1、1厦门城市污泥深度脱水处理和资源化处置利用技术谢小青 *（厦门水务集团有限公司 厦门 361009）摘 要：以厦门城市污泥的脱水处理和资源化处置利用为目标, 研究污泥脱水处理处置技术。污泥脱水处理，包括污泥预浓缩处理、FeCl 3、CaO 双调理对污泥的调质改性和高压隔膜压滤机压滤脱水三个步骤，最终实现泥水分离，脱水后的污泥含水率的可以达到 60%以下，基本满足填埋要求。脱水污泥资源化处置利用，包括园林绿化、制砖和焚烧等。关键词: 城市污泥; 深度脱水；处理处置; 资源化利用中图分类号 X705 文献标识码 A 文章编号Municipal sludge Deep Dewatering trea
2、tment and Recycling to disposal technologyXie Xiao-Qing,*(Xiamen Water Group Co. Ltd., Xiamen 361009)Abstract: Sludge treatment and disposal technologies are explored in order to dewatering the sludge in Xiamen to the recyclable level. Sludge dewatering treatment was carried out in the following con
3、tinuous steps, i.e. sludge concentration, conditioning of the concentrated sludge by FeCl3 and CaO, and high-pressure membrane filtering of water, which leads to final solid-liquid separation. Sludge after such treatments then contains water below 60% by weight that can be land buried. Treated sludg
4、e has been successfully subject to recycling use for gardening and constrction materials, etc.Keywords: municipal sludge; deep dewatering;treatment and disposal; recycling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须环节。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，是造成目前我国污泥处置问题的关键因
5、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* 谢小青，教授级高工，联系电话 13606091390， Email:2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。1 污泥深度脱水工艺及关键技术1.1 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，
6、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 1 台600m2 及 2 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。3图 1 厦门污泥深度脱水工艺流程图Fig. 1 Sludge dewatering process of Xiamen1.2 污泥深度脱水关键技术
7、1.2.1FeCl3 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 1-2。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 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
8、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，它可以把还原性气体硫化氢氧化，有效的控制臭气 1-2。1.2.2 隔膜压滤技术针对不同的城市污水处理厂污泥性质和后处理处置要求，利用过滤板、隔污泥上清液滤液原污水泥饼格栅 曝气沉沙池 污水处理系统重力浓缩池调质池隔膜厢式压滤泥饼处置 园林绿化利用填 埋沉淀池焚烧、制砖除磷池 尾水排放4膜板和滤布组成的过滤单元，在油缸压紧滤板的条件下，用进料泵压力对物料进行固液分离，并在进料结束后，采用隔膜压榨技术对滤饼进行压榨，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
9、输费用，提高土地使用效率，实现了循环经济；1.2.3 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，BOD 5 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。表 1 .滤液水质特征值Table 1. The value of filtrate quality项目 CODCr BOD5 氨氮 TP浓度范围（mg/L） 10004000 4001800 30300 10201.2
10、.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，对人类健康所造成的潜在威胁小，既可使其得到资源化利用，又可减少化肥和腐殖土的使用量，具有良好的经济效益和环境效益。1.2.5 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
11、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。1.2.6 深度脱水泥饼 pH 调节技术深度脱水泥饼 pH 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；通过堆肥发酵降低 pH，采用筼筜污水处理厂深度脱水泥饼粉碎5后与辅料混合后进行强制通风发酵，发酵约 4 天后， pH 可以降低到 8 左右。2 石渭头污水厂深度脱水工艺设备及运行参数2.1 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，调理剂投加系统主要有三氯化铁投加系统和石灰投加系统；压滤
12、脱水系统包括进泥系统、隔膜压滤系统、吹脱系统和卸料系统，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 0.51.0m/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
13、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。2.2 运行参数浓缩：将含水率为 99.2%99.6%的污水厂二沉池剩余污泥，抽升送入重力浓缩池，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。FeCl 3 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，FeCl 3 的加入
14、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 9495%。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6最大压力为 0.80Mpa，进泥时间为 2.53.0h，每批次进泥量为 80120m 3。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 815min，压力为 0.81.2 Mpa，产泥量为 1011 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，
15、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。表 2. 泥饼含水率、pH 随着时间的变化Table1. The variation of water content and pH with the time时间（d） 1 2 4 6 9 12 15 20含水率（% ） 56.3 52.4 48.8 44.1 38.2 32.1 23.5 14.5pH 12.0 11.8 11.8 11.6 11.3 10.7 10.6 10.03 滤液循环利用的研究与应用3.1 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
16、 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。图 2 滤液对污泥沉降曲线的影响Fig.2 the effect of filtrate on sludge settlement curve3. 2 滤液回流至污水处理系统污 泥 沉 淀 曲 线 图200400600800100012000 0.51.0 1.52.0 2.5 3.0 3.5 4.
17、0 4.5 5.0沉 淀 时 间 （ h）污泥体积（ml）纯 污 泥加 入 15%滤 液加 入 20%滤 液加 入 25%滤 液7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。表 3. 滤液对出水水质指标的影响Table 2. the effect of filtrate on effluent water quality.滤液全部回流至进水后项
18、目 出水 滤液 滤液用出水稀释 100 倍 进水水质 出水水质BOD5 2 1.12103 14 111 2CODcr 25 2.19103 40 348 33.8悬 浮 物 11 94 8 141 5.0总 磷 0.52 10.6 0.62 4.20 0.90总 氮 15.4 219 17.0 45.0 14.7氨 氮 6.31 120 7.86 37.1 1.8pH 7.4 12.1 8.6 7.5 7.44 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 0.1
19、09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。表 4 污泥脱水运行成本分析Table4. Running cost analysis of sludge dewatering 项目 传统脱水 深度脱水污水处理量(万 m3/d ） 9.09 9.53COD 消减量（吨） 23.2 23.6污泥脱水工艺 离心脱水 高压厢式压滤脱水后污泥含水率（%） 80 57脱水后污泥量 (吨) 97.4 62.5药剂种类 PAM CaO、FeCl 3泥脱水处理电单耗（kwh/吨污水） 0.014 0.012泥运输费用（
20、元/吨污水、等公里数） 0.091 0.017泥脱水处理药剂费用（元/吨污水） 0.031 0.080小计：泥脱水处理付现成本（元/吨污 0.136 0.1098水）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。5 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，pH11.5, 符合 CJ/T 249-2007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
21、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 外，其他各项指标符合G
22、B/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 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 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。表 5. 堆肥完成后产品检测数据9堆肥产品检测项目 p
23、H含水率（%）总氮 总磷 总钾 有机物含量(%)堆肥产品检测结果 8.0 35.47 2.03% 2.24% 0.31% 58.356 结论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。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、隔膜压滤系统、吹脱系统和卸料系统，其关键的核心设备为高压隔膜厢式压滤机。污泥经重力浓缩、FeCl 3 和 CaO 调理、高压隔膜厢式压滤机深度脱水处理后，泥饼含水率小于 60%，自
24、然放置 7 天后，含水率可降至 45%左右；且泥饼基本没有臭味，粪大肠菌群数为 0。滤液回流至污水处理系统，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。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。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。参考文献1吴学伟. 基于两级液态调质理论的污泥处理处置技术M. 北京: 科学出版社, 20092陈嘉愉, 吴学伟. 污水污泥有机调质浓缩和无机调质脱水工艺研究 J. 环境工程学报，2009,3(3):529-5323北京市市政工程设计研究总院. 给水排水设计手册 (第五册)城镇排水M. 北京: 中国建2筑工业出版社, 2000
