某熱電廠中水處理裝置污泥脫水改造研究
摘 要：某熱電廠中水裝置產(chǎn)生的污泥含水量大，運(yùn)輸過(guò)程對(duì)廠區(qū)物流通道區(qū)域環(huán)境造成影響。通過(guò)資料收集和現(xiàn)場(chǎng)踏勘等方式，對(duì)熱電廠中水裝置污泥脫水系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)、設(shè)備出力等進(jìn)行綜合評(píng)估，經(jīng)過(guò)工藝比選、方案設(shè)計(jì)、投資和運(yùn)行費(fèi)用估算等方式對(duì)可能的污泥脫水技術(shù)改造方案進(jìn)行了多角度的論證和比較，最終確定了技術(shù)可行、經(jīng)濟(jì)合理的改造方案，將污泥含水率由之前的80%調(diào)整到50%以下，避免運(yùn)輸過(guò)程中污泥泥漿污染道路。
關(guān)鍵詞：熱電廠; 工藝比選; 污泥干化; 改造方案;
某熱電廠裝機(jī)容量為2×330 MW，熱電廠中水裝置設(shè)計(jì)處理量為2200 t/h，受季節(jié)及機(jī)組運(yùn)行工況影響，中水裝置目前實(shí)際產(chǎn)水量為600～1200 t/h，平均污泥產(chǎn)量約為20 t/d，平均含水率80%，脫水后污泥由熱電廠負(fù)責(zé)外運(yùn)處置。
由于中水裝置產(chǎn)生的污泥含水量大，運(yùn)輸過(guò)程對(duì)2018年新投運(yùn)的廠區(qū)物流通道區(qū)域環(huán)境造成影響。因此，對(duì)污泥源頭減量化、無(wú)害化處理，將污泥含水率由之前的80%調(diào)整為50%以下，避免運(yùn)輸過(guò)程中污泥泥漿污染道路。
01 污泥脫水改造背景概述
1.1 概況
石家莊地區(qū)貧水，水價(jià)高，為降低用水費(fèi)用，某熱電廠補(bǔ)水水源主要采用經(jīng)濟(jì)技術(shù)開(kāi)發(fā)區(qū)污水處理廠和橋東污水處理廠的排水，城市自來(lái)水作為電廠生產(chǎn)用水的應(yīng)急備用供水水源。污水處理廠執(zhí)行GB 18918—2002《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》一級(jí)B排放標(biāo)準(zhǔn)，堿度、硬度、SS等水質(zhì)指標(biāo)不滿足電廠用水標(biāo)準(zhǔn)。熱電廠投資約2916萬(wàn)元建設(shè)了一座日處理量為2200 t/h的中水深度處理站（中水裝置），市政污水水源經(jīng)中水裝置深度處理系統(tǒng)處理達(dá)標(biāo)后，作為電廠循環(huán)水補(bǔ)水、脫硫工藝用水和鍋爐補(bǔ)給水系統(tǒng)的原水。中水裝置采用加藥、絮凝、沉淀等工藝降低來(lái)水的堿度、硬度、SS。
1.2 原污泥脫水系統(tǒng)簡(jiǎn)介
熱電廠污泥來(lái)源于中水處理裝置，該裝置使用石灰軟化絮凝過(guò)濾工藝。市政污水水源經(jīng)中水裝置深度處理達(dá)標(biāo)后，作為電廠循環(huán)水補(bǔ)水、脫硫工藝用水和鍋爐補(bǔ)給水系統(tǒng)的原水。中水深度處理裝置工藝流程如圖1所示。
水澄清池排泥直接排至連續(xù)式濃縮池，澄清池排泥由澄清池排泥泵輸送到濃縮池進(jìn)行濃縮，濃縮后泥漿送至離心式脫水機(jī)，脫水后污泥外運(yùn)。目前平均污泥產(chǎn)量約為20 t/d，平均含水量在80%以上。
02 污泥脫水技術(shù)分析
污泥脫水工藝主要分機(jī)械式脫水技術(shù)和外加熱源干化技術(shù)。根據(jù)相關(guān)要求，在充分考慮現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況（如場(chǎng)地條件、空間條件、設(shè)備狀況、資源狀況等）的基礎(chǔ)上，進(jìn)行污泥脫水工藝方案的選擇。在脫水工藝方案的選擇中，主要考慮：脫水效果、設(shè)備投資、環(huán)保要求、系統(tǒng)占地面積及布置條件、熱源來(lái)源、能耗、原有設(shè)備的情況、工藝成熟度等。
