摘要：本文以绍兴平水江水厂为例，介绍了污泥深度脱水系统的选择分析及实际运行情况。该水厂所采用的低温干化深度脱水设备具有节能、安全、环保、高效、稳定、智能的特点，实现了对污泥的深度脱水处理。
关键词：净水厂；污泥；低温干化
Application of low-temperature drying technique in the advanced dewatering of sludge in Shaoxing Pingshuijiang Water Supply Plant
Abstract：Taking Shaoxing Pingshuijiang Water Supply Plant for instance，the selection analysis and actual operation of advanced sludge dewatering system are introduced in this paper.As an not only energy-saving，safe，and environmentally friendly，but also high efficient，stable and intelligent process，the advanced low-temperature drying and dewatering equipment adopted by this water supply plant has achieved great performance in the field of sludge treatment.
Keywords：waterworks；sludge；low-temperature drying technique
随着“十一五”环保工作计划的提前完成，我国城镇净水处理能力显著增强，但污泥处理处置工作却未有明显的改进。为此，国家有关部门下发了有关文件、规定，将在“十二五”时期加快污泥处理处置等相关设施的建设。浙江省也制定了相关的规定，要求全省城市给水处理厂污泥进行深度处理、处置。为便于污泥进一步处理处置，环保部 157 号文件《关于加强城镇污水处理厂污泥污染防治工作的通知》，以贮存（即不处理处置）为目的将污泥运出厂界的，必须将污泥脱水至含水率 50%以下。然而，目前尚缺少能耗较低、添加剂用量少、产能大且能对污泥连续进行处理的深度脱水设备。
1 绍兴平水江水厂污泥系统基本情况
平水江水厂总设计处理水量为 15 万吨/日，水源取自平水江水库和曹娥江，采用常规处理工艺+深度处理工艺。常规运行水量6万吨/日（平水江水库水），只采用常规处理工艺。
目前水厂污泥处理的工艺为：污泥废水经污泥浓缩池浓缩后（含固率1%），进入离心脱水机机械脱水（含固率23%）。离心脱水机共有二台，脱水后的泥经螺旋输送机输送至30m3的污泥料仓内。目前的运行方式为一周左右运行一次，每次产泥量为30t（即4.3t/d）。脱水后的污泥通过汽车转运，暂时堆放处置。
2 二次干化工艺选择
由于污泥中含有细胞质和胶质，采用浓缩、机械脱水装置处理后的脱水污泥，含水率仍高于75%[1]，其处置难度和成本仍然较高。如需进一步减量，需要脱除污泥中间水、单分子-多分子层及内部水。除自然风干之外，可通过输入热量形成蒸发，实现大规模减量。
图1 污泥中所含水的分类
2.1 工艺模式确定
污泥二次干化的技术主要有压滤法、加热干化法及碱性稳定法等工艺。
压滤法工序简单，投资也省，但由于处理过程不是处于封闭状态，所以对环境有一定的影响。另外还是有一定的人工操作，反冲洗的污水量也较多，且滤布需要维护、更换。
碱性稳定法采用加氧化钙的方法，有着较强的实用性，它工艺简单、操作方便、建设周期短、投资少，成品泥可直接填埋处置，亦可用于生产建筑材料。但卫生条件差、有异味、占地大、虽减容但增量。
高温热干化工艺一般是利用焚烧处置的方法。焚烧法虽有其优点，但存在的问题也较为突出，最主要的问题是大气污染，这个问题直接影响到焚烧法的推广使用。另外，高温热干化处理工艺比较复杂（有干化、废气收集净化、灰渣收集、供热通风等系统），设备多且繁琐。
平水江水厂污泥二次干化系统是在现有的污泥处理设施基础上建设的，它的建设还受到了现有场地、已有设施等因素的限制。综合考虑工艺的优缺点、现场空间、施工条件等因素，低温带式污泥深度脱水方法占地面积小，工作环境佳，无二次污染，处理效果（污泥含水率）可调且自动化程度高，综上故最终选择采用低温带式除湿法来实现污泥深度脱水。
