剩余污泥機(jī)械脫水技術(shù)研究進(jìn)展
行業(yè)動(dòng)態(tài)
在水處理技術(shù)不斷發(fā)展的過(guò)程中，伴生出許多二次污染問(wèn)題，剩余污泥就是其中主要問(wèn)題之一。
傳統(tǒng)污泥處理工藝如填埋法、污泥消化、土壤改良等，因污泥中含水率過(guò)高，不能高效利用污泥，造成了能源的浪費(fèi)。目前，污泥處理的一個(gè)主要問(wèn)題是污泥含水率過(guò)高，其熱值大部分都消耗在蒸發(fā)水分上，甚至需要額外能源用于焚燒，因此污泥脫水成為了污泥處理的主要技術(shù)問(wèn)題之一。
污泥脫水方法可分為自然干化和機(jī)械脫水兩大類(lèi)。自然干化設(shè)施常見(jiàn)的有干化床和干化塘，機(jī)械脫水常見(jiàn)的有真空脫水、壓濾脫水、離心脫水、造粒脫水等多種方式。機(jī)械脫水常見(jiàn)的有真空脫水、壓濾脫水、離心脫水、造粒脫水等多種方式。機(jī)械脫水因其脫水效果好、效率高、處理量大等優(yōu)點(diǎn)而得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。
1 真空脫水
真空脫水主要是利用低真空下水沸點(diǎn)降低的機(jī)理設(shè)計(jì)的。真空過(guò)濾機(jī)是一種利用真空脫水原理的固液分離設(shè)備。以ZPG型盤(pán)式真空過(guò)濾機(jī)為例，過(guò)濾盤(pán)由調(diào)速電機(jī)通過(guò)減速器及開(kāi)式齒輪傳動(dòng)來(lái)驅(qū)動(dòng)過(guò)濾盤(pán)，在裝滿(mǎn)料漿的槽體中以一定的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動(dòng)。真空泵作用于過(guò)濾圓盤(pán)的某一濾扇處。在過(guò)濾吸附區(qū)，過(guò)濾介質(zhì)兩側(cè)形成壓力差，使固體物料吸附在濾布上形成濾餅，而濾液則經(jīng)濾液管及分配頭排出。當(dāng)這一濾扇從料漿液位中脫離而進(jìn)入脫水區(qū)后，真空的抽吸力使得濾餅中的水不斷與濾餅分離，進(jìn)一步從濾液管及分配頭排出，濾餅得以干燥。在卸料區(qū)濾餅自濾盤(pán)上卸下，落入排料槽，由集料皮帶運(yùn)走。整個(gè)作業(yè)過(guò)程連續(xù)不斷地重復(fù)進(jìn)行。
通常真空脫水都需要對(duì)所處理的污泥進(jìn)行不同的前期處理。胡曉峰通過(guò)室內(nèi)試驗(yàn)、半工業(yè)性試驗(yàn)及生產(chǎn)實(shí)踐，對(duì)錳鐵高爐洗煤氣含氰污泥進(jìn)行了混凝沉淀、泥漿濃縮、濾餅真空脫水等研究和探討。南素芳研究了無(wú)機(jī)混凝劑對(duì)消化污泥、活性污泥、腐殖污泥的調(diào)理效果。
隨著真空脫水的發(fā)展，對(duì)于污泥的干燥特性及干燥設(shè)備的研究更加深入。陳茗、李?lèi)?ài)民利用自制的小型實(shí)驗(yàn)臺(tái)對(duì)真空狀態(tài)下污泥的干燥特性進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，表明污泥真空干燥與水果干燥過(guò)程不同，污泥真空干燥過(guò)程中沒(méi)有恒速干燥期。張進(jìn)峰、張新提出了真空帶式壓榨脫水機(jī)的過(guò)濾機(jī)理及過(guò)濾分離原理，然后對(duì)真空帶式壓榨脫水機(jī)的總體結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分析，介紹了真空帶式脫水機(jī)的工作原理和結(jié)構(gòu)形式的選擇，簡(jiǎn)要闡述了真空帶式壓榨脫水機(jī)的跑偏問(wèn)題，提出跑偏的解決措施和直接原因分析。