2.1 機(jī)械式干化技術(shù)
污泥機(jī)械脫水目前使用最多的有3種：板框式污泥脫水機(jī)、離心式污泥脫水機(jī)、帶式污泥脫水機(jī)。
2.1.1 板框式污泥脫水機(jī)
原理：通過(guò)板框的擠壓，使污泥內(nèi)的水通過(guò)濾布排出，達(dá)到脫水目的。它主要由凹入式濾板、框架、自動(dòng)氣閉式系統(tǒng)、濾板震動(dòng)系統(tǒng)、空氣壓縮裝置、濾布高壓沖洗裝置及機(jī)身一側(cè)光電保護(hù)裝置等構(gòu)成。
優(yōu)點(diǎn)：經(jīng)過(guò)加藥調(diào)質(zhì)（藥劑PAM和絮凝劑）能直接將含水分97%的污泥脫水至60%；極限條件下能將污泥脫水至含水率50%。
缺點(diǎn)：壓榨時(shí)間較長(zhǎng)，一個(gè)循環(huán)周期時(shí)間3～4 h；濾框給料口容易堵塞，濾餅不易取出，往往需借助人工卸料，消耗勞動(dòng)力；板框壓濾機(jī)濾布采用PP或聚酰胺制造，使用壽命較短，易破板；為達(dá)到脫水效果，需要增加一定量的絮凝劑（木屑或生石灰），增加了運(yùn)行成本。
2.1.2 離心式污泥脫水機(jī)
原理：主要由轉(zhuǎn)載和帶空心轉(zhuǎn)軸的螺旋輸送器組成，污泥由空心轉(zhuǎn)軸送入轉(zhuǎn)筒后，在高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力作用下，立即被甩入轉(zhuǎn)轂腔內(nèi)。污泥顆粒比例較大，因而產(chǎn)生的離心力也較大，被甩貼在轉(zhuǎn)轂內(nèi)壁上，形成固體層；水密度小，離心力也小，只在固體層內(nèi)側(cè)產(chǎn)生液體層。固體層的污泥在螺旋輸送器的緩慢推動(dòng)下，被輸送到轉(zhuǎn)載的錐端，經(jīng)轉(zhuǎn)載周圍的出口連續(xù)排出，液體則由堰四溢流排至轉(zhuǎn)載外，匯集后排出脫水機(jī)。離心脫水機(jī)最關(guān)鍵的部件是轉(zhuǎn)轂，轉(zhuǎn)轂的直徑越大，脫水處理能力越強(qiáng)，但制造及運(yùn)行成本都相當(dāng)高，經(jīng)濟(jì)性差。轉(zhuǎn)載的長(zhǎng)度越長(zhǎng)，污泥的含固率就越高，但轉(zhuǎn)載過(guò)長(zhǎng)會(huì)使性價(jià)比下降。
優(yōu)點(diǎn)：離心脫水機(jī)處理能力相對(duì)較強(qiáng)，可連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)。
缺點(diǎn)：電耗比較大，通常情況下每立方污泥脫水電耗為1.2 k W/m3。處理后污泥含水率只能達(dá)到75%～80%。
2.1.3 帶式污泥脫水機(jī)
原理：帶式污泥脫水機(jī)是由上下兩條張緊的濾帶夾帶著污泥層，從一連串按規(guī)律排列的轆壓筒中呈S形彎曲經(jīng)過(guò)，靠濾帶本身的長(zhǎng)力形成對(duì)污泥層的壓榨力和剪切力，把污泥層中的毛細(xì)水?dāng)D壓出來(lái)，獲得含固量高的泥餅，從而實(shí)現(xiàn)污泥脫水。
優(yōu)點(diǎn)：帶式壓濾脫水機(jī)運(yùn)行速度慢、無(wú)噪聲，處理量比較大。
缺點(diǎn)：帶式壓濾機(jī)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境差、濕氣大，易造成二次污染。帶式壓濾機(jī)由于濾帶不能織的太密，為防止細(xì)小污泥漏網(wǎng)，需要投加較多的絮凝劑，一般加藥量大于3 kg/L（干泥）。處理后污泥含水率只能達(dá)到75%～80%。
