双碳战略下城市污泥深度脱水技术分析
摘要：本文对市场上污泥深度脱水设备进行了分析，并重点介绍了高压叠层软隔板机械脱水设备在污泥深度脱水领域的技术应用及优势。
01、引言
2020年，国家提出了碳达峰、碳中和目标愿景。2021年国务院发布《2030年前碳达峰行动方案的通知》聚焦"十四五"和"十五五"两个碳达峰关键期，提出了提高非化石能源消费比重、提升能源利用效率、降低二氧化碳排放水平等方面主要目标。我国力争于2030年前实现二氧化碳排放达峰，单位国内生产总值二氧化碳排放将比2005年下降65%以上，非化石能源占一次能源消费比重将达到25％左右，风电、太阳能发电总装机容量将达到12亿千瓦以上，2060年前实现碳中和。
双碳战略将影响污泥处理处置行业的工艺选择与升级。我国污水处理行业碳排放量占全社会总排放量的1~2%，污水中甲烷排放量排名第一，污泥是污水处理程中的副产物，富集了污水中大量有机物、污染物质与营养物质，具有污染和资源的双重属性，因此，污泥处理处置过程碳减排对污水处理行业的碳中和具有重要的意义。在此背景下，污泥处理处置的路径探索已受到行业的高度重视，无论是厌氧消化产生的沼气与化石燃料的替代作用，焚烧过程能量回收利用与干化过程能量消耗的替代作用，还是土地利用替代氮肥与磷肥从而实现的碳补偿均是行业关注重点。
“碳减排”与“碳中和”背景下，污泥处理处置过程中的碳减排有着很大的必要性。污泥处理处置过程碳排放约占污水处理全过程的 25~35%。因此，污泥处理处置过程碳减排对污水处理行业的“减污降碳”具有重要意义。
02、污泥深度脱水技术及设备应用现状
深度脱水是指脱水后污泥含水率达到55%~65%，特殊条件下污泥含水率还可以更低。目前我国城镇污水处理厂一次脱水后污泥含水率大都在78%~85%之间，经过深度脱水后污泥量可减少37.14%~66.67%，深度脱水污泥更便于因地制宜采取填埋、焚烧、土地利用或建材利用等多种方式综合处置。
污泥脱水与减容减量既是污泥处理过程中一个重要的环节，又是一个最难实现的环节。国内污水处理厂采用机械脱水的方法通常只能将污泥含水率降低到80％左右，大量的水为污泥的后续处理带来重重困难。如果采用加热蒸发的方法将水除去，巨大的能量消耗，又使得污泥处理成本居高不下。
污泥脱水与减容减量之所以难，是因为在污水处理过程中所得到的污泥具有高亲水性，使得污泥中的水分难以液态的方式实现低成本高效分离，最终导致脱水污泥难以实现经济环保相统一的处置目标。
污水处理所产生的污泥具有较高的含水量，由于水分与污泥颗粒结合的特性，采用机械方法脱除具有一定的限制，污泥中的有机质含量、灰分比例特别是絮凝剂的添加量对于最终含固率有着重要影响。一般来说，采用机械脱水可以获得20%-30％的含固率，所形成的污泥也被称为泥饼。泥饼的含水率仍然较高，具有流体性质，其处置难度和成本仍然较高，因此有必要进一步减量。
就我国而言，目前业界污泥深度脱水技术大致呈现以下几种方法：
1、热力污泥深度脱水技术
