特種壓濾機系統(tǒng)污泥干化技術(shù)
1、本技術(shù)在國內(nèi)外的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢
目前污水處理廠各類污泥經(jīng)普通脫水機脫水后的含水率大致為75%～85%。我國對污泥處理處置的總方針是減容、無害、資源化。欲達到這個要求，降低污泥的水份是關(guān)鍵。只有把污泥水分降至40～60%以下，諸多的資源化利用才有可能。但我國當前污泥干化市場要逾越含水40～60%這條“坎”困難重重。降低污泥水份目前的常規(guī)方法是：
（1） 機械脫水：目前市上常見的機械脫水有板框壓濾機；離心脫水；帶式壓濾脫水；螺旋壓榨脫水等。凡此幾種類型，脫水后的污泥終端水份均在75%~85%左右的范圍內(nèi)，所以減容不徹底,對后道的資源化利用未具可能終端資源化利用未達要求。
（2）熱力干化：市上所見方式諸多，例如回轉(zhuǎn)套筒干化；立式回流干化；低溫流化床；槳葉干化機；余熱煙氣干化等。但不管用何種形式，均是以熱能去除水份而又不能破壞污泥中原賦熱值，因此是以能量置換，是“以熱換熱”但其結(jié)果是“以大置小”，在現(xiàn)實應(yīng)用中投資大，運行成本高。目前市上雖有應(yīng)用，但只是無奈之舉。
在污泥處理處置領(lǐng)域，美欣達集團不斷開發(fā)和研究適合中國國情和節(jié)能減排環(huán)保政策的污泥處理新技術(shù)、新設(shè)備。
其中2006年引進了日本“槳葉式污泥干化技術(shù)”，在此基礎(chǔ)上，2007年成功制造了第一代利用蒸汽為熱源、日處理能力15噸的“轉(zhuǎn)盤式高速離心薄層污泥干燥機”，應(yīng)用于我公司印染污泥的干化處置，開始了我公司污泥干燥技術(shù)研發(fā)的起點，該設(shè)備主要是用于工業(yè)污水廠的污泥干化系統(tǒng)。
在此基礎(chǔ)上，2007年美欣達集團又引進了歐洲污泥珍珠工藝干化技術(shù)原理，研制開發(fā)了擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的第二代利用導熱油間接加熱的立式多盤污泥干燥機，并在我公司內(nèi)建立立了日處理能力25噸的污泥干化系統(tǒng)。
第一代的利用蒸汽為熱源
“轉(zhuǎn)盤式高速離心薄層污泥干燥機”和第二代的利用導熱油為熱源的“立式多盤污泥干燥機”都需要外部熱源和尾氣處理系統(tǒng)，因此處理成本較高，難以企業(yè)化運行。
為尋求一種低成本、高效率的符合國家循環(huán)經(jīng)濟要求的污泥處理處置技術(shù)方案，盡快解決污泥所帶來的環(huán)保問題，2008年，美欣達集團浙江旺能環(huán)保股份有限公司環(huán)境產(chǎn)業(yè)研究所在多年污泥干化處置研究的基礎(chǔ)上，自主開發(fā)了適合中國國情和節(jié)能減排環(huán)保政策的第三代污泥處置新技術(shù)——污泥化學改性加特種壓濾系統(tǒng)集成常溫干化技術(shù)，污泥通過加藥改性和機械壓濾方式把污泥含水率從80%左右降低至50%以下，再經(jīng)24～48小時自然風干后含水率已降低至20%左右甚至10%以下，干化后將此送至燃煤電廠或垃圾電廠與燃煤或生活垃圾混合焚燒發(fā)電，實現(xiàn)了污泥的減量化、無害化和資源化，現(xiàn)已在美欣達工業(yè)園內(nèi)建立了日處理30噸污泥干化處置生產(chǎn)線的示范工程，經(jīng)過一年多的調(diào)試，各項指標均達到設(shè)計效果，于2009年9月份已正式投入正常運行。
2009年9月份投入正常運行以來，每天正常處理25～30噸含水率80%左右的我公司印染污泥，干化后的污泥送至我公司燃煤電廠與燃煤混合焚燒發(fā)電，實現(xiàn)污泥處理的減量化、穩(wěn)定化、無害化，并最終實現(xiàn)能源和資源化。
