基于市政污泥與生活垃圾摻燒的污泥處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)

摘要：城市污水處理廠脫水污泥的處理處置是污水處理系統(tǒng)的短板，對(duì)市政脫水污泥與生活垃圾協(xié)同焚燒中污泥處理系統(tǒng)的工藝流程、各工藝段設(shè)計(jì)參數(shù)、污泥干化形式、脫水污泥及干化后污泥的輸送方式、除臭系統(tǒng)進(jìn)行分析設(shè)計(jì)，提出在設(shè)計(jì)過(guò)程中需重點(diǎn)考慮和優(yōu)化的內(nèi)容，以及污泥處理系統(tǒng)與垃圾焚燒系統(tǒng)在熱源、除臭方面的結(jié)合，為有關(guān)脫水污泥干化、脫水污泥及干化污泥輸送等類似工程提供借鑒。

關(guān)鍵詞：污泥；生活垃圾；協(xié)同處置；污泥

干化；污泥輸送

引言

市政污泥的處理處置越來(lái)越受重視，因地制宜選取最為適合的處理處置工藝至關(guān)重要?！案苫?電廠摻燒”的處理工藝能有效解決污泥自身熱值不足問(wèn)題，干化設(shè)備建議選擇間接干化形式，設(shè)備應(yīng)節(jié)能、低臭氣產(chǎn)量；干化后污泥輸送可采用柱塞泵，輸送管路與柱塞泵設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)充分考慮各種工況，并結(jié)合已有項(xiàng)目運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，合理優(yōu)化設(shè)計(jì)，節(jié)省投資與輸送成本。

1 項(xiàng)目背景

隨著城市的快速發(fā)展，污水產(chǎn)生量急劇增加，導(dǎo)致污水處理過(guò)程中產(chǎn)生的污泥量逐年遞增。根據(jù)我國(guó)相關(guān)政策及法律法規(guī)要求，城市污水廠產(chǎn)生的污泥必須進(jìn)行減量化、穩(wěn)定化、無(wú)害化、資源化處理，不允許不達(dá)標(biāo)的污泥直接排放，同時(shí)取消所有非法污泥堆放場(chǎng)地。因此，選擇合理的污泥處理工藝和正規(guī)的污泥處置方式是污泥處理系統(tǒng)在設(shè)計(jì)階段需要考慮的首要問(wèn)題。

生活垃圾是“沒(méi)有放對(duì)地方的資源”，只要科學(xué)地進(jìn)行利用，就可以讓它變廢為寶，成為持續(xù)增長(zhǎng)的可再生資源。隨著這些年電荒、油荒、煤荒的持續(xù)出現(xiàn)，生活垃圾作為可再生能源的價(jià)值日益凸顯。將污泥與生活垃圾協(xié)同處置，利用垃圾焚燒產(chǎn)生的蒸汽干化污泥，并將干化后的污泥與生活垃圾協(xié)同焚燒，充分利用污泥熱值，可有效減少污泥處置的能源消耗。

2 工程概況

湖南省長(zhǎng)沙市城市固體廢棄物處理場(chǎng)位于望城區(qū)橋驛鎮(zhèn)，是城區(qū)唯一的城市固體廢棄物綜合協(xié)同處理場(chǎng)所。隨著固體廢棄物處理場(chǎng)生活垃圾及污泥填埋量的不斷增加，長(zhǎng)沙市城市固體廢棄物處理場(chǎng)長(zhǎng)期處在超負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)，臭氣對(duì)周邊環(huán)境產(chǎn)生影響，并且隨著填埋堆放高度的增加，也存在安全隱患。為解決該固體廢棄物處理場(chǎng)存在的環(huán)境影響及安全問(wèn)題，經(jīng)多次方案論證決定在固體廢棄物處理場(chǎng)內(nèi)采用“污泥熱干化與生活垃圾清潔焚燒協(xié)同處置”工藝，對(duì)污泥與生活垃圾2類固體廢棄物協(xié)同處置，可實(shí)現(xiàn)日處理500t市政污水處理廠污泥和2800t生活垃圾。對(duì)現(xiàn)有處理方式進(jìn)行提質(zhì)改造，本工程建設(shè)成功后不僅進(jìn)一步提升了固體廢棄物處理場(chǎng)周邊的環(huán)境質(zhì)量，還對(duì)服務(wù)區(qū)污水處理廠污泥及生活垃圾進(jìn)行資源化利用，具備合理性，符合國(guó)家節(jié)能減排和發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)的政策，符合資源開(kāi)發(fā)利用的可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略要求，符合資源開(kāi)發(fā)總體規(guī)劃及綜合利用的要求。

