污 xxxx 污水处理厂
泥 处 置 方
xxxx 环境工程技术有限公司
2016年3月5日
案
目 录
一、污泥概述 ............................................ 1
二、污泥干化 ............................................ 1
1、深度脱水是污泥处置的前提 ........................... 1
2、污泥干化技术 ....................................... 2
2.1 热干化 ......................................... 2
2.2 石灰干化 ....................................... 4
2.3 常温高效深度干化（TSP 工艺） .................... 5
2.4 技术比较 ....................................... 6
三、TSP 常温干化系统 ..................................... 8
1、工艺流程概述 ....................................... 8
1.1 调理+压滤单元 .................................. 9
1.2 预混单元及输送 ................................ 10
1.3 干化单元 ...................................... 10
2 极端天气（温度低于20℃）情况说明 ................... 11
四、污泥最终处置 ....................................... 12
1、烧制水泥 .......................................... 12
2、焙烧制砖 .......................................... 13
3、焚烧 .............................................. 14
4、卫生填埋 .......................................... 16
五、污泥脱水实验结果（某污水水厂剩余污泥实验） .......... 17
1、脱水小试实验 ...................................... 17
2、压滤脱水中试实验 .................................. 19
六、工艺确定与参数配置.................................. 22
1、工艺确定和占地面积 ................................ 22
2、设备选型 .......................................... 24
七、投资估算和运行成本.................................. 26
1. 投资估算 ........................................... 26
2. 运营费用估算 ....................................... 26
一、污泥概述
xxxx 污水处理有限公司位于著名风景名胜区鼓山南麓，是福州市实施水环境治理的核心工程，同时也是福建省重要环保教育基地之
一。一期工程设计处理能力为20万吨/日，于1999年10月动工，2002年12月建成，2003年1月1日开始通水试运行，同年6月份投入正常运行，2004年4月达产。二期工程设计处理能力为10万吨/日，于2005年底动工， 2007年11月投产，同时一期工程分批进行升级改造，并于2008年8月全部改造完成。其远期规划工程规模为日处理污水60万吨。
污水处理一期工程采用卡鲁塞尔氧化沟处理工艺（改造后称为A-C 工艺），二期工程采用AAO 处理工艺，由预处理系统、生化处理系统、污泥处理系统和中央控制系统组成。在处理过程中产生的剩余污泥由污泥泵排至污泥浓缩池，浓缩至含水率96%左右，而后经均质池均质后送至脱水机房加药混合并经脱水机脱水，形成含水率约85%的泥饼共计300 t/d。
二、污泥干化
1、深度脱水是污泥处置的前提
污泥的高含水率是制约污泥处置的最主要的瓶颈，而污水处理厂产生的剩余污泥，经过常规脱水后含水率在85%左右，无法达到减量化、无害化、资源化处置的要求。同时，我国出台的多项污泥处理处置标准中，均对污泥含水率做出了严格的规定和限制。
《水泥窑协同处置污泥工程设计规范》(GB50757-2012)中规定，
污泥含水率≤30%方可从分解炉进料；《城镇污水处理厂污泥处置 混合填埋泥质》(GB/T 23485-2009)规定，污泥用于混合填埋时含水率＜60%，用于填埋场覆盖土时含水率＜45%；《城镇污水处理厂污泥处置 园林绿化用泥质》(GBT 23486-2009) 中规定污泥园林绿化利用时含水率＜40%；《城镇污水处理厂污泥处置 制砖用泥质》(GB/T 25031-2010) 中规定污泥用于制砖时含水率≤40%。
因此，若要实现污泥减量化、无害化、资源化处置，深度脱水干化是关键。
2、污泥干化技术
污泥干化技术目前主要有热干化、石灰干化和常温高效深度干化等三种。
2.1 热干化
污泥干燥是通过对污泥进行加热，除去其水分得到粉粒体的工艺过程。由于污泥是高含水、中高粘度的物料，所以需采用防粘、破碎强度大、蒸发强度大的干燥方式来进行。从目前国内外已采用的污泥干燥设备形式来看，一般有如下几种设备形式：回转圆筒式干燥器、流化床式干燥器、带式干燥器、搅拌式干燥器、闪蒸干燥机等。他们与不同的干燥热源相配套，适用于不同性质的污泥处理。近年来，国外一些公司对上述产品进行了一系列的改进，以提高其热效率，降低运行成本。例如，对回转圆筒式干燥器已加工成多层往返结构形式，提高了干燥时间，减少了干燥机的结构尺寸，并且采用了多种前期预
