1、項目概況
杭州市某污水處理廠設(shè)計污水處理規(guī)模為10×104m³/d，平均產(chǎn)泥率約0.1%，近年來基本處于滿負荷運行狀態(tài)，產(chǎn)生含水率為80%的濕污泥約36000t/a。該污水處理廠以實現(xiàn)污泥的安全穩(wěn)定有效處理和減量化、穩(wěn)定化為目的，綜合考慮工藝的技術(shù)成熟度、環(huán)境影響等主要因素，最終選擇低溫帶式干化工藝作為廠內(nèi)污泥深度處理提升改造技術(shù)路線，污泥干化至含水率為30%左右后外運焚燒和堆肥處置。
污泥干化前后對比見圖1。
污泥低溫干化工程于2019年9月啟動建設(shè)，在現(xiàn)有脫水機房東側(cè)新建1座占地2000m2的污泥干化車間，車間內(nèi)安裝8臺140kW熱泵型低溫帶式干化機，單臺干化機內(nèi)設(shè)置6套相同的熱泵、鼓風(fēng)機、蒸發(fā)器、冷凝器等運行模塊，總投資為6000萬元，設(shè)計污泥處理規(guī)模為含水率80%濕污泥不低于100t/d（干泥含水率≤30%），高峰時處理能力不低于120t/d（干泥含水率≤40%）。
2020年10月開始進行運行調(diào)試。干化車間內(nèi)設(shè)施布局如圖2所示。
污泥低溫帶式干化系統(tǒng)主要包括輸送布料、污泥干化、污泥存儲、電控儀表等部分，其運行原理如圖3所示。
2、運行情況
2.1 人員配置
該項目干化機選型特點為小功率、多臺數(shù)，與其他項目的大功率、少臺數(shù)相比有較大差異。由于干化生產(chǎn)線涵蓋的設(shè)備類型和數(shù)量多，管理和維護作業(yè)量大，廠內(nèi)干化車間設(shè)置運行人員5人，其中1人為管理人員，實行24h輪班制，負責(zé)廠內(nèi)剩余污泥轉(zhuǎn)化為干化污泥的全過程管控，包含處理泥量和含水率的調(diào)控、干化設(shè)施清灰、設(shè)施設(shè)備的潤滑維護、突發(fā)故障初步排除、車間衛(wèi)生保潔、生產(chǎn)報表記錄、隱患排查等內(nèi)容。
2.2 主要運行參數(shù)
干化機出風(fēng)溫度設(shè)定為70℃，回風(fēng)溫度約35℃。調(diào)試期間將出風(fēng)溫度從55~70℃逐步降溫控制，降低干化溫度能抑制臭味物質(zhì)的釋放，但實際效果顯示此機型干化機隨著控制溫度的下調(diào)干化速率大幅降低，要想接近額定處理量其出風(fēng)溫度至少需提升至70℃左右。濕熱空氣在蒸發(fā)器處冷凝后濕度由80%降至20%左右，有別于污泥高溫干化冷凝水（高濃度有機廢水）需要妥善處理才能排放，低溫干化冷凝水無需特殊處理且產(chǎn)生量較少（約3m³/h），其主要水質(zhì)指標(biāo)COD為（988±292）mg/L、氨氮為（66±9.7）mg/L、總氮為（80±13）mg/L、總磷為（0.01±0.005）mg/L、懸浮物為（4.4±0.98）mg/L、pH為7.96±0.15，亦無明顯顏色和氣味，排入廠內(nèi)污水管后即可被4000m³/h左右的進水充分稀釋。干燥箱內(nèi)3層聚乙烯履帶由上到下的污泥攤鋪厚度依次為3~5、6~8、8~10cm，污泥在干燥箱內(nèi)總停留時間約3h。
2.3 實際運行情況
