廢水污泥機(jī)械脫水設(shè)備及其應(yīng)用
行業(yè)動(dòng)態(tài)
在現(xiàn)代化城市中，生活廢水和工業(yè)廢水的各種處理工藝（包括自來(lái)水廠的水處理）都要形成大量的廢水污泥。廢水污泥含水量大，一般都在95%（重量百分?jǐn)?shù)）以上。必須經(jīng)過(guò)脫水后才能進(jìn)一步處理，或送作農(nóng)肥、或運(yùn)走堆棄、或焚燒掉。廢水的種類極其多樣，各種廢水污泥的特性也差別很大。因此盡管廢水污泥實(shí)質(zhì)上是一種固液相非均勻系，但并不是所有的機(jī)械脫水設(shè)備都能有效地應(yīng)用于廢水污泥的機(jī)械脫水。本文將對(duì)用于廢水污泥脫水的主要機(jī)械設(shè)備及其應(yīng)用進(jìn)行評(píng)價(jià)和分析。
1 廢水污泥的基本構(gòu)成及預(yù)處理
1.1 廢水污泥的基本構(gòu)成
廢水污泥由在水中顆粒狀、絮凝狀和膠狀固粒與水構(gòu)成。其中水又可分為：自由水、毛細(xì)作用水、粘附水、吸附水及晶格內(nèi)水等五種。例如普通含固量為5%的消化污泥，各種類型水的組成情況大致如下表所示：
水的類型 | 近似組成，% |
自由水 | 70 |
毛細(xì)作用水 | 22 |
粘附水 | |
吸附水 | 8 |
晶格內(nèi)水 |
經(jīng)過(guò)機(jī)械和生化各個(gè)處理過(guò)程所形成的廢水污泥，按其脫水難易程度，基本上可分為三類：
（1）易脫水污泥（含有相當(dāng)數(shù)量的砂型固體，如煤和泥沙），含吸附及晶格內(nèi)水量少，一般不超過(guò)6%。
（2）普通型污泥（從城市生活污水處理設(shè)備來(lái)，無(wú)大量工業(yè)污泥），含吸附及晶格內(nèi)水量中等，約13%。
（3）難脫水污泥（含有大量工業(yè)污泥，如氫氧化物等），含吸附及晶格內(nèi)水量高，多達(dá)30%。
1.2 廢水污泥的預(yù)處理
為使廢水污泥機(jī)械脫水效果好，廢水污泥在進(jìn)入機(jī)械脫水設(shè)備前常需進(jìn)行預(yù)處理。廢水污泥預(yù)處理概念是廣義的，大體上包括廢水污泥的增稠，化學(xué)調(diào)整及加熱等過(guò)程。
（1）增稠。在沉降池或其它專用設(shè)備中進(jìn)行。在增稠開始階段，固粒沉降速度高，在懸浮液濃度不斷增高情況下，沉降速度迅速降低。如根據(jù)這一較低的沉降速度值來(lái)設(shè)計(jì)，則將得到表面積和體積很大的沉降池，由于后面機(jī)械脫水工序通常不需要較佳的增稠效果，因此可在較低的增稠濃度要求下來(lái)設(shè)計(jì)沉降池的尺寸。這種沉降池也可單獨(dú)用作廢水污泥的處理設(shè)備。專用的增稠裝置有如帶式壓濾機(jī)中的旋轉(zhuǎn)篩等。
（2）化學(xué)調(diào)整。指用鈣、鐵鹽、鋁鹽和聚合電解質(zhì)等化學(xué)藥劑加入廢水污泥中，破壞懸浮顆粒的膠體狀態(tài)，或增加pH值，促進(jìn)絮凝和形成濾餅的支承結(jié)構(gòu)，以降低廢水污泥的過(guò)濾或離心分離阻力。
化學(xué)調(diào)整方法的選擇包括化學(xué)藥劑種類、數(shù)量、添加形式（粉狀或液狀等）以及添加部位等因素的確定。對(duì)于不同機(jī)械脫水設(shè)備，上列各因素均不一樣，應(yīng)通過(guò)試驗(yàn)研究來(lái)確定。
研究結(jié)果表明鐵鹽種類及數(shù)量對(duì)真空過(guò)濾機(jī)過(guò)濾能力的影響。隨著鐵鹽用量增加，過(guò)濾速率增加；隨著鐵鹽用量增加，污泥濾餅固相濃度減少。因此化學(xué)調(diào)整效果還和其它許多因素，諸如脫水污泥輸送，操作費(fèi)用，后處理等有密切關(guān)系，選擇調(diào)整方案時(shí)應(yīng)作全面考慮。
2 用于廢水污泥機(jī)械脫水的過(guò)濾機(jī)
各種類型過(guò)濾機(jī)在廢水污泥的機(jī)械脫水中應(yīng)用得較多，主要有轉(zhuǎn)鼓真空過(guò)濾機(jī)、帶式壓濾機(jī)和板式壓濾機(jī)等三種。
2.1 轉(zhuǎn)鼓真空過(guò)濾機(jī)
