帶式壓濾及離心式脫水機在污泥脫水中的應用比較
行業(yè)動態(tài)
污泥脫水是污泥處理的主要過程，使含水率為95%左右的稀污泥，經(jīng)機械脫水后成為含水率為60%～85%的較干污泥，以利于進一步的處置與利用。過去污水處理車間的污泥脫水都采用帶式壓濾機（以下簡稱帶機），由于帶機的密封性能較差，產(chǎn)生的污泥惡臭問題較為嚴重。中國石化上海石油化工股份有限公司（以下簡稱上海石化）于2009年開展了惡臭治理項目，帶機作為惡臭來源，均加裝了玻璃鋼密封罩，加蓋后異味減少。然而在后續(xù)的連續(xù)運行中，加蓋后產(chǎn)生硫化氫積聚，在帶機沖洗噴嘴時，產(chǎn)生大量的水汽，濕硫化氫產(chǎn)生了極強的腐蝕性。帶機主體設備氣缸、框架、糾偏等系統(tǒng)均受到了不同程度的腐蝕，故障率急劇攀升，對車間的生產(chǎn)影響較大。
面對日產(chǎn)干污泥60t以及高額的污泥對外委托處理費用，急需一款既能降低污泥含水率，又能改善操作環(huán)境的設備。而近年來，臥式螺旋卸料沉降離心機（以下簡稱臥螺離心機）在污水處理廠污泥脫水中的應用越來越廣泛，因具有分離效果好、工作效率高、使用管理維護簡單方便等特點，在污水處理廠的實際應用中取得了良好的污泥脫水效果。經(jīng)過一系列的調(diào)研、考察論證，決定采用國產(chǎn)臥螺離心污泥脫水機替換帶式壓濾機進行脫泥，并在現(xiàn)場增設一臺離心機進行試驗。
一、帶機與臥螺離心機的脫水原理
帶機是一種常見的機械脫水設備，其脫水原理是：由上下兩條張緊的濾帶夾帶著污泥層，從一連串按規(guī)律排列的輥壓筒中呈S形彎曲前進，在前進過程中濾帶本身的張緊力形成了對污泥層的壓榨力和剪切力，把污泥層中的空隙水和毛細水擠壓出來，獲得固含量較高的泥餅，從而實現(xiàn)污泥脫水。帶機的污泥脫水流程一般是濕污泥經(jīng)絮凝、重力脫水、低壓脫水和高壓脫水后，形成含水率小于85%的泥餅。
從帶機的脫水原理可以看出：濾帶的寬度即為污泥過濾的面積，其大小直接影響帶機污泥脫水的處理量。而濾帶的長度、運行速度和進料污泥的濃度則影響污泥脫水的效果，濾帶越長、進料濃度越高，則污泥脫水的效果相對較高，而濾帶運行速度關系到污泥脫水的效果及處理量，需衡量兩者的需求，從而選擇一個較為理想的參數(shù)。
臥螺離心機是近20年發(fā)展起來的機械脫水設備，其分離過程主要依靠固液兩相的密度差，通過離心力的作用，實現(xiàn)固液兩相的分離。臥螺離心機主要由雙轉子系統(tǒng)即轉鼓和螺旋、進料管、機架和傳動系統(tǒng)組成。臥螺離心機的轉子是由轉鼓和螺旋組成的雙轉子系統(tǒng)，轉鼓是分離時的容器，而螺旋則起到推料的作用，兩轉子之間由差速器連接，使轉鼓和螺旋產(chǎn)生轉速差。當轉子高速旋轉時，濕污泥由進料管進入轉子，進入轉子的污泥高速旋轉，在巨大離心力的作用下，泥水兩相分層，密度較大的污泥沿著轉鼓壁并由螺旋推向固相出口排出，較輕的水則形成內(nèi)層液環(huán)，依靠進料泵的壓力從裝有溢流板的液相出口處流出，因此實現(xiàn)了污泥脫水。為了使污泥脫水取得更好的效果，在離心機分離前通常會在濕污泥中加入絮凝劑，增大污泥與水的密度差，以便得到令人滿意的效果。