处理工艺，使得其处理的污泥范围大大提高。
污泥干燥后可大大减少污泥体积，例如8吨80%含水率的污泥干燥成12%的干粉后仅1吨左右，重量降低了7倍，降低了运输成本，减少了占地空间。污泥干燥后的干粉产品，经过污泥成分分析表明大部分污泥中含有丰富的有机质和氮、磷、钾元素，是土地利用良好的资源化原料。因此，污泥干燥化处理是污泥处置的有效方法之一。污泥干燥是污泥最终处置和再利用过程中不可缺少的重要环节，通过污泥干燥过程可快速实现无害化、减量化，经过烘干处置后的污泥其含水率可减少至5%~20%，可用于制作复合肥、建筑材料、工程回填土等。
污泥干燥能使污泥显著减容，体积可以减少4-5倍，产品稳定、无臭且无病原生物，干燥处理后的污泥产品用途多，可以用作肥料、土壤改良剂、替代能源等。但污泥热干燥技术要求和处理成本较高，管理较复杂。
图1 污泥热干化工艺流程
污泥热干化工艺分为直接加热式和间接加热式。直接加热式：将燃烧室产生的热气与污泥直接进行接触混合，使污泥得以加热，水分得以蒸发并最终得到干污泥产品，是对流干化技术的应用；间接加热
式：将燃烧炉产生的热气通过蒸汽、热油介质传递，加热器壁，从而使器壁另一侧的湿污泥受热、水分蒸发，是传导干化技术的应用。
2.2 石灰干化
石灰干化技术是利用混合设备将污泥与生石灰等固化剂充分搅拌接触，通过物理化学反应达到降低含水率、去除臭味、杀灭微生物和病原菌并有效钝化重金属的效果。
污泥石灰干化处理的工艺流程如图2所示。
图2 污泥石灰干化工艺流程
目前，北京正在运用石灰干化工艺处理处置污泥的有方庄污水处理厂污泥石灰干化工程和小红门污水处理厂污泥石灰干化工程。方庄污水处理厂污泥石灰干化工程，处理能力为20~30 t/d污泥（含水率80%），工程总投资881万元，投资成本约为30~44万元/t（含水率80%污泥），运行成本为90元/t（含水率80%污泥），石灰投加率为湿污泥（含水率80%）质量的30%，处理后污泥含水率约为40%；小红门污水处理厂污泥石灰干化厂，处理能力为400t/d污泥（含水率80%），工程总投资1000万元，投资成本约为2.5万元/t（含水率80%
污泥），运行成本为150元/t（含水率80%污泥），石灰投加率为湿污泥质量的20%~30%，处理后污泥含水率＜60%。
污泥石灰干化的优点是建设投资小，设施建设周期短；缺点是石灰需求量大，石灰投加率为污泥（含水率80%）质量的20%~30%，相当于污泥中干物质的总量的1~1.5倍。采用该工艺，污泥增量十分明显，且石灰干化污泥很难实现最终减量化、无害化、资源化处置。
2.3 常温高效深度干化（TSP 工艺）
污泥常温高效干化工艺是对污泥进行调理脱水处理，在污泥调理反应器中，通过加入污泥调理脱水剂破坏污泥的胶态结构，改变有机胶体物质的亲水性，减少污泥与水间的亲和力，改善污泥的浓缩性能和脱水性能。经过调理后，污泥中的间隙水、毛细结合水与污泥颗粒分离，达到污泥脱水的目的。流体状态的污泥经污泥泵输送到污泥脱水车间，经过板框脱水机挤压脱水后，使污泥的含水率可降低到40%-65%左右，制成半干化污泥饼。
图3 污泥常温高效干化工艺流程
半干化污泥饼进入粉化干化设备，通过高速对碰得到塑解，破坏了污泥与水的结合状态，改变了污泥-水的结合度和表面张力，可从污泥中解离出大量间隙水、外表水、内部水。同时，以污泥粉化干化设备（TSP 主机）内吸进的大量自然空气为介质，污泥粉表面湿度小于内部湿度，促使污泥粉的内部水分快速渗出，实现污泥和水分的分离，最终形成含水率15%-25%的稳定污泥干粉，污泥干粉粒径范围为50-200µm。
污泥常温高效干化工艺的整个过程，均可在常温下进行，处置的投资和运行成本大大低于热干化和焚烧工艺，污泥干化处置后可减重70%以上。处理后的污泥干粉中具有热值高、水分少、粒径小的特点，可作为替代燃料以及其他多种资源化方式的原料。
2.4 技术比较
(1) 污泥热干化工艺可将污泥含水率降至30%以下，快速实现减量化。但是处理设施投资大，处理费用高，产生大量臭气和高浓度凝结水都需进行专门处理。
(2) 污泥石灰干化工艺投资在所有六种工艺中最小，但是该工艺石灰需求量大，石灰投加率为污泥（含水率80%）质量的20%～30%，相当于污泥中干物质的总量的1～1.5倍，且产品最终处置出路不确定。
(3) 污泥常温高效干化工艺的投资和运行成本均较低，并且大大低于常用的热干化和污泥焚烧工艺。污泥常温干化过程中，基本无臭
气产生，改性剂加入量较小，能耗低，处理后污泥含水率可降至15%以下，减量化效果非常明显。
综上所述，污泥常温干化工艺项目投资小、建设周期短、处置成本低，可做到污泥干化及明显减量化，相比于其他污泥处理处置工艺具有明显的优势。
三、TSP 常温干化系统
1、工艺流程概述
根据我方设备处理多种类污泥及生活污泥的实际运行经验，为更准确的核算处理成本，保守起见，设计调理脱水后污泥含水率降至60%-65%。
含水率为85%左右的污泥，首先进行调理改性、压滤，使含水率降至65%左右，然后进入预混待料处理单元，在此含水率65%左右的半干料与含水率25%左右的成品料，按一定的比例混合并搅拌均匀，最后进入主处理单元TSP 干化系统，经过TSP 干化系统后，原料最终含水率达到25%以下。
各工艺单元设计：
1.1 调理+压滤单元
压滤单元的选择：
推荐选择隔膜式板框压滤机。
隔膜式压滤机，也就是隔膜压滤机，是滤板与滤布之间加装了一层弹性膜的压滤机。使用过程中，当入料结束，可将高压流体或气体介质注入隔膜板中，这时整张隔膜就会鼓起压迫滤饼，进而实现滤饼的进一步脱水，就是通常讲的压榨过滤。