但是真空過(guò)濾脫水目前應(yīng)用較少，使用的機(jī)械稱(chēng)為真空過(guò)濾機(jī)，可用于經(jīng)預(yù)處理后的初次沉淀污泥、化學(xué)污泥及消化污泥等的脫水。真空過(guò)濾機(jī)脫水的特點(diǎn)是能夠連續(xù)生產(chǎn)，運(yùn)行穩(wěn)定，工序較復(fù)雜，運(yùn)行費(fèi)用較高。但是真空過(guò)濾成本較高，很少單獨(dú)使用，多與其他脫水技術(shù)混合應(yīng)用。
2 壓濾脫水
壓濾機(jī)主要是靠壓力將污泥中的水分?jǐn)D壓出去，包括板框式壓濾機(jī)、廂式壓濾機(jī)、旋轉(zhuǎn)壓濾機(jī)、壓榨脫水機(jī)、罐式壓濾機(jī)等。
近年來(lái)，旋轉(zhuǎn)擠壓式污泥脫水機(jī)越來(lái)越受到關(guān)注，加拿大法尼亞滾壓式污泥脫水機(jī)在上海龍華污水廠進(jìn)行了各種污泥處理的混合試驗(yàn)，并通過(guò)建設(shè)部給水排水設(shè)備產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心和上海市城市排水監(jiān)測(cè)站的檢測(cè)。同濟(jì)大學(xué)李平元等指出其工作原理為：濕態(tài)污泥及混凝劑分別由污泥泵和加藥泵打入裝有攪拌器的混凝混合槽內(nèi)，絮凝后污泥進(jìn)入滾壓脫水機(jī)的污泥通道。通道兩旁各有一片圓形的鉆有小孔的不銹鋼柵格，柵格轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)把污泥帶進(jìn)脫水機(jī)內(nèi)。滾壓機(jī)圓形脫水道的前半部分0～180℃是過(guò)濾區(qū)，污泥中的水分從兩旁柵格的出水孔中擠出，并由污水槽排出。污泥經(jīng)過(guò)過(guò)濾區(qū)后，承受的壓力越來(lái)越大，使更多水分被擠出。柵格再利用摩擦力把污泥輸送到出口閘門(mén)（擠壓區(qū)），污泥被擠壓成泥餅。李元平等采用加拿大法尼亞公司生產(chǎn)的1-900/0750A型滾壓式污泥脫水機(jī)進(jìn)行了生產(chǎn)性脫水試驗(yàn)，證明該脫水機(jī)適用于城市污水廠混合污泥的脫水，并具有濃縮脫水一體化的功能。
隨著污泥濃縮脫水技術(shù)的發(fā)展，針對(duì)不同類(lèi)污泥的脫水問(wèn)題又有了更深入的研究。針對(duì)含有特種物質(zhì)的污泥壓縮方式也開(kāi)發(fā)出了新的壓縮方法。黃自力等針對(duì)含鋅廢水采用此種絮凝磁分離（BFMS）方法對(duì)模擬某鋅鹽制造企業(yè)的排放廢水進(jìn)行處理，研究了廢水pH值對(duì)Zn去除效果的影響、絮凝劑聚丙烯酰胺（PAM）和磁種（Fe3O4）對(duì)氫氧化鋅沉淀物沉降性能的影響以及外加磁場(chǎng)對(duì)氫氧化鋅絮凝體沉降性能的影響。韓虹等通過(guò)將磁粉引入絮體使之磁化并在自行研制的高梯度磁分離裝置中實(shí)現(xiàn)磁混凝與磁分離的協(xié)同作用進(jìn)行壓縮脫水。
板框壓濾機(jī)的構(gòu)造較簡(jiǎn)單，過(guò)濾推動(dòng)力大，適用于各種污泥，但不能連續(xù)運(yùn)行。滾壓脫水采用帶式壓濾機(jī)是把壓力施加在濾布上，用濾布的壓力和張力使污泥脫水，不需要真空或加壓設(shè)備，動(dòng)力消耗少，可連續(xù)生產(chǎn)。這種脫水方法已廣泛應(yīng)用。但這種脫水方法運(yùn)行費(fèi)用較高，還需要酰胺絮凝才能使用，這就增加了污泥的處理費(fèi)用。范德順指出旋轉(zhuǎn)擠壓式污泥脫水機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、高脫水性能、結(jié)構(gòu)緊湊、密閉構(gòu)造、維修管理容易等優(yōu)點(diǎn)，可用于污水處理，也可用于食品工業(yè)和醫(yī)藥工業(yè)的固液分離，有廣泛的用途和發(fā)展前景。
3 離心脫水