綜合分析板框式壓濾機(jī)、離心脫水機(jī)、帶式壓濾機(jī)3種設(shè)備的運(yùn)行方式及優(yōu)缺點(diǎn)，其中離心式脫水機(jī)和帶式壓濾機(jī)無(wú)法滿足項(xiàng)目污泥含水率低于50%的要求；板框式壓濾機(jī)雖然在加絮凝劑的條件下能夠?qū)⑽勰嗝撍梁蕿?0%，但該數(shù)值為臨界值，運(yùn)行過(guò)程中存在污泥脫水不達(dá)標(biāo)的風(fēng)險(xiǎn)，且存在人力裝卸、濾布?jí)勖�、絮凝劑消耗大的缺點(diǎn)。因此，本次改造不考慮采用機(jī)械式污泥脫水機(jī)。
2.2 外加熱源干化技術(shù)
外加熱源干化技術(shù)主要有間接加熱圓盤式干化技術(shù)、太陽(yáng)能干化技術(shù)、生石灰干化技術(shù)等。
2.2.1 圓盤干化技術(shù)
圓盤主要由定子（外殼）、轉(zhuǎn)子（轉(zhuǎn)盤）和驅(qū)動(dòng)裝置組成。轉(zhuǎn)子中心軸和轉(zhuǎn)盤都是中空的，熱油（180～220℃）、熱水或者高壓蒸汽（0.4～0.8 MPa）通過(guò)其中并加熱轉(zhuǎn)盤，將熱量傳遞給干化產(chǎn)品。轉(zhuǎn)盤邊緣的攪拌器將污泥均勻緩慢地推進(jìn)并通過(guò)整個(gè)干燥機(jī)，產(chǎn)生的熱蒸汽冷凝在轉(zhuǎn)盤腔的內(nèi)壁上，形成冷凝水并導(dǎo)出干燥機(jī)。為了防止污泥粘附在轉(zhuǎn)盤上，在轉(zhuǎn)盤之間裝有刮刀，使得圓盤干化機(jī)不僅能進(jìn)行污泥的全干化（含水率低于15%），也能適應(yīng)污泥的半干化（含水率低于50%）。干化機(jī)負(fù)壓運(yùn)行[﹣（20～40)Pa]，避免了干化過(guò)程中廢蒸汽泄漏；廢氣中含氧量約2%，能夠有效地預(yù)防粉塵爆炸。半干化蒸發(fā)單位水需耗熱2000～3000 k J/kg，耗電約45kW·h/t。其優(yōu)點(diǎn)是投資較少、運(yùn)行安全、干化產(chǎn)品質(zhì)量好，缺點(diǎn)是與太陽(yáng)能干化相比能耗較高。
2.2.2 太陽(yáng)能干化技術(shù)
太陽(yáng)能干化技術(shù)的核心是利用廉價(jià)的太陽(yáng)能進(jìn)行污泥干化。太陽(yáng)能輻射加熱，使污泥水分蒸發(fā)，并利用通風(fēng)系統(tǒng)排出陽(yáng)光房?jī)?nèi)濕空氣，降低污泥表面空氣濕度。其優(yōu)點(diǎn)是能耗小，運(yùn)行管理費(fèi)用低；運(yùn)行穩(wěn)定安全，灰塵少；操作維護(hù)簡(jiǎn)單；清潔能源，符合可持續(xù)發(fā)展需要。缺點(diǎn)是占地面積大、處理效果受天氣和季節(jié)影響較大。
2.2.3 生石灰干化技術(shù)
生石灰與污泥內(nèi)的水分發(fā)生化學(xué)反應(yīng)時(shí)，1kg生石灰能以化學(xué)形式結(jié)合去除0.32 kg的水，另外，所產(chǎn)生的反應(yīng)熱又可蒸發(fā)去除0.5 kg的水。要使污泥含水率由80%降至40%，理論上1 t污泥需要0.39 t石灰。生石灰市場(chǎng)價(jià)格為300～600元/噸，則藥劑成本為120～240元/噸。加入石灰后的污泥體積有所增加。干化產(chǎn)品一般用作酸性土壤的改良劑或建筑材料。生石灰干化技術(shù)工藝過(guò)程為：控制系統(tǒng)根據(jù)進(jìn)出污泥含水率確定最佳配料比，控制電子稱對(duì)污泥和活性石灰分別計(jì)量，稱重后兩者投加至攪拌筒內(nèi)進(jìn)行充分?jǐn)嚢�，反�?yīng)時(shí)溫度逐漸上升，最高可達(dá)到102～105℃，此時(shí)控制系統(tǒng)將排氣閥開(kāi)啟，廢氣帶走部分水分，當(dāng)反應(yīng)釜內(nèi)溫度下降至100℃時(shí)控制系統(tǒng)關(guān)閉閥門。