热力脱水也叫热干化，污泥热干化技术是利用热能将污水污泥烘干，它的高温灭菌作用能杀死病原菌和寄生虫，使污水污泥快速干燥，避免了臭味对周边环境的影响。热干化后的污泥减容明显，体积可缩减75~80%，污泥含水率直接从80％加热干化至45%，后端可用于焚烧或填埋。污泥干化的热源主要有化石燃料燃烧（燃煤、沼气、燃油和天然气等）、各类废热（烟气、蒸汽和热干气等）、电能和太阳能。热源的选择直接决定污泥干化成本，一般来说各类废热以及太阳能的利用是相对低成本的选择。除热源的选择不同，还可以根据污泥与介质接触的方式分为直接干化与间接干化；根据干化温度的不同分为高温干化与低温干化。由于热力脱水必须依赖热源制热或余热利用，但由于存在使用蒸汽不经济，利用锅炉烟道气影响系统稳定，建设独立热源代价大，利用余热须改动原有工艺设施等因素，再者，干化后要资源化利用，且不能因脱水而破坏污泥原赋有的热值。因此，从某种意义上讲，热力干化是以热能置换，是"以热换热"，出现严重的热平衡负效应，但其结果是"以大置小、得不偿失"。同时，使用热力脱水技术，尾气处理成本也较高。
目前，国内外的污泥干燥设备主要有：三通式回转圆筒干燥机(转鼓干燥机)、流化床干燥机、桨叶式干燥机、盘式干燥机、带式干燥机等。
2、常规机械压力的污泥深度脱水技术
目前污泥脱水工艺以机械脱水为主，主要有：真空吸滤法、离心法和压滤法。主要的机械设备有：转鼓式真空过滤机、转桶式离心机、板框压滤、带式压滤脱水、螺旋压榨脱水等。这类型脱水机械脱去的仅是污泥中自由间隙水，虽经脱水，污泥水份仍有75%-85％左右。目前常用的污泥机械脱水设备的性能及使用情况等详见下表：
3、热力和机械压力一体化的污泥深度脱水技术
它是采用一种低温热源把污泥加热至150度﹣180度，然后以螺旋压榨予以脱水，如日本推出的" FKC "机。这种设备仍然需要依赖一个热源，而且这种特殊螺旋压榨机构造复杂、价格昂贵，更换部件的代价很大；同时，它的生产效率较低。因此，业内采用不多，难以成为一种选型"热点"。
4、添加固体粉末改性＋板框压滤机压滤的污泥深度脱水技术
添加固体粉末进行污泥改性，使改性后污泥经板框压滤机压滤将污泥脱水至含水率60％以下，但添加的固体粉末量较大，只是增加了污泥中固体含量，增加了污泥中分，降低了污泥中的有机物含量和热值等。其实质是没有降低污泥中的水分，仅是采用一种水多加面，面多加水的一种假象。
5、新型板框压滤污泥深度脱水技术
目前所谓的"新型"板框压滤机，只不过增加了一层橡胶隔膜，隔膜内只可能瞬间通入0.6-0.8Mpa压缩空气或水，对污泥瞬间施压脱水，使污泥含水率有可能降低至70%-75％左右。
6、电渗透污泥深度脱水技术
电渗透污泥脱水技术利用电渗透和电泳原理实现污泥的深度脱水，适用于有机污泥的二次脱水。含水率为75%～80%的一次脱水污泥泥饼，利用电渗透脱水技术进行深度脱水后，污泥泥饼含水率可降低至40%～60%，减容效果显著。电渗透脱水技术的效果受污泥有机质含量的影响，有机质含量越低，则脱水效果越好。在工程中可与现有的常规一次脱水设备直接衔接，使用过程中无需添加任何药剂，选择后续污泥处置方法时不受限制，耗电量为70～150kW·h/t。该技术在国内外市政污水、工业废水中均有成功使用的案例。
7、高压叠层软隔板机械脱水设备
高压叠层软隔板机械脱水设备是一种节能、高效、高干的新型高压机械脱水设备，在传统机械压滤设备优点的基础上进行优化和创新设计，突破了机械深度脱水设备领域的技术瓶颈，含水率一次降低至50%以下，减量化达到60%以上。核心技术为超薄软隔板叠层技术和超强高压技术。
7.1设备介绍
高压叠层软隔板机械脱水设备利用高抗压的钢制容器以及特种滤布组成可变容积的压滤设备，形成约15mm厚的污泥薄层，增大过滤面积，同时软隔板压滤提高压力强度，其工作压力大于41.3kg/cm2，实现了高强高压。其工作过程如下。
进料：污泥首先通过进料泵被输送至钢制框篮中，在框篮中从下到上依次铺成薄层，每两污泥层之间用滤布做隔板，框篮铺满时进料结束。
