1、項目概況
杭州市某污水處理廠設計污水處理規模為10×104m³/d，平均產泥率約0.1%，近年來基本處于滿負荷運行狀態，產生含水率為80%的濕污泥約36000t/a。該污水處理廠以實現污泥的安全穩定有效處理和減量化、穩定化為目的，綜合考慮工藝的技術成熟度、環境影響等主要因素，最終選擇低溫帶式干化工藝作為廠內污泥深度處理提升改造技術路線，污泥干化至含水率為30%左右后外運焚燒和堆肥處置。
污泥干化前后對比見圖1。
污泥低溫干化工程于2019年9月啟動建設，在現有脫水機房東側新建1座占地2000m2的污泥干化車間，車間內安裝8臺140kW熱泵型低溫帶式干化機，單臺干化機內設置6套相同的熱泵、鼓風機、蒸發器、冷凝器等運行模塊，總投資為6000萬元，設計污泥處理規模為含水率80%濕污泥不低于100t/d（干泥含水率≤30%），高峰時處理能力不低于120t/d（干泥含水率≤40%）。
2020年10月開始進行運行調試。干化車間內設施布局如圖2所示。
污泥低溫帶式干化系統主要包括輸送布料、污泥干化、污泥存儲、電控儀表等部分，其運行原理如圖3所示。
2、運行情況
2.1 人員配置
該項目干化機選型特點為小功率、多臺數，與其他項目的大功率、少臺數相比有較大差異。由于干化生產線涵蓋的設備類型和數量多，管理和維護作業量大，廠內干化車間設置運行人員5人，其中1人為管理人員，實行24h輪班制，負責廠內剩余污泥轉化為干化污泥的全過程管控，包含處理泥量和含水率的調控、干化設施清灰、設施設備的潤滑維護、突發故障初步排除、車間衛生保潔、生產報表記錄、隱患排查等內容。
2.2 主要運行參數
干化機出風溫度設定為70℃，回風溫度約35℃。調試期間將出風溫度從55~70℃逐步降溫控制，降低干化溫度能抑制臭味物質的釋放，但實際效果顯示此機型干化機隨著控制溫度的下調干化速率大幅降低，要想接近額定處理量其出風溫度至少需提升至70℃左右。濕熱空氣在蒸發器處冷凝后濕度由80%降至20%左右，有別于污泥高溫干化冷凝水（高濃度有機廢水）需要妥善處理才能排放，低溫干化冷凝水無需特殊處理且產生量較少（約3m³/h），其主要水質指標COD為（988±292）mg/L、氨氮為（66±9.7）mg/L、總氮為（80±13）mg/L、總磷為（0.01±0.005）mg/L、懸浮物為（4.4±0.98）mg/L、pH為7.96±0.15，亦無明顯顏色和氣味，排入廠內污水管后即可被4000m³/h左右的進水充分稀釋。干燥箱內3層聚乙烯履帶由上到下的污泥攤鋪厚度依次為3~5、6~8、8~10cm，污泥在干燥箱內總停留時間約3h。
2.3 實際運行情況
至2023年6月干化機共處理含水率為80%的濕污泥74781.87t，干化后出泥平均含水率為（35.1±11.25）%，污泥減量67.8%，干化車間單位電耗為375kW·h/m3冷凝水、干化主機單位輸入能耗去水量為3.11kg/（kW·h），未達到《污泥低溫帶式干化機》（T/CAMIE10—2021）標準中能耗不低于3.5kg/（kW·h）的要求。干化機投標響應文件對進泥含水率的適宜范圍為（80±2）%，實踐中其對進泥含水率非常敏感，進泥物料越干，擠條機對污泥造粒效果越好，良好的造粒成型度能極大增加干燥箱內熱氣與污泥的接觸比表面積，有效提升干化速率。當進泥含水率>81%時，其電耗將難以控制在384.6kW·h/m3冷凝水的考核值，進泥含水率>84%時呈現流態狀，在進入干化機后若未能及時發現，將造成網帶因污泥大量堆積出現過負荷拉斷現象（見圖4），導致運行癱瘓。
2.4 存在的主要問題
2.4.1 臭氣
對8臺干化機整體加裝玻璃罩以控制車間內臭氣外逸。由于干化機密閉性與預想存在明顯偏差，運行中干化機內部呈現正壓狀態，大量酸性惡臭氣體從干化機柜體拼縫處外逸，漏風量遠高于團體標準要求的1%，造成干化車間罩內臭氣濃度普遍在1000以上，同時檢測到VOCs物質，罩內溫度高于室外環境溫度3~5℃，作業環境惡劣。解決措施：①對干化機封閉性能進行改進，在柜體拼接處加裝密封條的同時打膠雙重密閉，清灰料斗及泥樣觀察口處加裝兩道密封防護罩，從源頭減少臭氣逸出量。②額外加裝1套額定處理能力為25000m³/h的光催化氧化+等離子工藝除臭系統，理想狀態下罩內空間將增加12次/h的換風次數，改善罩內作業環境。改造后現狀罩內臭氣濃度維持在500左右，處理后尾氣通過有組織排放臭氣濃度為200左右。
