深圳市污泥深度脱水应急工程的设计与运行
摘要：由于本地污泥处置能力不足，目前深圳市仍有约60%的污泥外运处置，运输距离远，处置价格高。2019年初，深圳福永水质净化厂将离心脱水后含水率80%的污泥运送至183km外的华润电力海丰电厂进行掺烧，总成本约62352元/d。2019年5月起，该厂污泥深度脱水应急工程开始实施，采用能与现状离心脱水系统相衔接的深度脱水带式机，通过药剂调理和机械压榨，将污泥含水率从80%降至60%，污泥外运量从120t/d降至68.3t/d，减量效果显著。在污泥减量的同时，污泥的处理处置总成本也降至44315元/d，经济效益明显。此外，深度脱水后的污泥从团状塑态变为片状半固态，有利于进行长距离运输和电厂协同处置，污泥热值从-0.96MJ/kg升至0.69MJ/kg。该污泥深度脱水应急工程已稳定运行一年多，其设计和运行经验具有一定的借鉴意义。
截至2019年底，深圳市已建成水质净化厂38座，总设计规模达到619.5×104m3/d，实际污水处理量为535.4×104m3/d。根据深圳市水务局的统计，2015年—2019年深圳市的水质净化厂出厂污泥量呈现先降后升的趋势（分别为2808.8、2432.88、2584.03、2963.75、3433.12t/d），其中2019年出厂污泥中有1938t/d为离心脱水后含水率80%的污泥。深圳市内的污泥无害化处置能力尚存较大缺口，2018年深圳水质净化厂62.7%的污泥通过外运处置，市内处置（含深汕特区）部分仅占37.3%。随着污泥量的逐年攀升，污泥外运的运输成本和处置成本随之上升，因此，深圳市政府要求加快推进水质净化厂的厂内污泥减量工作。以福永水质净化厂的污泥减量工作为例，出厂污泥含水率从80%降至60%，污泥外运量从120t/d减至68.3t/d，减量率为42.5%，污泥运输费和处置费也相应减少42.5%。
1 项目概况
北京首创股份有限公司在深圳共运营3座水质净化厂，分别是公明水质净化厂、福永水质净化厂和松岗水质净化厂，污水处理量合计37.5×104m3/d。这3座水质净化厂的浓缩污泥均经离心脱水机脱水至含水率80%后外运处置，污泥产量为360t/d，具体见表1。
经深圳市政府协调，这3座水质净化厂的污泥外运至临近深圳的汕尾市华润电力海丰电厂进行协同焚烧处置。经计算，公明、福永、松岗3座水质净化厂与海丰电厂的距离分别为172、183、170km，平均运距为175km，运输单价为1.2元/（t·km），电厂掺烧价格为300元/t，则外运处置成本分别为506、520、504元/t。
深圳市政府为了减少污泥外运处置的总量并控制成本，敦促在公明、福永、松岗3座水质净化厂内增设应急深度脱水设施，将污泥含水率从80%降至60%以下，在减量的同时提高污泥热值，最终外运电厂进行处置。
2 福永水质净化厂污泥处置
2.1 污泥泥质
总体而言，福永水质净化厂的污泥具有热值低、有机质含量偏低、含砂量高的特点。根据2019年4月的泥质检测报告，污泥含水率为79.13%，干燥基挥发分占33.36%，干燥基灰分占65.43%，干燥基低位发热量为5.58MJ/kg，有机质含量仅占33.36%，含砂量高达18.48%，属于脱水性能较好的污泥。
2.2 工艺比选
目前常用的机械深度脱水方式有高压板框脱水和高压带式连续深度脱水。高压板框脱水以浓缩污泥（含水率约98%）作为处理对象，先将调理剂与污泥进行混合改性后，再通过高压板框压滤机进行序批式压榨，使污泥含水率降至60%以下。高压带式续深度脱水以一次脱水污泥（含水率约80%）作为处理对象，将固态的污泥与改性剂充分混合后，经由深度脱水带式机进行二次压榨，深度脱水后泥饼含水率降至60%以下。两项技术对比见表2。