隔膜压滤机具有压榨压力高、耐腐蚀性能好维修方便、安全可靠等优点。已被广泛应用于需要固液分离的各个领域。隔膜式压滤机被认为是普通厢式压滤机的替代升级设备。隔膜式压滤机在单位面积处理能力、降低滤饼水分、对处理物料的性质的适应性等方面都表现出较好的效果。
隔膜压滤机应用于污泥、污水处理，滤饼含水率最低已经做到60%以下，相比传统的带式压滤机，滤饼的含固率最高可提高2倍以上，滤饼运输成本大大降低，滤饼可进入电厂直接燃烧，真正将污泥变资源，污水变清泉，完全取代了带式压滤机。
某污水厂现场试验照片，污泥滤饼含水率65%以下。
1.2 预混单元及输送
本TSP 系统处理含水率40%以下的物料效率最高，但是目前隔膜压滤机无法实现脱水至40%的工作，所以需要加设预混单元，用含水率＞40%的物料与含水率＜25%的物料混合搅拌均匀，使含水率达到40%，再进TSP 干化单元处理。
预混单元设有原料仓（含水率＞40%）、原料皮带输送机、干粉仓（含水率≤25%）、干粉螺旋输送机、破碎机、搅拌混合仓、预混成品待料仓、入料仓、刮板机等几个部分。
原料和干粉通过各自的输送机构进入搅拌混合仓并充分混合搅拌，使含水率将至40%，储存在预混成品待料仓内，然后经过入料仓，并通过刮板机输送至TSP 干化主机干化处理。
1.3 干化单元
本系统是常温（20℃）干化系统，以电能为动力，不借助热能，相对于热干化技术节能40%，干化后的污泥呈粉状，方便储存、运输。
本单元主要分为入料仓、称重定量系统、主机、主管道、旋风除尘、布袋除尘及成品收集等几部分。本系统将半干化污泥（含水率约40%）与空气一起进入TSP 主机，并在设备内完全混合同向紊流移动。污泥颗粒进入干化室的同时，粉碎机主轴以3000-6000r/min高速运转，在干化室中形旋转流动气、固混合物质，在强扰动旋流作用下粉碎的污泥颗粒由于粒径不同、微裂隙不同、密度不同、粘度不同、硬度不同等因素，相互不规则碰撞形成粒径100-200μm 的粉末体，污泥通过高速旋转对碰得以塑解，破坏了泥渣与水的结合状态，改变了泥
渣与水的结合度和表面张力，从泥渣中解离出大量间隙水、外表水，泥渣粉体细小的粒径和巨大比表面积使泥渣中的水分分离出来并与空气介质结合被带出，表面水分的剥离导致泥渣粉表面湿度小于内部湿度，促使泥粉的内部水分快速渗出并再次与空气介质结合被带出，到旋风收集固体物料（含水率25%-30%），水分由布袋排到空气中，经过输送系统将成品输送到收集机构，回料输送机为了物料的多次反复反应，引风机保证系统负压。
2 极端天气（温度低于20℃）情况说明
环境温度＜20℃，环境温度不能满足系统要求，需对进口空气进行预热升温。
若全部利用外加热源，全年平均环境加热成本22元/t；如果完全利用厂区废热水、气、汽（60℃以上），则可以节省此部分成本。
四、污泥最终处置
污泥的最终处置途径有多种，如焚烧、填埋、建材化、土地利用、热解资源化（辅助燃料、污泥活性炭）等。
1、烧制水泥
水泥窑炉处置污泥是目前污泥处置最彻底的工业方案之一，在一定程度上可以实现部分成本回收。水泥窑炉处理在处理污泥等危险废弃物方面具有很大的优越性：(1) 水泥窑内温度高，气体温度可达1350-1650℃，对有害成分焚烧率可达99.999%；(2) 滞留时间长，水泥回转窑内气体通过时间一般为4~8秒，可以使有害成分得到更加充分的处理；(3) 热稳定性好，水泥回转窑内容积大并有大量高温熔体；(4) 水泥回转窑内的碱性物质可以和废弃物中的酸性物质相化合形成稳定的盐类，利于废气的净化处理；(5) 水泥回转窑可将废弃物中的绝大部分重金属元素固定在熟料中，避免再次扩散之害。除此之外，水泥窑炉处置固体废物还有无废渣排出、焚烧状态稳定、减少废气排放等诸多优点。
污泥无机部分的化学特性与水泥生产所用的原料基本相似，由污泥制造的水泥与普通硅酸盐水泥相比，在颗粒度、比重等方面基本相似，而在稳固性、膨胀密度、固化时间等指标方面较好。
通常情况下，污泥作为水泥原料要与粉煤灰、石膏、黏土等原料混合后烧制水泥，水泥烧制温度为1350～1650℃，燃料消耗量和二氧化碳排放量低于传统水泥烧制，其工艺原理流程见图4。污泥生产
生态水泥技术不要求对原料进行预处理，污泥中的污染物可以被破坏，因此利用水泥回转窑处理污泥不仅具有焚烧法的减容、减量化特点，且燃烧后的残渣成为水泥熟料的一部分，是一种体现固体废物处理的无害化、减量化、资源化原则的较好的污泥处理处置和利用方法。
图4 污泥烧制水泥工艺原理流程
2、焙烧制砖
利用污泥焚烧灰渣制砖时，由于污泥灰制砖工艺与干污泥制砖工艺基本相同，灰渣的化学成分与制砖粘土的化学成分也基本相近，制坯时只需添加适量粘土与调和剂，直接将污泥灰与其他制砖原料混合掺配，成型烧结制砖，比较适宜的配料重量比为灰渣：粘土：污泥＝100:50:（15～20）。烧制过程将有毒重金属都封存在污泥中，也杀死了所有有害细菌和有机物，烧制出的砖没有异味。污泥烧砖既实现了废物利用，又减轻了污泥处理负担，是污泥资源化利用的较好途径。
图5 污泥制砖工艺流程
污泥制砖的方法有两种，一种是用干化污泥直接制砖，另一种是用污泥灰渣制砖。用干化污泥制砖时，污泥的无机成分与制砖粘土的
化学成分相近，可部分替代粘土作为制砖原料，将经过粉碎筛分的污泥与辅料混合制坯干燥后采用隧道窑制砖工艺高温焙烧即可制得污泥砖，工艺路线见图5。
污泥制砖的主要优点是处置污泥量大，降低污泥处置成本。用干污泥制砖相对于污泥焚烧灰制砖成本要低，制砖过程中污泥在焙烧阶段实现焚烧处理，彻底氧化分解有机物、形成稳定金属氧化物。但是污泥制砖之前需要先将污泥干燥粉碎，不能直接将湿污泥混入制砖原料进行生产，同时也存在占地面积大，工程投资高、运行费用贵，经济效益差的缺点。
3、焚烧
污泥的焚烧首先需进行干化或半干化，在引燃时添加辅助燃料，其后可以达到自燃。采用先进的热交换系统，可以依靠污泥焚烧所产生的热能进行干化，其热量可以满足大部分甚至全部干化的需要。未经干化或半干化处理的污泥焚烧由于过多的水分将难以点燃，其热量平衡为负数，即必须添加燃料才能维持焚烧。