影響臥螺離心機污泥脫水效果的關鍵因素主要有：轉鼓長徑比（轉鼓有效長度與轉鼓內(nèi)徑的比值）、轉速、差速、污泥性質(zhì)、預處理調(diào)節(jié)情況等。通常來說，長徑比越大、轉速越高，污泥脫水效果越好。而差速的大小影響著污泥脫水的干度和處理量，差速大污泥排得越快，但干度下降，故需選擇合適差速以滿足處理量和干度的要求。
相比于帶機，離心機在裝機功率上較大，但帶機還需要用到?jīng)_洗泵和空壓機等輔助設備。在占地面積上，離心機明顯小于帶機，且減少了輔助設備所占用的空間，因此其建設成本較低。
二、臥螺離心機的應用情況
2.1 運行效果
污泥進行離心脫水時，通常需要加入聚丙烯酰胺（PAM）絮凝劑，使細小的污泥變成黃豆大小的污泥，以便于更好地進行分離。因此，臥螺離心機除了配套進泥泵外，還需要使用加藥裝置、出泥口閘閥及泥餅輸送機等配套設備。
臥螺離心機污泥脫水的流程：污泥由泵輸送至管道中與絮凝劑混合后進入離心機脫水，脫水后液體回到初沉池，污泥下落經(jīng)過閘閥后由螺旋輸送機經(jīng)污泥干泥泵輸送到污泥料倉再送到外運卡車上。
帶機與臥螺離心機的運行參數(shù)如下：
| 項目 | 處理量（m3/h） | 干泥量（kg/h） | 平均泥餅干度（%） | 平均回收率（%） |
帶機 | 20 | 200 | 18 | 95 |
臥螺離心機 | 20 | 400 | 20 | 96 |
從上表中數(shù)據(jù)可以看出：臥螺離心機的脫水干度高于帶機，干度越高脫水污泥的體積越小，直接的效益就是污泥外運成本的降低，隨著企業(yè)煉油能力的提高，產(chǎn)生的污泥量會顯著增加，經(jīng)濟效益會同步提高。
臥螺離心機的控制程序具有很好的自動調(diào)節(jié)功能，它能根據(jù)進料污泥濃度的變化來調(diào)節(jié)差速。當濃度變大時，加大差速使污泥盡快排出，不會造成堵機故障；當濃度減小時，減小差速以保證脫水污泥的干度。而帶機無法做到自動調(diào)節(jié)，因此其脫水污泥的干度會隨著濃度的變化產(chǎn)生一定的波動。
2.2 技術改造
（1）密封的改進
臥螺離心機運行時會產(chǎn)生振動，因此根據(jù)離心機廠家的要求，所有與離心機連接的管道、接料口等均做成柔性連接。進料管和出液管均采用不銹鋼金屬軟管，具有良好的減振效果，且牢靠美觀。離心機的出泥是靠污泥自重下落到輸送機的，故為了防止堵塞，出口做成長方形，尺寸達到600mm×300mm。原先離心機出泥口采用編織布將出口圍住，下口塞進出泥口閘閥，雖然這種方式避免了振動傳導，但也造成了污泥臭氣外溢的問題。為了解決該問題，與廠家一起設計了一種方形的軟連接：采用浸塑布材料做成環(huán)形，然后用壓條與上口離心機、下口閘閥固定并封住水汽外漏。使用初期，該方形軟連接取得了較好的密封效果，但由于出泥口污泥的飛濺及擠壓，經(jīng)過一段時間運行后出現(xiàn)了浸塑布破損的情況。因此，在方形軟連接中增加了不銹鋼板，起到保護浸塑布的作用。經(jīng)過3年左右的運行，該方形軟連接沒有出現(xiàn)破損的情況，而且密封效果良好。
（2）加藥裝置的改進
在改造時，原本考慮采用帶機的加藥裝置，這樣就能夠省去一套裝置的采購費用，但與帶機所用的PAM絮凝劑不同，離心機用的絮凝劑相對分子質(zhì)量更高，其熟化時間增長了一倍，故帶機的加藥裝置能力不足，因此需要進行改造。通過增加一臺轉料泵和一個塑料桶，與原有的加藥裝置形成一套變相的兩箱式加藥裝置，原有的加藥裝置作為絮凝劑的攪拌，再通過轉料泵送入塑料桶熟化，這樣就能保證絮凝劑的效果。改造后加藥裝置的能力提高了一倍，且此種改造費用較低，節(jié)省了成本。
