污泥深度脱水一体化系统工艺技术与成套装备

摘要：针对污泥脱水领域现有设备存在的污泥脱水后含水率高、自动化运行程度低的问题，郑州国研环保科技有限公司自主研发出一体化污泥深度脱水系统，设备将污泥含水率由98%降低至≤60%，一站式实现污泥减量化、稳定化、无害化处理。一体化污泥深度脱水系统于2018年6月通过了河南省机械工程学会组织的成果鉴定，设备达到国际先进水平，2019年12月，“污泥深度脱水一体化系统工艺技术与成套装备”列入国家生态环境部“无废城市”建设试点先进适用技术（第一批）名单，已有30多套设备在河南、北京、河北、山西、陕西、贵州、山东等地污水处理厂投入运行，得到用户好评。

我国水资源极为紧张，而水资源的污染状况又极其严重。近十几年来，我国污水处理事业有所发展，国家污水控制目标已转向大规模治理污水，规划建设中大型污水处理厂。截至2018年12月底，全国设市城市、县（以下简称城镇，不含其他建制镇）累计建成污水处理厂6000余座，污水处理能力达2.1亿立方米/日，年产生含水率80%的污泥超过5500*104t。预计到2020年，年产污泥将达到9000万吨；工业污泥方面方面，1万吨废水产生10-30 吨污泥（含水率80%），当前废水排放量约220亿吨/年，则产污泥约 3520 万吨（含水率 80% ）；根据环保部对污水处理提标改造计划的落实，农村、城镇污水处理量也将大幅增加，污水处理量每年将提高6%以上。“水十条”规定，地级及以上城市污泥无害化处理处置率应于2020年底前达到90%以上。而根据调研结果显示，我国污水处理厂所产生的污泥，有70%没有得到妥善处置，污泥随意堆放及所造成的污染与再污染问题已经凸显出来，并且引起了社会的关注。

污泥是水处理过程中的固体废弃物，集中了水体中的大量细菌、病原体、有毒有害物质。污泥处理和处置是水处理过程中的难点，处理不当会造成严重的二次污染，使水处理的效果付诸东流。环保部办公厅文件环办[2010]157号《关于加强城镇污水处理厂污泥污染防治工作的通知》中明确要求“污泥处理处置应遵循减量化、稳定化、无害化和资源化的原则；污水处理厂以贮存为目的将污泥运出厂界的，必须将污泥脱水至含水率50%以下”，污水处理厂应当对污泥农用产生的环境影响负责；造成土壤和地下水污染的，应当进行修复和治理。《城镇污水处理厂污泥处置混合填埋泥质》（GB/T23485-2009）文件要求，用于填埋处理的污泥含水率应≤60%，作为垃圾填埋场覆盖土要求污泥含水率≤45%。

无论采取何种处置方式，降低出厂污泥含水率，从源头减量是污泥处理处置的关键和根本。再加上环保部门对剩余污泥的排放及污水处理厂出水水质的监管与处罚越来越严，对现有设备进行部分重置已迫在眉睫。

1、目前污泥干化设备类型

（1）板框式压滤机：压滤机将带有滤液通路的滤板和滤框平行交替排列，每组滤板和滤框中间夹有滤布，用压紧端把滤板和滤框压紧，使滤板与滤板之间构成一个压滤室。混合液从进料口流入，液体通过滤板从滤液出口排出，滤饼堆积在框内滤布上，滤板和滤框松开后滤饼剥落下来，滤饼含水率在60%左右， 属于间歇式生产。

（2）隔膜式压滤机：该设备是在板框式压滤机的基础上发展而来，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，滤饼含水率能到55-60%，属于间歇式生产。

（3）高压压榨过滤机：该设备是滤板采用碳钢材料，在入料结束后，利用高压油缸推动碳钢滤板挤压滤饼，将滤饼中的水分进一步压榨出来，原理与隔膜式压滤机相似，滤饼含水率能到55-60%，属于间歇式生产。

