項目概況

甘肅省天水市成紀新城地下凈水廠是該市建設的第一座，也是西北地區首座全地下污水處理廠，設計規模8×10⁴m³/d，位于渭河和耤河交匯處。污水、污泥處理設施全部位于地下車間內，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，出水水質執行一級A排放標準，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，受占地和內部空間的限制，脫水工藝的選擇需綜合考慮，既要達到含水率要求、運行安全可靠，又要求占地節省、空間上適應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污泥深度脫水的問題。目前該項目已竣工投產，運行良好，泥餅含水率穩定達標。

設備原理和特點

國內污泥脫水應用較多的是離心機、傳統帶式脫水機、疊螺脫水機和板框壓濾機，但用于地下式污水處理廠則存在不同程度的局限性。離心機裝機功率大、能耗高、噪聲大，尤其在地下空間內影響更為顯著。盡管傳統帶式脫水機的裝機和運行功率低，但由于其體積大、密封性不好，不便于進行除臭，工作環境較差，地下空間內檢修困難，目前新建污水處理廠已較少采用。疊螺脫水機裝機功率低，運行噪聲和振動小，密封效果較好，但其故障率略高，易堵塞，對進泥量和濃度變化的適應性略差，含水率不好控制，且其大處理量設備的體積與傳統帶式脫水機相當，故該脫水機一般適用于中小規模污水處理廠。以上3種設備的出泥含水率僅可達到80%，板框脫水機在加藥調理的情況下可以達到60%以下，但由于板框脫水機體積大，在全地下污水處理廠中的應用受到一定的限制。經比較，選擇兩段式污泥深度脫水工藝，即第一段利用全自動旋轉擠壓脫水機，將污泥含水率降至80%，第二段利用高壓帶式連續深度脫水機，將污泥含水率降至60%以下。

全自動旋轉擠壓脫水機

全自動旋轉擠壓脫水機是一款進口新型污泥脫水設備，具有體積小、裝機功率低、運行穩定、噪聲低等特點。采用模塊化設計，單個模塊盤直徑900mm，處理能力70kgDS/h。擴容方便，單機處理能力最大可擴容8倍，最大處理能力0．56tDS/h，可以實現自動化控制和遠程控制。污泥被注入內部的一個橫截面為矩形的環形通道，并且在兩個平行轉動的特制不銹鋼篩孔板(旋轉鼓面)之間旋轉，當污泥在通道中前進時，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80%以下。系統進泥壓力為2～50kPa，出口限流器壓力為0～500kPa。工作流程:首先利用進料泵將剩余污泥注入絮凝反應裝置，在反應裝置內停留2～3min，與加入的絮凝劑發生充分的絮凝反應，然后進入污泥脫水機，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域的外部，過濾清液則通設有反沖洗系統，用于在需要時對整個污泥脫水通道進行清洗。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對預處理系統、污泥泵的運行(通過進口流量和壓力)、設備出口壓力、絮凝反應攪拌器、加藥反應槽攪拌器、加藥泵等進行自動化控制，可通過觸摸屏進行人機對話和操控。

高壓帶式連續深度脫水機

高壓帶式連續深度脫水機為第二段深度脫水設備，配套系統主要有固化劑、改性劑投加系統和改性混合機等，可以將污泥含水率由80%降至60%以下。該設備在國內生產，應用案例較多。工藝流程見圖3。

工作原理:首先利用改性劑破壞細胞壁，使膠體脫穩，從而起到降低污泥持水性的作用，使結合水轉化為脫穩水，污泥顆粒化、孔隙化，然后利用連續深度脫水壓榨機反復、多次高壓壓榨，使污泥形成5～10mm多孔隙薄片狀，確保脫穩后的水分被充分擠出。工作流程:一階段脫水污泥與改性劑、固化劑在改性混合機內快速、均勻地混合;改性后污泥輸送到高壓帶式連續深度脫水機，在高壓、密集作用力下實現污泥脫水;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降低。