三、臥螺離心機的運行成本及維護
3.1 運行成本
單臺離心機與帶機進泥量維持在10m3/h，而在此時，離心機和帶機的出泥量大致相當，約為1t/h，但兩種設備的運行費用卻差別較大，臥螺離心機每1t濕污泥處理費用為11.347元，帶機則為15.485元。
帶機在運行時需要消耗大量的水來沖洗濾布，而離心機只有在停機維護時才需要沖洗設備，故帶機在水耗方面比離心機大了許多，而且增加了車間污水的產(chǎn)生。電耗方面，由于帶機運行時還要用到?jīng)_洗水泵和空壓機，實際功率在15kW左右，離心機的裝機功率在33kW，因此離心機的電耗量會大于帶機。按照每日脫干泥量60t（10t濕污泥折合1t干污泥）計算，一年節(jié)省成本為：（15.485-11.347）×10×60×30×12=893800元。經(jīng)過比較，臥螺離心機的運行成本較低，在相同脫泥量的情況下，離心機每年可以比帶機節(jié)省費用近90萬元。雖然離心機一次性投資費高，比帶機高50多萬元，但從長期的角度來看，離心機的總成本低于帶機。
3.2 日常維護管理
（1）臥螺離心機較帶機減少了壓縮空氣和無機藥劑投加裝置等輔助設備，工序簡化，管理方便。由于減少了一道藥劑投加工序，在操作運行中更為簡便；少了空壓機和儲氣罐后，車間的管理更方便?？諌簷C和儲氣罐屬于壓力容器類設備，在日常運行中，有許多和壓力容器相關的需求需要遵守，與壓力容器配套的監(jiān)視設施壓力表、安全閥等都需要每年檢定，壓力容器本體定期需要檢驗，在減少了這些設施之后，工作量減少，管理更方便。
（2）臥螺離心機的操作簡單，自動化程度高。由于安裝了震動、溫度、流量、電流一體的監(jiān)視系統(tǒng)，操作智能化程度高，一鍵式觸屏操作減輕了操作人員大量繁瑣的勞動。而帶機的操作則相對較為原始，壓濾機輔助系統(tǒng)多，如濾帶張緊及糾偏需氣動系統(tǒng)，該系統(tǒng)在臟而易腐蝕的環(huán)境中極易失靈，運行中常需人工糾偏，稍有不注意未及時糾偏，濾帶即會損壞，更新費用較高。此外，濾帶的沖洗須用0.4MPa以上的帶壓水，運行時加壓水泵常開，磨損泄漏較多，維修工作量大。
（3）臥螺離心機的自動保護性能好，故障判斷準確、及時。臥螺離心機在各處安裝監(jiān)視系統(tǒng)，且離心機本身液壓站具有差速自動反饋調(diào)節(jié)、推料功率自動補償功能，排出過載故障后自動恢復初始調(diào)整狀態(tài)，因此一般情況下不易發(fā)生堵料情況。一旦由于誤操作或其他原因引起機器堵料故障等情況，亦可以通過啟動液壓裝置，自動排除堵料故障，無需解體清理堵料。而離心機本身和進泥泵、加藥系統(tǒng)進行了聯(lián)鎖，一旦出現(xiàn)非離心機本身故障問題時，系統(tǒng)會自動停運進泥泵和加藥泵，離心機也可以在報警的同時降低到安全轉速，不易因離心機進泥或藥劑問題而導致設備損壞。而國產(chǎn)帶機卻無響應的監(jiān)視系統(tǒng)，一般只有在較大的異常或故障停機時才能發(fā)現(xiàn)問題。
