李 曉，厲智成，程樹輝，楊至瑜

(1.北京市市政工程設(shè)計(jì)研究總院有限公司，北京 100082；2.中規(guī)院<北京>規(guī)劃設(shè)計(jì)公司，北京 100044)

污泥作為集中式污水處理廠的產(chǎn)出物，是污水處理大概念中的重要組成部分[1]，其處理處置成為各大城市污水處理廠的重點(diǎn)難點(diǎn)。根據(jù)《第二次全國污染源普查公報(bào)》(2020年6月)，2017年集中式污水處理廠干污泥產(chǎn)生量為1 026.71萬t，處置量?jī)H1 000.59萬t，缺口達(dá)到26.12萬t/a。因此，當(dāng)前我國城鎮(zhèn)污泥處理處置市場(chǎng)需求十分巨大[2]。隨著各大城市集中式污水處理廠進(jìn)行擴(kuò)容或提標(biāo)，污水廠或再生水廠的產(chǎn)泥量持續(xù)增加，現(xiàn)有污泥處理系統(tǒng)需進(jìn)行改造擴(kuò)容，才能滿足污泥處理的新需求。國內(nèi)相關(guān)改造案例中，改造對(duì)現(xiàn)況污泥脫水系統(tǒng)運(yùn)行影響較大，且設(shè)備的保留也有一定難度。因此，如何在盡量利用現(xiàn)況污泥處理系統(tǒng)的同時(shí)，降低改造方案對(duì)現(xiàn)況污泥處理系統(tǒng)運(yùn)行的影響，成為現(xiàn)況污泥處理系統(tǒng)擴(kuò)容改造的挑戰(zhàn)。

1 工程背景

湛江市某再生水廠現(xiàn)況一期工程規(guī)模為4.9萬m3/d，原遠(yuǎn)期設(shè)計(jì)規(guī)模為9.8萬m3/d?，F(xiàn)況一期工程采用AAO+D型濾池處理工藝，出水水質(zhì)達(dá)到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB 18918—2002)一級(jí)A排放標(biāo)準(zhǔn)(表1)；由于湛江經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)城市發(fā)展規(guī)模加快，根據(jù)測(cè)算，某再生水廠2030年總污水量將達(dá)到12.53萬m3/d，故確定該再生水廠總規(guī)模提高至13萬m3/d。

表1 某再生水廠提標(biāo)改造進(jìn)出水標(biāo)準(zhǔn)Tab.1 Influent and Effluent Standards in a Reclaimed WWTP

現(xiàn)況該污水廠產(chǎn)泥量為0.86 t Ds/(萬t水)。

根據(jù)進(jìn)水水質(zhì)測(cè)算，再生水廠一二期干泥量預(yù)計(jì)約為30.6 t DS/d，出泥含水率為80%?？梢姡捎谠撛偕畯S遠(yuǎn)期規(guī)模的提高，現(xiàn)有污泥處理系統(tǒng)土建及設(shè)備規(guī)模均難以滿足要求。廠區(qū)新增構(gòu)筑物規(guī)模遠(yuǎn)超原預(yù)留規(guī)模，已無新增污泥處理系統(tǒng)用地，故新增泥量必須在現(xiàn)況泥線處理系統(tǒng)中解決。

2 現(xiàn)況污泥處理系統(tǒng)

污泥處理系統(tǒng)位于廠區(qū)北側(cè)，土建規(guī)模按遠(yuǎn)期9.8萬m3/d設(shè)計(jì)，設(shè)備按近期規(guī)模4.9萬m3/d安裝?，F(xiàn)況污泥脫水系統(tǒng)按照近期干泥量為7 t DS/d，遠(yuǎn)期干泥量為14 t DS/d考慮。設(shè)計(jì)污泥含水率為99.4%～99.2%，投藥量按6 kg/(t Ds)設(shè)計(jì)。脫水系統(tǒng)采用離心濃縮脫水一體機(jī)，出泥經(jīng)輸送機(jī)送至污泥料倉儲(chǔ)存，出泥含水率為80%，每日工作時(shí)間為12 h。主要處理流程如圖1所示。

