目前, 我国各省市环保部门对污水处理厂出泥污泥含水率的要求基本上均按照≤60%的标准执行, 含水率未能达到本标准的将面临着降低污泥含水率的提标改造需求。为使污泥含水率≤60%, 国内常采用的污泥脱水设备是高压隔膜板框压滤机。

直压式污泥脱水机 (下称直压式) 与高压隔膜板框压滤机 (下称板框式) 相比, 其设备形式及压滤污泥的方式完全不同, 为了解直压式压滤技术的可行性、实际处理效果及建设运行成本, 特与高压隔膜板框压滤技术进行详细经济技术对比分析。经现场调研并对现场处理后污泥泥质含水率取样检测, 污泥含水率可达到60%以下。总体上, 相对高压隔膜板框压滤机, 直压式压滤机系统一次投资较高, 运行成本低, 直压式压滤机不用投加药剂污泥含水率亦可降低到60%以下, 可实现污泥的资源化利用。

污泥中所含的水分包括孔隙水、毛细水、吸附水和结合水, 空隙水是污泥颗粒之间的一部分游离水, 占污泥总含水量的65%～85%。直压脱水可将绝大部分空隙水从污泥中分离出来。毛细水指污泥颗粒之间的毛细管水, 约占污泥中总含水量的15%～25%, 直压脱水可通过高压挤压污泥颗粒, 破坏毛细管表面张力和凝聚力从而将毛细水分离处理。市政污泥的主要特征是含水率高, 有机物含量较高, 易腐殖。

直压式压滤机是将污水处理厂污泥经预浓缩处理后, 或将80%含水率的污泥直接在直压式压滤机内压榨, 利用“压豆腐干”原理, 无需投加生石灰、PAM及PAC或铁盐药剂, 经过自动包泥 (进泥) 、初压、主压、卸泥4个工序后, 污泥出泥泥饼含水率可达到≤60%。

系统主要包括自动包污系统、初压系统、程序化主压滤系统、自动卸泥系统4个子系统, 各系统是独立的框架, 经流水式作业后实现污泥脱水。

主要包括进料机、自动抓滤布、滤板机、自动翻板机、压滤框等。

包括自动初压装置等, 一般工作压力保持在3～5 MPa。

主要包括主液压系统、导向系统、排水系统等, 一般工作压力保持在10～20 MPa。

主要包括自动翻布机、自动卸板机、自动卸泥机、自动输送滤布、滤板机、污泥输送机、压滤框转运系统等。

直压式压滤技术污泥处理一般工艺流程见图1。

生化污泥经预处理浓缩脱水后将污泥含水率降至80%左右, 之后经螺杆泵送入直压式压滤机处理, 含水率降低至60%后外运进行后续处置。

污泥处理工艺流程中, 污泥自动包污系统耗时最多, 一般需3 h, 预压、主压、卸泥工段均按照3 h控制, 因此一个框架系统从进泥到出泥全流程运行时间约为9 h。

污泥先经过投加石灰、铁盐/铝盐、PAM等药剂进行破膜及改性调理, 使污泥颗粒包括细小的颗粒及胶体颗粒凝聚、絮凝, 以改善其脱水性能。用进料泵打进高压隔膜压滤机。高压隔膜板框压滤机利用过滤板、隔膜板和滤布组成的可变滤室过滤单元, 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, 利用压榨泵往压滤机隔膜板中注入高压水, 利用隔膜张力对污泥进行强力挤压脱水。滤液透过滤布排出, 固体物质被滤布阻隔, 形成含水率较低的干物质。

通用型的高压隔膜板框压滤机由5大部分组成:机架部分 (基座、压紧板、止推板、主梁) 、过滤部分 (滤板、滤布) 、自动拉板部分、液压系统部分和电气控制部分。部分设备配有接液翻板、导料斗等装置。

高压隔膜板框压滤技术一般工艺流程见图2。

高压隔膜板框压滤机的工作流程主要分为5个步骤:进料过滤—隔膜压榨—吹脱—卸料—清洗滤布。其中, 清洗滤布步骤不是每个批次都运行, 而是根据压滤机实际工作情况决定。一般情况下, 每台压滤机正常工作10～15个批次后进行1次清洗滤布。