焚烧处置主要分为两大类：一类是将脱水污泥直接送焚烧炉焚烧，另一类是将脱水污泥先干化后再焚烧。污泥焚烧要求污泥有较高的热值，因此污泥一般不进行消化处理。第一类直接焚烧工艺可焚烧75%~80%含水率的污泥，为了保证污泥的稳定燃烧，并对污泥含水率的波动具有一定的适应性，一般都需掺入辅助燃料（煤或油）。普通的焚烧方法必须掺入大量的辅助燃料来稳定燃烧，且燃烧效率和热效率低。近年来，国外发展生产了污泥专用循环流化床焚烧炉，通过尽
可能多地回收燃烧烟气中的热量，把辅助燃料的添加量减至最低。该种焚烧炉具有燃烧效率高、燃料适应性广、燃料预处理系统简单等一系列优点，并且燃烧后灰渣易于实现综合利用。
污泥焚烧的优点在于其产物为无菌无臭的无机残渣，实现了无菌化和减量化。在所有的污泥处置途径中，焚烧方法产生的剩余物最少，而且无异味。焚烧后产生的残灰可以改良土壤、筑路，制砖瓦、陶瓷、混凝土填料等。
焚烧与其它处理方法相比具有以下优点：①焚烧可以使剩余污泥的体积最小化，最终需要处置的物质很少，不存在重金属离子污染的问题，有时焚烧灰还可制成有用的产品，是相对比较安全的一种污泥处置方式；②污泥处理速度快，不需要长期储存，占地面积小；③污泥可就地焚烧，不需要长距离运输；④可以回收能量用于发电和供热；⑤通过焚烧炉的正确设计和采用低污染的焚烧工况可有效防止二次污染。近年来，由于采用了合适的预处理工艺和先进的焚烧方法，满足了越来越严格的环境要求。
污泥干燥焚烧的典型工艺流程如图6所示。来自污水处理厂的剩余污泥经浓缩、脱水、干燥后进入污泥焚烧炉，焚烧余热可用于空气预热和污泥干燥，焚烧炉尾气经烟气净化系统去除大部分污染物后排入大气。戴南镇市污水处理厂的出厂污泥在干燥焚烧厂内经过流化床低温干燥系统脱水至含水率10%左右即可进行焚烧，焚烧后的灰渣可作为资源重复利用。
图6 污泥干燥焚烧工艺流程
4、卫生填埋
污泥的卫生填埋始于60年代，是在传统填埋的基础上从保护环境角度出发，经过科学选址和必要的场地防护处理，具有严格的管理制度和科学的操作方法。污泥消化后经脱水再进行填埋是目前国内许多大型污水处理厂中常采取的方式，经过消化后的污泥有机物含量减少，性能稳定，总体积减少，脱水后作填埋处置是一种比较经济的处理方式。
卫生填埋操作相对简单，投资费用较小，处理费用较低，适应性强。但是其侵占土地严重，如果防渗技术不够，将导致潜在的土壤和地下水污染。污泥卫生填埋到目前为止已经发展成为一项比较成熟的污泥处置技术。
五、污泥脱水实验结果（某污水水厂剩余污泥实验）
实验使用的复合调理剂包括：Reagent D-1，Reagent C-1，Reagent C-2，Reagent F-1，PAM 。
实验中采用不同的药剂组合调理污泥，然后进行脱水。
1、脱水小试实验
第一次取样量较少，试验中将污泥静置浓缩，取下层沉淀物进行小试抽滤脱水试验。下层沉淀污泥含水率为96.367%。
图7 第一次取样
调理脱水实验步骤：
① 分别往烧杯中倒入污泥。之后分别加入调理剂，再次用混凝搅拌仪搅拌(300 r·min-1) 30min，以使药剂与污泥充分均匀混合，调理反应。
② 调理完成后，用量筒取调理后的污泥置于装有定性滤纸的布氏漏斗中，在真空压力为-0.08 ~ -0.04MPa的负压下进行抽滤脱水，
以30s 内无滤液流下为脱水终点。
调理脱水装置、调理后样品如图7-图9所示。
图7 抽滤装置
图8 调理搅拌
图9 调理后污泥
调理后的污泥呈现明显的水、固分离现象，脱水性能得到明显改善。调理先后污泥滤饼的含水率如表1所示，相比于原污泥，调理后
污泥含水率明显降低。
表1 不同药剂组合调理后的污泥滤饼含水率
图10 污泥原样脱水效果 图11 调理后污泥脱水效果 从抽滤后污泥滤饼形貌可以看出，相比于原污泥（图10），调理后的污泥（图11）在抽滤脱水过程中产生更多裂纹，水分更多、更快的滤出。
2、压滤脱水中试实验
为得到与未来实际生产相一致的结果，我公司再次将足够量的污
泥样品（原泥含水率96.057%），完成了压滤脱水中试实验。并在上述实验完成后，将设备运至污水厂现场，完成了重复性实验。图12为设备照片。
图12 实验用压滤机
图13 压滤脱水后的污泥滤饼
图14 污水厂现场重复性实验
实验结果如下：
表2 压滤脱水中试实验
由表2可知，压滤脱水后，污泥含水率可降至61%-65%。
六、工艺确定与参数配置
1、工艺确定和占地面积
（1）以上实验虽然不是在xxxx 污水处理厂现场操作，但是和xxxx 污水处理厂是同类型的生活污水处理厂，鉴于以上实验我们确定，不需要该厂的压滤脱水机，而是采用高压板框脱水，从该厂的污泥浓缩池内，直接提升到调理改性系统后再经过高压板框高压过滤后，可以大大的降低泥饼的含水率，为后续降低污泥含水率奠定基础，从而降低污泥干化的成本。经过高压板框过滤后的泥饼，进入储存仓库，储存能力是一天的处理量，然后再进入TSP 系统处理。
由此我们确定了污泥处理流程为：
改性调理单元选用一套，高压板框选用六台设备，TSP 常温干化配置五条生产线。各单元预计占地面积约为： 改性单元占地15m*10m=150㎡ 高压板框单元占地26m*16m =420㎡
TSP 单元占地36m*28m=1040㎡ 储存仓库1200㎡
2、设备选型
七、投资估算和运行成本
1. 投资估算
本投资不包括建筑工程部分和除臭、运输装卸设施。 （1）板框脱水单元
改性单元投资为120万元，高压板框机每套投资估算为270万元，总共六套，总投资为1620万元。全部脱水单元总投资约为1740万元。 （2）TSP 常温干化单元
TSP 常温干化系统每套投资为300万元，五套总投资为1500万元。 （3）项目总投资约为3240万元。 2. 运营费用估算
本项目采用投资运营收费的方式，保底污泥量（含水率85%）按300t/d记取，运营期限按5年计算，运营费用约370元/吨（计费标准以含水率85%的污泥进行计算）。