圖1 現(xiàn)況污泥脫水系統(tǒng)工藝流程Fig.1 Process Flow of Existing Sludge Dewatering System

主要設(shè)備及參數(shù)如下：

(1)離心式臥螺污泥濃縮脫水一體機(jī)，2臺(tái)，1用1備，進(jìn)泥量Q=45 m3/h，主電機(jī)功率N1=37 kW，輔助電機(jī)功率N2=18.5 kW；

(2)污泥切割機(jī)，2臺(tái)，1用1備，進(jìn)泥量Q=45 m3/h，功率N=1.5 kW；

(3)污泥進(jìn)料螺桿泵，2臺(tái)，1用1備，進(jìn)泥量Q=45 m3/h，揚(yáng)程H=0.4 MPa，功率N=11 kW；

(4)絮凝劑(PAM)自動(dòng)制備系統(tǒng)，1套，制備能力為5～7 kg干粉/h，制備濃度為0.5%，功率N=2.4 kW；

(5)PAM投加螺桿泵，3臺(tái)，2用1備，流量Q=1.0 m3/h，揚(yáng)程H=0.4 MPa，功率N=1.1 kW；

(6)無軸螺旋輸送機(jī)，2套，輸送能力Q=5 m3/h，輸送距離為36 m，壓力為4 100 kPa，功率N=11 kW；

(7)泥餅泵，2臺(tái)，1用1備，進(jìn)泥量Q=5 m3/h，輸送距離為36 m，壓力為4 100 kPa，功率N=11 kW；

(8)污泥料倉，2套，體積V=100 m3，功率N=26 kW；

(9)給水增壓管道泵，2套，1用1備，流量Q=2～15 m3/h，揚(yáng)程H=20 m，功率為2.2 kW。

現(xiàn)況污泥處理系統(tǒng)平面布置如圖2所示。

圖2 現(xiàn)況污泥脫水系統(tǒng)平面圖Fig.2 Plan of Existing Sludge Dewatering System

3 改造思路

目前，根據(jù)收集到的文獻(xiàn)資料，國內(nèi)污泥處理系統(tǒng)擴(kuò)容主要有以下3種思路。

思路一：保留現(xiàn)況污泥離心脫水系統(tǒng)，并將其改造為濃縮系統(tǒng)，后續(xù)新增其他脫水設(shè)備。例如：針對(duì)污水處理廠污泥含水率要求從80%提高至60%的情況，龔衛(wèi)紅等[3]將現(xiàn)況離心脫水系統(tǒng)改造為機(jī)械濃縮系統(tǒng)，為污泥下一步處理做準(zhǔn)備。

思路二：替換原有重力濃縮系統(tǒng)，改造為效果更好的機(jī)械濃縮脫水一體系統(tǒng)。例如：在污泥脫水系統(tǒng)改造中，為了解決含磷污泥釋放等問題，徐黎黎等[4]將原有的重力濃縮池和脫水系統(tǒng)，改造為機(jī)械濃縮脫水一體系統(tǒng)。

思路三：在原有重力濃縮池及脫水系統(tǒng)基礎(chǔ)上，新增機(jī)械濃縮系統(tǒng)，同時(shí)新增離心脫水系統(tǒng)。例如：在對(duì)東莞運(yùn)河樟村水質(zhì)凈化廠改造中，胡新立等[5]在現(xiàn)況濃縮池+帶式脫水機(jī)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上新增機(jī)械濃縮系統(tǒng)和離心脫水系統(tǒng)，也有效緩解了污泥處理能力不足的問題。

以上案例均根據(jù)廠區(qū)具體情況，在保留現(xiàn)況基礎(chǔ)上對(duì)脫水系統(tǒng)進(jìn)行改造。湛江市某污水處理廠特點(diǎn)為廠區(qū)占地面積不足，現(xiàn)況離心脫水系統(tǒng)運(yùn)行情況相對(duì)良好，主要面臨擴(kuò)容后產(chǎn)泥量增加的問題。因此，改造思路與以上案例不同，在保證脫水系統(tǒng)處理能力的基礎(chǔ)上，盡量對(duì)現(xiàn)況設(shè)施設(shè)備進(jìn)行保留，故最終改造思路定為新增濃縮系統(tǒng)與擴(kuò)容現(xiàn)況離心脫水系統(tǒng)相結(jié)合的改造方式。