各工艺模式区别见表1。
表1 工艺比较表
低温带式除湿法基本工艺流程：
图2 基本工艺流程
水厂原污泥脱水系统（离心机）产生的含水率77%的污泥经螺旋输送机转运至污泥干化机入料斗，后通过污泥干化机处理后，干化至 50%以下含水率，在通过螺旋输送机将干泥输送至干泥料仓，然后定期输送外运处置。
2.2 干化设备确定
根据平水江水厂正常生产的数据，在目前运行水量的情况下，77%含水率污泥处理至50%含水率的污泥则每天所需脱除水量为：
4.3m3/d-4.3m3/d*23%/（1-50%）=2.3t/d
即系统设备脱水量为：2.3t/d/24h=96kg/h，考虑到处理泥量随供水情况变化、污泥干化含水率保障等情况以及检修，故选择脱水处理量为200kg/h（4800kg/d）低温干化机。
图3 设备工艺流程图
除湿热泵污泥干化系统是利用除湿热泵对污泥采用热风循环冷凝除湿烘干；其中除湿热泵作为干化机的动力源，不需要增加额外的热源，实现节能目的。而除湿热泵烘干是利用制冷系统使来自干燥室的湿空气降温脱湿同时通过热泵原理回收水分凝结潜热加热空气达到干燥物料目的。除湿热泵是除湿（去湿干燥）加热泵（能量回收）结合，是干燥过程中能量循环利用。
系统工作原理：
1）污泥除湿干化机是利用除湿热泵对污泥采用热风循环、冷凝、除湿烘干；
2）传统污泥热干化系统供热量90%转化为排风热损失（水蒸气潜热及热空气显热）；
3）除湿干化是回收排风中水蒸气潜热和空气显热，除湿干化过程，没有任何废热排放。
图4 系统工作原理图
热泵原理：
1）除湿热泵是利用制冷系统使湿热空气降温脱湿，同时通过热泵原理回收空气水份，凝结潜热加热空一种装置；
2）除湿热泵=除湿（去湿干燥）+热泵（能量回收）结合。
图5 热泵原理图
脱水原理：
1）污泥除湿干化=热风循环+冷凝除湿烘干（除湿热泵）；
2）污泥水分吸热（热空气）汽化=湿空气+干料（汽化）；
3）湿空气经过除湿热泵=冷凝水+干燥热空气（冷凝）。
图7设备现场图
3.1 进料方式改进优化
试验首先利用原湿泥储泥料仓（有效容积约30方）；离心脱水机的出泥先进入原储泥料仓，再从原储泥料仓利用无轴斜螺杆（利旧设备）输送到污泥小料斗（改造时增设）；在测试过程中发现一个不利成形的现象：污泥在污泥料斗储存一段时间后，污泥中的部分水份会被挤压出来形成积水。
如图8所示：
图8 污泥料仓内的存泥
以上这种状况会给污泥干化机的成形机正常运行造成较大的影响：积水在污泥料仓的底部，无轴斜螺杆运行时会把积水与污泥重新搅拌，造成底部污泥的含水率大大增加，成形机无法把污泥切条成规则的方条状，无法保证污泥干化的效率；严重的话造成污泥干化机无法正常运行。
初步方案的结论：污泥成形效果不理想，无法满足污泥干化机成形的需求。
通过现场论证研究出新方案利用原储泥料仓上的无轴斜螺杆，在污泥干化机小料仓上方利用原设置的排泥口阀门，增设竖直管道和无轴斜螺杆，直接把离心脱水机的出泥转移到污泥干化机小料仓内，测试效果比较理想。
图9 最终污泥进料口
最终方案的结论：污泥成形效果理想，完全能满足污泥干化机成形的需求；
调整离心脱水机的运行操作规程，离心机的进泥量按污泥干化机的额定进泥量来操作，需要延长离心机的运行时间；
3.2设备运行情况
进过一段时间的试运行，参数逐渐调整到位，离心脱水机的出泥的含水率在≤80%，污泥泥性适中（污泥颗粒适中）的情况下，污泥切条合适，满足污泥低温干化机的运行需求；见下图所示
图10比较理想的成形前污泥
图11成形后的污泥 图12 烘干后的污泥
4 清洁能源试验
污泥处理一体化系统主要运行成本为电费，电费主要为污泥低温带式干化机电耗。考虑节约运营费用，设计采用太用能供热，减少电能消耗。
4.1污泥低温带式干化机能耗
污泥低温带式干化机1度电最大可脱水4kg，，电费按0.7元/kWh计算。干化至50%时的污泥量时，脱水量2.3t/d，耗电量：
2.3t*1000/4kg/kWh=575kWh，电费575*0.7=403元/天，
折合每吨污泥（77%含水率）处理费用403元/4.3t=93.7元/t。
4.2太阳能设施