该工程为现状污水处理厂污泥脱水段的升级改造，建设和调试期间不能影响现状离心脱水系统的运行，且受限于拟建场地的可利用面积较小、工程建设周期较短等因素，拟采用占地面积小、施工难度小的高压带式连续深度脱水工艺。
2.3 工艺设计
在福永水质净化厂的离心脱水机房旁设置1套深度脱水带式机成套机组，设计处理能力为5.5t/h（以污泥含水率80%计），每天设计工作时间为22h，主要包括：进料系统、污泥改性系统、深度脱水带式机主机、出料系统和辅助设备。工艺流程见图1。
福永水质净化厂的一次脱水污泥（含水率约80%）通过螺旋输送至污泥改性混合机，投加改性剂（质量分数为15%的聚合硫酸铁溶液，投加比例为污泥质量的5%）和复合药剂（干粉类药剂，投加比例为污泥质量的2%）。投加的药剂和污泥在改性混合机内快速、均匀地混合，一方面通过破解活性污泥结构，释放结合水和胞内水；另一方面，构建微型骨架，增加泥饼强度，提高污泥脱水性能。
改性后的污泥定量输送至污泥深度脱水带式机，在深度脱水带式机的压榨作用下实现污泥深度脱水，脱水后的污泥形成5～10 mm多孔隙薄片状泥饼，含水率降至60%左右。
2.4 工程的实施
该项目位于福永水质净化厂的厂区内，共建设一座主体厂房和一座泥仓。主要建设内容如表3所示。
该工程充分利用现有污泥离心脱水机和污泥料仓，避免了重复投资和建设，节约投资。新增设备装机功率低，整套深度脱水带式机系统的装机功率仅为30kW。工期短，改造总工期仅为30d，在改造期间现状污泥离心脱水设备仍可正常生产。
3 运行效果
3.1 生产调试
污泥处置单位——华润电力海丰电厂对污泥的泥质进行了限定。为了降低锅炉结焦和管路腐蚀的风险，电厂规定污泥脱水过程中不得投加生石灰和含有氯离子的药剂。经实验室小试和现场生产调试，确定本项目的污泥调理药剂由两种药剂组成，分别是：
①骨架剂。主要为聚合硅酸盐、二氧化硅、氧化铝等的混合物，干粉状，使用时以干粉状态加入污泥改性系统。
②改性剂。主要成分为聚合硫酸铁，固态，用水溶解成15%质量分数的溶液，在污泥调理环节加入污泥改性系统。
药剂的质量投加比如表4所示。
3.2 技术经济指标
该项目的处理规模为120t/d（污泥含水率80%），直接运行成本为73.55元/t，费用组成具体分析见表5。
该系统已经稳定运行一年（2019年5月—2020年5月），现场运行情况表明：
①经过药剂改性并深度脱水后的污泥满足电厂掺烧污泥泥质的要求；
②福永水质净化厂的污泥脱水性能较好，通过深度脱水带式机的压滤，污泥含水率由80%左右降至60%以下；
③本工程实施后，外运污泥量由120t/d（含水率80%）下降至68.3t/d（含水率60%），减量达42.5%；
④经深度脱水带式机压滤后的污泥性状松散，长距离运输过程中由于水分挥发，含水率进一步下降，进电厂的实测污泥含水率可达到55%左右，污泥热值进一步提升。
3.3 经济效益分析
表6给出了福永水质净化厂污泥深度脱水应急工程实施前后的污泥处理处置总成本的对比，涵盖了污泥的深度脱水、运输和电厂掺烧的全流程。在工程实施前，由于运输和处置的都是含水率80%的污泥，体积较大，污泥的处理处置总成本为62352元/d；而在工程实施后，虽然增加了污泥的深度脱水成本，但是由于运输和处置的是含水率60%的污泥，体积大幅减少， 污泥处理处置总成本下降至44315元/d，节约了29%。
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