厦门城市污泥深度脱水处理和资源化处置利用技术

厦门城市污泥深度脱水处理和资源化处置利用技术

专题

厦门城市污泥深度脱水处理和

资源化处置利用技术

文 / 谢小青 （厦门水务集团有限公司　厦门 361009）

城市污水厂污泥含水率过高（98%左右），产生量极大，使污泥脱水成为减量化和衔接后续处理的必需环节。目前应用的主要污泥脱水技术，泥饼含水率高达80%左右，不仅减量化效果受到限制，也不能达到与后续处理处置过程有效衔接的要求，这是造成目前我国污泥处置问题的关键因素之一。本文针对影响污泥脱水效率的关键因素，依托对污泥脱水机理的认识，结合厦门石渭头、筼筜、集美、杏林污水厂污泥深度脱水工艺的实际生产应用情况，研究污泥预处理工艺，高压厢式压滤机在污泥脱水中的应用情况，以及泥饼在焚烧、制砖、园林绿化利用和填埋等方面的处理处置情况，为城市污水处理厂污泥处理处置做一定的探索。

一、污泥深度脱水工艺及关键技术

1、污泥深度脱水工艺

污泥深度脱水是指对污泥进行调理，破除细胞壁，释放结合水、吸附水和细胞内水，改善污泥的脱水性能，使处理后的污泥含水率达到60%以下的脱水方式。

以厦门某污水处理厂为例，

该厂日处理能力为10万吨/天，污水处理采用A/O工艺法，污水成份约为10%工业废水，90%生活污水。该厂共安装一台600m2及两台300m2高压厢式压滤机，总投资约850万元。该厂污泥脱水工艺包括污泥浓缩、调质、脱水和后续处置等四个部分。二沉池剩余污泥进入重力浓缩池后, 被潜污泵输送至调质池中，均匀搅拌后的污泥通过隔膜泵或螺杆泵注入厢式压滤机中，注泥结束压榨后的泥饼, 其含水率可稳定在60%以下。工艺流程如图1所示。

2、污泥深度脱水关键技术(1) FeCl3和CaO调理污泥技术

FeCl3中的Fe3+水解能力强，

随着pH的提高，其水解产物就会聚合而生成胶体羟基聚合物或氢氧化物沉淀 。CaO作为助凝剂，它除了调节pH外，还可以改变污泥颗粒的结构，CaO溶解后钙离子被污泥中的腐殖酸吸附, 在污泥中形成多孔网格状骨架, 可改善污泥的可压缩性，增强絮体的强度。加入的CaO和FeCl3还有钝化重金属和杀菌除臭的作用，可使离子状态的重金属在碱性环境中会生成氢氧化物沉淀，通过定期清除底部沉淀物，可显著减少脱水泥饼中重金属含量。通过提高污泥的pH值和水解放热，破坏以蛋白质为基础的细胞壁和酶、酸性RNA、碳水化合物的细胞组织和油脂，从而达到杀菌的作用。FeCl3是一种氧化剂，它可以

图1　厦门污泥深度脱水工艺流程图

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榨，显著提高压滤机的脱水效率，滤饼较硬，呈块状，不需干化处理，可以直接填埋或用作肥料，显著减少污泥堆放场地，大幅节约运输费用，提高土地使用效率，实现了循环经济；

(3) 滤液循环利用技术

滤液中含有丰富的碳源，出水COD值在1200mg/L，BOD5在800mg/L左右，有机物含量高，可生化性好。出水滤液的pH值在12左右，为进行污水的生物处理提供碱度，有利于污水生物处理的进行。出水滤液含有Fe3+，可以提高除磷效率。此外，滤液回流至重力浓缩池可显著提高污泥的浓缩效果。

(4) 脱水污泥土地利用技术城市污水厂污泥含有大量的有机质以及农田或土壤缺乏的氮、磷、钾、钙、镁、硫、铁等植物生长所必需的矿质元素，具有较好的肥效性，能改变与缓解土壤的盐化板结现象，脱水污泥土地利用主要用于种植草坪，桉树等植物。对于苗木、花卉、草坪等植物的生长具有重要的促进作用，可作为城市绿化有效的肥力资源；污泥中有毒有害物质不进入食物链，对人类健康所造成

益和环境效益。

(5) 深度脱水泥饼粉碎技术选用立式破碎机，破碎深度脱水污泥，使得污泥颗粒细小、均匀，适用于园林绿化利用或者污泥箱式堆肥发酵。深度脱水污泥含水率在52％左右破碎效果最好，污泥含水率高于52％，污泥易发生胶黏并结团；深度脱水污泥在52％以下，破碎时易产生粉尘。