4 改造方案

現(xiàn)況污泥脫水系統(tǒng)僅具備處理14 t DS/d的最大處理能力。因此，再生水廠提標(biāo)擴(kuò)容后仍需增加16.6 t DS/d的處理量?？紤]在現(xiàn)況泥線系統(tǒng)增設(shè)污泥濃縮設(shè)施，通過污泥濃縮實(shí)現(xiàn)減量后，再交由現(xiàn)況離心脫水系統(tǒng)處理。由于該廠區(qū)生物段采用了具有脫氮除磷的工藝流程，污泥濃縮采用機(jī)械濃縮[6]。工藝流程如圖3所示。

圖3 污泥脫水系統(tǒng)改造工藝流程圖Fig.3 Process Flow of Sludge Dewatering System after Reconstruction

根據(jù)測(cè)算，廠區(qū)二沉池排出剩余污泥含水率為99.2%，污泥濃縮后達(dá)到97%[7]，經(jīng)過離心脫水后達(dá)到80%[8]，其各階段濕泥量及含水率如表2所示。

表2 某再生水廠改造后各階段污泥量Tab.2 Sludge Capacity of Different Stages after Reconstruction

4.1 現(xiàn)況儲(chǔ)泥池核算

現(xiàn)況儲(chǔ)泥池2座，單座平面尺寸為5.5 m×5.5 m，有效水深為4.0 m。現(xiàn)況每座儲(chǔ)泥池設(shè)1臺(tái)潛水?dāng)嚢杵鳎?根DN200進(jìn)泥管，1根DN300出泥管，1根DN300溢流管。

儲(chǔ)泥池污泥含水率約為99.2%，內(nèi)設(shè)潛水?dāng)嚢杵?，再通過濃縮進(jìn)泥泵輸送至機(jī)械濃縮機(jī)進(jìn)行濃縮。擴(kuò)容后停留時(shí)間為1.3 h，設(shè)備及土建仍采用現(xiàn)況設(shè)備不做改動(dòng)。

現(xiàn)況主要設(shè)備：潛水?dāng)嚢杵鳎?個(gè)，D=300 mm，功率N=1.5 kW。

4.2 新建機(jī)械濃縮系統(tǒng)

濃縮系統(tǒng)設(shè)計(jì)污泥量為30.6 t DS/d，含水率為99.2%。濃縮系統(tǒng)每日工作時(shí)間為12 h，故濃縮系統(tǒng)最大進(jìn)泥量為318.9 m3/h。污泥經(jīng)濃縮后，含水率降低至97%，出泥量為85 m3/h，污泥減容率達(dá)73%，能夠大大減小后續(xù)脫水系統(tǒng)的工作壓力。

新建污泥濃縮車間與現(xiàn)況脫水機(jī)房采取貼建的型式，共設(shè)置3層平臺(tái)。其中，機(jī)械濃縮設(shè)備位于第3層，共設(shè)置機(jī)械離心濃縮機(jī)3臺(tái)，2用1備，單臺(tái)處理能力為160 m3/h；同時(shí)，將進(jìn)泥系統(tǒng)設(shè)置于第1層平臺(tái)(泵坑)內(nèi)，為了現(xiàn)況儲(chǔ)泥池低泥位污泥能重力自流進(jìn)入機(jī)械濃縮車間，第1層平臺(tái)高程略低于現(xiàn)況儲(chǔ)泥池；PAM絮凝劑加藥系統(tǒng)、脫水機(jī)沖洗系統(tǒng)及污泥緩沖系統(tǒng)位于第2層平臺(tái)上，沖洗系統(tǒng)采用廠區(qū)給水系統(tǒng)，進(jìn)水采用水箱的同時(shí)，設(shè)置空氣隔斷，避免污染水源。一般污水廠污泥為有機(jī)質(zhì)和無機(jī)質(zhì)的混合物，帶負(fù)電荷，因此多采用陽離子的PAM。機(jī)械濃縮車間布置如圖4所示。