這種機(jī)器早已用于廢水污泥的脫水。所形成污泥濾餅含固量在20～30%之間。濾餅含固量與下列因素有關(guān)：真空度、脫水時(shí)間、運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的壓力降、濾餅厚度及污泥廢水的粘度。轉(zhuǎn)鼓約有25%周長(zhǎng)沉浸在污泥槽中，污泥濾餅厚度約6～7毫米。
根據(jù)污泥種類不同，化學(xué)調(diào)整用藥劑可為三氯化鐵和石灰合用，或單用三氯化鐵；硫酸鐵和聚合電解質(zhì)也有使用。新鮮、澄清的或化學(xué)沉淀的污泥用石灰和三氯化鐵調(diào)整。
化學(xué)藥劑的用量，以干固體為基準(zhǔn)計(jì)，對(duì)于澄清好的污泥，約為2%三氯化鐵，10%石灰；對(duì)于消化污泥用4%三氯化鐵，8%石灰；對(duì)于經(jīng)過(guò)淘洗的消化固粒用2～3%三氯化鐵；對(duì)于活性污泥用4%三氯化鐵。
為了盡可能提高脫水污泥中含固量及改善過(guò)濾操作性能，還可采用濾布運(yùn)動(dòng)的轉(zhuǎn)鼓真空過(guò)濾機(jī)及預(yù)涂層轉(zhuǎn)鼓真空過(guò)濾機(jī)等。后者在濾布上預(yù)涂有一層礦灰、硅藻土和鋸末，每次刮卸濾餅時(shí)助濾層約有0.1毫米一起刮去，使得過(guò)濾時(shí)總保持有更新的有效過(guò)濾面。
轉(zhuǎn)鼓真空過(guò)濾機(jī)雖然在結(jié)構(gòu)及性能等方面有了改進(jìn)，但由于污泥濾餅含水率較高、占地面積大、濾布消耗多、更換清洗麻煩，維修費(fèi)用高，在應(yīng)用上受到很大限制。
2.2 帶式壓濾機(jī)
帶式壓濾機(jī)自一九六七年用于廢水污泥脫水以來(lái)，已經(jīng)歷了三個(gè)發(fā)展階段。
代帶式壓濾機(jī)上面一條是擠壓帶，下面一條是過(guò)濾帶。廢水污泥加入后依次經(jīng)過(guò)泄水區(qū)，擠壓區(qū)，剪壓區(qū)后卸去污泥濾餅。在泄水區(qū)是用重力脫水原理進(jìn)行泄水，在污泥隨濾帶移動(dòng)過(guò)程中，自由水穿過(guò)污泥泄出。在擠壓和剪壓區(qū)脫水?dāng)?shù)量與受壓時(shí)間、壓力梯度及進(jìn)入該區(qū)域污泥的狀況有關(guān)。這種裝置用于普通混合廢水污泥很有效。
經(jīng)過(guò)化學(xué)調(diào)整絮凝后的廢水污泥需緩慢地加入濾帶上，以免湍動(dòng)或剪力過(guò)大，破壞污泥絮凝狀態(tài)。為便于廢水污泥加入濾帶上，發(fā)展有第二代帶式過(guò)濾機(jī)。該裝置的兩條帶皆為濾帶，重力泄水在上面一條濾帶上進(jìn)行。
這二代帶式壓濾機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是對(duì)污泥適應(yīng)性比轉(zhuǎn)鼓真空過(guò)濾機(jī)好，能耗也少。對(duì)于含固量超過(guò)2%的污泥效果好。處理稀的生化污泥，膠質(zhì)或其它難脫水污泥時(shí)，效果就較差。主要原因在于重力泄水區(qū)要泄出水的量太大，泄水區(qū)需要很大的過(guò)濾面積。為克服此缺點(diǎn)，近年來(lái)又發(fā)展了第三代帶式壓濾機(jī)。
第三代帶式壓濾機(jī)的基本特點(diǎn)有二個(gè)：
（1）附加一個(gè)連續(xù)的機(jī)械增稠裝置。選擇增稠器是目前常用的一種。在該增稠器中污泥連續(xù)地在工作面更新了的篩網(wǎng)上工作，適于處理稀的生化污泥。在平濾帶泄水區(qū)上，自由水系在靜壓作用下，先經(jīng)污泥層再經(jīng)濾帶泄出；而在選擇增稠器內(nèi)，固粒沉降在篩網(wǎng)上，更新的篩網(wǎng)可與在污泥上面的清液相接觸，自由水從污泥層上面被撇去。顯然由于連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，旋轉(zhuǎn)篩在很緊湊的尺寸下，比平濾帶泄水區(qū)提供了大得多的有效過(guò)濾面積，這樣可處理含固量很低，甚至低于0.3%的廢水污泥。