压滤：在液压机的强大压力下，污泥被挤压，污泥中的水分顺着滤布形成的通道流出，污泥固体被截留在滤布中形成滤饼，实现固液分离。
出料：压滤结束后，液压机升起，滤饼随着滤布从框篮中剥离出来，完成污泥的脱水。
图1 高压叠层软隔板机械脱水设备深度脱水后污泥
7.2设备特点
（1）设计领先。
改技术创造性地采用高压叠层软隔板压滤技术，可将市政污泥含水率由 80%左右一次性降至 50%以下，实现高效脱水、工艺节能。因此，该产品被中华环保联合会选入《“一带一路”生态环境治理技术及产品推荐目录》。
（2）减量化程度高，且无干基增量。
该设备可将含水率80%左右的市政污泥一次直接脱水至含水率50%以下，污泥减量达60%以上，脱水效果显著，减量化程度高，实现降本增效的目的。且设备在运行过程中，无需投加石灰或粉煤灰等额外添加剂，污泥干基不会增加，使污泥得到充分减量化，同时降低污泥处置出路的限制和环境风险。
（3）低碳节能。
利用超薄软隔板叠层技术和超强高压技术实现物理脱水，相较于其他机械脱水设备采用该深度脱水系统运行能耗更低，处理处理过程吨泥耗电量不超过7kw·h，仅为需外加热源的污泥热干化技术的 3-5%左右。与低温干化相比，该设备每处理一吨湿污泥，减少二氧化碳排放165公斤，实现了公司技术与“双碳”政策的深度融合。
（4）运行安全稳定可靠。
该设备在常温条件下采用机械压滤方式脱水减量，不需要外加热源或添加石灰，与热干化技术和需要添加石灰的机械脱水技术相比，可避免高温情况下恶臭性气体释放问题和粉尘爆炸风险，更易控制二次污染。
该设备系统结构原理简单，操作方便，维修维护便捷；设备构型、空间布局合理；选材防腐、抗压、抗磨，机械强度大、组件灵活且结实耐用，定向开发的关键部件适用性、协同性强，保证了设备运行的安全稳定可靠。
该设备动力平稳，运行能耗稳定，无产能衰减。
（5）适用性广。
含水率90%以下含水率的污泥均可进该深度脱水设备进行处理，且可以接受粒径不超过 10mm的硬物料进入系统。对污泥来源没有特殊要求，因此可适用于市政污泥、工业污泥、油泥、填埋场修复污泥、泥浆、存量污泥等各类污泥处理。
（6）资源化利用空间广泛。
本深度脱水工艺无需外加热源，不添加石灰，不改变污泥性状，脱水干泥热值大幅度提升，若后续采用热干化，则显著降低干化能耗。深度脱水后处理产生的干泥滤饼，因其热值及性状无改变，可以直接用于且更有利于后续单独焚烧、协同焚烧、建材利用等多元化处置与资源化。因此，相较于其他技术，公司技术在污泥种类和后续处置路径方面的适应性更强，对业主单位污泥特征的接纳度较高、受后续处置单位的制约较小，更有利于实现项目的长期稳定运行，契合业主单位要求。
（7）省时、省地。
本套设备集成度高，设备占地小，200吨/日处理量主设备占地不到120平米，含配套设备总占地不超过600平米。能够根据不同的场地条件进行布局，安装便捷，项目建设周期短，能够快速完成场站建设。
03、结论
市政污水厂的污泥经高压叠层软隔板机械脱水设备脱水后含水率达到50%以下，技术优势明显，与其他类型污泥干化设备相比，高压叠层软隔板机械深度脱水设备在经济性（大幅度降低投资和运行成本）、节能降碳、安全稳定性和普遍适应性等方面具有优势。可以有效实现污泥减量化，是一种绿色、循环、低碳的污泥处理设备，处于国内先进水平。不仅对于缓解我国污泥数量巨大与资金匮乏的现实矛盾具有重要作用，而且对于解决污泥量急剧增加与土地资源不断减少的矛盾，降低污泥对环境的污染等问题具有更为长远的战略意义。