至2023年6月干化機共處理含水率為80%的濕污泥74781.87t，干化后出泥平均含水率為（35.1±11.25）%，污泥減量67.8%，干化車間單位電耗為375kW·h/m3冷凝水、干化主機單位輸入能耗去水量為3.11kg/（kW·h），未達到《污泥低溫帶式干化機》（T/CAMIE10—2021）標(biāo)準(zhǔn)中能耗不低于3.5kg/（kW·h）的要求。干化機投標(biāo)響應(yīng)文件對進泥含水率的適宜范圍為（80±2）%，實踐中其對進泥含水率非常敏感，進泥物料越干，擠條機對污泥造粒效果越好，良好的造粒成型度能極大增加干燥箱內(nèi)熱氣與污泥的接觸比表面積，有效提升干化速率。當(dāng)進泥含水率>81%時，其電耗將難以控制在384.6kW·h/m3冷凝水的考核值，進泥含水率>84%時呈現(xiàn)流態(tài)狀，在進入干化機后若未能及時發(fā)現(xiàn)，將造成網(wǎng)帶因污泥大量堆積出現(xiàn)過負荷拉斷現(xiàn)象（見圖4），導(dǎo)致運行癱瘓。
2.4 存在的主要問題
2.4.1 臭氣
對8臺干化機整體加裝玻璃罩以控制車間內(nèi)臭氣外逸。由于干化機密閉性與預(yù)想存在明顯偏差，運行中干化機內(nèi)部呈現(xiàn)正壓狀態(tài)，大量酸性惡臭氣體從干化機柜體拼縫處外逸，漏風(fēng)量遠高于團體標(biāo)準(zhǔn)要求的1%，造成干化車間罩內(nèi)臭氣濃度普遍在1000以上，同時檢測到VOCs物質(zhì)，罩內(nèi)溫度高于室外環(huán)境溫度3~5℃，作業(yè)環(huán)境惡劣。解決措施：①對干化機封閉性能進行改進，在柜體拼接處加裝密封條的同時打膠雙重密閉，清灰料斗及泥樣觀察口處加裝兩道密封防護罩，從源頭減少臭氣逸出量。②額外加裝1套額定處理能力為25000m³/h的光催化氧化+等離子工藝除臭系統(tǒng)，理想狀態(tài)下罩內(nèi)空間將增加12次/h的換風(fēng)次數(shù)，改善罩內(nèi)作業(yè)環(huán)境。改造后現(xiàn)狀罩內(nèi)臭氣濃度維持在500左右，處理后尾氣通過有組織排放臭氣濃度為200左右。
車間內(nèi)輸送機和干化機近端、卸料等部位產(chǎn)生的高強源臭氣由生物除臭濾池處理，尾氣有組織排放，排放口臭氣濃度低于2000。針對干化臭氣進氣濃度高且組分復(fù)雜（檢測到甲硫醇、甲硫醚、二甲二硫、氨、硫化氫等），僅依靠現(xiàn)有生物濾池難以充分處理的問題，后續(xù)將對現(xiàn)有生物濾池進行擴容，再疊加其他除臭工藝，進一步降低尾氣濃度。
2.4.2 高峰處理能力不足
該污水處理廠3月—5月處于產(chǎn)泥高峰，月均產(chǎn)泥率高達14t濕泥（含水率80%）/104m3，試圖放寬干化機的出泥含水率控制，增加處理量以接納前端脫水機的全部產(chǎn)泥，但是含水率降至40%~55%時污泥呈“黏滯”狀態(tài)，具有很強的黏附和結(jié)團能力，若再往45%以上控制，極易在后端長距離的輸送刮板及料倉上黏滯掛壁，最終造成結(jié)團堵塞，因此在產(chǎn)泥高峰期干化車間實際處理量尚不能滿足生化系統(tǒng)的正常排泥需求。同時設(shè)備性能也未能達到設(shè)計高峰時處理能力不低于120t/d（干泥含水率≤40%）的要求，干化機處理能力冗余不足。
2.4.3 貯泥料倉容量過小
干泥料倉容積按照干化車間2d的產(chǎn)量周轉(zhuǎn)設(shè)計為60m³，但實踐中發(fā)現(xiàn)污泥含水率下降后顆粒間孔隙率大幅增加，干化后污泥堆積密度僅為0.5t/m3左右。因此，料倉的實際存儲量僅為30t干泥，貯存周期降為設(shè)計的1/2，需增加每日清運頻次，同時干泥密度過低也極大影響污泥的運輸成本。
2.4.4 污泥攤鋪不均勻
污泥攤鋪履帶上同一截面的污泥干燥程度不均勻，在出泥端的網(wǎng)帶上愈發(fā)明顯（見圖5）。由圖5可知，左側(cè)干燥程度良好，右側(cè)污泥成團偏濕，通過排查確定主因是擠條機軸承磨損致使對輥間隙不均勻，濕污泥通過擠條造粒后掉落于第一層網(wǎng)帶時出現(xiàn)不均勻攤鋪現(xiàn)象，后續(xù)對擠條機的對輥軸承進行更換、間隙調(diào)節(jié)均勻后，污泥攤鋪不均勻問題大幅改善，同時也排除了干燥箱內(nèi)風(fēng)道存在短流的嫌疑。