（2）增加多個(gè)中壓或高壓擠壓段，以提高脫水效果及加大剪壓作用。已研制有很多種結(jié)構(gòu)。兩條循環(huán)濾帶由合成纖維制成。經(jīng)過(guò)初步的重力泄水后，兩根濾帶相遇形成一個(gè)垂直夾層泄水區(qū)。兩條濾帶在拉力作用下帶著污泥沿經(jīng)交錯(cuò)排列的輥?zhàn)樱瑪D出水分。濾帶連續(xù)地加以洗滌。對(duì)于一般消化污泥，脫水污泥中含固量可達(dá)36%以上。
帶式壓濾機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，維護(hù)方便，尤其配用聚合電解質(zhì)作絮凝劑，脫水效果較好，是重要的廢水污泥脫水機(jī)械。
2.3 板式壓濾機(jī)
該機(jī)器以其脫水污泥含水量較其它機(jī)械設(shè)備小而長(zhǎng)。因而在污泥處理量大時(shí)，可以顯著減少脫水污泥體積。例如脫水污泥含水量由70%減至60%，污泥總?cè)莘e要減少35%以上，大大節(jié)省了堆放場(chǎng)地或其它后處理費(fèi)用。同時(shí)是用價(jià)廉的無(wú)機(jī)絮凝劑，化學(xué)調(diào)整的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)也好。因此板式壓濾機(jī)盡管操作間歇，占地面積大，但其在廢水污泥脫水中的應(yīng)用仍具有重要地位。
普通板框式壓濾機(jī)也有用于污泥脫水，但近年來(lái)更多的是用膜板式壓濾機(jī)。該機(jī)操作循環(huán)與板框式不同之處是在過(guò)濾操作后，再增加一個(gè)由膜側(cè)通入高壓空氣（或水）的膜擠壓操作，使脫水污泥含水量更低，同時(shí)污泥濾餅內(nèi)水分布得均勻些。現(xiàn)代化膜板式壓濾機(jī)的加料、過(guò)濾、膜擠壓、洗滌、卸料各項(xiàng)操作均系自動(dòng)進(jìn)行，是全自動(dòng)化機(jī)器。大型膜式壓濾機(jī)的過(guò)濾室尺寸達(dá)2000毫米×2000毫米，可有80或更多個(gè)過(guò)濾室。
各種絮凝劑調(diào)整情況下，脫水污泥濾餅含固量近似值見下表：
化學(xué)藥劑（1） | 化學(xué)藥劑（2） | 濾餅含固量，%（重量） |
Ca(OH)2 | 40-45 | |
FeCl3 | Ca(OH)2 | 45-50 |
Fe2(SO4)3 | Ca(OH)2 | 45 |
絮凝劑添加量與污泥性質(zhì)和組成有關(guān)。如6%城市生活廢水污泥經(jīng)板式壓濾機(jī)脫水后含固量需達(dá)42%，則每1立方米廢水污泥大致需加18公斤氫氧化鈣和9公斤三氯化鐵。三氯化鐵一般以40%溶液形式，用計(jì)量泵加入。
3 用于廢水污泥機(jī)械脫水的離心機(jī)
只有沉降式三足下部卸料離心機(jī)、噴嘴排渣碟式分離機(jī)和臥式沉降螺旋卸料離心機(jī)（簡(jiǎn)稱臥螺離心機(jī)）等三種沉降型離心機(jī)用于廢水污泥機(jī)械脫水。其中臥螺離心機(jī)結(jié)構(gòu)緊湊，分離效果好，適應(yīng)性強(qiáng)，近年來(lái)應(yīng)用尤為廣泛。
臥螺離心機(jī)只是在用大分子量聚合電解質(zhì)作絮凝劑的情況下才能有效應(yīng)用。一般分子量愈高，對(duì)污泥的絮凝效果愈好。用15×108分子量時(shí)，在與2×108分子量同樣投加量下，固相回收率提高約15%。
4 結(jié)語(yǔ)
由上分析可知，隨著現(xiàn)代技術(shù)的進(jìn)展，各種機(jī)械結(jié)構(gòu) 、自動(dòng)化程度高、分離效果好的機(jī)械脫水設(shè)備已大量地應(yīng)用于廢水污泥脫水，并日益取代傳統(tǒng)所用的轉(zhuǎn)鼓真空過(guò)濾機(jī)。其中帶式壓濾機(jī)、板式壓濾機(jī)及臥螺離心機(jī)等三種機(jī)器，各有獨(dú)特長(zhǎng)處，都在廢水污泥脫水中有較大應(yīng)用前景。也可看出機(jī)械脫水設(shè)備效果的好壞，不只取決于設(shè)備本身的性能，還和預(yù)處理、工藝流程等許多因素有關(guān)，因此廢水污泥脫水設(shè)備的選用，應(yīng)是在全面分析各種因素及實(shí)驗(yàn)研究基礎(chǔ)上來(lái)作出經(jīng)濟(jì)合理的抉擇。
