污泥调理预处理干化与分离预处理干化技术比较分析

谢迎辉 王学科 *

（ 天津壹新环保工程有限公司 天津市 300000 ）

摘要：污泥脱水干化是污泥资源化利用的关键，本文以以“污泥调理预处理+污泥脱水+干化系统”与“污泥分离预处理+污泥脱水+干化系统”两种不同的污泥干化的预处理工艺为例，从物料、能量进行核算入手，对不同工艺的投资与经济运行费用进行比较分析。采用污泥分离预处理，在节能和资源化利用方面更具优势，实现了污泥有机质富集，即提升热值，又达到污泥减量化目的。分离得到的无机组分可用于前端除磷。

关键词：污泥；化学调理；有机无机分离；干化

一、引言

随着对污泥认识的深入，污泥资源化利用的呼声越来越高。但现有的污泥处理技术水平普遍偏低，存在制约污泥资源化的技术瓶颈。各种污泥处理处置过程中，污泥含水率是制约污泥处置和利用的关键^[1]，但无论采取何种处置方式，污泥干化都是对其进行预处理的至关重要的一步。

现有的传统技术中，由于污泥的水分组成特性，干化时需要耗费大量能源，其成本问题成为污泥处理的一个难题。因此，降低污泥干化能耗、降低运行成本，成为行业内研究热点之一。本文以“污泥调理预处理+污泥脱水+干化系统”与“污泥分离预处理+污泥脱水+干化系统”两种不同的污泥干化的预处理工艺为例，从物料、能量进行核算入手，对不同工艺的投资与经济运行费用进行比较分析。同时对干化后污泥的资源化利用途径进行分析比对，以期为污泥处理处置多元化发展方向提供新的思路。

二、项目基本情况

以100t/d（80%含水率）处理规模为例，分别设置一套：“污泥调理预处理+污泥脱水+干化系统”、“污泥分离预处理+污泥脱水+干化系统”，污泥脱水环节达到含水率＜60%，污泥干化后出厂含水率＜40%。因此，污泥预处理对于污泥脱水和干化具有重要意义。再此基础上，综合比对干化物料、能耗、固定资产投入、运行费用和污泥资源化途径区别。

三、工艺原理

三.1污泥调理预处理工艺原理

污泥中除了少量尺寸较大的固体悬浮杂质外，污泥中固体物质主要是胶质微粒，其与水的亲和力很强，可压缩性和过滤比阻抗值均较大，因而过滤脱水性能较差，浓缩和脱水非常困难^[2]。污泥调理预处理通常以加药调理为主。污泥调理预处理通过重力浓缩池直接对含水率为98%的二沉池剩余污泥进行处理，而不需要采用聚丙烯酰胺进行预先处理。然后，污泥被潜污泵输送至调质池中，采用电子计量装置定量投加FeCl₃、CaO对污泥进行调理，破除细胞壁，释放结合水、吸附水和细胞内水，改善污泥的脱水性能。除了调理作用之外，FeCl₃、CaO还能杀菌除臭。调理剂种类单一，便于生产应用与管理。将已经在调质池中均匀搅拌的污泥通过隔膜泵或螺杆泵注入经过改进的高压隔膜厢式压滤机，压滤脱水至含水率小于60%，污泥深度脱水工艺的减量化效果明显。

三.2污泥分离预处理工艺原理

污泥分离预处理技术的原理是在含水率95%-98%的污泥中加入氧化药剂（药剂成分不含铁盐、铝盐及氯根），对污泥胞外聚合物进行破坏^[3]，同时使污泥中铁、铝及磷的氧化物还原成溶解态溶入液相中，释放结合水、吸附水。再依靠重力沉淀，使固相污泥沉淀并排出含有无机盐的上清液。得到的固相污泥沉淀物即为有机污泥。对排出的固相污泥进行反复淋洗，使其中溶解入液相的无机盐类最大程度的浸提出来，将上清液与淋洗液进行收集并加入还原性药剂，使其中溶解性盐类还原成氧化物或氢氧化物并沉淀，沉淀物即为分离出的无机盐类成分^[4]。

a.分离改性污泥 b.分离得到的铁铝盐

图3-1污泥中磷盐及铁铝盐的分离效果

可见，污泥调理预处理和污泥分离预处理的技术原理相似，都是通过药剂作用破坏污泥结构，进而影响脱水性能。不同之处在于，调理预处理将全部组分进行脱水，一方面增加了污泥固含量，同时也降低了污泥有机成分的比例。分离预处理将成分进行分离，从减量化和精准资源化角度具有一定的优势。

四、工艺技术路线比较

污泥脱水环节是污泥减量化的重要的步骤，也是降低污泥干化成本的重要基础。更低的污泥含水率能够直接影响污泥干化的成本和干化效果。

四.1工艺技术路线

图4.1-1 污泥调理预处理干化工艺流程

图4-2 污泥分离预处理干化工艺流程

从“污泥调理预处理+污泥脱水+干化系统”工艺路线和“污泥分离预处理+污泥脱水+干化系统”工艺路线可以看出，污泥调理预处理实际是在向最终产物中加入无机盐成分，虽然有利于污泥脱水，但是最终产物量增加，污泥热值也将受到影响。污泥分离预处理则是通过氧化剂投加，在分离系统内实现将污泥中无机组分和有机组分分开，再分别利用。本质上，污泥分离预处理工艺是先减量化，再脱水干化的工艺思路。

