污泥脫水設(shè)備在污水處理廠中的應(yīng)用
行業(yè)動(dòng)態(tài)
廣州市某水廠供水量100萬(wàn)m3/d，原水取自順德水道西海段。據(jù)統(tǒng)計(jì)，平均日原水濁度為73NTU（發(fā)生率82%），經(jīng)測(cè)定及工藝計(jì)算排泥水平均污泥含量為105.2t/d，相當(dāng)含固率為4%的濃縮污泥2630m3/d，污泥中無(wú)機(jī)成分含量高，無(wú)明顯的親水性。
為處理該水廠的污泥，必須首先對(duì)污泥進(jìn)行脫水處理，這是方便污泥后續(xù)處理、大大減少污泥體積的關(guān)鍵。因此，就涉及到污泥脫水設(shè)備的選型。本文以該污水廠為例，通過(guò)對(duì)常用的污泥脫水設(shè)備的介紹，選擇合適的污泥脫水設(shè)備和脫水工藝，合理有效地處理該污水廠的污泥。
1 常見(jiàn)污泥脫水設(shè)備介紹
污水經(jīng)過(guò)沉淀處理后會(huì)產(chǎn)生大量污泥，即使經(jīng)過(guò)濃縮及消化處理，含水率仍高達(dá)96%，體積很大，難以消納處置，必須經(jīng)過(guò)脫水處理，提高泥餅的含固率，以減少污泥堆置的占地面積。一般大中型污水處理廠均采用機(jī)械脫水。脫水機(jī)一般可分為帶式壓濾脫水機(jī)、離心式脫水機(jī)和板框式壓濾脫水機(jī)三大類(lèi)。
1.1 帶式壓濾脫水機(jī)
帶式壓濾脫水機(jī)是由上下兩條張緊的濾帶夾帶著污泥層，從一連串有規(guī)律排列的輥壓筒中呈S形經(jīng)過(guò)，依靠濾帶本身的張力形成對(duì)污泥層的壓榨和剪切力，把污泥層中的毛細(xì)水?dāng)D壓出來(lái)，獲得含固量較高的泥餅，從而實(shí)現(xiàn)污泥脫水。
一般帶式壓濾脫水機(jī)由濾帶、輥壓筒、濾帶張緊系統(tǒng)、濾帶調(diào)偏系統(tǒng)、濾帶沖洗系統(tǒng)和濾帶驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)構(gòu)成。作機(jī)型選擇時(shí)，應(yīng)從以下幾個(gè)方面加以考慮：
（1）濾帶。要求其具有較高的抗拉強(qiáng)度、耐曲折、耐酸堿、耐溫度變化等特點(diǎn)，同時(shí)還應(yīng)考慮污泥的具體性質(zhì)，選擇適合的編織紋理，使濾帶具有良好的透氣性能及對(duì)污泥顆粒的攔截性能。
（2）輥壓筒的調(diào)偏系統(tǒng)。一般通過(guò)氣動(dòng)裝置完成。
（3）濾帶的張緊系統(tǒng)。一般也由氣動(dòng)系統(tǒng)來(lái)控制。濾帶張力一般控制在0.3～0.7MPa，常用值為0.5MPa。
（4）帶速控制。不同性質(zhì)的污泥對(duì)帶速的要求各不相同，即對(duì)任何一種特定的污泥都存在一個(gè)較佳的帶速控制范圍，在該范圍內(nèi)，脫水系統(tǒng)既能保證一定的處理能力，又能得到高質(zhì)量的泥餅。
帶式壓濾脫水機(jī)受污泥負(fù)荷波動(dòng)的影響小，還具有出泥含水率較低且工作穩(wěn)定啟耗少、管理控制相對(duì)簡(jiǎn)單、對(duì)運(yùn)轉(zhuǎn)人員的素質(zhì)要求不高等特點(diǎn)。同時(shí)，由于帶式壓濾脫水機(jī)進(jìn)入國(guó)內(nèi)較早，已有相當(dāng)數(shù)量的廠家可以生產(chǎn)這種設(shè)備。在污水處理工程建設(shè)決策時(shí)，可以選用帶式壓濾機(jī)以降低工程投資。目前，國(guó)內(nèi)新建的污水處理廠大多采用帶式壓濾脫水機(jī)，例如北京高碑店污水處理廠一期工程五臺(tái)脫水機(jī)全部是帶式壓濾脫水機(jī)，濾帶、輥壓筒投入運(yùn)行以來(lái)情況良好，所以在二期設(shè)備選型時(shí)仍然選用了這種機(jī)型。
1.2 離心式脫水機(jī)
離心式脫水機(jī)主要由轉(zhuǎn)鼓和帶空心轉(zhuǎn)軸的螺旋輸送器組成，污泥由空心轉(zhuǎn)軸送入轉(zhuǎn)鼓后，在高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力作用下，立即被甩入轉(zhuǎn)鼓腔內(nèi)。污泥顆粒比重較大，因而產(chǎn)生的離心力也較大，被甩貼在轉(zhuǎn)鼓內(nèi)壁上，形成固體層；水密度小，離心力也小，只在固體層內(nèi)側(cè)產(chǎn)生液體層。固體層的污泥在螺旋輸送器的緩慢推動(dòng)下，被輸送到轉(zhuǎn)鼓的錐端，經(jīng)轉(zhuǎn)鼓周?chē)某隹谶B續(xù)排出，液體則由堰口溢流排至轉(zhuǎn)鼓外，匯集后排出脫水機(jī)。