（4）一体化污泥深度脱水系统

郑州国研环保科技有限公司是一家专业从事污水处理过程中污泥安全处置与资源化技术研发、设备制造、项目投资和运营管理服务的企业。以污水处理厂、自来水厂的污泥脱水业务为主，客户主要覆盖水处理领域的行业设计院、咨询公司和专业水处理运营公司。公司已获得国家高新技术企业，国家科技型中小企业、河南省科技型中小企业、郑州市科技型中小企业、郑州市“专精特新”中小企业、河南省环保联合会副会长单位、第八届中国创新创业大赛国家总决赛先进企业、第八届中国创新创业大赛河南省赛区一等奖、2019年“创客中国”河南省中小企业创新创业大赛年度总决赛第一名、2019“郑创汇”国际创新创业大赛月赛一等奖、AAA级质量服务诚信单位、AAA级重合同守信用企业等资质证书。   

针对国内污泥处置现状和面临的实际问题，公司自主研发出“一体化污泥深度脱水系统”， 污泥从含水率98%直接脱水到60%以下，一站式实现污泥减量化、无害化处理。处理后的污泥可因地制宜采用土地利用、建材利用、电厂或水泥厂掺烧等多种方式综合处置、利用。该工艺可操作性更强，效果更好，经济效益明显。2018年5月该脱水系统经教育部科技查新工作站查新, 具有唯一性；2018年6月通过河南省机械工程学会组织评审专家进行的科技成果鉴定，结论为：郑州国研环保科技有限公司一体化污泥深度脱水系统技术达到国际领先水平。2019年12月，“污泥深度脱水一体化系统工艺技术与成套装备”列入国家生态环境部“无废城市”建设试点先进适用技术（第一批）名单。

一体化污泥深度脱水系统

污泥深度脱水后泥饼

2、几种污泥干化设备性能比较

（1）运行方式：郑州国研环保科技有限公司的一体化污泥深度脱水系统是连续化全自动运行，效率高，劳动强度低；板框式、隔膜式和高压压榨压滤机属于间歇式生产，滤饼有时不能全部脱落，需要人工辅助卸料，要有人员一直值守。

（2）配药自动化程度：国研环保公司的一体化污泥深度脱水系统是连续化运行方式，絮凝剂和石灰的添加和污水流量都是自动控制，连续稳定运行；板框式、隔膜式和高压压榨压滤机是间歇式运行，因初始阶段混合液流入快，后期阶段污泥堵塞滤布流入很慢，处理污水的流量不是恒定的，添加絮凝剂也无法恒定，需要靠经验人工添加，劳动强度大，含水率不稳定。

（3）药剂添加量：国研环保公司的一体化污泥深度脱水系统采用先絮凝再物理剪切破壁浓缩至污泥含水率75-80%，然后添加少量石灰进一步剪切和化学破壁，再次进行带式高压压榨过滤，药剂添加量少，效果好；板框式、隔膜式和高压压榨压滤机单独使用絮凝剂时，絮凝剂有絮凝包水作用，不易脱水，污泥含水率高，压榨时间长，效率低，絮凝剂用量大，经常会添加石灰或电石废渣和三氯化铁等调理污水，因污水需要絮凝剂絮凝包水，压榨时又需要石灰等调理脱水处理，同时添加到污水中有相互抵消作用，另外直接添加到污水中，混合调理液总量很大，石灰等用量也大，需要药剂总量大。

（4）设备维护维修费用：国研环保公司的一体化污泥深度脱水系统除石灰罐是碳钢内加防腐处理外，其余均为不锈钢304材质，耐腐蚀，寿命长。新型滤带具有较高的抗拉强度、耐曲折、耐酸碱、耐温度变化等特点，滤带更换周期长，维护维修费用低；板框式、隔膜式和高压压榨压滤机长期使用在高压和污泥腐蚀环境下，板框很容易发生老化、开裂或变形，造成密封不严，一般需要一年左右更换一次滤板，质量差的滤板有些半年就要更换一次，高压油缸系统长期使用也会磨损，精密度下降，后期维护费用很高。