圖4 新建污泥濃縮車間平面圖Fig.4 Plan of Newly Built Sludge Thickening Workshop

污泥切割機(jī)、進(jìn)泥轉(zhuǎn)子泵各3臺(tái)，2用1備，設(shè)不銹鋼濃縮緩沖槽1個(gè)。濃縮機(jī)進(jìn)泥泵將現(xiàn)況儲(chǔ)泥池的污泥輸送至機(jī)械離心濃縮機(jī)，同時(shí)投加PAM絮凝劑，濃縮后污泥含水率降至97%，濃縮后污泥進(jìn)入不銹鋼緩沖槽緩沖。機(jī)械濃縮系統(tǒng)主要設(shè)備如表3所示。

表3 新建機(jī)械濃縮系統(tǒng)主要設(shè)備Tab.3 List of Equipment in Newly Built Sludge Thickening Workshop

4.3 現(xiàn)況污泥濃縮脫水系統(tǒng)改造

污泥經(jīng)濃縮后，含水率降低至97%，出泥量為85 m3/h。現(xiàn)況脫水機(jī)房?jī)?nèi)具備2臺(tái)處理能力為45 m3/h的離心脫水機(jī)，1用1備，并預(yù)留1臺(tái)機(jī)位。故本次新增1臺(tái)同品牌離心脫水機(jī)，與現(xiàn)況脫水機(jī)聯(lián)用，并形成2用1備的工作體系，并對(duì)應(yīng)增加PAM投加系統(tǒng)等設(shè)備。離心脫水機(jī)房擴(kuò)容布置如圖5所示。

圖5 現(xiàn)況污泥脫水系統(tǒng)改造平面圖Fig.5 Reconstruction of Existing Sludge Dewatering System Workshop

5 新增投資及成本

湛江某再生水廠污泥處理系統(tǒng)改造投資為2 170萬元，其中建筑工程為507萬元，安裝工程為178萬元，設(shè)備購置費(fèi)用為1 485萬元。污泥處理系統(tǒng)改造后，年耗電量新增1 504 267 kW·h，新增電費(fèi)為77.6萬元；PAM藥劑每年新增16.6 t，新增藥劑費(fèi)41.6萬元，故整體改造后，污泥處理系統(tǒng)每年新增運(yùn)行費(fèi)用為119.2萬元。按干泥量折算，每年新增運(yùn)行費(fèi)用為5.05萬元/(t DS)，新增工程費(fèi)用為91.9萬元/(t DS)。

6 總結(jié)

某再生水廠擴(kuò)容及水質(zhì)處理標(biāo)準(zhǔn)提高，造成水線處理泥量增大，超過現(xiàn)況污泥處理系統(tǒng)的處理能力。受到廠區(qū)用地的制約，已無可能新增其他污泥處理系統(tǒng)。因此，本工程方案圍繞這些問題，利用機(jī)械濃縮的方式，將污泥進(jìn)行濃縮后，輸送至后續(xù)離心脫水系統(tǒng)，并使其處理能力相匹配。由于經(jīng)過機(jī)械濃縮后，離心脫水機(jī)進(jìn)泥含水率下降，導(dǎo)致脫水機(jī)的處理量減低，需適當(dāng)提高新增脫水機(jī)的處理能力，增強(qiáng)系統(tǒng)匹配性。該套污泥廠內(nèi)處理系統(tǒng)改造后，新增投資約為2 170萬元，每年新增運(yùn)行費(fèi)用約為119.2萬元，可為其他污水廠或再生水廠污泥系統(tǒng)改造提供一定的借鑒。污泥處理后，外運(yùn)至湛江市福豐環(huán)保廢物綜合處理利用有限公司的污泥處置中心進(jìn)行無害化處理，并制成園林綠化營養(yǎng)用土。