污 xxxx 污水处理厂
泥 处 置 方
xxxx 环境工程技术有限公司
2016年3月5日
案
目 录
一、污泥概述 ............................................ 1
二、污泥干化 ............................................ 1
1、深度脱水是污泥处置的前提 ........................... 1
2、污泥干化技术 ....................................... 2
2.1 热干化 ......................................... 2
2.2 石灰干化 ....................................... 4
2.3 常温高效深度干化（TSP 工艺） .................... 5
2.4 技术比较 ....................................... 6
三、TSP 常温干化系统 ..................................... 8
1、工艺流程概述 ....................................... 8
1.1 调理+压滤单元 .................................. 9
1.2 预混单元及输送 ................................ 10
1.3 干化单元 ...................................... 10
2 极端天气（温度低于20℃）情况说明 ................... 11
四、污泥最终处置 ....................................... 12
1、烧制水泥 .......................................... 12
2、焙烧制砖 .......................................... 13
3、焚烧 .............................................. 14
4、卫生填埋 .......................................... 16
五、污泥脱水实验结果（某污水水厂剩余污泥实验） .......... 17
1、脱水小试实验 ...................................... 17
2、压滤脱水中试实验 .................................. 19
六、工艺确定与参数配置.................................. 22
1、工艺确定和占地面积 ................................ 22
2、设备选型 .......................................... 24
七、投资估算和运行成本.................................. 26
1. 投资估算 ........................................... 26
2. 运营费用估算 ....................................... 26
一、污泥概述
xxxx 污水处理有限公司位于著名风景名胜区鼓山南麓，是福州市实施水环境治理的核心工程，同时也是福建省重要环保教育基地之
一。一期工程设计处理能力为20万吨/日，于1999年10月动工，2002年12月建成，2003年1月1日开始通水试运行，同年6月份投入正常运行，2004年4月达产。二期工程设计处理能力为10万吨/日，于2005年底动工， 2007年11月投产，同时一期工程分批进行升级改造，并于2008年8月全部改造完成。其远期规划工程规模为日处理污水60万吨。
污水处理一期工程采用卡鲁塞尔氧化沟处理工艺（改造后称为A-C 工艺），二期工程采用AAO 处理工艺，由预处理系统、生化处理系统、污泥处理系统和中央控制系统组成。在处理过程中产生的剩余污泥由污泥泵排至污泥浓缩池，浓缩至含水率96%左右，而后经均质池均质后送至脱水机房加药混合并经脱水机脱水，形成含水率约85%的泥饼共计300 t/d。
二、污泥干化
1、深度脱水是污泥处置的前提
污泥的高含水率是制约污泥处置的最主要的瓶颈，而污水处理厂产生的剩余污泥，经过常规脱水后含水率在85%左右，无法达到减量化、无害化、资源化处置的要求。同时，我国出台的多项污泥处理处置标准中，均对污泥含水率做出了严格的规定和限制。
《水泥窑协同处置污泥工程设计规范》(GB50757-2012)中规定，
污泥含水率≤30%方可从分解炉进料；《城镇污水处理厂污泥处置 混合填埋泥质》(GB/T 23485-2009)规定，污泥用于混合填埋时含水率＜60%，用于填埋场覆盖土时含水率＜45%；《城镇污水处理厂污泥处置 园林绿化用泥质》(GBT 23486-2009) 中规定污泥园林绿化利用时含水率＜40%；《城镇污水处理厂污泥处置 制砖用泥质》(GB/T 25031-2010) 中规定污泥用于制砖时含水率≤40%。
因此，若要实现污泥减量化、无害化、资源化处置，深度脱水干化是关键。
2、污泥干化技术
污泥干化技术目前主要有热干化、石灰干化和常温高效深度干化等三种。
2.1 热干化
污泥干燥是通过对污泥进行加热，除去其水分得到粉粒体的工艺过程。由于污泥是高含水、中高粘度的物料，所以需采用防粘、破碎强度大、蒸发强度大的干燥方式来进行。从目前国内外已采用的污泥干燥设备形式来看，一般有如下几种设备形式：回转圆筒式干燥器、流化床式干燥器、带式干燥器、搅拌式干燥器、闪蒸干燥机等。他们与不同的干燥热源相配套，适用于不同性质的污泥处理。近年来，国外一些公司对上述产品进行了一系列的改进，以提高其热效率，降低运行成本。例如，对回转圆筒式干燥器已加工成多层往返结构形式，提高了干燥时间，减少了干燥机的结构尺寸，并且采用了多种前期预