为定性说明直压压滤机与高压隔膜板框压滤机的性能, 2种压滤机的性能对比见表1。

在投资及运行成本上, 直压式压滤机与高压隔膜板框压滤机有较大区别, 为充分比较两者的差别, 本次分别列出当处理边界同等的条件下时, 对比两者的投资及运行成本, 见表2。

处理污泥均为生化系统剩余活性污泥, 其有机成分常在60%～85%^[1], 剩余活性污泥pH为6.5～7.5^[1]。

2种压滤机工程量清单详见表3～表6。

在上述2方案下, 高压隔膜板框压滤机与直压式压滤机投资及运行成本情况如表7所示, 由表7 可知, 本项目直压式压滤较板框式压滤一次性工程投资较高, 其投资高压隔膜为板框压滤系统的1.67倍。

从运行成本对比 (见表8) 可知, 直压式压滤较高压隔膜板框压滤系统整体运行成本低15.1%, 年节约运行费用144.87万元。2种压滤机的直接运行成本见表9和表10。

高压隔膜板框压滤机可散装或整机进场, 其主机供货周期为1个月。直压式压滤机为散装进场, 其主机供货周期为3～4个月。直压式压滤机较高压隔膜压滤机主机供货周期长2～3个月。高压隔膜板框式压滤机系统与直压式压滤系统安装调试一般均需3个月完成。

与污泥脱水至含水率80%外运相比, 直压式压滤机每天可减少污泥体积41 m³/d, 高压隔膜板框压滤机每天可减少污泥体积32 m³/d。污泥处置费按350元/t核算, 直压式压滤机每年可减少污泥运输及处置费553万元/年, 高压隔膜板框压滤机每年可减少污泥运输及处置费443.8万元/年。

直压式压滤机因不投加石灰、铁盐/铝盐, 与高压隔膜板框压滤机相比节省了药剂消耗且绿色环保, 实现污泥真正的减量化, 且处理后的污泥亦可进行污泥资源化利用。

常规市政剩余活性污泥直压式压滤机、高压隔膜压滤机出泥泥饼含水率均可稳定达到≤60%。因直压式压滤机系统未投加化学药剂, 不影响污泥后续利用, 亦不增加无效污泥量, 压滤后污泥可用于园林绿化等方面, 实现污泥资源化利用。

直压式压滤系统较传统高压隔膜板框压滤系统一次工程投资高, 运行费用低。以16.2 tDS/d处理量为例, 直压式压滤系统工程一类费为板框式压滤系统的1.68倍, 直接运行成本直压式压滤机为高压隔膜板框压滤机成本的84.9%, 通过节省运行成本回收投资需要4.4年。若为厂内改造项目, 厂内一般已有污泥脱水至80%左右的污泥脱水机, 则原厂区污泥脱水系统仍可正常使用, 直压式压滤系统投资可减少, 回收投资年限将缩短至3年左右。

因此, 直压式压滤技术尤其适用于现有污水处理厂出泥含水率80%降低至60%的改造项目, 可实现原有污泥脱水系统继续使用。直压式压滤技术针对市政污泥无需投加药剂, 因其未投加化学药剂, 适用于市政污泥需要资源化利用的项目。

常规项目直压式压滤机、高压隔膜板框压滤机出泥含水率均可稳定达到≤60%, 直压式压滤机甚至能将污泥含水率降低至55%。对于污泥中有机质含量较高的项目, 需要做试验确定泥饼是否能稳定达到60%以下。

直压式压滤系统较传统高压隔膜板框压滤系统一次工程投资高, 运行费用低。直压式压滤机处理系统未投加化学药剂, 经过高压压榨即可实现污泥含水率由80%降低至60%。不影响污泥后续利用, 亦不增加无效污泥量, 实现污泥真正的减量化, 且处理后污泥可实现资源化利用。鉴于目前直压式压滤机成熟型号较少, 较适用于处理规模在5万m³/d以上的污水处理厂污泥脱水项目, 若处理规模在5万m³/d以下时采用直压式压滤机时建议进行进一步经济比选后确定。