四.2物料平衡图

以100吨污泥体量为例（含水率80%），折合400吨液体污泥（含水率95%）进行物料平衡计算，绘制两种工艺的物料平衡图，如下图所示：

图4-3 污泥调理预处理干化工艺物料平衡图

图4-4 污泥分离预处理干化工艺流程

从“污泥调理预处理+污泥脱水+干化系统”物料平衡图和“污泥分离预处理+污泥脱水+干化系统”物料平衡图可以看出，污泥分离预处理首先将164t无机成分分离出来，仅有240吨有机污泥组分进行脱水。相较于污泥分离预处理的400吨污泥，脱水污泥负荷大为降低。且在同样保证脱水效果的情况下，最终得到的需要干化的污泥量分别为：65吨和30吨。污泥分离预处理干化泥量减少50%，这也直接影响污泥干化机的处理规模和水分蒸发能耗。污泥分离预处理干化污泥水分减少50%，且最终产物少，利于消纳。

五、工艺比较分析

五.1干化物料性质变化比较

“污泥调理预处理+污泥脱水+干化系统”和“污泥分离预处理+污泥脱水+干化系统”两种不同工艺都采取了化学预处理的技术手段，表5-1从其物料性质改变和药剂影响两个方面，对不同工艺路线下的污泥变化进行分析比对。从物料性质改变可以看出，两种工艺在脱水性和污泥黏度方面都有有利影响，从而在采用高压板框机脱水时，都能够保证较低的污泥含水率，达到了通过脱水环节降低污泥含水率的目的。但是从物料平衡图中可以看出，最终脱水后的产量存在较大差异，这主要是药剂对物料的影响产生的。采用“污泥调理预处理”时，药剂使用增加了固含量，使脱水后的污泥有机质含量降低，进而降低了污泥热值。同时，后端最终处置采取焚烧工艺时，除影响污泥热值外，药剂中的Cl^-[5]会形成HCl,将严重影响焚烧设备的使用寿命。与此相比，采用“污泥分离预处理”时药剂影响不影响污泥固含量，添加的药剂以无机组分形式被分离出来。最重要的是，采用“污泥分离预处理”可以极大的提升污泥热值，减少干化物料量，达到节能的目的。

表5-1 污泥物料性质变化分析表

五.2投资及运营费用比较

表5-2 投资及运营费用分析表

五.3资源化利用途径比较

“污泥调理预处理+污泥脱水+干化系统”得到最终干化产物可以作为掺烧物料进入燃煤电厂或垃圾焚烧电厂进行处理，但是由于其热值不高，难以实现自持焚烧，其处理消纳难度较大。

“污泥分离预处理+污泥脱水+干化系统”在分离预处理环节能够有效的将污泥中的有机组分和无机组分进行分离，有效提高了有机组分污泥的热值，按照已有工程实践，热值可提升30%以上。高热值污泥为后续焚烧处置奠定更好基础。同时，分离得到的无机组分含有大量铁铝盐，其铁铝盐主要来源是污水厂化学除磷时添加的除磷剂。作为一种有效产物，铁铝盐同样具备除磷效果，将其回用至污水处理厂前端，利用污水处理前端除磷原理，能够有效降低污水中离子态磷含量，从而减少污水厂除磷剂使用量，节约污水厂运营成本。因此，“污泥分离预处理+污泥脱水+干化系统”工艺技术是实现污泥精准资源化的有效方法。

六、结论

“污泥调理预处理+污泥脱水+干化系统”工艺技术尽管提高了污泥在脱水效果，但是其并没有实现污泥减量化，反而是增加了污泥干重。在干化过程中，需要蒸发大量水分，耗能较高。得到的污泥产物因有机质含量被进一步降低，最终产物热值不高，且Cl

^-的加入，也影响焚烧系统使用寿命。

“污泥分离预处理+污泥脱水+干化系统”是基于污泥精准资源化进行研发的新型污泥处理技术，该技术以“污泥分离预处理技术”为依托，优先将污泥按照有机组分和无机组分进行分离，实现污泥有机质富集，即提升了热值，又达到了污泥减量化目的。分离得到的无机组分可利用“前端除磷”技术，回用于污水处理厂，降低水厂药剂使用量，达到无机组分资源化利用目的。该技术为污泥资源化发展提供了新的思路，受到了各界人士的充分肯定。

参考文献：

1. 陈静涵,何岩,乔赵超等，不同调理方法强化污水厂污泥脱水性能的对比[J].环境工程，2019（37）2,84-89.

2. 王喻,李磊,刘帅等，不同化学调理剂对市政污泥脱水性能及脱水机理的研究[J].环境科学与管理,2022（47）2，107-112.

3. 吴佳欢,张岳琦,朱明等，酸化/氧化调理对活性污泥胞外聚合物及脱水性能影响研究[J].新能源进展,2021(9)6,449-460.

4. 王学科,陈北洋,周保卫等.基于分离预处理的城镇污泥原位资源化技术分析[J]，华电技术,2021(43)12,23-28.

5. 吕伟,张一凡,林志坤等.影响污泥深度脱水效果的因素分析[J],广东化工,2021(48)10,341-343.

作者简介：

第一作者：谢迎辉（1988-），男，河北人，工程师，从事市政污水和污泥处理技术研究和管理工作。E-mail:xiehao1815@163.com

通讯作者：王学科（1975-），男，天津人，高级工程师，从事市政污水和污泥处理技术研究和管理工作。E-mail:wxk_enew@163.com