3 工藝流程

日處理入廠含水率80%污泥500t、生活垃圾2800t。采用污泥與生活垃圾協(xié)同處置方式，干化后的污泥與生活垃圾有共同處置的特性[1] ，將污泥與生活垃圾按6%～7%摻燒比混合后，一并進(jìn)入焚燒爐進(jìn)行焚燒處理，并利用焚燒余熱進(jìn)行發(fā)電，節(jié)省投資和運(yùn)行費(fèi)用[2] ，有效地實(shí)現(xiàn)了污泥和生活垃圾的“無(wú)害化、減量化、資源化”。

長(zhǎng)沙市市區(qū)污水處理廠污泥與生活垃圾通過(guò)密封運(yùn)輸車從物流口進(jìn)入廠區(qū)，經(jīng)過(guò)地磅秤稱重后濕污泥卸至接料倉(cāng)內(nèi)，后經(jīng)泵送至干化系統(tǒng)。生活垃圾經(jīng)卸料平臺(tái)卸至垃圾坑，經(jīng)過(guò)2～5d靜置，瀝出水分后通過(guò)垃圾池上部的垃圾抓斗送入焚燒爐。濕污泥由干化車間的干化機(jī)進(jìn)行干化，干化過(guò)程所需的熱源來(lái)自于焚燒發(fā)電系統(tǒng)的汽機(jī)抽汽。干化后的污泥與垃圾坑內(nèi)的生活垃圾混合后一起進(jìn)入焚燒爐，污泥處理系統(tǒng)工藝流如圖1所示。

4 主要系統(tǒng)設(shè)計(jì)

4.1 濕污泥接收儲(chǔ)存系統(tǒng)

濕污泥接收及儲(chǔ)存間為雙層框架結(jié)構(gòu)，上層為卸料大廳，下層為料倉(cāng)間，接收儲(chǔ)存車運(yùn)污泥。長(zhǎng)沙市污水處理廠的脫水污泥通過(guò)密封污泥運(yùn)輸車從物流口進(jìn)入廠區(qū)，經(jīng)過(guò)地磅秤稱重后從引橋進(jìn)入主廠房卸料平臺(tái)，通過(guò)設(shè)置在卸料平臺(tái)的3個(gè)卸料門將濕污泥卸至卸料平臺(tái)下的接料倉(cāng)內(nèi)。污泥接收及儲(chǔ)存間設(shè)置在主廠房卸料平臺(tái)下層，共設(shè)置3個(gè)300m3濕污泥存儲(chǔ)倉(cāng)，可滿足約2d的濕污泥儲(chǔ)存需求。料倉(cāng)底部設(shè)破拱滑架及卸料螺旋，破拱滑架裝置的結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)確保物料在任何下落或卸料過(guò)程中不產(chǎn)生“架橋”現(xiàn)象和堆積死角。破拱滑架具有足夠的推力和強(qiáng)度，將污泥導(dǎo)入卸料螺旋輸送機(jī)，可確保料倉(cāng)內(nèi)污泥正常卸料。本工程的污泥源自不同污水處理廠，污泥料倉(cāng)還可起到均質(zhì)污泥的作用。

4.2 濕污泥輸送系統(tǒng)

