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(zhì)都被濃縮、轉(zhuǎn)移形成污泥。以生活污水為主的市政污水廠的污泥產(chǎn)量為1～2tDS/萬t污水，折合成含水量80%的污泥產(chǎn)量為5～10t/萬t污水。生態(tài)環(huán)境部發(fā)布的《2017年中國生態(tài)環(huán)境狀況公報》顯示，截至2017年底，全國設(shè)市城市污水處理能力達(dá)到1.57億m3/d，全年累積處理污水量達(dá)462.6億m3，折合成含水率80%的污泥年產(chǎn)量達(dá)4000多萬噸。

根據(jù)《城鎮(zhèn)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(biāo)都有嚴(yán)格的要求。其中，《城鎮(zhèn)污水處理廠污泥處置混合填埋用泥質(zhì)》(GBT 23485-2009)要求污泥含水率<60%;《城鎮(zhèn)污水處理廠污泥處置園林綠化用泥質(zhì)》(GB/T23486-2009)要求污泥含水率<40%;《城鎮(zhèn)污水處理廠污泥處置單獨焚燒用泥質(zhì)》(GB/T24602-2009)要求自持焚燒的污泥含水率<50%，低溫?zé)嶂?gt;5000kJ/kg;《城鎮(zhèn)污水處理廠污泥處置 制磚用泥質(zhì)》(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(yīng)用技術(shù)之一。但由于其投資及運行成本較高，制約了其大規(guī)模推廣應(yīng)用。作為最經(jīng)濟的污泥處理技術(shù)，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(shù)的減量預(yù)處理，以提高整體污泥處理處置技術(shù)路線的經(jīng)濟性。本文介紹了“高壓帶式TJSD連續(xù)污泥機械脫水+熱泵低溫干化”污泥深度脫水聯(lián)用工藝及其工程案例。

工藝介紹

1.1 高壓帶式TJSD連續(xù)污泥深度脫水技術(shù)

“高壓帶式TJSD連續(xù)污泥深度脫水技術(shù)”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(xù)深度脫水機進(jìn)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(guī)污泥稀釋后再進(jìn)行高壓脫水，更不需要拆除污水廠原有的污泥脫水設(shè)施，能與污水廠原有污泥脫水系統(tǒng)實現(xiàn)快速對接，具有可連續(xù)運行、能耗低、成本低、適用范圍廣等顯著優(yōu)點。

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

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

高壓帶式TJSD連續(xù)污泥深度脫水技術(shù)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(nèi)快速、均勻的混合。一方面，破解活性污泥結(jié)構(gòu)，釋放結(jié)合水和胞內(nèi)水;另一方面，構(gòu)建微型骨架體增加污泥絮粒強度，提高脫水性能。

(2)連續(xù)深度脫水

經(jīng)改性后的一次脫水污泥進(jìn)入高壓帶式TJSD連續(xù)污泥脫水設(shè)備進(jìn)行機械深度脫水。先經(jīng)布料裝置將污泥均布在濾布上，隨著濾布的行進(jìn)，污泥經(jīng)由多組壓力遞增的壓榨機構(gòu)對污泥產(chǎn)生高壓、密集壓榨，污泥中的大量水分被進(jìn)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(huán)投入使用。經(jīng)高壓帶式連續(xù)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(shù)

污泥干化利用熱能通過蒸發(fā)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(shù)有熱干化、自然干化、熱泵干化等。傳統(tǒng)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(jìn)行“水-熱”交換，能耗費用在系統(tǒng)運行成本中的比例大于80%。

污泥熱泵低溫干化系統(tǒng)由蒸發(fā)器、冷凝器、壓縮機、膨脹閥、循環(huán)風(fēng)機和干燥室等組成，根據(jù)逆卡諾循環(huán)原理，消耗少量的電能驅(qū)動循環(huán)進(jìn)行，通過流動工質(zhì)的氣液兩相熱力循環(huán)完成空氣與污泥的熱質(zhì)交換。該技術(shù)利用熱泵除濕回收干燥過程產(chǎn)生的低品位熱源的熱焓能量，升溫后作為熱源進(jìn)行污泥干燥和脫水。

根據(jù)國內(nèi)外的研究及應(yīng)用，污泥熱泵低溫干化技術(shù)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(huán)境下可有效避免污泥中有機物的大量揮發(fā)，最大程度的保留污泥熱值，實現(xiàn)污泥的自持焚燒，低溫的干化環(huán)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(tǒng)干化方式的1/3，具有節(jié)能低碳、環(huán)境友好等特點。

“TJSD連續(xù)污泥機械脫水+熱泵低溫干化”聯(lián)用工藝的特點

聯(lián)用工藝技術(shù)優(yōu)勢和特點

聯(lián)用工藝工程案例介紹

3.1 工程概況

某市政污水處理廠設(shè)計污水處理規(guī)模為5萬m3/d，污泥產(chǎn)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(xiàn)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(shè)施進(jìn)行提標(biāo)改造。為最大程度的降低污泥處理處置工藝的運行費用，節(jié)約投資，實現(xiàn)與現(xiàn)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(biāo)改造擬采用“高壓帶式TJSD連續(xù)污泥機械脫水+熱泵低溫干化”聯(lián)用技術(shù)對含水率82～85%的一次脫水污泥進(jìn)行脫水干化處理。污泥經(jīng)TJSD高壓帶式連續(xù)污泥深度脫水后，污泥含水率由82～85%降低至60%以下，再經(jīng)低溫干化設(shè)備處理后，污泥含水率降低至40%以下，污泥經(jīng)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(xù)脫水+熱泵低溫干化+垃圾摻燒”的污泥處理處置技術(shù)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(shè)置2套高壓帶式TJSD連續(xù)污泥深度脫水設(shè)備，成套設(shè)備包含TJDM污泥改性混合機、TJSD連續(xù)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(tǒng)等;熱泵低溫干化采用網(wǎng)帶式連續(xù)干化設(shè)備。其基本工藝流程見圖2。