(6) 深度脱水泥饼pH值调节技术

深度脱水泥饼pH值呈碱性，粉碎后通过喷洒少量稀酸于表面可进行酸碱中和，降低pH值；通过堆肥发酵降低pH值，采用筼筜污水处理厂深度脱水泥饼粉碎后与辅料混合后进行强制通风发酵，发酵约4天后， pH值可以降低到8左右。

二、石渭头污水厂深度脱水工艺设备及运行参数

1、成套的污泥脱水设备该条生产线经历污泥输送、浓缩、调理和压滤等过程，其中设备主要包括调理剂投加系统和和压滤脱水系统，调理剂投加系

系统和卸料系统，其关键的核心设备为高压隔膜厢式压滤机。进泥系统主要设备为隔膜泵（或螺杆泵）。

隔膜压滤系统主要设备为厢式压滤机内的高压隔膜、多级离心泵。高压隔膜的膜材料一般采用进口增强聚丙烯(PP)。

吹脱系统包括空气压缩机、储气罐等。卸泥系统包括卸料斗、皮带输送机（或螺旋输送机）。皮带输送机（或螺旋输送机）的转速应尽量缓慢，一般控制在0.5～1.0m/s。

深度脱水成套设备已在厦门市四个污水厂用于污泥深度脱水的生产，实现了由污泥输送、浓缩、调理和压滤的整个处理和生产过程，且基本实现设备国产化。该套设备性能稳定，协调性好，生产环节流畅，工艺过程可控，能够实现污泥的连续稳定脱水处理，适合城市污水厂脱水处理污泥。采用该系统对污泥进行脱水，泥饼含水率可低于60％，固相回收率可达99.9％以上。

2、运行参数

浓缩：将含水率99.2%～99.6%的污水厂二沉池剩余污泥，抽

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升送入重力浓缩池，重力浓缩池的有效体积约为2200m3，浓缩时间为8－12h，有效水深为4.5m，浓缩后污泥的含水率为97%～98%，上清液被分离出来回流至污水处理系统。

调理：浓缩污泥先后经过浓度为38%的FeCl3溶液和CaO调质。FeCl3溶液由加药泵投加，使用电磁流量计来计量；CaO由石灰罐中配有的电子称计量后自动投加。按质量百分比来计算，FeCl3的加入量为污泥量的0.5%～0.7%，CaO的加入量为污泥量的1.0%～1.5%，调质后的污泥的含水率一般为94～95%。

压滤：用气动隔膜泵将调质池中的污泥打进600m2高压隔膜压滤机，进泥最大压力为0.80Mpa，进泥时间为2.5～3.0h，每批次进泥量为80～120m3。当进泥压力为0.650MPa时，停止进泥，由位于厢式压滤机中的隔膜进行压滤，压滤时间为8～15min，压力为0.8～1.2Mpa，产泥量为10～11吨/批次，泥饼含水率为55%～60%。泥饼再放置数天，含水率还会进一步降低。其原因是泥饼中的自由水在重力作用下发生渗透、自然蒸发，由于石灰的放热反应作用，使泥饼的含水率不断下降。同时，随着放置时间的增长，泥饼的pH值也会缓慢下降。脱水后泥饼的含水率和pH变化见表2。

三、滤液循环利用的研究与应用

1、滤液回流至重力浓缩池

实验

滤液对污泥浓缩影响实验结果（见图2）表明，随着加入滤液量的增加，剩余污泥沉降速度加快。这说明滤液改变剩余污泥脱水性能，提高了污泥脱水效率。其原因是污泥深度脱水过程中，为保证生产的顺利进行，适当过量的絮凝剂会部分溶解在滤液中。当含有絮凝剂的滤液加入到浓缩污泥中时，具有一定的调理作用，会发生絮凝架桥作用，污泥团块增大，沉降速度加快。

2、滤液回流至污水处理系统

实验数据表明：滤液用出水稀释100倍后，且滤液的粪大肠杆菌群为0，出水各项水质指标均能达标。实际生产中，滤液全部回流至进水（仅占进水量4‰），各项出水检测指标表明未对出水水质产生影响。现厦门已实施污泥深度脱水的污水处理厂已将滤液全部回流至进水，基本不影响出水水质，且为生物脱氮提供碱度和碳源。