為了保證該國際先進技術(shù)和國內(nèi)領(lǐng)先水平技術(shù)能向浙江省乃至全國推廣運用，利用我公司現(xiàn)有條件在美欣達工業(yè)園內(nèi)建立一套大型污泥處置示范工程項目，2009年12月在美欣達工業(yè)園興建了日處理200噸污泥處置示范項目，負責處理湖州市城區(qū)范圍內(nèi)的污泥處置項目，2010年二月初，又承接了河南省許昌市的日處理150噸的污泥處置項目。
自建立了日處理30噸污泥干化處置生產(chǎn)線的示范工程正常運行以來，我公司接待了多批前來考察洽談污泥處置項目的省內(nèi)外客戶，呈現(xiàn)出強烈的市場需求。
1）污泥化學改性特種壓濾常溫干化集成新技術(shù)的產(chǎn)生及技術(shù)特征：
該技術(shù)的主要特征是：從藥劑、機械匹配等方面進行了深入研究，從污泥中水的結(jié)構(gòu)特點入手，通過化學改性改變污泥中水的性質(zhì)加特種壓濾系統(tǒng)集成常溫干化技術(shù)，即不依賴任何外界熱能等條件，僅通過加藥改性和機械壓濾方式把污泥含水率從80～93%左右一次性降低至50%以下，再經(jīng)24～72小時自然風干后含水率可降低至20～30%左右。
污泥化學改性特種壓濾常溫干化集成技術(shù)是一項化學和物理兩種學科的交錯；是工藝技術(shù)和機械匹配的結(jié)合；是不同污泥物性和藥劑對應(yīng)的集成。我公司是在以前處理處置污泥的工程經(jīng)驗基礎(chǔ)上，深究源頭從機理、藥劑、機械進行匹配，并對工程實施進行了組合集成，構(gòu)成了一套可操作性的工程技術(shù)模式。我們認為此條技術(shù)路線有可能會成為今后我國污泥處理處置的市場主流。對此，我公司祈誠地向市場作出推薦。
2、本技術(shù)和工藝特點及主要工藝設(shè)備：
污泥化學改性特種壓濾常溫干化集成技術(shù)工藝及設(shè)備與通常的熱干化法相比，在投資和運行成本上更具競爭優(yōu)勢，市場前景廣闊，將廣泛地應(yīng)用于污水廠現(xiàn)有污泥脫水設(shè)施的改建、擴建及新建污水廠的污泥脫水，無疑將改變現(xiàn)有的常規(guī)脫水工藝及設(shè)備、熱干化處理等污泥處理處置市場格局，引領(lǐng)國內(nèi)污泥脫水處理行業(yè)發(fā)展。
污泥化學改性特種壓濾常溫干化集成技術(shù)從污泥含水分的賦存狀況入手，根據(jù)物化特性分段對應(yīng)，按其物性技術(shù)進行嫁接的創(chuàng)新特點，而且工藝簡單、操作方便、費用低廉、成果有效，具有經(jīng)濟實用性：
1）通過加藥改性和機械壓濾方式，使污泥含水率從80%左右降低至50%以下，再經(jīng)24～48小時自然風干后含水率已降低至20～30%左右；
2）加藥藥劑不改變污泥的有機質(zhì)，干化后的污泥熱值在600～1500Kcal，可作為低熱值燃料；
3）對污泥中的蛔蟲卵、糞大腸菌群、重金屬有去除作用，蛔蟲卵、糞大腸菌群等病原體去除率達90%以，重金屬的去除率達60%以上，部分重金屬的去除率達90%以上；
4）干化后的污泥泥質(zhì)達到污泥土地利用（農(nóng)用、園林綠化、土地改良）標準、填埋標準中的泥質(zhì)要求；
5）干化后的污泥抗壓強度好，透氣性優(yōu)良，雨水浸泡難溶蝕，確保不會產(chǎn)生二次污泥化，遇水溶解率小于5%；
因此，該污泥處置新技術(shù)——污泥化學改性加特種壓濾系統(tǒng)集成常溫干化技術(shù)，有著顯著的社會和經(jīng)濟效益：一是在解決了污泥所帶來的環(huán)保問題的同時通過技術(shù)進步，節(jié)約了土地資源；二是改善了周邊的生態(tài)環(huán)境，促進了本地區(qū)相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，特別是印染行業(yè)的發(fā)展，該技術(shù)順應(yīng)了政策需求，具有很強的可操作性。
污泥化學改性特種壓濾常溫干化集成技術(shù)工藝流程框圖如下：
含水80%左右污泥
污泥改性系統(tǒng)
機械脫水系統(tǒng)
含水40%以下泥餅
資源化利用
改性劑制備室
壓濾水進污水處理廠管網(wǎng)
熱電廠混燒
垃圾填埋場作覆蓋土