太阳能是一种可持续利用的清洁能源，利用太阳能技术实现热水恒温循环供应已经是非常成熟的技术。在日照不充分的时候还可以采用空气能电加热系统来维持热水循环供应，为太阳能集热加热技术在污泥低温干化上的应用提供了可靠的保障；
在平水江水厂增加了13组规格为Ø58x1800太阳能集热板，2.0t保温集热水箱1个，流量12.0t/h热循环水泵1台。
图13太阳能现场图
通过启动热循环水泵，把保温集热水箱里的水通过连接管道在太阳能加热管里循环，利用太阳能集热管吸收太阳能转化成热能逐步加热管道里的循环水。根据实际情况大约2小时左右即可把2.0t左右的常温水加热到80℃以上，满足热蒸发器启动要求。
在水温达到启动条件后，热蒸发器的鼓热风机自动启动，对污泥低温干化烘箱内供热；原供热热泵即可停止运行，达到节能的目的；此时节能的效果非常明显，可代替主设备供电。太阳能系统按8小时工作计算，每天可节省大约191kWh（134元）。
5 二次干化项目优势
5.1节能
表2 含水率与电耗的关系
采用热泵热回收技术，密闭式干化模式无任何废热排放；
每1度电可除水约4公斤（除湿性能比1：4kg.H2O/kw.h，环境温度不同，略有差异）
5.2安全
5.2.175℃以下低温干化过程，充分适合市政、印染、造纸行业污泥干化；
5.2.2系统运行安全，无爆炸隐患，无需充氮运行；
5.2.3污泥干化过程氧气含量<12%；粉尘浓度<60g/m3；颗粒温度<60℃；
5.2.4污泥静态摊放，与接触面无机械静电摩擦；
5.2.5无城市污泥干化过程“胶粘相”阶段（60%左右）
5.2.6干料为颗粒状，无粉尘危险；
5.2.7出料温度低（＜50℃），无需冷却，直接储存；
5.3环保
5.3.1采用低温（40-75℃）全封闭干化模式，无臭气外溢，无需安装复杂的除臭装置；
5.3.2采用低温干化过程，H2S、NH3析出量大大减少；
5.3.4可适合安装在城区污水厂，冷凝水（污泥水份）处置简单（或直排），节约干化过程冷凝水处理成本
5.4高效
5.4.1可直接将80%含水率污泥干化至10%，无需分段处置；
5.4.2干化过程有机成份无损失，干料热值高，适合后期资源化利用；
5.4.3减容量达67%，减重量达80%，可节约大量后期运输成本；
5.4.4可适合83%-50%含水率污泥干化；
5.5稳定化
采用巴斯德（巴氏）灭菌方法-低温加热杀菌，干化温度70℃以上时间可达90min-120min，可有效杀菌96%以上；
5.6智能
全自动运行，节约大量人工成本；PLC+触摸屏智能控制，可实现远传集中控制；出料含水率可任意调节（10%-60%）
5.7节约
5.7.1占地面积小，平均每吨泥占地约4m2；可上下重叠放置，每吨泥占地2m2；
5.7.2无复杂的土建结构、基础建设，节约土建成本
5.7.3设备安装简单，安装、调试周期短；
5.7.4可安装在地下室，节约土地面积；
5.8耐用
5.8.1采用不锈钢等耐腐材料、换热器采用高防腐材料、电镀防腐处理，使用寿命长；
5.8.2无易损、易耗件，使用管理方便；
6 结论
根据调试数据分析结果，得出的结论如下：
1.含水率结果：通过调节传送带的运转速度及运行温度、湿度的参数调整，干化后污泥的最低含水率达到12%，正常运行控制在50%左右。
2.成本测算：折合每吨污泥（77%含水率）处理费用93.7元/t。
每小时二次干化能减少污泥体积2.3t/d，体积减量可以减少外运处置费345元/d（按150元/t计算），折合每吨污泥（77%含水率）减少外运处置费用80元/t。
太阳能系统按8小时工作计算，每天可节省大约191kWh（134元）。折合每吨污泥（77%含水率）节约能耗31.2元/t。
综上，节约费用约：80+31.2-93.7=17.7元/t（77%含水率）。
表3污泥减量示意图
综上所述，污泥低温干化技术能实现污泥处理的最终目标：实现污泥的减量化、稳定化、无害化和资源化，因此具有积极的推广意义。
参考文献：
[1]崔永峰，文明.城市污泥脱水干化技术分析[J].中国资源综合利用，2014（4）：38-40.
[2]黄华.分析比较几种污泥干化工艺[J].城市建设理论研究（电子版），2013（31）.
论文作者:王庆松
论文发表刊物:《基层建设》2019年第20期
论文发表时间:2019/10/9
标签：污泥论文; 含水率论文; 热泵论文; 低温论文; 太阳能论文; 系统论文; 江水论文; 《基层建设》2019年第20期论文;