“高壓帶式TJSD連續(xù)污泥機械脫水+熱泵低溫干化”聯(lián)用工藝流程圖

(1)濕污泥輸送

經(jīng)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(nèi)充分混合均勻，一方面，破解活性污泥結(jié)構(gòu)，釋放結(jié)合水和胞內(nèi)水;另一方面，構(gòu)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(zhì)量比(占含水率80%污泥總量，下同)為0.5～1%，改性劑投加的質(zhì)量比為4～6%，整個過程連續(xù)進(jìn)料均勻出料。

(3)TJSD高壓帶式連續(xù)深度脫水

經(jīng)改性后的一次脫水污泥進(jìn)入TJSD連續(xù)帶式深度脫水機進(jìn)行機械深度脫水。先經(jīng)布料裝置將污泥均布在濾布上，隨著濾布的行進(jìn)，污泥經(jīng)由多組壓力遞增的壓榨機構(gòu)對污泥產(chǎn)生高壓、密集壓榨，污泥中的大量水分被進(jìn)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(huán)投入使用。

經(jīng)高壓帶式連續(xù)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(jīng)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(shè)備。

TJSD連續(xù)帶式深度脫水設(shè)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(shè)備的入口經(jīng)面條機擠壓成約4～6mm直徑的圓柱條狀，再進(jìn)入網(wǎng)帶連續(xù)低溫除濕干燥箱。在網(wǎng)帶運轉(zhuǎn)污泥緩緩轉(zhuǎn)運過程中，圓柱條狀的深度脫水污泥均勻攤鋪在網(wǎng)帶輸送機上。60～70℃的熱空氣從網(wǎng)帶下方經(jīng)網(wǎng)眼向上通過，使污泥與熱空氣產(chǎn)生熱質(zhì)交換，從而將污泥中水分蒸發(fā)帶出。吸收了污泥中水分的40～50℃濕熱空氣再進(jìn)入除濕熱泵中進(jìn)行除濕與加熱處理，處理后熱干空氣循環(huán)對網(wǎng)帶上污泥進(jìn)行干化，干化后污泥外觀如圖4呈直徑4mm左右的細(xì)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。

(5)廢水、廢氣的處理

高壓帶式連續(xù)污泥深度脫水過程中產(chǎn)生的濾液經(jīng)設(shè)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(shè)備對污泥除濕干燥過程中產(chǎn)生的冷凝水經(jīng)測試后達(dá)到了《污水排入城鎮(zhèn)下水道水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T31962-2015)。

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

3.3 調(diào)試及運行效果

該聯(lián)用工藝投入運行后，根據(jù)改性后污泥耐壓性調(diào)整高壓帶式連續(xù)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(shè)備由于功率一定，根據(jù)能量守恒定律每小時出水量為定值，因此熱泵低溫干化設(shè)備出泥含水率由進(jìn)泥含水率及進(jìn)泥量決定。

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

由表可見，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(dāng)改性劑投加量為一次脫水污泥質(zhì)量的4%時，污泥含水率可降低至60%以下。

根據(jù)運行結(jié)果，熱泵低溫干化設(shè)備每排出1kg的水耗電量約為0.32kW·h。由于熱泵低溫干化設(shè)備的脫水量一定，當(dāng)進(jìn)泥含水率較高時，出泥含水率要達(dá)到目標(biāo)值時，處理量會相應(yīng)的減少;當(dāng)處理量較大且出泥含水率要達(dá)到目標(biāo)值時，進(jìn)泥含水率需要更低。

工程長期運行結(jié)果表明：“高壓帶式TJSD連續(xù)污泥機械脫水+熱泵低溫干化”污泥深度脫水聯(lián)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(xù)與垃圾摻燒處置的要求。

聯(lián)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(xù)運行效果表明：(1)“改性劑改性+深度脫水+低溫?zé)岜酶苫?rdquo;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(zhì)量比的固化劑，及4～6%質(zhì)量比的改性劑經(jīng)濟投加量條件下，高壓帶式TJSD連續(xù)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(xù)深度脫水結(jié)合熱泵低溫干化技術(shù)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(shù)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(xù)深度脫水結(jié)合熱泵低溫干化技術(shù)比單獨使用熱泵低溫干化技術(shù)年運行成本可節(jié)省59.26萬元。

工藝運行條件如下圖

“TJSD連續(xù)污泥機械脫水+熱泵低溫干化”聯(lián)用工藝與

單獨熱泵低溫干化運行費用對比

結(jié)論

“高壓帶式TJSD連續(xù)污泥機械脫水+熱泵低溫干化”污泥深度脫水聯(lián)用工藝是一種新型的污泥處理聯(lián)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(jīng)濟效益顯著。