处理工艺，使得其处理的污泥范围大大提高。
污泥干燥后可大大减少污泥体积，例如8吨80%含水率的污泥干燥成12%的干粉后仅1吨左右，重量降低了7倍，降低了运输成本，减少了占地空间。污泥干燥后的干粉产品，经过污泥成分分析表明大部分污泥中含有丰富的有机质和氮、磷、钾元素，是土地利用良好的资源化原料。因此，污泥干燥化处理是污泥处置的有效方法之一。污泥干燥是污泥最终处置和再利用过程中不可缺少的重要环节，通过污泥干燥过程可快速实现无害化、减量化，经过烘干处置后的污泥其含水率可减少至5%~20%，可用于制作复合肥、建筑材料、工程回填土等。
污泥干燥能使污泥显著减容，体积可以减少4-5倍，产品稳定、无臭且无病原生物，干燥处理后的污泥产品用途多，可以用作肥料、土壤改良剂、替代能源等。但污泥热干燥技术要求和处理成本较高，管理较复杂。
图1 污泥热干化工艺流程
污泥热干化工艺分为直接加热式和间接加热式。直接加热式：将燃烧室产生的热气与污泥直接进行接触混合，使污泥得以加热，水分得以蒸发并最终得到干污泥产品，是对流干化技术的应用；间接加热
式：将燃烧炉产生的热气通过蒸汽、热油介质传递，加热器壁，从而使器壁另一侧的湿污泥受热、水分蒸发，是传导干化技术的应用。
2.2 石灰干化
石灰干化技术是利用混合设备将污泥与生石灰等固化剂充分搅拌接触，通过物理化学反应达到降低含水率、去除臭味、杀灭微生物和病原菌并有效钝化重金属的效果。
污泥石灰干化处理的工艺流程如图2所示。
图2 污泥石灰干化工艺流程
目前，北京正在运用石灰干化工艺处理处置污泥的有方庄污水处理厂污泥石灰干化工程和小红门污水处理厂污泥石灰干化工程。方庄污水处理厂污泥石灰干化工程，处理能力为20~30 t/d污泥（含水率80%），工程总投资881万元，投资成本约为30~44万元/t（含水率80%污泥），运行成本为90元/t（含水率80%污泥），石灰投加率为湿污泥（含水率80%）质量的30%，处理后污泥含水率约为40%；小红门污水处理厂污泥石灰干化厂，处理能力为400t/d污泥（含水率80%），工程总投资1000万元，投资成本约为2.5万元/t（含水率80%
污泥），运行成本为150元/t（含水率80%污泥），石灰投加率为湿污泥质量的20%~30%，处理后污泥含水率＜60%。
污泥石灰干化的优点是建设投资小，设施建设周期短；缺点是石灰需求量大，石灰投加率为污泥（含水率80%）质量的20%~30%，相当于污泥中干物质的总量的1~1.5倍。采用该工艺，污泥增量十分明显，且石灰干化污泥很难实现最终减量化、无害化、资源化处置。
2.3 常温高效深度干化（TSP 工艺）
污泥常温高效干化工艺是对污泥进行调理脱水处理，在污泥调理反应器中，通过加入污泥调理脱水剂破坏污泥的胶态结构，改变有机胶体物质的亲水性，减少污泥与水间的亲和力，改善污泥的浓缩性能和脱水性能。经过调理后，污泥中的间隙水、毛细结合水与污泥颗粒分离，达到污泥脱水的目的。流体状态的污泥经污泥泵输送到污泥脱水车间，经过板框脱水机挤压脱水后，使污泥的含水率可降低到40%-65%左右，制成半干化污泥饼。
图3 污泥常温高效干化工艺流程
半干化污泥饼进入粉化干化设备，通过高速对碰得到塑解，破坏了污泥与水的结合状态，改变了污泥-水的结合度和表面张力，可从污泥中解离出大量间隙水、外表水、内部水。同时，以污泥粉化干化设备（TSP 主机）内吸进的大量自然空气为介质，污泥粉表面湿度小于内部湿度，促使污泥粉的内部水分快速渗出，实现污泥和水分的分离，最终形成含水率15%-25%的稳定污泥干粉，污泥干粉粒径范围为50-200µm。
污泥常温高效干化工艺的整个过程，均可在常温下进行，处置的投资和运行成本大大低于热干化和焚烧工艺，污泥干化处置后可减重70%以上。处理后的污泥干粉中具有热值高、水分少、粒径小的特点，可作为替代燃料以及其他多种资源化方式的原料。
2.4 技术比较
(1) 污泥热干化工艺可将污泥含水率降至30%以下，快速实现减量化。但是处理设施投资大，处理费用高，产生大量臭气和高浓度凝结水都需进行专门处理。
(2) 污泥石灰干化工艺投资在所有六种工艺中最小，但是该工艺石灰需求量大，石灰投加率为污泥（含水率80%）质量的20%～30%，相当于污泥中干物质的总量的1～1.5倍，且产品最终处置出路不确定。
(3) 污泥常温高效干化工艺的投资和运行成本均较低，并且大大低于常用的热干化和污泥焚烧工艺。污泥常温干化过程中，基本无臭
气产生，改性剂加入量较小，能耗低，处理后污泥含水率可降至15%以下，减量化效果非常明显。
综上所述，污泥常温干化工艺项目投资小、建设周期短、处置成本低，可做到污泥干化及明显减量化，相比于其他污泥处理处置工艺具有明显的优势。
三、TSP 常温干化系统
1、工艺流程概述
根据我方设备处理多种类污泥及生活污泥的实际运行经验，为更准确的核算处理成本，保守起见，设计调理脱水后污泥含水率降至60%-65%。
含水率为85%左右的污泥，首先进行调理改性、压滤，使含水率降至65%左右，然后进入预混待料处理单元，在此含水率65%左右的半干料与含水率25%左右的成品料，按一定的比例混合并搅拌均匀，最后进入主处理单元TSP 干化系统，经过TSP 干化系统后，原料最终含水率达到25%以下。
各工艺单元设计：
1.1 调理+压滤单元
压滤单元的选择：
推荐选择隔膜式板框压滤机。
隔膜式压滤机，也就是隔膜压滤机，是滤板与滤布之间加装了一层弹性膜的压滤机。使用过程中，当入料结束，可将高压流体或气体介质注入隔膜板中，这时整张隔膜就会鼓起压迫滤饼，进而实现滤饼的进一步脱水，就是通常讲的压榨过滤。
