两个：单批次处理能力、一天处理批次数。
目前，市场中常见的隔膜压滤机的过滤面积一般为400~500m2。板框压滤机单批次处理能力可由两种方法计算。第一种方法根据过滤速度以及过滤面积可得。但是，由于实际运行过程中过滤速度变化幅度较大，该种方法的准确性有待验证，不建议采用这种方法进行隔膜压滤机污泥处理能力的核算。第二种方法基于物质守恒原理，根据板框压滤机腔室容积计算污泥处理量。腔室容积可由过滤面积及泥饼厚度计算。深度脱水泥饼（含水率为60%左右）一般厚度取20~25mm。根据这种方法折算，单台过滤面积为400m2的隔膜压滤机单批次处理能力约为40 m3（含水率为95%左右）。根据江阴厂运行经验来看，厂内深度脱水泥饼的厚度在取值范围内，同时，厂内单台400m2隔膜压滤机处理能力约为40 m3，设计计算值与实际运行值符合。因此，基于隔膜压滤机腔室容积计算处理污泥量的方法可靠，设计时推荐该方法进行工艺设计计算。
隔膜压滤机运行时，单批次一般分为进泥、压榨、吹扫、出泥等4个阶段，单批次运行时间约为4个小时。运行时，隔膜压滤机运行时序需与前端污泥浓缩系统相协调，并编制符合要求的运行时序表。一般而言，隔膜压滤机一天运行时间为12~16h，即3~4批次。以过滤面积为400m2的隔膜压滤机为例，单台隔膜压滤机处理能力为120~160 m2。设计时，隔膜压滤机运行批次应尽量连续，避免出现空机时间，延长工人工作时间。
3.2污泥药剂投加比例
深度脱水前应对污泥进行有效调理，其调理作用机制主要是对污泥颗粒表面的有机物进行改性，降低污泥的水分结合容量；同时降低污泥的压缩性，使污泥满足高压力脱水过程的要求。
现有深度脱水工艺大多依赖药剂的添加，下表可以看出，部分工艺条件下，石灰、氯化铁的添加比例达到了20%~30%。
以三亚市污泥处理处置项目为例，三亚污泥处理处置工程污泥主要为剩余污泥。本污泥深度脱水工程按照35%DS消石灰投加量和三氯化铁15%DS投加量进行物料平衡，消石灰纯度按照85%，颗粒度300目，55%含水率污泥产量为33.3t/d。经过离心浓缩和未经离心浓缩的污泥其药剂投加和污泥量物料平衡如下：
物料平衡图（三亚污泥处理处置工程） 图3
4.污泥隔膜压滤深度脱水系统设计要点
污泥深度脱水系统主要包括污泥调理系统、污泥压滤系统、除臭系统等，本章结合已建污泥深度脱水系统运行管理中对压滤系统的意见和建议，为实际工程提供参考。
4.1隔膜压滤系统
隔膜压滤系统是整个污泥处理处置厂的核心。隔膜压滤系统能否高效、安全、稳定的运行，直接关系到最终脱干污泥含水率能否达标。同时，由于板框压滤系统系统复杂，因此，设计中应注重各处细节。
1）经过调理后的污泥在管道中容易沉积，从而造成污泥管道堵塞。因此，有条件时，污泥管道尽量采用用法兰连接的明管，并放置在管沟中。运行中，为了解决管道堵塞的问题，江阴厂将污泥管道改造成放置在管沟的明管，单节长度为3m，法兰连接。运行管理时，江阴厂厂内污泥管道每年清理一次，以去除管道内结垢。
2）干泥输送系统采用水平皮带输送机+倾斜皮带输送机时，为避免积泥，设计时应考虑倾斜皮带输送机的角度在20~22°以下。由于现状大多数污水处理厂无预留用地，在厂内增加污泥深度处理设施用地时，一般用地十分紧张。为了保证倾斜皮带输送机顶端高度，部分厂皮带输送机角度取值过大，导致积泥严重。江阴污水处理厂倾斜皮带输送机角度现为21°，运行状况良好；上海天山污水处理厂倾斜皮带输送机角度现为22°，运行状况良好。设计时，如空间距离不足，输送机角度无法满足要求时，可适当提高平台高度，以满足顶端高度要求。
此外，水平与倾斜压滤机之间连接处易漏泥，建议采取必要的措施进行改良。皮带输送机两侧挡板应要求设备商整体安装，避免污泥泄露。