優(yōu)點(diǎn)：干化產(chǎn)品p H值升高，根據(jù)污泥性質(zhì)可干化后污泥做酸性土壤的改良劑或建筑材料。
缺點(diǎn)：無(wú)法連續(xù)運(yùn)行，生石灰耗量較大，且因?yàn)樯业募尤朐黾恿烁晌勰嗔俊?/p>
綜合分析圓盤干化技術(shù)、太陽(yáng)能干化技術(shù)、生石灰干化技術(shù)的運(yùn)行方式及優(yōu)缺點(diǎn)，3種技術(shù)都能夠?qū)⑽勰嗝撍梁蕿?0%以下并保持穩(wěn)定運(yùn)行。太陽(yáng)能干化技術(shù)受天氣影響，且占地面積較大，本次改造可利用土地僅有18m×16m，不滿足使用太陽(yáng)能干化技術(shù)條件。生石灰干化技術(shù)與圓盤干化技術(shù)相比，藥劑成本高（120～240元/噸），并增加了干化污泥的量。因此，建議采用圓盤干化技術(shù)。
圓盤干化技術(shù)可采用蒸汽、導(dǎo)熱油、熱煙氣作為干化介質(zhì)。該熱電廠的廠區(qū)內(nèi)能夠穩(wěn)定提供0.5～0.8 MPa的蒸汽，而引取熱煙氣條件不便，同時(shí)與采用高品質(zhì)電能的導(dǎo)熱油介質(zhì)相比，低品位蒸汽耗材更經(jīng)濟(jì)。因此，采用蒸汽為熱源的圓盤干化污泥技術(shù)。
03 污泥干化改造方案研究
3.1 污泥干化改造總體設(shè)想
本次改造按照污泥含水80%，日產(chǎn)泥量為24 t為輸入條件，用原污泥離心脫水機(jī)和主螺桿輸送機(jī)，通過(guò)增加污泥干化機(jī)，將污泥水分從80%降低至50%以下。
本次改造總體工程設(shè)想如下：(1)增加一臺(tái)圓盤式污泥干化機(jī)，采用蒸汽作為熱源；(2)原污泥螺旋脫泥房外，新增污泥干化間（單層建筑），用于放置污泥干化機(jī)和儲(chǔ)存污泥；(3)在原中水裝置電控間上部新增一層建筑，用于新增的電氣控制間；(4)對(duì)原中水系統(tǒng)的廢水池進(jìn)行改造，并更換兩臺(tái)廢水泵，新增一臺(tái)廢水?dāng)嚢杵鳌?/p>
本次改造提出兩個(gè)方案：(1)新增污泥干化機(jī)及附屬設(shè)備、污泥干化間；將污泥干化煙氣作為廢水池曝氣使用；在原一層電控間樓上新增一層電控間；改造廢水池，更換兩臺(tái)廢水泵，新增一臺(tái)廢水池?cái)嚢杵鳌?2)新增污泥干化機(jī)及附屬設(shè)備、污泥干化間；污泥干化煙氣采用水噴淋洗滌后經(jīng)煙囪有組織排放，并設(shè)置粉塵在線檢測(cè)系統(tǒng)；在原一層電控間樓上新增一層電控間；改造廢水池，更換兩臺(tái)廢水泵，新增一臺(tái)廢水池?cái)嚢杵鳌?/p>
3.2 污泥干化系統(tǒng)設(shè)計(jì)
中水裝置現(xiàn)有兩臺(tái)離心式污泥脫水機(jī)（Q=25～60m3/h），離心脫水機(jī)出口的污泥含水率為80%，出口污泥分別經(jīng)兩臺(tái)子螺桿輸送至主螺桿（Q=7m3/h），主螺桿伸出現(xiàn)有污泥脫水間外水平距離4.83 m，螺桿出口高度為3.8 m。
充分利用原離心脫水機(jī)及原螺桿輸送機(jī)，在原脫水機(jī)間外，新增圓盤式污泥干化機(jī)。在原螺旋脫水間外側(cè)，新建16.5 m（長(zhǎng)）×16 m（寬）×6 m（高）污泥干化間，放置污泥干化機(jī)及附屬設(shè)備作為干污泥暫存間使用。在污泥干化機(jī)間、污泥暫存間內(nèi)各設(shè)置起吊質(zhì)量為5 t的單軌電動(dòng)葫蘆，用于輸送干污泥。
圓盤干化機(jī)熱源采用電廠蒸汽，從原脫硝氨區(qū)蒸汽管道引DN80管道至圓盤干化機(jī)。
在圓盤干化機(jī)內(nèi)，蒸汽與污泥間接換熱，蒸汽冷凝后排至中水處理系統(tǒng)廢水池（容積100 m3），干化機(jī)蒸汽耗量約1.0 t/h，蒸汽冷凝水的排入不會(huì)對(duì)原廢水池運(yùn)行產(chǎn)生影響。
