污泥低温干化工艺的工程实践与运行成本分析

污泥低温干化工艺的工程实践与运行成本分析

杭州某污水处理厂污泥处理采用离心脱水+低温干化工艺，分析了低温干化工艺的运行状况和存在的问题。污泥低温干化后质量约缩减67.8%，提升了外运处置的稳定性，但也存在产泥高峰期处理能力不足和臭气处理等问题。在干化运行成本中，电费占47.07%，运输费用占14.01%，处置费用占25.47%，运维费用占11.08%，除臭费用占2.37%。该厂污泥干化后外运和湿污泥直接外运两种运行模式的价格平衡点为污泥运输处置单价340元/t，从经济性和运行稳定性分析，现阶段采用湿污泥外运处置模式。

1 项目概况

杭州市某污水处理厂设计污水处理规模为10×10⁴ m?/d，平均产泥率约0.1%，近年来基本处于满负荷运行状态，产生含水率为80%的湿污泥约36 000t/a。该污水处理厂以实现污泥的安全稳定有效处理和减量化、稳定化为目的，综合考虑工艺的技术成熟度、环境影响等主要因素，最终选择低温带式干化工艺作为厂内污泥深度处理提升改造技术路线，污泥干化至含水率为30%左右后外运焚烧和堆肥处置。

污泥干化前后对比见图1。

 

2 运行情况

2. 1　人员配置

该项目干化机选型特点为小功率、多台数，与其他项目的大功率、少台数相比有较大差异。由于干化生产线涵盖的设备类型和数量多，管理和维护作业量大，厂内干化车间设置运行人员5人，其中1人为管理人员，实行24 h轮班制，负责厂内剩余污泥转化为干化污泥的全过程管控，包含处理泥量和含水率的调控、干化设施清灰、设施设备的润滑维护、突发故障初步排除、车间卫生保洁、生产报表记录、隐患排查等内容。

2. 2　主要运行参数

干化机出风温度设定为70 ℃，回风温度约35 ℃。调试期间将出风温度从55~70 ℃逐步降温控制，降低干化温度能抑制臭味物质的释放［1］，但实际效果显示此机型干化机随着控制温度的下调干化速率大幅降低，要想接近额定处理量其出风温度至少需提升至70 ℃左右。湿热空气在蒸发器处冷凝后湿度由80%降至20%左右，有别于污泥高温干化冷凝水（高浓度有机废水［2-3］）需要妥善处理才能排放，低温干化冷凝水无需特殊处理且产生量较少（约3 m?/h），其主要水质指标COD为（988±292） mg/L、氨氮为（66±9. 7）mg/L、总氮为（80±13）mg/L、总磷为（0. 01±0. 005）mg/L、悬浮物为（4. 4±0. 98）mg/L、pH为7. 96±0. 15，亦无明显颜色和气味，排入厂内污水管后即可被4 000 m?/h左右的进水充分稀释。干燥箱内3层聚乙烯履带由上到下的污泥摊铺厚度依次为3~5、6~8、8~10 cm，污泥在干燥箱内总停留时间约3 h。

 

2. 4　存在的主要问题

2. 4. 1　臭气

对8台干化机整体加装玻璃罩以控制车间内臭气外逸。由于干化机密闭性与预想存在明显偏差，运行中干化机内部呈现正压状态，大量酸性恶臭气体从干化机柜体拼缝处外逸，漏风量远高于团体标准要求的1%，造成干化车间罩内臭气浓度普遍在1 000以上，同时检测到VOCs物质，罩内温度高于室外环境温度3~5 ℃，作业环境恶劣。解决措施：

①对干化机封闭性能进行改进，在柜体拼接处加装密封条的同时打胶双重密闭，清灰料斗及泥样观察口处加装两道密封防护罩，从源头减少臭气逸出量。

②额外加装1套额定处理能力为25 000 m?/h的光催化氧化+等离子工艺除臭系统，理想状态下罩内空间将增加12次/h的换风次数，改善罩内作业环境。改造后现状罩内臭气浓度维持在500左右，处理后尾气通过有组织排放臭气浓度为200左右。

车间内输送机和干化机近端、卸料等部位产生的高强源臭气由生物除臭滤池处理，尾气有组织排放，排放口臭气浓度低于2 000。针对干化臭气进气浓度高且组分复杂（检测到甲硫醇、甲硫醚、二甲二硫、氨、硫化氢等），仅依靠现有生物滤池难以充分处理的问题，后续将对现有生物滤池进行扩容，再叠加其他除臭工艺，进一步降低尾气浓度［4-5］。