脫水車間設計特點

本項目設計剩余污泥干質量約15．8t/d，濕污泥1975m³/d(以含水率99．2%計)。第一段采用3臺全自動旋轉擠壓式脫水機，2用1備，單臺6個模塊，設計脫水能力50m³/h，進料污泥含固率0．8%～1．0%，污泥產量2．5t/h(以含水率80%計)，設計污泥產量79t/d。第二段采用3套高壓帶式連續深度脫水設備，2用1備，設計單套脫水能力2．5t/h，可根據一階段脫水機的出泥速度和運行時間調整深度脫水機的處理速度和運行時間，達到前后匹配。設計運行時間為19h/d。配套污泥切割機3臺，2用1備，Q=50m³/h，P=4．0kW;污泥進料泵(螺桿泵)，Q=50m³/h，H=0．6MPa，P=15kW，變頻調節;污泥混凝反應器，混合速度為100～450r/min，P=0．75kW，變頻調節;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和固化劑投加系統各一套;脫水機配套沖洗系統1套，沖洗采用污水廠尾水。兩段主要設備分別見表1、2。

由于脫水車間位于地下負一層，地下車間內空間有限，平面布置時考慮盡量減少污泥中間轉輸過程，以節省占地。一級3臺脫水機并排布置，出泥利用無軸螺旋輸送機分別輸送至污泥改性混合機，經加藥改性后，污泥直接掉落至二級脫水機入口。這樣兩段脫水機之間僅有一道螺旋輸送機，既節省能耗，又減小占地，同時提高了整個系統運行的穩定性。各組設備間凈距2．4m，有充足的安裝、操作、維修間距。由于設備體積較小，主體設備布置區占地僅19．2m×14．6m。地下負一層脫水車間的豎向凈高為5．2～5．7m，為滿足設備安裝，在負一層下方設有夾層，深2．4m。一段脫水機安裝于負一層，利用混凝土支墩架高1．25m，設備高約1．9m，污泥改性機則貼近負一層地面布置，而二段脫水機安裝在設備夾層內。改性機出泥直接進入二段脫水機，二段脫水機的出泥利用刮板機輸送至泥庫，刮板機最大傾角60°，可以有效減小設備占地。脫水車間豎向布置見圖4。

 

運行效果

該項目竣工至今，已穩定運行一年多，污泥含水率降至60%后外運處置，實現了污泥穩定化、減量化和無害化的目標。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，出泥含水率達到70%左右，可進行堆肥，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。由于兩種設備密封性好，只需將除臭系統風管接至設備預留的排氣孔即可達到臭氣收集的目的。經過除臭后，脫水車間內臭味閾值低，工作環境良好，同時也降低了污泥脫水過程對地下車間內整體空氣質量的影響。

設備投資及運行成本由于全自動旋轉擠壓脫水機為原裝進口設備，尚未實現國產化，設備價格相對較高。按照處理量計算，兩段式深度脫水系統設備投資約15萬元/t泥(以80%含水率計)。脫水系統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備為切割機、進料泵、污泥混凝反應器、全自動旋轉擠壓脫水機、絮凝劑制備投加系統及脫水機配套沖洗系統。二段脫水主要用電設備為高壓帶式脫水機、污泥改性混合機、輸送機、加藥系統和沖洗系統。深度脫水系統3套，整體2用1備，處理能力79t/d(以污泥含水率80%計)，設計運行時間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。兩段式深度脫水工藝占地節省，節約豎向高度約2．5m，總體積1940m³，土建投資約節省155萬元，約為脫水車間土建成本的25%。同時，該工藝為連續運行，操作簡單，減輕了人員的工作量。設備運行故障率低，降低了維護成本。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勢。

結論

兩段式污泥深度脫水工藝設備占地小，可降低25%土建成本，適應全地下污水處理廠的特點;連續運行，性能穩定可靠，自動化程度高，有效降低工人勞動強度;系統裝機功率低，節能降耗;設備封閉性好，車間臭味小，運行噪聲低，環境友好。實踐證明，采用全自動旋轉擠壓脫水機和高壓帶式連續深度脫水機的兩段式污泥深度脫水工藝，適應全地下污水處理廠的特點，達到了污泥穩定化、減量化和無害化的目標，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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