污泥在圓盤干化機(jī)內(nèi)干化過(guò)程，水分蒸發(fā)為氣體，水蒸氣伴著污泥顆粒的干化煙氣需進(jìn)行除塵凈化。根據(jù)干化煙氣的處理工藝，設(shè)計(jì)了2種方案：(1)干化煙氣通過(guò)引風(fēng)機(jī)提供的壓力，先經(jīng)過(guò)旋風(fēng)除塵器除去大顆粒，之后通入中水處理系統(tǒng)廢水池進(jìn)行曝氣，達(dá)到廢水池?cái)嚢璧哪康�，能夠減少?gòu)U水池內(nèi)污泥的沉淀；將干化煙氣輸送過(guò)程產(chǎn)生的冷凝疏水直接排放至廢水池。污泥干化煙氣溫度約為100℃，其中飽和水蒸氣含量為0.6 t/h，將該煙氣通入廢水池曝氣后，廢水池升溫約2℃。(2)干化煙氣通過(guò)引風(fēng)機(jī)提供的壓力，先經(jīng)過(guò)旋風(fēng)除塵器除去大顆粒，再通過(guò)二級(jí)水噴淋塔進(jìn)行洗滌，之后通過(guò)煙囪進(jìn)行有組織排放，煙囪排放出口顆粒物小于150 mg/m3（滿足《大氣污染物綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》），并設(shè)置在線檢測(cè)系統(tǒng)。噴淋塔根據(jù)煙氣顆粒物排放值定期更換噴淋水，將更換的噴淋水排至廢水池，進(jìn)行循環(huán)處理。
將兩個(gè)方案污泥干化產(chǎn)生的廢水都排至原廢水池，不存在廢水外排情況；兩個(gè)方案均能達(dá)到污泥干化的目的。方案1與方案2相比，工藝流程較簡(jiǎn)單，設(shè)備投資較少，更具有技術(shù)優(yōu)勢(shì)。
04 技術(shù)改造效益分析
4.1 環(huán)境效益
改造后，將污泥中含水量由80%降低至50%，降低了中水外運(yùn)污泥水分，污泥量可減少約4800 t/年（8000 h計(jì)），減少中水污泥外運(yùn)的運(yùn)輸成本，可有效降低中水污泥運(yùn)輸過(guò)程中的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)，提升廠區(qū)總體安全文明生產(chǎn)水平。
4.2 經(jīng)濟(jì)效益
實(shí)施改造后，增加固定投資500萬(wàn)左右，每年增加運(yùn)行成本120多萬(wàn)元，污泥運(yùn)輸費(fèi)用可減少至原來(lái)的50%左右。
4.3 社會(huì)效益
中水污泥干化系統(tǒng)升級(jí)改造后，得到以下社會(huì)效益：(1)污泥中含水量由80%降低至50%，降低污泥體積便于運(yùn)輸，且節(jié)省了后續(xù)處理的空間；(2)本項(xiàng)目將污泥進(jìn)行干化，有效地控制了污泥在運(yùn)輸、堆放過(guò)程中的二次污染，對(duì)于改善城市環(huán)境，提高人民的健康水平和促進(jìn)城市的現(xiàn)代化建設(shè)具有十分重要的意義。
05 結(jié)論
本次對(duì)水裝置污泥脫水升級(jí)改造，采用圓盤干化技術(shù)。保留原有離心脫水機(jī)和螺桿輸送機(jī)，新增一臺(tái)圓盤干化機(jī)，采用蒸汽作為烘干介質(zhì)。污泥含水率從改造前的80%降低為50%，設(shè)計(jì)污泥處理量為24 t/d，年利用小時(shí)為8000 h，改造完成后外運(yùn)污泥量減少4800 t/年。
在滿足污泥干化要求的基礎(chǔ)上，根據(jù)污泥干化煙氣的利用和排放方式設(shè)計(jì)了兩個(gè)方案。方案1是利用干化煙氣對(duì)廢水池曝氣；方案2是對(duì)干化煙氣進(jìn)行除塵和有組織排放。方案1與方案2相比，工藝流程較簡(jiǎn)單，更具有技術(shù)優(yōu)勢(shì)。綜合考慮兩個(gè)方案的投資成本、運(yùn)行費(fèi)用等因素，推薦方案1為改造方案。