濕污泥輸送系統(tǒng)將料倉(cāng)內(nèi)含水率80%的污泥輸送至干化機(jī)，輸送距離為110m，輸送系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行是本工程的關(guān)鍵。經(jīng)比選采用工程經(jīng)驗(yàn)豐富、運(yùn)行穩(wěn)定的液壓柱塞泵。柱塞泵的輸送能力與干化機(jī)能力匹配，共設(shè)置4臺(tái)柱塞泵，與干化機(jī)一一對(duì)應(yīng)。輸送能力為12m3/h，泵出口壓力為60bar。進(jìn)入干化系統(tǒng)的污泥為各污水廠的車運(yùn)污泥，污泥在裝車、運(yùn)輸過(guò)程中難免會(huì)混入少量碎石、鐵釘、螺絲等。濕污泥輸送泵后設(shè)置除雜裝置，除雜裝置的通過(guò)尺寸為20mm，能過(guò)濾掉所有金屬探測(cè)器截留的物質(zhì)。除雜裝置的安裝形式為水平進(jìn)垂直出，可以截留大粒徑雜物，確保干化系統(tǒng)的安全運(yùn)行。

4.3污泥干化系統(tǒng)

污泥干化過(guò)程中要特別避免污泥粘滯區(qū)，該區(qū)域含水率為40%～50%。干化部分出泥含水率的設(shè)計(jì)值為60%，干化設(shè)備應(yīng)能調(diào)節(jié)含水率在60%～70%之間的干化后污泥。

4.3.1污泥干化設(shè)備

污泥干化機(jī)的形式按照物料是否與熱源接觸分為2種，即直接干化與間接干化。

4.3.1.1直接干化

直接干化是將高溫?zé)煔馑腿敫苫瘷C(jī)，通過(guò)氣體與污泥直接接觸形成空氣流動(dòng)進(jìn)行換熱，熱能利用率高，但高溫?zé)煔膺B續(xù)進(jìn)入會(huì)帶來(lái)與通入煙氣等量的、直接與物料接觸的廢氣，因此必須將廢氣特殊處理后才能排放。直接干化代表設(shè)備有轉(zhuǎn)鼓、帶式、流化床等干化機(jī)。本工程采用蒸汽作為熱源，直接干化方式不適用于本工程。

4.3.1.2間接干化

間接干化是通過(guò)熱交換器利用高溫?zé)煔獾臒崮埽瑐鹘o空氣、導(dǎo)熱油或蒸汽?？諝?、導(dǎo)熱油或蒸汽在封閉的系統(tǒng)中循環(huán)，與需要干化的污泥不進(jìn)行直接接觸。間接干化代表設(shè)備有轉(zhuǎn)盤（槳葉）式、帶式、薄層等干化機(jī)，因此間接干化方式適用于本工程。

（1）轉(zhuǎn)盤（槳葉）式干化機(jī)

轉(zhuǎn)盤（槳葉）式干化機(jī)主體由一個(gè)圓筒形的外殼和沿中心軸貫穿的圓盤組成。圓盤采用中空結(jié)構(gòu)，熱水/蒸汽從中空處流過(guò)，利用中空軸間接將熱量傳遞給污泥。污泥在兩者之間流過(guò)，利用圓盤傳遞的熱能將水分蒸發(fā)。蒸發(fā)出來(lái)的水蒸氣在轉(zhuǎn)盤上方的空間聚集，通過(guò)通風(fēng)將水蒸氣從干化機(jī)帶出。轉(zhuǎn)盤可增大換熱面積，從而給污泥提供更大的容量；通過(guò)緩慢轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)盤上的小刮片可將污泥向前推動(dòng)，并起到攪拌的作用。

（2）帶式干化機(jī)

污泥通過(guò)進(jìn)料系統(tǒng)進(jìn)入帶式干化機(jī)布泥設(shè)備，在烘干輸送帶上緩慢移動(dòng)，將污泥均勻地?cái)備佋谖勰嗪娓奢斔蛶?；輸送帶上設(shè)置限位器和限高器，以精確控制輸送帶上的污泥高度，保證污泥在輸送帶上一直處于最佳厚度；通過(guò)變頻器進(jìn)行無(wú)級(jí)調(diào)速調(diào)整輸送帶的移動(dòng)速度，污泥通過(guò)輸送帶在干化機(jī)內(nèi)緩慢移動(dòng)，污泥中的水分被設(shè)備內(nèi)流動(dòng)的干燥空氣帶走。另外，由于輸送帶分為多層，上層完成干化的污泥通過(guò)安裝在尾部的過(guò)渡區(qū)掉入下層輸送帶，下層輸送帶的工作原理與上層一致，經(jīng)過(guò)下層輸送帶干化后，污泥最終進(jìn)入出料裝置排出，因此出料裝置可采用螺旋輸送機(jī)，鏈板、鏈條輸送機(jī)等。