車間內輸送機和干化機近端、卸料等部位產生的高強源臭氣由生物除臭濾池處理，尾氣有組織排放，排放口臭氣濃度低于2000。針對干化臭氣進氣濃度高且組分復雜（檢測到甲硫醇、甲硫醚、二甲二硫、氨、硫化氫等），僅依靠現有生物濾池難以充分處理的問題，后續將對現有生物濾池進行擴容，再疊加其他除臭工藝，進一步降低尾氣濃度。
2.4.2 高峰處理能力不足
該污水處理廠3月—5月處于產泥高峰，月均產泥率高達14t濕泥（含水率80%）/104m3，試圖放寬干化機的出泥含水率控制，增加處理量以接納前端脫水機的全部產泥，但是含水率降至40%~55%時污泥呈“黏滯”狀態，具有很強的黏附和結團能力，若再往45%以上控制，極易在后端長距離的輸送刮板及料倉上黏滯掛壁，最終造成結團堵塞，因此在產泥高峰期干化車間實際處理量尚不能滿足生化系統的正常排泥需求。同時設備性能也未能達到設計高峰時處理能力不低于120t/d（干泥含水率≤40%）的要求，干化機處理能力冗余不足。
2.4.3 貯泥料倉容量過小
干泥料倉容積按照干化車間2d的產量周轉設計為60m³，但實踐中發現污泥含水率下降后顆粒間孔隙率大幅增加，干化后污泥堆積密度僅為0.5t/m3左右。因此，料倉的實際存儲量僅為30t干泥，貯存周期降為設計的1/2，需增加每日清運頻次，同時干泥密度過低也極大影響污泥的運輸成本。
2.4.4 污泥攤鋪不均勻
污泥攤鋪履帶上同一截面的污泥干燥程度不均勻，在出泥端的網帶上愈發明顯（見圖5）。由圖5可知，左側干燥程度良好，右側污泥成團偏濕，通過排查確定主因是擠條機軸承磨損致使對輥間隙不均勻，濕污泥通過擠條造粒后掉落于第一層網帶時出現不均勻攤鋪現象，后續對擠條機的對輥軸承進行更換、間隙調節均勻后，污泥攤鋪不均勻問題大幅改善，同時也排除了干燥箱內風道存在短流的嫌疑。
2.4.5 濕污泥擠條造粒成型度下降
濕污泥的擠條造粒成型度下降，主要有3個原因：①污泥含水率高，污泥過濕；②擠條機銅梳隨著運行時間的增加，鋸齒逐漸被毛發等纖維類垃圾纏繞（見圖6），需要定期清理；③離心脫水階段絮凝劑使用量過大或藥劑質量欠佳，造成污泥黏度增加。
2.4.6 干泥卸料車間空間不足
干泥卸料車間縱深為6.4m，僅適用于小型自卸工程車進出。考慮到干泥密度小、自卸工程車交通管理要求高等因素，為保障運輸經濟和交通管理便捷，選用13m長的大容量普通半掛貨車運輸干泥，針對車身長無法完全進入車間造成卸料時臭氣大量外逸擴散的問題，在車間門口安裝了電動推拉篷，將車身包裹密閉以減少臭氣擴散。
干泥卸料車間見圖7。
2.4.7 設備鏈條長
污泥處理生產鏈條長，從剩余污泥轉化為干污泥共涉及18個鏈節（見圖8），其中有9個鏈節為單一設備，當其中任何單一設備故障時均會引起整條生產鏈的停運。對干化系統近兩年計劃外停運的故障原因分布進行統計，發現由單一設備故障引起整體停運的占75%，因此需著重做好設施設備的預知維護檢修以保障處理系統運行連續性。
3、運行成本分析
3.1 運行能耗分析
考核要求干化主機單位電耗≤330kW·h/m3冷凝水，干化車間總單位電耗≤384.6kW·h/m3冷凝水，近3年的運行數據如表1所示。
設備單位電耗隨著時間的推移呈現逐步上升趨勢，同時各月度均值也有較大幅度的波動（見圖9），主要原因有：①隨著季節的自然交替，活性污泥的脫水性狀有較大變化，離心機脫水難易程度不一。②供貨的絮凝藥劑發生變更，不同批次質量相差較大，同步影響污泥脫水狀況。③干化擠條機運行一段時間后亟待維護整修，擠條造粒成效明顯下降。④因臭氣問題在某些時段干化機減量調試導致單位電耗上升。
3.2 污泥處理處置成本分析
由于干化設備維護及臭氣治理等原因，干化車間于2023年6月開始停運整修，停運期間廠內污泥采用離心脫水后直接外運處置方式。2021年—2023年同期（7月—12月）生產運行數據比較如表2所示。