3）污泥经过深度脱水后，一般采用卡车外运填埋或协同焚烧。设计时，应要求业主方提供污泥运输车的高度等相关信息，以确定污泥料斗的安装高度。污泥料斗底部至车顶一般预留200-300mm空间。
4）现有板框压滤机的工作压力一般为18~20 bar。据了解，设计工作压力为18bar时，如无特殊说明，一般中标的隔膜压滤机的最高工作压力为18bar，正常工作压力低于设计值。而设计压力为20bar时，隔膜压滤机的最高工作压力为20bar，正常工作压力才能达到18bar。此外，二者采用的隔膜压滤机材质不同。设计招标时，建议对隔膜压滤机的最高工作压力、正常工作压力有详细规定，以保证污泥脱水效果。
4.2污泥调理系统
污泥调理系统包括污泥调理池及调理剂储仓系统。对于石灰和铁盐双调理隔膜压滤深度脱水而言，调理剂储仓系统包括铁盐投加系统和石灰投加系统。
（1）污泥调理池
调理池用于污泥的调质与储存。除调理池容积需满足隔膜压滤机处理批次要求，还需注意以下设计要点：
1）为了防止污泥沉积，污泥调理池内有搅拌系统，分为机械搅拌和曝气搅拌两种。在实际运行中发现，当污泥调理池采用空气曝气搅拌时，一旦厂区内停电超过1h，曝气管道即可能出现堵塞现象，因此污泥调理池不建议采用曝气搅拌方式。
2）由于吹扫气体的压力较大，回流污泥管（板框压滤机至污泥调理池）内不仅不存在堵塞问题，而且由于管内流速过大，回流污泥管最后管段存在污泥飞溅问题。针对这种问题，江阴厂采用增加变径管，降低出口污泥流速。对于其他污水处理厂而言，为了避免臭气扩散，污泥调理池一般顶部密封，不存在液体飞溅的问题，但是考虑到调理池液位的稳定性，建议增加变径管。
（2）石灰投加系统
石灰加药系统包括石灰料仓、石灰输送系统、石灰乳制备池、石灰乳投加泵等。已建工程中，石灰加药系统有以储罐作为石灰乳制备容器，如江阴污水处理厂、山东潍坊污水处理厂等等，也有用混凝土池体作为石灰乳制备容器，如浙江龙游污水处理厂、上海天山污水处理厂、南京浦口污水处理厂等等。采用储罐这种制备形式时，石灰一般经计量输送机送至单一罐体，该罐体兼具制备和储存工程。部分工程设计时，为了将储存和制备功能分开，采用两个罐体。采用混凝土池体这种制备形式时，一般为两池，一池制备，一池储存。根据实际运行经验，石灰加药系统有如下问题：
1）由于户外湿度较大，计量螺旋输送机计量效果不佳。为了保证石灰乳含水率的准确性，江阴厂对加药系统进行了改造，在罐体下部增设地磅，通过称重对计算和控制石灰及水的比例。
2）采用熟石灰制备石灰乳时，石灰乳制备池有一定的沉渣，罐体和混凝土池体应每年清洗一次。如厂内运行时采用生石灰时，不溶性的沉渣多，设计中更应该考虑石灰乳制备池的清理。因此，采用石灰乳制备罐时，石灰乳制备罐应预留人孔或者排渣孔。采用混凝土池时，应预留人员检修、清洗通道和空间。
3）石灰乳加药泵采用普通的离心泵即可。采用螺杆泵时，细小的杂质无法通过。
4）石灰储罐上方及落料口处应有除尘装置。
5）石灰储罐内存在结垢问题，设备招标时应要求设备自带震动除垢装置或者空气压缩除垢装置。
5.总结
从污泥深度脱水技术的发展和应用来看，隔膜压滤深度脱水技术在未来仍将有一定的发展应用前景。但是，由于该技术添加了大量的调理剂，污泥减量化效果大打折扣。此外，无论后端处理为堆肥、填埋或焚烧，隔膜压滤深度脱水系统与后续处理工艺的协同都存在一定的问题。因此，现阶段应用的隔膜压滤脱水系统有进一步开发改进的空间。
论文作者:王德波
论文发表刊物:《防护工程》2018年第31期
论文发表时间:2019/1/17
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