隔膜压滤机具有压榨压力高、耐腐蚀性能好维修方便、安全可靠等优点。已被广泛应用于需要固液分离的各个领域。隔膜式压滤机被认为是普通厢式压滤机的替代升级设备。隔膜式压滤机在单位面积处理能力、降低滤饼水分、对处理物料的性质的适应性等方面都表现出较好的效果。
隔膜压滤机应用于污泥、污水处理，滤饼含水率最低已经做到60%以下，相比传统的带式压滤机，滤饼的含固率最高可提高2倍以上，滤饼运输成本大大降低，滤饼可进入电厂直接燃烧，真正将污泥变资源，污水变清泉，完全取代了带式压滤机。
某污水厂现场试验照片，污泥滤饼含水率65%以下。
1.2 预混单元及输送
本TSP 系统处理含水率40%以下的物料效率最高，但是目前隔膜压滤机无法实现脱水至40%的工作，所以需要加设预混单元，用含水率＞40%的物料与含水率＜25%的物料混合搅拌均匀，使含水率达到40%，再进TSP 干化单元处理。
预混单元设有原料仓（含水率＞40%）、原料皮带输送机、干粉仓（含水率≤25%）、干粉螺旋输送机、破碎机、搅拌混合仓、预混成品待料仓、入料仓、刮板机等几个部分。
原料和干粉通过各自的输送机构进入搅拌混合仓并充分混合搅拌，使含水率将至40%，储存在预混成品待料仓内，然后经过入料仓，并通过刮板机输送至TSP 干化主机干化处理。
1.3 干化单元
本系统是常温（20℃）干化系统，以电能为动力，不借助热能，相对于热干化技术节能40%，干化后的污泥呈粉状，方便储存、运输。
本单元主要分为入料仓、称重定量系统、主机、主管道、旋风除尘、布袋除尘及成品收集等几部分。本系统将半干化污泥（含水率约40%）与空气一起进入TSP 主机，并在设备内完全混合同向紊流移动。污泥颗粒进入干化室的同时，粉碎机主轴以3000-6000r/min高速运转，在干化室中形旋转流动气、固混合物质，在强扰动旋流作用下粉碎的污泥颗粒由于粒径不同、微裂隙不同、密度不同、粘度不同、硬度不同等因素，相互不规则碰撞形成粒径100-200μm 的粉末体，污泥通过高速旋转对碰得以塑解，破坏了泥渣与水的结合状态，改变了泥
渣与水的结合度和表面张力，从泥渣中解离出大量间隙水、外表水，泥渣粉体细小的粒径和巨大比表面积使泥渣中的水分分离出来并与空气介质结合被带出，表面水分的剥离导致泥渣粉表面湿度小于内部湿度，促使泥粉的内部水分快速渗出并再次与空气介质结合被带出，到旋风收集固体物料（含水率25%-30%），水分由布袋排到空气中，经过输送系统将成品输送到收集机构，回料输送机为了物料的多次反复反应，引风机保证系统负压。
2 极端天气（温度低于20℃）情况说明
环境温度＜20℃，环境温度不能满足系统要求，需对进口空气进行预热升温。
若全部利用外加热源，全年平均环境加热成本22元/t；如果完全利用厂区废热水、气、汽（60℃以上），则可以节省此部分成本。
四、污泥最终处置
污泥的最终处置途径有多种，如焚烧、填埋、建材化、土地利用、热解资源化（辅助燃料、污泥活性炭）等。
1、烧制水泥
水泥窑炉处置污泥是目前污泥处置最彻底的工业方案之一，在一定程度上可以实现部分成本回收。水泥窑炉处理在处理污泥等危险废弃物方面具有很大的优越性：(1) 水泥窑内温度高，气体温度可达1350-1650℃，对有害成分焚烧率可达99.999%；(2) 滞留时间长，水泥回转窑内气体通过时间一般为4~8秒，可以使有害成分得到更加充分的处理；(3) 热稳定性好，水泥回转窑内容积大并有大量高温熔体；(4) 水泥回转窑内的碱性物质可以和废弃物中的酸性物质相化合形成稳定的盐类，利于废气的净化处理；(5) 水泥回转窑可将废弃物中的绝大部分重金属元素固定在熟料中，避免再次扩散之害。除此之外，水泥窑炉处置固体废物还有无废渣排出、焚烧状态稳定、减少废气排放等诸多优点。
污泥无机部分的化学特性与水泥生产所用的原料基本相似，由污泥制造的水泥与普通硅酸盐水泥相比，在颗粒度、比重等方面基本相似，而在稳固性、膨胀密度、固化时间等指标方面较好。
通常情况下，污泥作为水泥原料要与粉煤灰、石膏、黏土等原料混合后烧制水泥，水泥烧制温度为1350～1650℃，燃料消耗量和二氧化碳排放量低于传统水泥烧制，其工艺原理流程见图4。污泥生产
生态水泥技术不要求对原料进行预处理，污泥中的污染物可以被破坏，因此利用水泥回转窑处理污泥不仅具有焚烧法的减容、减量化特点，且燃烧后的残渣成为水泥熟料的一部分，是一种体现固体废物处理的无害化、减量化、资源化原则的较好的污泥处理处置和利用方法。
图4 污泥烧制水泥工艺原理流程
2、焙烧制砖
利用污泥焚烧灰渣制砖时，由于污泥灰制砖工艺与干污泥制砖工艺基本相同，灰渣的化学成分与制砖粘土的化学成分也基本相近，制坯时只需添加适量粘土与调和剂，直接将污泥灰与其他制砖原料混合掺配，成型烧结制砖，比较适宜的配料重量比为灰渣：粘土：污泥＝100:50:（15～20）。烧制过程将有毒重金属都封存在污泥中，也杀死了所有有害细菌和有机物，烧制出的砖没有异味。污泥烧砖既实现了废物利用，又减轻了污泥处理负担，是污泥资源化利用的较好途径。
图5 污泥制砖工艺流程
污泥制砖的方法有两种，一种是用干化污泥直接制砖，另一种是用污泥灰渣制砖。用干化污泥制砖时，污泥的无机成分与制砖粘土的
化学成分相近，可部分替代粘土作为制砖原料，将经过粉碎筛分的污泥与辅料混合制坯干燥后采用隧道窑制砖工艺高温焙烧即可制得污泥砖，工艺路线见图5。
污泥制砖的主要优点是处置污泥量大，降低污泥处置成本。用干污泥制砖相对于污泥焚烧灰制砖成本要低，制砖过程中污泥在焙烧阶段实现焚烧处理，彻底氧化分解有机物、形成稳定金属氧化物。但是污泥制砖之前需要先将污泥干燥粉碎，不能直接将湿污泥混入制砖原料进行生产，同时也存在占地面积大，工程投资高、运行费用贵，经济效益差的缺点。
3、焚烧
污泥的焚烧首先需进行干化或半干化，在引燃时添加辅助燃料，其后可以达到自燃。采用先进的热交换系统，可以依靠污泥焚烧所产生的热能进行干化，其热量可以满足大部分甚至全部干化的需要。未经干化或半干化处理的污泥焚烧由于过多的水分将难以点燃，其热量平衡为负数，即必须添加燃料才能维持焚烧。