制磚
單獨焚燒
深加工利用
污泥改性、干化工藝流程圖
主要技術(shù)關(guān)鍵：
（1）污泥化學改性
污泥中所含水分大致分為四類：顆粒間的空隙水，約占污泥水分的70%；毛細水，污泥顆粒間的毛細管水，約占20%；顆粒的吸附水及顆粒內(nèi)部水約占10%，污泥脫水的對象是顆粒間的間隙水，如圖：
污泥脫水的難易除與水分在污泥中的存在形式有關(guān)外，還與污泥顆粒的大小，污泥比阻和有機物含量有關(guān)，污泥顆粒越細、有機物含量越高、污泥比阻越大，其脫水的難度就越大。
污泥之所以含有大量的水份除了間隙水外，另有很大一部分是由于其顆粒表面特性和污泥團的結(jié)構(gòu)所決定的。污泥顆粒表面吸附有各種荷電離子以及由微生物在其代謝過程中分泌于細胞體外的胞外聚合物等組成。這些荷電離子和胞外聚合物具有很強的持水率。這些污泥顆粒組成了污泥團，形成許許多多的毛細孔道，污泥顆粒表面所持的水和毛細孔道中的水都為結(jié)合水，這種束縛水是不能用單純的機械法除掉。所以本技術(shù)的關(guān)鍵就是采用化學和物理的綜合方法對污泥進行改性，使其顆粒表面的水和毛細孔道中的束縛水使其成為自由水，只有這樣才有可能通過特種機械壓濾排出。
藥劑使污泥改性要有一定條件，否則難以達到改性的效果，同時自由水的壓濾也決不是常規(guī)意義上的壓濾，對這種特定條件下的自由水排出，也需要一個特定的脫水機構(gòu)。
（2）機械脫水
改性后的污泥再以高壓泵送至本污泥脫水機，本污泥脫水機外形類似普通的板框壓濾機，高壓泵以0.6～1.0MPa的輸送壓力將改性后的污泥送入本污泥脫水機的多塊濾板之間的空隙內(nèi)，因有0.6～1.0MPa的輸送壓力，在高壓泵污泥輸送至濾板之間的空隙內(nèi)過程中，即有部分水分被濾出，當高壓泵的輸送壓力逐步升高至最高壓力1.0MPa時，表明本污泥脫水機的多塊濾板之間的空隙內(nèi)都充滿了污泥，即高壓泵已不能再將污泥輸送至濾板之間的空隙內(nèi)，此時，停止高壓泵的運行，并關(guān)閉本污泥脫水機的進泥閥門，啟動本污泥脫水機的高壓油泵，由高壓油泵提供25～30MPa的壓力通過壓縮彈簧推動濾板移動壓縮濾板之間空隙內(nèi)的污泥，使濾板之間空隙內(nèi)的污泥再次壓濾，得到含水率為45%以下的半干泥餅。
主要工藝設(shè)備：
污泥化學改性特種壓濾常溫干化集成技術(shù)主要由：濕污泥儲倉、濕污泥輸送系統(tǒng)、污泥改性系統(tǒng)、污泥機械脫水系統(tǒng)、半干污泥儲倉、半干污泥輸送系統(tǒng)、廢水處理排放系統(tǒng)等組成,一般分為主機系統(tǒng)、輔機系統(tǒng)、)配套工程、廠房土建等四大部分。
(1)主機系統(tǒng)：
污泥改性機、特種鋼制板框壓濾機、藥劑儲備罐、自動加藥裝置、改性后污泥儲存罐等
(2)輔機系統(tǒng)：
原污泥儲存罐、原污泥螺旋輸送機、半干污泥皮帶輸送機、空壓機及儲氣罐、各類污泥輸送泵等
(3)配套工程：
配電系統(tǒng)（動力柜、電纜）、管道、閥門、自動控制系統(tǒng)、給排水系統(tǒng)等
3.主要技術(shù)經(jīng)濟指標或設(shè)計參數(shù)；
1）通過加藥改性和機械壓濾方式，使污泥含水率從80%左右降低至50%以下；
2）加藥藥劑不改變污泥的有機質(zhì)，干化后的污泥熱值在600～1500Kcal，可作為低熱值燃料；
3）對污泥中的蛔蟲卵、糞大腸菌群、重金屬有去除作用，蛔蟲卵、糞大腸菌群等病原體去除率達90%以，重金屬的去除率達40～60%以上，部分重金屬的去除率達90%以上；
4）干化后的污泥泥質(zhì)達到污泥土地利用（農(nóng)用、園林綠化、土地改良）標準、填埋標準中的泥質(zhì)要求；
5）干化后的污泥抗壓強度好，透氣性優(yōu)良，雨水浸泡難溶蝕，確保不會產(chǎn)生二次污泥化，遇水溶解率小于5%；
4.技術(shù)先進性、經(jīng)濟性分析；