四、污泥调质厢式压滤深度脱水工艺运行成本分析

采用污泥预浓缩调质压滤深度脱水工艺, 运行成本分析(仅分

图2 滤液对污泥沉降曲线的影响析电耗、药耗和运输费等付现费用)见表4。采用深度脱水处理每吨污水总运行成本为0.109元，该成本比常用的离心脱水技术(运行成本约0.136元/t)低，同时又可节省后续污泥处理处置费, 相比之下本工艺具有较好的经济优势。

五、泥饼处理处置及资源化利用

深度脱水后形成的泥饼含水率在60%以下，pH值<11.5，符合CJ/T249-2007《城镇污水处理厂污泥处置混合填埋泥质》标准的要求，安全性强，可直接运往垃圾填埋场进行填埋，脱水污泥全部进入垃圾填埋场与生活垃圾进行混合填埋。

深度脱水后的污泥可用于制砖，通过在厦门某砖厂进行实验：利用25%的泥饼与制砖用的

黄土混合，放入专用的搅拌设备

表3　滤液对出水水质指标的影响

项目BOD5CODcr悬 浮 物总磷总氮氨氮出水<225110.5215.46.31滤液1.12×1032.19×103

9410.6219120滤液用出水稀释100倍

144080.6217.07.86滤液全部回流至进水后进水水质出水水质1113481414.2045.037.1<233.85.00.9014.71.828

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备注：电单价按0.61元/度测算； PAM按3.468万元/吨测算；CaO按269元/吨测算；FeCl3按1228元/吨测算，运输费用按40km的运输距离测算。

表5　堆肥完成后产品检测数据

堆肥产品检测项目堆肥产品检测结果

pH8.0

（%）35.47

总氮2.03%

总磷2.24%

总钾0.31%

含量(%)58.35

里进行充分混合后，制成砖胚。砖胚在自然凉干后进入砖窑中进行焙烧，成品的硬度、色度及表面感观度等经检测，各项数据均达到GB5101-2003MU10《烧结普通砖》技术要求，完全适合制砖。

经检测，深度脱水泥饼干基高位热值约为1750大卡，含水率为44%的泥饼高位热值约为980大卡。因此该泥饼还可作焚烧处置，产生的热量可回收利用。另外，由于深度脱水后的泥饼呈碱性，与煤混合焚烧还有助于进行烟气脱硫脱硝处理。

深度脱水后的污泥粪大肠菌数为0，除pH值外，其他各项指标符合GB/T23486-2009《城镇污水处理厂污泥处置园林绿化用泥质》。南方土壤多为红壤土，酸性较强，而深度脱水后的污泥呈碱性，直接粉碎后和红壤土掺混种植植物，改良红壤土的酸性的同时，又为植物的生长提供足够

的营养物质。

另外，深度脱水污泥通过稀酸中和调节pH值至8左右或同有机废弃物（蘑菇土）堆肥发酵后，约4天后，可调节pH值至8左右，可作为园林绿化用途，无需额外添加任何菌剂。深度脱水污泥的堆肥产品用作草皮基质时，同其他有机肥相比，可显著减少杂草滋生。

现深度脱水污泥粉碎后（污泥粒径在1公分以下）已逐步作为厦门市道路绿化带的基质。

综上，得出以下结论：

1、污泥深度脱水关键技术主要包括该技术FeCl3和CaO调理浓缩污泥、隔膜压滤、滤液循环利用、深度脱水泥饼土地利用、粉碎和pH调节技术。

2、污泥深度脱水设备主要包括调理剂投加系统和和压滤脱水系统，调理剂投加系统主要有三氯化铁投加系统和石灰投加系统；压滤脱水系统包括进泥系

统，对出水水质影响很小，且可为生物脱氮提供碱度和碳源。滤液回流重力浓缩池能提高污泥浓缩速度，改变剩余污泥脱水性能，提高了污泥脱水效率。

5、深度脱水处理污泥减量化效果明显，含水率低，满足与后续污泥处置衔接的要求；填埋时，基本符合垃圾填埋场的准入条件；焚烧时，具有一定的热值；制砖时，砖体达到GB5101-2003MU10《烧结普通砖》技术要求；园林绿化利用时，基本能满足园林绿化土的准入条件。

6、整个深度脱水过程反应时间短，脱水效果明显，在现有污水处理厂用地内可解决项目建设用地问题；与传统脱水处理方法相比，处理每吨污水付现成本(包括电耗、药耗和运输费用)低，又可节省了后续污泥处置费用，相比之下具有较好的经济优势。

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