摘要: 污泥干化可使污泥顯著減容，一般可將污泥含水率降至30%左右，滿足污泥填埋、焚燒、園林利用、制磚等處置方式及資源化利用的需要，是目前污泥處理處置的主要應用技術之一。但由于其投資及運行成本較高，制約了其大規模推廣應用。機械脫水是最經濟的污泥減量技術，可作為污泥干化的預處理，以提高整體工藝的經濟性。本文介紹了“高壓帶式TJSD連續污泥機械脫水+熱泵低溫干化”污泥深度脫水聯用工藝及案例。以污泥處理量30t/d（污泥平均含水率83%）的工程為例，采用高壓帶式TJSD連續污泥深度脫水設備將一次脫水后含水率為82～85%的污泥含水率降至60%以下，再經熱泵低溫干化技術將污泥干化至含水率40%以下，該聯用工藝處理后的污泥完全滿足后續與垃圾摻燒的要求。相對于直接采用熱泵低溫干化技術處理一次脫水污泥，采用該聯用工藝單位污泥處理費用為105.67元/噸泥（按一次脫水污泥計），可節約處理費用54.86元/噸泥，每年可節約運行費用約59.26萬元，社會效益和經濟效益十分顯著。

來源：中國給水排水2019年中國城鎮污泥處理處置技術與應用高級研討會（第十屆） 論文集 ；作者：阮燕霞1，陳良才1，徐金有1，劉立文1，唐秀華1，張杰1，魏宏斌2；單位：1.上海中耀環保實業有限公司，上海200092；2.同濟大學環境科學與工程學院，上海200092

污水被處理后，污水中所含的有機物、無機物（包括重金屬）等有害物質都被濃縮、轉移形成污泥。以生活污水為主的市政污水廠的污泥產量為1～2tDS/萬t污水，折合成含水量80%的污泥產量為5～10t/萬t污水。生態環境部發布的《2017年中國生態環境狀況公報》顯示，截至2017年底，全國設市城市污水處理能力達到1.57億m3/d，全年累積處理污水量達462.6億m3，折合成含水率80%的污泥年產量達4000多萬噸。

根據《城鎮污水處理廠污泥處置分類》（GBT23484-2009），污泥的最終消納過程，一般分為土地利用、填埋、建筑材料利用和焚燒等，但無論是污泥填埋，還是焚燒或資源化利用，污泥的最終處置對污泥的含水率等指標都有嚴格的要求。其中，《城鎮污水處理廠污泥處置混合填埋用泥質》（GBT 23485-2009）要求污泥含水率＜60%；《城鎮污水處理廠污泥處置園林綠化用泥質》（GB/T23486-2009）要求污泥含水率＜40%；《城鎮污水處理廠污泥處置單獨焚燒用泥質》（GB/T24602-2009）要求自持焚燒的污泥含水率＜50%，低溫熱值＞5000kJ/kg；《城鎮污水處理廠污泥處置 制磚用泥質》（GB/T25031-2010）要求污泥含水率≤40%。因此，污泥的脫水干化是重要的第一步。污泥干化可使污泥顯著減容，一般可將污泥含水率降至30%左右，滿足污泥填埋、焚燒、園林利用、制磚等處置方式及資源化利用的需要，是目前污泥處理處置的主要應用技術之一。但由于其投資及運行成本較高，制約了其大規模推廣應用。作為最經濟的污泥處理技術，機械深度脫水不但能將污泥處理至符合填埋要求，也可作為其他技術的減量預處理，以提高整體污泥處理處置技術路線的經濟性。本文介紹了“高壓帶式TJSD連續污泥機械脫水+熱泵低溫干化”污泥深度脫水聯用工藝及其工程案例。