在此期間，污泥均運至同一處置單位進行焚燒處置。2021年、2022年干化運行期間污泥（含水率80%）處理處置成本分別為378、371元/t，較2023年同期干化停運狀況下成本（392元/t）分別節省14、21元/t。其中干化車間維護費用占總成本的11.08%，運輸費用占14.01%，處置費用占25.47%，電費占47.07%，除臭費用占2.37%，干化實際運行成本高于預估。
3.3 運輸處置單價調整的影響分析
污泥低溫干化運行成本優勢在于廠內污泥就地減量后可大幅降低后續的外運處置費用，當污泥運輸處置單價動態調整時，廠內采用污泥低溫干化和濕污泥直接外運兩種運行模式對應的成本差異也隨之變化。不同的污泥運輸處置單價下，兩種運行模式所對應的成本見圖10。當運輸處置單價<340元/t時，濕污泥處置成本低于干污泥；當運輸處置單價>340元/t時，濕污泥處置成本高于干污泥。單價340元/t為兩種運行模式的成本平衡點。
2024年原單一的污泥處置渠道擴展為A、B兩家，對應的處置單價也較原價格分別降低90元/t和40元/t，A單位處置方式為堆肥，B單位處置方式為焚燒，堆肥、焚燒對出廠干泥的要求均傾向于低含水率、高有機分。隨著運輸處置單價的降低，廠內污泥低溫干化減量化帶來的經濟成本優勢效應大幅減弱。經核算，2024年若干化投運，3種外運處置模式下其全年成本反而高于直接濕泥外運，詳細數據見表3。
全部污泥由A單位接納時反差最高為206萬元/a，由A、B等量處置情況下反差為129萬元。按照干化車間全生命周期20年估算，每年均攤資金成本約300萬元，若再疊加該部分建設成本，反差將進一步擴大（見圖11）。
廠內當前運輸處置單價為300元/t（低于340元/t價格平衡點），從成本經濟性和運行穩定性以及潛在的臭氣擴散風險考量，當前階段廠內采用干化停運濕污泥直接外運處置模式更合適。
3.4 污泥含水率對污泥處理處置成本的影響
各污水處理廠進水水質及工藝控制不同，其產生的剩余污泥脫水難易程度也有較大差異。該工程進水有機物濃度較高，生化系統活性污泥F值長期維持在0.6左右（冬季接近0.7），離心機脫水較為困難，日常出泥含水率為80%~82%。干化機進泥含水率變化與對應的干化污泥處理處置成本關系見表4。
干化進泥含水率不同，其處理處置成本也呈現出差異。不同進泥含水率對應的總成本和分項成本見圖12。進泥含水率越低，對應的總成本也越低，濕污泥含水率從83%降至79%，干質單位成本降幅約20.8%。受制于廠內既有脫水設施的性能瓶頸，后續考慮增設濃縮池等措施進一步降低濕污泥含水率，對離心脫水階段的設施改進優化也將成為成本控制的重要組成部分。
4、結論
①該污水處理廠實施污泥低溫干化項目后，污泥就地減量67.8%，大幅減少了污泥外運車次和處置量，但實際運行中存在產泥高峰期處理能力不足、干化機密封不完善臭氣外逸嚴重、既有除臭設施對干化臭氣難以充分處理等問題，亟需進行設備密封以及除臭設施升級改造。未來在此類干化項目的實施前要充分考慮其臭氣治理難度，除臭能力設計要保證一定的冗余度。
②干化主機單位去水能耗較高，達到3.11kg/（kW·h），干化運行時其各項費用占比分別為：除臭占2.37%，運維占11.08%，運輸占14.01%，處置占25.47%，電費占47.07%，其中電費占比最高，為日常運行中降本增效的主要優化對象，應采取及時做好干化擠條機的預知維護，盡可能降低前端濕污泥含水率等舉措以提升干化速率，降低能耗。
③隨著污泥運輸和處置單價的降低，低溫干化項目較原廠內直接濕泥外運模式逐漸失去運行成本低的優勢，甚至出現反差，污泥運輸處置單價340元/t為干化投運和停運的成本平衡點，當前約300元/t的運輸處置單價下選擇干化停運直接濕泥外運模式更為經濟和穩定。
④干化機進泥含水率的變化對污泥處理處置成本產生關聯影響，濕污泥含水率從83%降至79%，噸干質單位成本由1893元/t降至1499元/t，降幅20.8%。對離心脫水階段的設施優化改進也將成為成本控制的重要組成部分。（來源：杭州市水務集團有限公司）