離心脫水機(jī)關(guān)鍵的部件是轉(zhuǎn)鼓，轉(zhuǎn)鼓的直徑越大，脫水處理能力越大，但制造及運(yùn)行成本都相當(dāng)高，很不經(jīng)濟(jì)。轉(zhuǎn)鼓的長(zhǎng)度越長(zhǎng)，污泥的含固率就越高，但轉(zhuǎn)鼓過(guò)長(zhǎng)會(huì)使性能價(jià)格比下降。使用過(guò)程中，轉(zhuǎn)鼓的轉(zhuǎn)速是一個(gè)重要的控制參數(shù)，控制轉(zhuǎn)鼓的轉(zhuǎn)速，使其既能獲得較高的含固率又能降低能耗，是離心脫水機(jī)運(yùn)行好壞的關(guān)鍵。
目前，多采用低速離心脫水機(jī)。在作離心式脫水機(jī)選型時(shí)，因轉(zhuǎn)輪或螺旋的外緣極易磨損，對(duì)其材質(zhì)要有特殊要求。新型離心脫水機(jī)螺旋外緣大多做成裝配塊，以便更換。裝配塊的材質(zhì)一般為碳化鎢，價(jià)格昂貴。
離心脫水機(jī)具有噪音大、能耗高、處理能力低等缺點(diǎn)。國(guó)內(nèi)只有為數(shù)不多的幾個(gè)廠家可以生產(chǎn)小型離心脫水機(jī)，如果選擇大型離心脫水機(jī)，就只能依靠進(jìn)口，會(huì)增加工程投資，同時(shí)，離心脫水機(jī)受污泥負(fù)荷的波動(dòng)影響較大，對(duì)運(yùn)行人員的素質(zhì)要求較高，因此一般污水處理廠均不采用離心脫水工藝。但近幾年來(lái)，隨著科技進(jìn)步，離心式脫水機(jī)的脫水技術(shù)在國(guó)外有了長(zhǎng)足進(jìn)展，例如瑞典Alfa Laval公司生產(chǎn)的螺旋離心式脫水機(jī)，其泥餅含固率可達(dá)30%以上，而且操作是在全封閉的環(huán)境中進(jìn)行，脫水機(jī)周?chē)鷽](méi)有任何污泥及污水存在，也沒(méi)有惡臭氣味，可以大大改善運(yùn)行人員的工作環(huán)境，因而受到業(yè)界人士的青睞。
1.3 板框式壓濾脫水機(jī)
板框式壓濾機(jī)是通過(guò)板框的擠壓，使污泥內(nèi)的水通過(guò)濾布排出，達(dá)到脫水目的。它主要由凹入式濾布、框架、自動(dòng)-氣動(dòng)閉合系統(tǒng)側(cè)板懸掛系統(tǒng)、濾板震動(dòng)系統(tǒng)、空氣壓縮裝置、濾布高壓沖洗裝置及機(jī)身一側(cè)光電保護(hù)裝置等構(gòu)成。設(shè)備選型時(shí)，應(yīng)考慮以下幾個(gè)方面：
（1）對(duì)泥餅含固率的要求。一般板框式壓濾機(jī)與其他類(lèi)型脫水機(jī)相比，泥餅含固率高，可達(dá)35%，如果從減少污泥堆置占地因素考慮，板框式壓濾機(jī)應(yīng)該是首選方案。
（2）框架的材質(zhì)。
（3）濾板及濾布的材質(zhì)。要求耐腐蝕，濾布要具有一定的抗拉強(qiáng)度。
（4）濾板的移動(dòng)方式。要求可以通過(guò)液壓-氣動(dòng)裝置全自動(dòng)或半自動(dòng)完成，以減輕操作人員勞動(dòng)強(qiáng)度。
（5）濾布振蕩裝置，以使濾餅易于脫落。與其他型式脫水機(jī)相比，板框式壓濾機(jī)的缺點(diǎn)是占地面積較大。以北京高碑店污水處理廠一期工程使用的帶式壓濾機(jī)和鞍山工業(yè)污水處理廠使用的板框式壓濾機(jī)為例作比較：高碑店污水廠處理污水量為50萬(wàn)t/d，污泥產(chǎn)量1852.5m3/d，干物質(zhì)92.63t/d，采用五臺(tái)德國(guó)KLEIN-KS30型帶式壓濾機(jī)，每臺(tái)壓濾機(jī)的基礎(chǔ)占地面積僅為2750×3500mm，鞍山污水廠處理水量為22t/d，干物質(zhì)275t/d，采用六臺(tái)板框式壓濾機(jī)，每臺(tái)壓濾機(jī)的基礎(chǔ)占地面積達(dá)2400×12000mm，同時(shí)，由于板框式壓濾機(jī)為間斷式運(yùn)行，效率低，操作間環(huán)境較差，有二次污染，國(guó)內(nèi)大型污水處理廠已很少采用。但近來(lái)大量開(kāi)發(fā)研制工作，使其適應(yīng)了現(xiàn)代化污水處理廠的要求，如通過(guò)PLC系統(tǒng)控制就可以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)全自運(yùn)方式，其壓濾、濾板的移動(dòng)、濾布的振蕩、壓縮空氣的提供、濾布沖洗、進(jìn)料等操作全部可通過(guò)PLC遠(yuǎn)端控制來(lái)完成，大大減輕了工人勞動(dòng)強(qiáng)度。