污泥中含有大量病原菌、寄生蟲（卵），銅、鋅、鎘、汞等重金屬鹽類以及多氯聯(lián)苯等難降解有毒有害物。同時，由于污泥中含有大量的蛋白質(zhì)、脂肪及其它碳水化合物等高濃度有機物，導致污泥的粘度較大、含水率較高、固液分離性能差，進而影響到污泥堆肥、焚燒或填埋等后續(xù)處理處置。我們認為目前污泥處理的主要目標是達到穩(wěn)定化和無害化。一般污泥處理技術(shù)無論是脫水還是進行消化抑或直接處理都面臨效率低、能耗高的難題。因此，如何改變污泥的膠體結(jié)構(gòu)是污泥處理處置技術(shù)的關(guān)鍵。
1）泥中的膠體結(jié)構(gòu)因加藥發(fā)生化學反應(yīng)，在膠核上形成結(jié)晶和長大，吸附水轉(zhuǎn)化為結(jié)晶結(jié)構(gòu)水。
2）粒的排列呈近程有序，遠程有序，形成規(guī)則的周期性的原子或分子排布，水在結(jié)構(gòu)中將以O(shè)H-或H+形成結(jié)構(gòu)排布，膠核即成為結(jié)晶體的晶核。
3）結(jié)晶結(jié)構(gòu)形成后即實現(xiàn)了生活污水污泥的固態(tài)化。這種固態(tài)化的過程是不可逆的過程從而保證了改性后污泥不致二次污泥化。
4）污泥形成晶體結(jié)構(gòu)后，其所含水分可被迅速分離蒸發(fā)。
本技術(shù)中的改性劑與污泥進行反應(yīng)后對有機物的降解和減少臭氣濃度有顯著的效果：
1）改變了污泥的顯微結(jié)構(gòu)，使泥質(zhì)具有呼吸性。從而改變了污泥的降解過程，污泥的降解由厭氧過程轉(zhuǎn)變?yōu)楹醚踹^程。
2）污泥中的臭氣源如硫化氫、硫醇類、有機硫及含氮物質(zhì)與改性劑反應(yīng)，大大減輕了臭氣的產(chǎn)生。
3）污泥中的病菌、寄生蟲卵、病毒等也因污泥呼吸性、PH值及泥質(zhì)結(jié)構(gòu)的改變和無機質(zhì)的包覆而失活。
本技術(shù)中的改性劑對污泥中部分重金屬有穩(wěn)定化的作用：
1）該改性劑的活性成份與污泥中的某些重金屬離子發(fā)生化學反應(yīng)，形成穩(wěn)定的不溶于水的化合物。
2）污泥中的部分重金屬離子在結(jié)晶化過程中，形成穩(wěn)定的晶體結(jié)構(gòu)的一部分，從而減少了重金屬離子游離出來造成二次污染。
改性的污泥抗壓強度好，透氣性優(yōu)良，雨水浸泡難溶蝕。改性污泥熟化后，實現(xiàn)土壤化，穩(wěn)定化，無害化，確保不會產(chǎn)生二次污泥化。改性后的污泥可用于填埋土、填埋覆蓋土、路基土、填海土等，最終實現(xiàn)資源化的目標。
5、經(jīng)濟、社會效益分析；
本項目的關(guān)鍵技術(shù)均為我公司課題組成員單位自主研發(fā)，關(guān)鍵技術(shù)均進行過小試的可行性驗證，尤其是基于微絮體界面改性的污泥深度脫水技術(shù)已在湖州地區(qū)進行了
200t/d 的工程示范，近期在河南省許昌市承建了150t/d
的項目工程，而且項目前期在污泥處理與處置、固廢處理與資源化、環(huán)保脫水設(shè)備的研制和應(yīng)用、水污染控制工程的設(shè)計與工程實施等方面都有很好的研究和工程實施基礎(chǔ)，因而具備經(jīng)濟可行性。本項目技術(shù)及設(shè)備研發(fā)過程中，在材料應(yīng)用、設(shè)備維修運行、耗能等方面充分考慮經(jīng)濟合理性。
采用本項技術(shù)處理污泥，與國際通用干化焚燒技術(shù)相比投資可減少70%，運行成本減少60%，每噸污泥可節(jié)煤200Kg，同時可減排300KgCO2。
社會效益：
本項目研究開發(fā)的技術(shù)投資少，僅為目前國內(nèi)外投資的五分之一到三分之一，運行成本低，可降低污泥的處置費，使污水處理單位減少運行費用；污泥脫水干化可實現(xiàn)污泥大幅度減量化，降低污泥總量，從而減少后續(xù)處置過程的占地、運費等；污泥含水率降低可增加干泥的凈熱值，焚燒時的熱值有富余，不但不需額外補加燃料，而且焚燒時能量可凈輸出，每噸干泥焚燒熱值相當于200～300kg電煤，使污泥變廢為寶。
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