離心就是利用離心機(jī)轉(zhuǎn)子高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的強(qiáng)大離心力，加快液體中顆粒的沉降速度，把樣品中不同沉降系數(shù)和浮力密度的物質(zhì)分離開(kāi)。離心脫水機(jī)就是利用機(jī)械旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力將液態(tài)轉(zhuǎn)化固態(tài)，液態(tài)轉(zhuǎn)化液態(tài)，液態(tài)轉(zhuǎn)化液態(tài)再轉(zhuǎn)化固態(tài)等非均質(zhì)混合物分離成固體和液體組分或輕相和重相組分的一種機(jī)械設(shè)備。離心過(guò)濾機(jī)分為臥式和立式。
以VMI400型臥式振動(dòng)離心機(jī)為例，電機(jī)啟動(dòng)后皮帶輪帶動(dòng)主軸旋轉(zhuǎn)，篩籃也隨主軸旋轉(zhuǎn)，物料從入料管進(jìn)入篩籃底部，物料中的水在離心力作用下，透過(guò)料層和篩縫，甩向機(jī)殼四周，從離心液口排出，篩籃內(nèi)的物料受離心力作用緊貼篩面，在振動(dòng)電機(jī)振動(dòng)力作用下，料層均勻地向篩籃大端移動(dòng)，脫水后的物料從篩籃大端甩出，經(jīng)排料口排出。
離心脫水首先使用是在選礦上。王立龍介紹了LWZ1400×2000型離心脫水機(jī)的工作原理、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和技術(shù)參數(shù)。同時(shí)指出望峰崗選煤廠應(yīng)用該離心脫水機(jī)回收粗煤泥，緩解了煤泥水系統(tǒng)壓力，提高了混煤產(chǎn)率，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。
針對(duì)不同場(chǎng)合產(chǎn)生污泥所使用的離心污泥脫水機(jī)也進(jìn)行了研究。徐偉中針對(duì)鋼鐵行業(yè)污泥的特點(diǎn)對(duì)離心式污泥脫水機(jī)進(jìn)行了改進(jìn)，使其更適合鋼鐵行業(yè)中污泥的脫水工藝。
離心脫水中脫水的推動(dòng)力是離心力，推動(dòng)的對(duì)象是固相，離心力的大小可控制，比重力大幾百倍甚至幾萬(wàn)倍，因此脫水的效果也比濃縮好。離心機(jī)可連續(xù)操作，工作場(chǎng)所衛(wèi)生條件好，占地面積小。同時(shí)，離心脫水機(jī)結(jié)構(gòu)緊湊，體積小，分離效率高，處理量大，濾餅水分低，附屬設(shè)備少。大型離心脫水機(jī)內(nèi)部磨損較快，而且耗電量大，噪聲大。離心脫水進(jìn)泥含水率要求一般為95%～99.5%，出泥含水率一般為75%～80%。目前，離心脫水機(jī)在處理廠使用比例逐漸增大。
4 造粒脫水
水中造粒脫水機(jī)是近年來(lái)發(fā)展的一種新設(shè)備，就是利用懸浮顆粒的混凝傾向，向污泥中投入少量的電解質(zhì)后，使憎水性膠體顆粒電荷中和，或使親水性膠體顆粒穩(wěn)定的水合度減小以及同時(shí)出現(xiàn)的其它因素（如高分子化合物的交聯(lián)吸附作用）來(lái)使之混凝。
絮凝造粒脫水裝置由絮凝造粒脫水機(jī)及投泥漿、投藥液系統(tǒng)組成。經(jīng)斜板沉降器增稠的污水-泥漿，依靠液位之靜壓直接打入脫水機(jī)，由調(diào)節(jié)閥控制入機(jī)之流量。藥液由藥液罐稀釋溶解后打入高位槽，經(jīng)轉(zhuǎn)子流量計(jì)計(jì)量后與泥漿棍合流入機(jī)內(nèi)。主機(jī)轉(zhuǎn)速由電磁調(diào)速異步電機(jī)驅(qū)動(dòng)行星擺線針輪減速機(jī)，再配一級(jí)鏈輪和齒輪傳動(dòng)實(shí)現(xiàn)減速、調(diào)速。經(jīng)脫水機(jī)分離出之清液入分離液貯罐后，循環(huán)回用或排放。泥餅則排入小車(chē)運(yùn)走做肥料。