2. 4. 2　高峰处理能力不足

该污水处理厂3月—5月处于产泥高峰，月均产泥率高达14 t湿泥（含水率80%）/104 m3，试图放宽干化机的出泥含水率控制，增加处理量以接纳前端脱水机的全部产泥，但是含水率降至40%~55% 时污泥呈“黏滞”状态，具有很强的黏附和结团能力，若再往45%以上控制，极易在后端长距离的输送刮板及料仓上黏滞挂壁，最终造成结团堵塞，因此在产泥高峰期干化车间实际处理量尚不能满足生化系统的正常排泥需求。同时设备性能也未能达到设计高峰时处理能力不低于120 t/d（干泥含水率≤40%）的要求，干化机处理能力冗余不足。

2. 4. 3　贮泥料仓容量过小

干泥料仓容积按照干化车间2 d的产量周转设计为60 m?，但实践中发现污泥含水率下降后颗粒间孔隙率大幅增加，干化后污泥堆积密度仅为0.5 t/m3左右。因此，料仓的实际存储量仅为30 t干泥，贮存周期降为设计的1/2，需增加每日清运频次，同时干泥密度过低也极大影响污泥的运输成本。

2. 4. 4　污泥摊铺不均匀

污泥摊铺履带上同一截面的污泥干燥程度不均匀，在出泥端的网带上愈发明显（见图5）。由图5可知，左侧干燥程度良好，右侧污泥成团偏湿，通过排查确定主因是挤条机轴承磨损致使对辊间隙不均匀，湿污泥通过挤条造粒后掉落于第一层网带时出现不均匀摊铺现象，后续对挤条机的对辊轴承进行更换、间隙调节均匀后，污泥摊铺不均匀问题大幅改善，同时也排除了干燥箱内风道存在短流的嫌疑。

3. 2　污泥处理处置成本分析

由于干化设备维护及臭气治理等原因，干化车间于2023年6月开始停运整修，停运期间厂内污泥采用离心脱水后直接外运处置方式。2021 年—2023年同期（7月—12月）生产运行数据比较如表2所示。

在此期间，污泥均运至同一处置单位进行焚烧处置。2021年、2022年干化运行期间污泥（含水率80%）处理处置成本分别为378、371元/t，较2023年同期干化停运状况下成本（392元/t）分别节省14、21元/t。其中干化车间维护费用占总成本的11. 08%，运输费用占14. 01%，处置费用占25. 47%，电费占47. 07%，除臭费用占2. 37%，干化实际运行成本高于预估。

 

3. 3　运输处置单价调整的影响分析

污泥低温干化运行成本优势在于厂内污泥就地减量后可大幅降低后续的外运处置费用，当污泥运输处置单价动态调整时，厂内采用污泥低温干化和湿污泥直接外运两种运行模式对应的成本差异也随之变化。不同的污泥运输处置单价下，两种运行模式所对应的成本见图10。当运输处置单价<340元/t时，湿污泥处置成本低于干污泥；当运输处置单价>340元/t时，湿污泥处置成本高于干污泥。

单价340元/t为两种运行模式的成本平衡点。

4 结论

① 该污水处理厂实施污泥低温干化项目后，污泥就地减量67. 8%，大幅减少了污泥外运车次和处置量，但实际运行中存在产泥高峰期处理能力不足、干化机密封不完善臭气外逸严重、既有除臭设施对干化臭气难以充分处理等问题，亟需进行设备密封以及除臭设施升级改造。未来在此类干化项目的实施前要充分考虑其臭气治理难度，除臭能力设计要保证一定的冗余度。

② 干化主机单位去水能耗较高，达到3. 11kg（/ kW·h），干化运行时其各项费用占比分别为：除臭占2. 37%，运维占11. 08%，运输占14. 01%，处置占25. 47%，电费占47. 07%，其中电费占比最高，为日常运行中降本增效的主要优化对象，应采取及时做好干化挤条机的预知维护，尽可能降低前端湿污泥含水率等举措以提升干化速率，降低能耗。

③ 随着污泥运输和处置单价的降低，低温干化项目较原厂内直接湿泥外运模式逐渐失去运行成本低的优势，甚至出现反差，污泥运输处置单价340 元/t为干化投运和停运的成本平衡点，当前约300元/t的运输处置单价下选择干化停运直接湿泥外运模式更为经济和稳定。

④ 干化机进泥含水率的变化对污泥处理处置成本产生关联影响，湿污泥含水率从83% 降至79%，吨干质单位成本由1 893元/t降至1 499元/t，降幅20. 8%。对离心脱水阶段的设施优化改进也将成为成本控制的重要组成部分。