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工藝介紹

1.1 高壓帶式TJSD連續污泥深度脫水技術

上海中耀環保實業有限公司生產的“高壓帶式TJSD連續污泥深度脫水成套設備”為同濟大學專家學者針對國內污泥處理處置現狀及需求開發的新型污泥減量、穩定化技術。“高壓帶式TJSD連續污泥深度脫水技術”先將固化劑、改性劑與一次脫水后的污泥（含水率為80%左右）混合改性，再采用連續深度脫水機進行二次壓榨深度脫水，處理后污泥的含水率可從80%左右降低至60%以下。不需要將常規污泥稀釋后再進行高壓脫水，更不需要拆除污水廠原有的污泥脫水設施，能與污水廠原有污泥脫水系統實現快速對接，具有可連續運行、能耗低、成本低、適用范圍廣等顯著優點。

高壓帶式TJSD連續污泥深度脫水技術不但能將污泥深度脫水處理至符合混合填埋的泥質要求，也可作為干化、焚燒、水泥窯協同處置、制磚等處理或處置技術的的預處理工藝，以提高污泥整體處理處置工藝路線的經濟性。高壓帶式TJSD連續污泥深度脫水技術已有30多個工程案例，包括污水處理廠污泥的提標改造工程或新建工程，地下污水處理廠，環境存量污泥減量、河道淤泥脫水處理等領域。

高壓帶式TJSD連續污泥深度脫水技術原理主要包括混合改性和高壓帶式脫水兩部分。

圖1 高壓帶式TJSD連續污泥深度脫水技術工藝流程圖

（1）混合改性

將一次脫水后的污泥（含水率80%左右）輸送至污泥改性混合機，同時投加污泥固化劑和改性劑。投加的上述藥劑和一次脫水后的污泥（含水率80%左右）在污泥改性混合機內快速、均勻的混合。一方面，破解活性污泥結構，釋放結合水和胞內水；另一方面，構建微型骨架體增加污泥絮粒強度，提高脫水性能。

（2）連續深度脫水

經改性后的一次脫水污泥進入高壓帶式TJSD連續污泥脫水設備進行機械深度脫水。先經布料裝置將污泥均布在濾布上，隨著濾布的行進，污泥經由多組壓力遞增的壓榨機構對污泥產生高壓、密集壓榨，污泥中的大量水分被進一步壓出，壓榨后污泥在出泥端由刮刀自動刮落，上下濾布分離后分別被沖洗干凈循環投入使用。經高壓帶式連續深度脫水機脫水后泥餅僅為5～10mm多孔隙薄片狀，其含水率降低到60%以下。

1.2 熱泵低溫干化技術

污泥干化利用熱能通過蒸發作用從污泥中去除大部分水分，可使污泥顯著減容，一般可將污泥含水率降至30%左右，是能量凈支出的過程。目前常用的污泥干化技術有熱干化、自然干化、熱泵干化等。傳統的熱干化干燥溫度一般在100℃以上，通過直接或間接的方式進行“水-熱”交換，能耗費用在系統運行成本中的比例大于80%。

污泥熱泵低溫干化系統由蒸發器、冷凝器、壓縮機、膨脹閥、循環風機和干燥室等組成，根據逆卡諾循環原理，消耗少量的電能驅動循環進行，通過流動工質的氣液兩相熱力循環完成空氣與污泥的熱質交換。該技術利用熱泵除濕回收干燥過程產生的低品位熱源的熱焓能量，升溫后作為熱源進行污泥干燥和脫水。

根據國內外的研究及應用，污泥熱泵低溫干化技術可獲得最高含固率90%的干化污泥，能滿足污泥填埋、焚燒、園林利用、制磚及其他資源化利用的含水率要求；相比熱干化100℃以上的干燥溫度，污泥熱泵低溫干化的干燥溫度為40～80℃相對低溫，在低溫環境下可有效避免污泥中有機物的大量揮發，最大程度的保留污泥熱值，實現污泥的自持焚燒，低溫的干化環境能減少氨氣、硫化氫等惡臭氣體的釋放；熱泵除濕的干化方式能耗僅為傳統干化方式的1/3，具有節能低碳、環境友好等特點。

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“TJSD連續污泥機械脫水+熱泵低溫干化”聯用工藝的特點