（3）薄層干化機(jī)

臥式薄層干化機(jī)由內(nèi)外2個(gè)同軸圓筒組成，外層圓筒通過(guò)高溫?zé)嵴羝?，干化機(jī)內(nèi)筒通過(guò)濕污泥。沿干化機(jī)長(zhǎng)方向的中心軸轉(zhuǎn)子上安裝不同曲度的葉片，脫水后污泥在干化機(jī)內(nèi)部沿固定方向流動(dòng)的熱氣帶動(dòng)下，利用安裝在高速旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子上的槳葉，將污泥攤鋪在干化機(jī)的內(nèi)壁上，形成薄薄的一層污泥層。污泥層以一定的速度從干化機(jī)的進(jìn)料端移動(dòng)到出料端。在此過(guò)程中，濕污泥在外層熱蒸汽及內(nèi)部熱工藝氣的作用下完成干化，并從干化機(jī)排出，污泥在干化機(jī)中整個(gè)干化過(guò)程用時(shí)在2～3min。干化后的污泥通過(guò)冷卻設(shè)備使溫度降低至45～55℃，然后輸送至下一環(huán)節(jié)，進(jìn)行暫存或直接外運(yùn)。從干化機(jī)中出來(lái)的氣體經(jīng)冷凝設(shè)備后進(jìn)行氣水分離，冷凝水從設(shè)備中排出，進(jìn)入污水處理系統(tǒng)；載氣由循環(huán)風(fēng)機(jī)大部分送入干化機(jī)中再次利用，一小部分排出干化機(jī)，送入除臭系統(tǒng)，進(jìn)行除臭處理。

（4）干化機(jī)形式比選

根據(jù)前文介紹，無(wú)論是轉(zhuǎn)盤（槳葉）式干化機(jī)、帶式干化機(jī)、薄層干化機(jī)均適用于本工程，因此需針對(duì)各個(gè)設(shè)備的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行比選，薄層干化設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定，工程案例多，工作環(huán)境好，出泥含水率在30%～70%之間可調(diào)，更適用于本工程，設(shè)計(jì)采用薄層干化工藝，詳見(jiàn)表1。

4.3.2污泥干化系統(tǒng)設(shè)計(jì)

采用薄層干化機(jī)，設(shè)計(jì)蒸發(fā)能力為2946kg/h，

換熱面積為58.2m2，熱干化過(guò)程熱源來(lái)自垃圾焚燒項(xiàng)目的過(guò)熱蒸汽，過(guò)熱蒸汽參數(shù)壓強(qiáng)為0.9MPa、溫度為240℃。干化后污泥在中間料倉(cāng)緩存后，經(jīng)柱塞泵送至焚燒爐中進(jìn)行摻燒。

污泥蒸發(fā)出的廢蒸汽上升，離開(kāi)污泥，從干化機(jī)頂部的廢氣排放口排出。干化機(jī)運(yùn)行時(shí)內(nèi)部保持負(fù)壓，臭氣不會(huì)外逸。少量環(huán)境空氣受控制地被吸入干化機(jī)，與廢蒸汽一同排放。這部分空氣同時(shí)起到降低廢蒸汽飽和度的作用，可防止其在離開(kāi)干化機(jī)前重新冷凝。廢氣直接經(jīng)管道進(jìn)入管式換熱器冷凝，冷卻后由變頻的不凝氣體風(fēng)機(jī)送至焚燒爐焚燒處理。不凝氣體風(fēng)機(jī)，一方面吸引廢蒸汽/不凝結(jié)氣體流動(dòng)，另一方面為干化機(jī)與冷凝器內(nèi)部制造負(fù)壓環(huán)境。