2.4.5 濕污泥擠條造粒成型度下降
濕污泥的擠條造粒成型度下降，主要有3個原因：①污泥含水率高，污泥過濕；②擠條機銅梳隨著運行時間的增加，鋸齒逐漸被毛發(fā)等纖維類垃圾纏繞（見圖6），需要定期清理；③離心脫水階段絮凝劑使用量過大或藥劑質(zhì)量欠佳，造成污泥黏度增加。
2.4.6 干泥卸料車間空間不足
干泥卸料車間縱深為6.4m，僅適用于小型自卸工程車進出�？紤]到干泥密度小、自卸工程車交通管理要求高等因素，為保障運輸經(jīng)濟和交通管理便捷，選用13m長的大容量普通半掛貨車運輸干泥，針對車身長無法完全進入車間造成卸料時臭氣大量外逸擴散的問題，在車間門口安裝了電動推拉篷，將車身包裹密閉以減少臭氣擴散。
干泥卸料車間見圖7。
2.4.7 設(shè)備鏈條長
污泥處理生產(chǎn)鏈條長，從剩余污泥轉(zhuǎn)化為干污泥共涉及18個鏈節(jié)（見圖8），其中有9個鏈節(jié)為單一設(shè)備，當(dāng)其中任何單一設(shè)備故障時均會引起整條生產(chǎn)鏈的停運。對干化系統(tǒng)近兩年計劃外停運的故障原因分布進行統(tǒng)計，發(fā)現(xiàn)由單一設(shè)備故障引起整體停運的占75%，因此需著重做好設(shè)施設(shè)備的預(yù)知維護檢修以保障處理系統(tǒng)運行連續(xù)性。
3、運行成本分析
3.1 運行能耗分析
考核要求干化主機單位電耗≤330kW·h/m3冷凝水，干化車間總單位電耗≤384.6kW·h/m3冷凝水，近3年的運行數(shù)據(jù)如表1所示。
設(shè)備單位電耗隨著時間的推移呈現(xiàn)逐步上升趨勢，同時各月度均值也有較大幅度的波動（見圖9），主要原因有：①隨著季節(jié)的自然交替，活性污泥的脫水性狀有較大變化，離心機脫水難易程度不一。②供貨的絮凝藥劑發(fā)生變更，不同批次質(zhì)量相差較大，同步影響污泥脫水狀況。③干化擠條機運行一段時間后亟待維護整修，擠條造粒成效明顯下降。④因臭氣問題在某些時段干化機減量調(diào)試導(dǎo)致單位電耗上升。
3.2 污泥處理處置成本分析
由于干化設(shè)備維護及臭氣治理等原因，干化車間于2023年6月開始停運整修，停運期間廠內(nèi)污泥采用離心脫水后直接外運處置方式。2021年—2023年同期（7月—12月）生產(chǎn)運行數(shù)據(jù)比較如表2所示。
在此期間，污泥均運至同一處置單位進行焚燒處置。2021年、2022年干化運行期間污泥（含水率80%）處理處置成本分別為378、371元/t，較2023年同期干化停運狀況下成本（392元/t）分別節(jié)省14、21元/t。其中干化車間維護費用占總成本的11.08%，運輸費用占14.01%，處置費用占25.47%，電費占47.07%，除臭費用占2.37%，干化實際運行成本高于預(yù)估。
3.3 運輸處置單價調(diào)整的影響分析
污泥低溫干化運行成本優(yōu)勢在于廠內(nèi)污泥就地減量后可大幅降低后續(xù)的外運處置費用，當(dāng)污泥運輸處置單價動態(tài)調(diào)整時，廠內(nèi)采用污泥低溫干化和濕污泥直接外運兩種運行模式對應(yīng)的成本差異也隨之變化。不同的污泥運輸處置單價下，兩種運行模式所對應(yīng)的成本見圖10。當(dāng)運輸處置單價<340元/t時，濕污泥處置成本低于干污泥；當(dāng)運輸處置單價>340元/t時，濕污泥處置成本高于干污泥。單價340元/t為兩種運行模式的成本平衡點。