表1 聯用工藝技術優勢和特點

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聯用工藝工程案例介紹

3.1 工程概況

某市政污水處理廠設計污水處理規模為5萬m3/d，污泥產量約為30噸/天（以含水率80%計），原采用濃縮帶式一體機將污泥處理到含水率82～85%。由于污泥處理處置要求的提高，現該廠要求將部分污泥含水率降低至40%后與垃圾摻燒，急需對污泥處理設施進行提標改造。為最大程度的降低污泥處理處置工藝的運行費用，節約投資，實現與現有污泥濃縮帶式脫水一體機的快速對接，并將污泥含水率降低至40%后與垃圾摻燒。污泥脫水提標改造擬采用“高壓帶式TJSD連續污泥機械脫水+熱泵低溫干化”聯用技術對含水率82～85%的一次脫水污泥進行脫水干化處理。污泥經TJSD高壓帶式連續污泥深度脫水后，污泥含水率由82～85%降低至60%以下，再經低溫干化設備處理后，污泥含水率降低至40%以下，污泥經深度脫水并干化處理后最終與垃圾摻燒處置。本項目充分按照“處置決定處理，處理滿足處置”的要求，采用“混合改性+高壓帶式連續脫水+熱泵低溫干化+垃圾摻燒”的污泥處理處置技術路線，最大程度的降低項目整體投資與運行費用，取得了令人滿意的效果。

3.2 工藝流程

該項目設置2套高壓帶式TJSD連續污泥深度脫水設備，成套設備包含TJDM污泥改性混合機、TJSD連續污泥深度脫水機、TJPT改性劑定量投加裝置、污泥分配裝置、污泥輸送機、自控系統等；熱泵低溫干化采用網帶式連續干化設備。其基本工藝流程見圖2。

圖2 “高壓帶式TJSD連續污泥機械脫水+熱泵低溫干化”聯用工藝流程圖

（1）濕污泥輸送

經濃縮帶式一體機脫水后含水率為82～85%的一次脫水污泥，通過無軸螺旋輸送機輸送至TJDM混合機入料口。

（2）混合改性

一次脫水后含水率82～85%的污泥與固化劑、改性劑在TJDM混合機內充分混合均勻，一方面，破解活性污泥結構，釋放結合水和胞內水；另一方面，構建微型骨架體增加污泥絮粒強度，提高脫水性能。固化劑的投加質量比（占含水率80%污泥總量，下同）為0.5～1%，改性劑投加的質量比為4～6%，整個過程連續進料均勻出料。

（3）TJSD高壓帶式連續深度脫水

經改性后的一次脫水污泥進入TJSD連續帶式深度脫水機進行機械深度脫水。先經布料裝置將污泥均布在濾布上，隨著濾布的行進，污泥經由多組壓力遞增的壓榨機構對污泥產生高壓、密集壓榨，污泥中的大量水分被進一步壓出，壓榨后污泥在出泥端由刮刀自動刮落，上下濾布分離后分別被沖洗干凈循環投入使用。

經高壓帶式連續深度脫水機脫水后泥餅僅為5～10mm多孔隙薄片狀，其含水率降低到60%左右。深度脫水后的污泥經破碎機破碎后由無軸螺旋輸送機輸送至污泥熱泵低溫干化設備。

圖3 TJSD連續帶式深度脫水設備及深度脫水后的污泥

（4）污泥熱泵低溫干化

深度脫水后含水率60%左右的污泥在帶式熱泵低溫干化設備的入口經面條機擠壓成約4～6mm直徑的圓柱條狀，再進入網帶連續低溫除濕干燥箱。在網帶運轉污泥緩緩轉運過程中，圓柱條狀的深度脫水污泥均勻攤鋪在網帶輸送機上。60～70℃的熱空氣從網帶下方經網眼向上通過，使污泥與熱空氣產生熱質交換，從而將污泥中水分蒸發帶出。吸收了污泥中水分的40～50℃濕熱空氣再進入除濕熱泵中進行除濕與加熱處理，處理后熱干空氣循環對網帶上污泥進行干化，干化后污泥外觀如圖4呈直徑4mm左右的細顆粒狀，干化后污泥含水率降低至40%以下，最后與垃圾摻燒處置。