2 脫水設(shè)備的選擇
根據(jù)文獻(xiàn)分析，在相同生產(chǎn)工況條件下，國(guó)產(chǎn)離心脫水機(jī)和進(jìn)口離心脫水機(jī)均能連續(xù)、可靠、穩(wěn)定運(yùn)行。但在進(jìn)泥含固率出現(xiàn)較大變化或超負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，進(jìn)口設(shè)備容易出現(xiàn)堵料現(xiàn)象，故障排除困難且勞動(dòng)強(qiáng)度大，停機(jī)檢修的時(shí)間長(zhǎng)達(dá)2～3d。而國(guó)產(chǎn)設(shè)備在上述情況下仍能正常工作，在破壞性試驗(yàn)中，人為制造的堵料故障，只需啟動(dòng)堵料排除程序就可以自動(dòng)排沉，15min后即可恢復(fù)正常生產(chǎn)。所以在工況變化的適應(yīng)性及故障排除方面國(guó)產(chǎn)離心脫水機(jī)有明顯的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，而且裝機(jī)容量小、投資少、技術(shù)支持到位、易損件修復(fù)容易、備品備件供貨期短。
經(jīng)多方面綜合比較，設(shè)計(jì)選用國(guó)產(chǎn)臥式螺旋卸料沉降離心機(jī)?？紤]到季節(jié)及原水濁度的變化，離心機(jī)組采用大、小機(jī)型級(jí)配設(shè)置。
3 脫水工藝及設(shè)備選型
脫水工藝由進(jìn)料、投藥、脫水、污泥收集和供壓力水等五部分組成。
（1）進(jìn)料。主要由帶變頻裝置的螺桿泵及電磁流量計(jì)組成。按設(shè)定，螺桿泵可根據(jù)儲(chǔ)泥池待脫水污泥濃度自動(dòng)調(diào)速改變流量大小。
（2）投藥。主要由負(fù)壓裝置、儲(chǔ)粉罐、螺旋送粉器、混合斗、攪拌桶、儲(chǔ)藥罐、帶變頻裝置的投藥螺桿泵、流量計(jì)、混合器等組成。儲(chǔ)粉罐內(nèi)的粉劑PAM通過(guò)螺旋送粉器計(jì)量送進(jìn)混合斗，與壓力水混合后通過(guò)水射器送進(jìn)攪拌桶，充分?jǐn)嚢枞芙獬少|(zhì)量分?jǐn)?shù)0.3%的PAM溶液并被送進(jìn)儲(chǔ)藥罐備用。螺桿泵根據(jù)投加量大小從儲(chǔ)藥罐抽吸PAM溶液送進(jìn)離心脫水機(jī)。為了保證藥液的良好流淌性，在投加管上計(jì)量加注壓力水稀釋藥液。
（3）脫水。主要由臥式螺旋卸料沉降離心機(jī)及配套的機(jī)旁液壓站組成。
（4）污泥收集。由全密封型無(wú)軸螺旋輸送器及水平雙向輸送物料的皮帶運(yùn)輸機(jī)組成。
（5）供壓力水。由DN15～150鍍鋅鋼管組成。為溶解稀釋PAM、清洗進(jìn)料螺桿泵及離心機(jī)提供壓力水，并為離心機(jī)的液壓站提供冷卻水。進(jìn)料螺桿泵從儲(chǔ)泥池抽吸污泥計(jì)量送至離心機(jī)，與此同時(shí)，投藥螺桿泵亦把調(diào)好的PAM溶液計(jì)量送至離心機(jī)，兩者在離心機(jī)進(jìn)口處混合并進(jìn)入高速旋轉(zhuǎn)的離心機(jī)內(nèi)，在離心力的作用下實(shí)現(xiàn)泥、水分離。脫水泥餅從離心機(jī)的固相排口排出，通過(guò)無(wú)軸螺旋輸送器送到脫水機(jī)房外的污泥堆場(chǎng)外運(yùn)填埋處理。
4 運(yùn)行情況
2007年5月調(diào)試完畢投入試運(yùn)行，脫水成套設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)正常、穩(wěn)定，各項(xiàng)生產(chǎn)運(yùn)行參數(shù)達(dá)到或優(yōu)于工藝設(shè)計(jì)要求。
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