蔣素英等指出包括以下步驟：首先用堿性試劑將待處理污泥的pH調(diào)節(jié)至8～10。如污泥為含水率85%以上的污泥，則加入陰離子高分子絮凝劑；如污泥為含水率85%以下的污泥，則加入分散劑，攪拌均勻，快速形成大的絮凝體。將大絮凝體機(jī)械破碎成小絮凝體，排出顆粒中包裹的水分；在小絮凝體中再加入陰離子高分子絮凝劑，快速形成大的絮凝體；絮凝體中加入無(wú)機(jī)絮凝劑使其疏水化；將上述經(jīng)化學(xué)藥劑改性處理的污泥移送脫水機(jī)中機(jī)械脫水。
芮延年、聞邦椿得到了活性污泥等料漿絮凝造粒過(guò)程較佳絮凝劑用量及操作條件，并設(shè)計(jì)了低速螺旋絮凝造粒脫水強(qiáng)化裝置，同時(shí)還推得了該裝置分離效率的關(guān)聯(lián)式。芮延年、陳長(zhǎng)琦針對(duì)造粒脫水技術(shù)進(jìn)行了深入的研究，尤其是絮凝劑的量對(duì)造粒脫水的影響。通過(guò)對(duì)活性污泥等料漿的強(qiáng)化絮凝造粒過(guò)程的試驗(yàn)研究，得到了該過(guò)程較佳絮凝劑用量及操作條件。
與此同時(shí)，造粒的裝置也在不斷地發(fā)展。馬德剛，趙嫻設(shè)計(jì)了一種環(huán)狀電場(chǎng)與壓力協(xié)同作用的污泥脫水造粒裝置。柳建國(guó)、柳思佳設(shè)計(jì)了一種生物污泥加工設(shè)備。特別是蔣斌、侯澄友設(shè)計(jì)了一種生物有機(jī)肥造粒機(jī)的真空脫水裝置，該裝置由真空室、真空罐、脫水罐、真空泵通過(guò)氣管順序連接組成，真空室一端與造粒機(jī)的雙軸攪拌擠壓機(jī)連接，另一端與螺旋擠壓機(jī)連接。其能在生物有機(jī)肥造粒前，利用真空負(fù)壓將肥料中的水分抽走，使肥料適合造粒。工作時(shí)，當(dāng)雙軸攪拌擠壓機(jī)將肥料送至真空室后，真空泵將真空室、真空罐、脫水罐造成負(fù)壓，肥料中的水分在負(fù)壓下蒸發(fā)，經(jīng)真空罐送至脫水罐，肥料脫去大部分水分，達(dá)到造粒的水分含量要求。
造粒機(jī)構(gòu)造簡(jiǎn)單，不易磨損，電耗少，維修容易。泥丸的含水率一般在70%左右。其脫水工藝，固液分離速度快；絮凝體密實(shí)、強(qiáng)度大、顆粒剝離性好；疏水性?xún)?yōu)、易形成自然拱架結(jié)構(gòu)、透水速度快。但是造粒一般都只是脫水中的一部分，因此一般造粒脫水都要結(jié)合其他脫水方式進(jìn)行。
5 結(jié)語(yǔ)
幾種污泥機(jī)械脫水技術(shù)的比較如下表所示：
項(xiàng)目 | 真空脫水 | 壓縮脫水 | 離心脫水 | 造粒脫水 |
運(yùn)行費(fèi)用 | 高 | 便宜 | 中等 | 中等 |
泥餅含水量 | 高 | 低 | 較高 | 高 |
密封 | 好 | 不好 | 好 | 一般 |
基建費(fèi)用 | 很大 | 大 | 中等 | 便宜 |
占地面積 | 小 | 大 | 小 | 小 |
噪聲 | 小 | 大 | 小 | 小 |
污泥脫水設(shè)備各具特點(diǎn)，各種設(shè)備適用于不同的場(chǎng)合。污水處理廠由于占地面積大，地理位置較偏僻，有大量水可以回用，可以考慮選用帶式脫水機(jī)或者離心式脫水機(jī)，但是二者運(yùn)行費(fèi)用都較高。近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的旋轉(zhuǎn)擠壓式污泥脫水機(jī)，占地面積小，同樣可以連續(xù)運(yùn)行，未來(lái)的應(yīng)用會(huì)更適宜污水處理廠。
目前， 對(duì)污泥處置要求提高，在污泥脫水環(huán)節(jié)上實(shí)現(xiàn)低投資成本、低運(yùn)行成本、低能耗、高污泥脫水率將是未來(lái)脫水機(jī)發(fā)展的趨勢(shì)。
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