圖4 熱泵低溫干化設備及干化后的污泥外觀

（5）廢水、廢氣的處理

高壓帶式連續污泥深度脫水過程中產生的濾液經設備底部的接液盤收集后回流至污水廠濃縮池處理。污泥熱泵低溫干化設備對污泥除濕干燥過程中產生的冷凝水經測試后達到了《污水排入城鎮下水道水質標準》（GB/T31962-2015）。

高壓帶式連續污泥深度脫水過程中產生的臭氣由設備本體加罩的臭氣收集口收集至除臭系統。污泥熱泵低溫干化過程為全密閉低溫運行，無臭氣產生，無需做臭氣收集。

3.3 調試及運行效果

該聯用工藝投入運行后，根據改性后污泥耐壓性調整高壓帶式連續污泥深度脫水機的氣缸壓強（0.3-0.4MPa）、固化劑和改性劑投加量。熱泵低溫干化設備由于功率一定，根據能量守恒定律每小時出水量為定值，因此熱泵低溫干化設備出泥含水率由進泥含水率及進泥量決定。

該項目聯合投加0.7%的固化劑及不同質量比的改性劑，“高壓帶式TJSD連續污泥機械脫水+熱泵低溫干化”污泥深度脫水聯用工藝的調試及運行情況見表2。

表2 聯用工藝的調試及運行情況

由表2可見，一次脫水污泥含水率在82%～85%之間，含水率平均值為83%。深度脫水后污泥含水率隨著改性劑投加量的升高而降低。當改性劑投加量為一次脫水污泥質量的4%時，污泥含水率可降低至60%以下。

根據運行結果，熱泵低溫干化設備每排出1kg的水耗電量約為0.32kW·h。由于熱泵低溫干化設備的脫水量一定，當進泥含水率較高時，出泥含水率要達到目標值時，處理量會相應的減少；當處理量較大且出泥含水率要達到目標值時，進泥含水率需要更低。

工程長期運行結果表明：“高壓帶式TJSD連續污泥機械脫水+熱泵低溫干化”污泥深度脫水聯用工藝處理后污泥pH小于9且含水率低于40%，完全滿足后續與垃圾摻燒處置的要求。

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聯用工藝的效益分析

以污泥處理量30t/d（污泥平均含水率83%）的工程為例，工程連續運行效果表明：（1）“改性劑改性+深度脫水+低溫熱泵干化”后的污泥完全滿足污泥與垃圾摻燒的處置要求。（2）在0.5～1%質量比的固化劑，及4～6%質量比的改性劑經濟投加量條件下，高壓帶式TJSD連續深度脫水后污泥含水率降低至60%以下，藥劑、耗材及動力費總計為64.6元/噸泥（按污泥平均含水率83%計，下同）。再通過熱泵低溫干化將含水率降至40%以下，該部分處理費為41.07元/噸泥，高壓帶式連續深度脫水結合熱泵低溫干化技術總處理費用為105.67元/噸泥。（3）若直接采用熱泵低溫干化技術將平均含水率83%的污泥干化至含水率40%以下，單位處理費用為160.53元/噸泥。采用高壓帶式連續深度脫水結合熱泵低溫干化技術比單獨使用熱泵低溫干化技術年運行成本可節省59.26萬元。

表3 “TJSD連續污泥機械脫水+熱泵低溫干化”聯用工藝與

單獨熱泵低溫干化運行費用對比

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結論

“高壓帶式TJSD連續污泥機械脫水+熱泵低溫干化”污泥深度脫水聯用工藝是一種新型的污泥處理聯用工藝，處理后的污泥可滿足填埋、焚燒、園林利用、制磚等處置方式及資源化利用的要求，并最大程度的降低運行費用，社會效益及經濟效益顯著。

編輯：王領全

微信制作：文凱

審核：李德強