冷凝廢水經(jīng)乏汽冷凝水箱由排污泵送至換熱器進(jìn)行冷卻后排至廠區(qū)廢水收集處理系統(tǒng)。廢蒸汽和蒸發(fā)器冷凝水的冷卻水采用循環(huán)方式，通過(guò)板式換熱器降溫后返回循環(huán)利用。蒸發(fā)器冷凝循環(huán)冷卻水的換熱水來(lái)自于廠區(qū)冷卻水，廠區(qū)冷卻水自流至干化車間，經(jīng)冷卻水增壓泵輸送至本系統(tǒng)各用水單元，升溫后的冷卻水回送至廠區(qū)冷卻塔進(jìn)行循環(huán)使用。蒸汽從一側(cè)進(jìn)入干化設(shè)備轉(zhuǎn)子內(nèi)，釋放熱量，形成的冷凝水從設(shè)備另一側(cè)經(jīng)疏水設(shè)備排出系統(tǒng)。

從干化機(jī)排出的廢熱蒸汽中90%（質(zhì)量比）以上是污泥蒸發(fā)出來(lái)的蒸汽，本工程干化機(jī)出泥含水率為65%，濕度較大，污泥呈輕軟的團(tuán)狀，溫度較低約為100°C。因此，干化后污泥含水率高、溫度低，產(chǎn)生臭氣量少，干化系統(tǒng)在設(shè)計(jì)工況下不會(huì)產(chǎn)生粉塵，不會(huì)發(fā)生污泥自燃及粉塵爆炸。本工程設(shè)置4套薄層式污泥干化機(jī)，單套蒸發(fā)面積58.2㎡，每條干化線配置1套不凝氣冷凝系統(tǒng)、1臺(tái)不凝氣體風(fēng)機(jī)和1套公用蒸汽分配系統(tǒng)及蒸汽冷凝水回收系統(tǒng)。

干化系統(tǒng)房間為雙層框架結(jié)構(gòu)，上層為干化機(jī)及其尾氣處理系統(tǒng)，下層為干化污泥暫存、輸送、管道注膜系統(tǒng)等。房間布置時(shí)應(yīng)注意薄層干化機(jī)的檢修空間要求較大，維護(hù)時(shí)需將整個(gè)軸水平地從干化機(jī)內(nèi)部抽出，設(shè)計(jì)時(shí)要為此留有充足的空間。

4.4干化污泥輸送系統(tǒng)

干化后污泥通過(guò)螺旋輸送機(jī)進(jìn)行初步冷卻，然后進(jìn)入中間緩存?zhèn)};緩存?zhèn)}采用活底料倉(cāng)方式出料，下部配置帶有雙螺旋進(jìn)料器的柱塞泵，中間緩存?zhèn)}2套，單套容積30m3;通過(guò)柱塞泵將污泥輸送至鍋爐進(jìn)料口[3]，最遠(yuǎn)水平輸送距離達(dá)190m，并垂直提升30m，污泥含水率為65%，溫度在60℃左右。因此，遠(yuǎn)的輸送距離、低的污泥含水率，是本工程設(shè)計(jì)最大的重點(diǎn)與難點(diǎn)。

對(duì)2種輸送方案進(jìn)行比選，一是通過(guò)柱塞泵將干化后污泥一次性輸送220m至鍋爐進(jìn)料口，但方案對(duì)設(shè)備及管路布置要求極高，任何一處出現(xiàn)故障都會(huì)導(dǎo)致干泥入爐失?。欢窃谥虚g距離處設(shè)置接力料倉(cāng)及接力泵，通過(guò)接力形式將污泥輸送至鍋爐入口，方案輸送可靠性高，但工程投資、設(shè)備故障率會(huì)增加。經(jīng)考察類似項(xiàng)目，多次分析討論，最終確定采用一次性輸送入爐方案，節(jié)省投資及運(yùn)行成本。