（4）臥螺離心機脫泥過程為全封閉環(huán)境，而帶機污泥在濾布上全部敞開，均勻散開在濾布上運動，容易散發(fā)惡臭氣體。帶機在加裝玻璃鋼密封罩后，外圍惡臭味道減少，但是帶機房內(nèi)惡臭氣體濃度卻急劇增加，加速帶機整體的腐蝕；密封后，帶機房內(nèi)有較高的硫化氫積聚，使帶機在開車期間，往往不允許任何人員進入帶機房，人員只能在距離帶機3～4m的距離巡檢，或者利用監(jiān)視器進行單側面不完全的監(jiān)視，因此在發(fā)現(xiàn)故障的時間上往往要延后很多，很多故障只有在帶機停車時才能發(fā)現(xiàn)；相對較高的硫化氫濃度，也增加了操作和維修人員安全風險，影響人員的身心健康。
（5）臥螺離心機日常維護簡單。由于帶機主要組件多，結構復雜，主要磨損部件滾筒軸承達到34套、氣缸4只，糾偏探頭4個，上下濾布總長達到25.2m，在脫泥過程中，由于漲緊、糾偏系統(tǒng)零部件較多，容易出現(xiàn)因單一問題而引發(fā)的整體性停車，因此帶機維護所需要的備品備件較多，給運行管理帶來困難；帶機較繁瑣的構造，又增加日常潤滑保養(yǎng)的難度；帶機較離心機的加油點數(shù)量多，直接增加了大量的日常保養(yǎng)工作。在實際運行中，臥螺離心機的潤滑工作非常簡單易行，只有在給內(nèi)螺旋軸承加油時才需要進行開蓋等稍繁瑣的操作，其他日常潤滑工作基本能正常進行，且方便易行。
（6）臥螺離心機的檢修更為方便快捷。在設備發(fā)生故障時，離心機的構件較少，因此檢修工作量較帶機小，只需要配備行車或電動葫蘆即可進行吊起快速修理。帶機處于帶機房內(nèi)，滾筒等大部件的吊裝等均比較麻煩，實際中多為人工手動進行拼裝，存在不小的安全風險，且安裝時的質(zhì)量也大打折扣，運行過程中發(fā)生過因主滾筒故障使帶機長時間故障而停車的案例。
（7）臥螺離心機可以連續(xù)24h不停車運行。雖然帶機也可以連續(xù)24h運行，但是長時間運行后帶機的沖洗系統(tǒng)經(jīng)常會發(fā)生堵塞，尤其是在使用回用水后，堵塞現(xiàn)象尤為嚴重。雖然使用專門的刷子對噴淋頭進行刷洗后，能使沖洗水和濾帶的透水效果變得正常，但由于噴淋裝置位于帶機頂部和底部，疏通操作極為不便，增加了維護保養(yǎng)的難度。所以帶機運行管理中每天都需要停機幾個小時，專門對帶機噴淋系統(tǒng)進行沖洗操作。臥螺離心機開車時由于不使用沖洗水，也就不存在這一問題，可以長期連續(xù)24h運行。
（8）帶機運行時噪聲為70～75dB，臥螺離心機運行噪聲為76～80dB。就單機而言，臥螺離心機的噪聲要稍高于帶機，但是由于帶機的沖洗水聲音比較大，因此在開啟沖洗水的過程中，帶機的噪聲要比臥螺離心機大。
四、結語
上海石化污泥脫水車間采購的臥螺離心機，脫水效果良好，與原有的帶式壓濾機相比，脫水污泥的干度更高，有效減少了污泥外運的成本。通過技術改造，解決了離心機出泥口臭氣外漏的問題，同時改造了原有帶機的加藥裝置，有效滿足了離心機的加藥需求。在日常操作維護方面，離心機較帶機自動化程度更高，人工操作較少，維護簡便。更為重要的是，由于污泥產(chǎn)生的硫化氫氣體，不僅腐蝕設備，而且會危害人體的健康，帶機難以有效解決這一問題，已越來越不能適應環(huán)保安全的要求。而在運行成本上，帶機由于消耗大量沖洗水及略高的藥劑費用，運行成本高于離心機。雖然帶機的購置費用低于離心機，但長期來看，離心機總的成本低于帶機。