焚烧处置主要分为两大类：一类是将脱水污泥直接送焚烧炉焚烧，另一类是将脱水污泥先干化后再焚烧。污泥焚烧要求污泥有较高的热值，因此污泥一般不进行消化处理。第一类直接焚烧工艺可焚烧75%~80%含水率的污泥，为了保证污泥的稳定燃烧，并对污泥含水率的波动具有一定的适应性，一般都需掺入辅助燃料（煤或油）。普通的焚烧方法必须掺入大量的辅助燃料来稳定燃烧，且燃烧效率和热效率低。近年来，国外发展生产了污泥专用循环流化床焚烧炉，通过尽
可能多地回收燃烧烟气中的热量，把辅助燃料的添加量减至最低。该种焚烧炉具有燃烧效率高、燃料适应性广、燃料预处理系统简单等一系列优点，并且燃烧后灰渣易于实现综合利用。
污泥焚烧的优点在于其产物为无菌无臭的无机残渣，实现了无菌化和减量化。在所有的污泥处置途径中，焚烧方法产生的剩余物最少，而且无异味。焚烧后产生的残灰可以改良土壤、筑路，制砖瓦、陶瓷、混凝土填料等。
焚烧与其它处理方法相比具有以下优点：①焚烧可以使剩余污泥的体积最小化，最终需要处置的物质很少，不存在重金属离子污染的问题，有时焚烧灰还可制成有用的产品，是相对比较安全的一种污泥处置方式；②污泥处理速度快，不需要长期储存，占地面积小；③污泥可就地焚烧，不需要长距离运输；④可以回收能量用于发电和供热；⑤通过焚烧炉的正确设计和采用低污染的焚烧工况可有效防止二次污染。近年来，由于采用了合适的预处理工艺和先进的焚烧方法，满足了越来越严格的环境要求。
污泥干燥焚烧的典型工艺流程如图6所示。来自污水处理厂的剩余污泥经浓缩、脱水、干燥后进入污泥焚烧炉，焚烧余热可用于空气预热和污泥干燥，焚烧炉尾气经烟气净化系统去除大部分污染物后排入大气。戴南镇市污水处理厂的出厂污泥在干燥焚烧厂内经过流化床低温干燥系统脱水至含水率10%左右即可进行焚烧，焚烧后的灰渣可作为资源重复利用。
图6 污泥干燥焚烧工艺流程
4、卫生填埋
污泥的卫生填埋始于60年代，是在传统填埋的基础上从保护环境角度出发，经过科学选址和必要的场地防护处理，具有严格的管理制度和科学的操作方法。污泥消化后经脱水再进行填埋是目前国内许多大型污水处理厂中常采取的方式，经过消化后的污泥有机物含量减少，性能稳定，总体积减少，脱水后作填埋处置是一种比较经济的处理方式。
卫生填埋操作相对简单，投资费用较小，处理费用较低，适应性强。但是其侵占土地严重，如果防渗技术不够，将导致潜在的土壤和地下水污染。污泥卫生填埋到目前为止已经发展成为一项比较成熟的污泥处置技术。
五、污泥脱水实验结果（某污水水厂剩余污泥实验）
实验使用的复合调理剂包括：Reagent D-1，Reagent C-1，Reagent C-2，Reagent F-1，PAM 。
实验中采用不同的药剂组合调理污泥，然后进行脱水。
1、脱水小试实验
第一次取样量较少，试验中将污泥静置浓缩，取下层沉淀物进行小试抽滤脱水试验。下层沉淀污泥含水率为96.367%。
图7 第一次取样
调理脱水实验步骤：
① 分别往烧杯中倒入污泥。之后分别加入调理剂，再次用混凝搅拌仪搅拌(300 r·min-1) 30min，以使药剂与污泥充分均匀混合，调理反应。
② 调理完成后，用量筒取调理后的污泥置于装有定性滤纸的布氏漏斗中，在真空压力为-0.08 ~ -0.04MPa的负压下进行抽滤脱水，
以30s 内无滤液流下为脱水终点。
调理脱水装置、调理后样品如图7-图9所示。
图7 抽滤装置
图8 调理搅拌
图9 调理后污泥
调理后的污泥呈现明显的水、固分离现象，脱水性能得到明显改善。调理先后污泥滤饼的含水率如表1所示，相比于原污泥，调理后
污泥含水率明显降低。
表1 不同药剂组合调理后的污泥滤饼含水率
图10 污泥原样脱水效果 图11 调理后污泥脱水效果 从抽滤后污泥滤饼形貌可以看出，相比于原污泥（图10），调理后的污泥（图11）在抽滤脱水过程中产生更多裂纹，水分更多、更快的滤出。
2、压滤脱水中试实验
为得到与未来实际生产相一致的结果，我公司再次将足够量的污
泥样品（原泥含水率96.057%），完成了压滤脱水中试实验。并在上述实验完成后，将设备运至污水厂现场，完成了重复性实验。图12为设备照片。
图12 实验用压滤机
图13 压滤脱水后的污泥滤饼
图14 污水厂现场重复性实验
实验结果如下：
表2 压滤脱水中试实验
由表2可知，压滤脱水后，污泥含水率可降至61%-65%。
六、工艺确定与参数配置
1、工艺确定和占地面积
（1）以上实验虽然不是在xxxx 污水处理厂现场操作，但是和xxxx 污水处理厂是同类型的生活污水处理厂，鉴于以上实验我们确定，不需要该厂的压滤脱水机，而是采用高压板框脱水，从该厂的污泥浓缩池内，直接提升到调理改性系统后再经过高压板框高压过滤后，可以大大的降低泥饼的含水率，为后续降低污泥含水率奠定基础，从而降低污泥干化的成本。经过高压板框过滤后的泥饼，进入储存仓库，储存能力是一天的处理量，然后再进入TSP 系统处理。
由此我们确定了污泥处理流程为：
改性调理单元选用一套，高压板框选用六台设备，TSP 常温干化配置五条生产线。各单元预计占地面积约为： 改性单元占地15m*10m=150㎡ 高压板框单元占地26m*16m =420㎡
TSP 单元占地36m*28m=1040㎡ 储存仓库1200㎡
2、设备选型
七、投资估算和运行成本
1. 投资估算
本投资不包括建筑工程部分和除臭、运输装卸设施。 （1）板框脱水单元
改性单元投资为120万元，高压板框机每套投资估算为270万元，总共六套，总投资为1620万元。全部脱水单元总投资约为1740万元。 （2）TSP 常温干化单元
TSP 常温干化系统每套投资为300万元，五套总投资为1500万元。 （3）项目总投资约为3240万元。 2. 运营费用估算
本项目采用投资运营收费的方式，保底污泥量（含水率85%）按300t/d记取，运营期限按5年计算，运营费用约370元/吨（计费标准以含水率85%的污泥进行计算）。