設(shè)計(jì)中為預(yù)防一次性輸送入爐方案可能產(chǎn)生的問(wèn)題，結(jié)合工程經(jīng)驗(yàn)，充分考慮，作出優(yōu)化設(shè)計(jì)。①通過(guò)三維模型設(shè)計(jì)管道路由，優(yōu)化管道布置，減少?gòu)濐^及管路長(zhǎng)度，降低管道損失，同時(shí)保證管道布置美觀，不與其它管路產(chǎn)生碰撞。②管徑選擇時(shí)結(jié)合管道阻力計(jì)算及工程經(jīng)驗(yàn)，確保經(jīng)濟(jì)合理，干化污泥輸送管道設(shè)計(jì)管徑為DN250。③干化污泥輸送管道全程設(shè)置電伴熱，提高污泥溫度，從而提升污泥的流動(dòng)性。④干化污泥輸送管道每隔50m設(shè)置注膜環(huán)，當(dāng)污泥流變性較差，泵送阻力過(guò)大時(shí)，注入潤(rùn)滑劑，根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)管道潤(rùn)滑系統(tǒng)大約可使阻力損失降低1/3。⑤為防止停機(jī)時(shí)污泥在管道內(nèi)累積，于污泥管線上分段設(shè)沖洗接口。⑥每條管道末端設(shè)置4個(gè)出口，可將污泥均勻的布置在鍋爐入料口處，提高污泥與垃圾的混合效果。

干化污泥輸送設(shè)備采用3臺(tái)雙出口柱塞泵，2用1備，中間1臺(tái)備用泵分出4根管道（每個(gè)出口2根支管）為其余2臺(tái)泵提供備用管道。每臺(tái)泵輸送能力為 6m3/h，出口壓力為150bar。因此，為緩解污泥輸送管道堵塞，提高污泥在管道內(nèi)流動(dòng)性，設(shè)計(jì)了管道電伴熱裝置、干化污泥管道注膜系統(tǒng)，運(yùn)行時(shí)可結(jié)合實(shí)際需要啟停電伴熱或管道注膜系統(tǒng)。

4.5除臭系統(tǒng)

本工程臭氣分為2大類，即高濃度臭氣與低濃度臭氣，高濃度臭氣處理量為23000m3/h，低濃度臭氣處理量為100000m3/h。其中，高濃度臭氣來(lái)自濕污泥料倉(cāng)、半干污泥中間料倉(cāng)及干化機(jī)，通過(guò)抽排風(fēng)以維持整個(gè)系統(tǒng)負(fù)壓狀態(tài)，通過(guò)風(fēng)機(jī)直接送入垃圾焚燒爐焚燒處理，有害氣體在高溫環(huán)境下徹底分解；低濃度臭氣來(lái)自濕污泥接收間、半干污泥間及干化車間的環(huán)境臭氣，通過(guò)臭氣風(fēng)機(jī)送入垃圾坑再統(tǒng)一送入焚燒爐處理，焚燒爐故障時(shí)，則送入活性炭除臭系統(tǒng)進(jìn)行處理，因而設(shè)置了單套處理能力為50000m3/h的2套活性炭除臭裝置。

5運(yùn)行情況

污泥接收系統(tǒng)、濕污泥輸送系統(tǒng)、污泥干化系統(tǒng)、干化污泥輸送系統(tǒng)、除臭系統(tǒng)均已正常運(yùn)行，系統(tǒng)設(shè)計(jì)穩(wěn)定性高，設(shè)備能力余量適宜，能滿足非正常工況下運(yùn)行需求，干化污泥輸送系統(tǒng)無(wú)需管道注膜及電伴熱應(yīng)急措施即可穩(wěn)定運(yùn)行。

結(jié)論

本工程將污泥處理與生活垃圾協(xié)同焚燒處置，利用垃圾焚燒產(chǎn)生的蒸汽干化污泥，通過(guò)焚燒工藝充分利用污泥熱值，提高能源利用率，降低運(yùn)行成本。含水率80%的污泥接收系統(tǒng)儲(chǔ)泥時(shí)間設(shè)計(jì)留有余量，確保干化機(jī)持續(xù)、均質(zhì)進(jìn)泥。干化后的污泥含水率為65%，一次性輸送距離達(dá)220m（其中垂直距離30m），在我國(guó)工程設(shè)計(jì)及運(yùn)行中具有很強(qiáng)的代表性與借鑒性。干化污泥輸送系統(tǒng)設(shè)計(jì)充分考慮管路損失與應(yīng)急措施，優(yōu)化了管道路由。干化系統(tǒng)產(chǎn)生的臭氣可直接送入鍋爐進(jìn)行焚燒徹底處理，運(yùn)行成本低。

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作者簡(jiǎn)介

袁永振（1990—），男，漢族，天津人，本科，主要從事市政水廠、污水廠污泥處理工程設(shè)計(jì)工作。