表1 将污泥处理到含水率60%以下三种脱水机的性能与经济技术比较

脱水设备

隔膜式压滤机

高压压榨过滤机

国研深度脱水机

设备费用

（按吨污泥计算）

中

高

低

占地面积

大

大

小

基建费用

（按吨污泥计算）

3万元

4万元

0.05万元

药剂添加量

大

大

小

建设周期

3个月

3个月

10天

设备维护费用

高

（滤板寿命2~3年）

高

（滤板寿命2~3年）

低

配药自动化程度

间歇运行

自动化程度低

间歇运行

自动化程度低

连续运行

自动控制

（5）设备投资成本及建设周期：按照处理同样产量的污泥，国研环保公司的一体化污泥深度脱水系统，设备连续运行，效率高，投资小，可在原来厂房内安装，设备投资成本低及建设周期短；采用板框式、隔膜式和高压压榨压滤机，设备采用间歇式生产，效率低，设备投资大，占地面积大，原来的厂房无法满足使用，需要另外建设厂房和配套设施，其总费用很高且建设周期长。

表2 几种污泥脱水方式的比较

设备类型

板框压滤机

（传统工艺）

离心脱水机

（传统工艺）

带式压滤机（传统工艺）

新型一体化污泥深度脱水系统

使用方法

间歇脱水

液压过滤

连续脱水

离心力作用

连续脱水

机械挤压

连续脱水全自动运行

泥饼含水率

60%~65%

75%~80%

78%-85%

<60%

处理10万吨污水的污泥产生量

<65吨

80~100吨

80~100吨

<60吨

比能耗（kWh/t干固体）

30~50

30~60

8~20

5~10

现场环境

一般（卸饼时有异味）

较好（密封工作）

差（全程接触空气、异味浓）

较好、异味小

设备优点

泥饼含水率低

基建投资少

操作简便

能耗较低

自动化程度高、投资少、能耗更低、泥饼含水率低

设备缺点

间歇操作、

药剂消耗多

药剂用量大

电力消耗大

药剂用量大

含水率高

不明显

适用范围

中小型污泥脱水处理的场合

冶金、化工、市政污泥

城市生活污水

具有普遍适用性

由以上分析可知，一体化污泥深度脱水系统具有污泥含水率低、产生泥饼量少，日均费用低、处理成本低，与现有设备相比，即达到环保要求，又节省大量资金等优点。

3、国研环保技术优点

与目前国内普遍使用的脱水技术比较，具有以下优点：

（1）因地制宜，具有普遍适应性，普遍适用于市政污水及工业污水处理厂内污泥深度脱水和集中处理项目。

（2）系统结构紧凑，自动化程度高，投资少，能耗低，运行费用省。

（3）处理过程无臭味、噪音和废气污染，社会、环保效益显著。

4、一体化污泥深度脱水系统设备参数

机型

有效工作面宽度（mm）

运行功率（kw）

60%污泥处理量（kg/h）

DS标准处理量（kg/h）

匹配污水处理厂

（万吨/日）

与板框机产能对比

（350m2）

GYST 1000

1000

10

312

125

1

1

GYST 1500-A

1500

12

500

200

2～3

1.5

GYST 1500-B

1500

12

750

300

3～4

1.8

GYST 2000-A

2000

20

1500

600

7～8

3.5

5、设备成果鉴定

一体化污泥深度脱水系统于2018年6月通过了河南省机械工程学会组织的成果鉴定，设备达到国际先进水平，中国科技网进行了相关报道。2019年12月，“污泥深度脱水一体化系统工艺技术与成套装备”列入国家生态环境部“无废城市”建设试点先进适用技术（第一批）名单。设备已授权实用新型专利4项、软件著作权证书10项，公开发明专利3项，受理审查中的实用新型专利11项。

设备成果鉴定证书

国家生态环境部公示通知

6、设备应用案例

一体化污泥深度脱水系统已在河南、北京、河北、山西、陕西、贵州、山东等地污水处理厂投入运行，得到用户好评。环保部督查组领导、河南省生态环境厅领导、比利时环保协会会长、陕西省住建厅及环保厅领导、中国水务金达环保公司副总经理及总工程师、河海大学王超院士团队莅临设备运行现场视察工作。

陕西宝鸡市某污水处理厂，日处理污水13万吨。

河南新郑市某污水处理厂，日处理污水10万吨。

河南新郑市某污水处理厂，日处理污水6万吨。

河北邯郸市某污水处理厂，日处理污水3万吨。

新乡封丘县某污水处理厂，日处理污水3万吨。

陕西岐山县某污水处理厂，日处理污水3万吨。