2024年原單一的污泥處置渠道擴展為A、B兩家，對應(yīng)的處置單價也較原價格分別降低90元/t和40元/t，A單位處置方式為堆肥，B單位處置方式為焚燒，堆肥、焚燒對出廠干泥的要求均傾向于低含水率、高有機分。隨著運輸處置單價的降低，廠內(nèi)污泥低溫干化減量化帶來的經(jīng)濟成本優(yōu)勢效應(yīng)大幅減弱。經(jīng)核算，2024年若干化投運，3種外運處置模式下其全年成本反而高于直接濕泥外運，詳細數(shù)據(jù)見表3。
全部污泥由A單位接納時反差最高為206萬元/a，由A、B等量處置情況下反差為129萬元。按照干化車間全生命周期20年估算，每年均攤資金成本約300萬元，若再疊加該部分建設(shè)成本，反差將進一步擴大（見圖11）。
廠內(nèi)當(dāng)前運輸處置單價為300元/t（低于340元/t價格平衡點），從成本經(jīng)濟性和運行穩(wěn)定性以及潛在的臭氣擴散風(fēng)險考量，當(dāng)前階段廠內(nèi)采用干化停運濕污泥直接外運處置模式更合適。
3.4 污泥含水率對污泥處理處置成本的影響
各污水處理廠進水水質(zhì)及工藝控制不同，其產(chǎn)生的剩余污泥脫水難易程度也有較大差異。該工程進水有機物濃度較高，生化系統(tǒng)活性污泥F值長期維持在0.6左右（冬季接近0.7），離心機脫水較為困難，日常出泥含水率為80%~82%。干化機進泥含水率變化與對應(yīng)的干化污泥處理處置成本關(guān)系見表4。
干化進泥含水率不同，其處理處置成本也呈現(xiàn)出差異。不同進泥含水率對應(yīng)的總成本和分項成本見圖12。進泥含水率越低，對應(yīng)的總成本也越低，濕污泥含水率從83%降至79%，干質(zhì)單位成本降幅約20.8%。受制于廠內(nèi)既有脫水設(shè)施的性能瓶頸，后續(xù)考慮增設(shè)濃縮池等措施進一步降低濕污泥含水率，對離心脫水階段的設(shè)施改進優(yōu)化也將成為成本控制的重要組成部分。
4、結(jié)論
①該污水處理廠實施污泥低溫干化項目后，污泥就地減量67.8%，大幅減少了污泥外運車次和處置量，但實際運行中存在產(chǎn)泥高峰期處理能力不足、干化機密封不完善臭氣外逸嚴(yán)重、既有除臭設(shè)施對干化臭氣難以充分處理等問題，亟需進行設(shè)備密封以及除臭設(shè)施升級改造。未來在此類干化項目的實施前要充分考慮其臭氣治理難度，除臭能力設(shè)計要保證一定的冗余度。
②干化主機單位去水能耗較高，達到3.11kg/（kW·h），干化運行時其各項費用占比分別為：除臭占2.37%，運維占11.08%，運輸占14.01%，處置占25.47%，電費占47.07%，其中電費占比最高，為日常運行中降本增效的主要優(yōu)化對象，應(yīng)采取及時做好干化擠條機的預(yù)知維護，盡可能降低前端濕污泥含水率等舉措以提升干化速率，降低能耗。
③隨著污泥運輸和處置單價的降低，低溫干化項目較原廠內(nèi)直接濕泥外運模式逐漸失去運行成本低的優(yōu)勢，甚至出現(xiàn)反差，污泥運輸處置單價340元/t為干化投運和停運的成本平衡點，當(dāng)前約300元/t的運輸處置單價下選擇干化停運直接濕泥外運模式更為經(jīng)濟和穩(wěn)定。
④干化機進泥含水率的變化對污泥處理處置成本產(chǎn)生關(guān)聯(lián)影響，濕污泥含水率從83%降至79%，噸干質(zhì)單位成本由1893元/t降至1499元/t，降幅20.8%。對離心脫水階段的設(shè)施優(yōu)化改進也將成為成本控制的重要組成部分。（來源：杭州市水務(wù)集團有限公司）
