凈水廠污泥脫水機(jī)選型及使用設(shè)計(jì)探討
技術(shù)支持
我國(guó)“十一五”規(guī)劃綱要中明確提出了節(jié)能減排的目標(biāo)和要求：?jiǎn)挝粐?guó)內(nèi)生產(chǎn)總值能耗降低20%左右，主要污染物排放總量減少10%。節(jié)約能源、降低能源消耗、減少污染物排放，是社會(huì)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的前提，是落實(shí)科學(xué)發(fā)展觀的重要舉措。研究?jī)羲畯S排泥水合理、高效處理、安全回用技術(shù)，對(duì)減少?gòu)U水排放、節(jié)約能耗，具有非常重要的意義。為此， 開展了一系列課題研究。結(jié)合“城市供水廠綜合節(jié)水關(guān)鍵技術(shù)研究與示范”課題研究，本文重點(diǎn)論述了凈水廠污泥脫水機(jī)選型及使用設(shè)計(jì)的注意事項(xiàng)。
1 凈水廠排泥水污泥特點(diǎn)
污水處理廠污泥處理已有很長(zhǎng)的發(fā)展歷史，但凈水廠污泥處理則是近幾十年才開展起來的。凈水廠污泥與污水處理廠污泥有很大區(qū)別。污水處理廠污泥有機(jī)成分約占75%，而以江、河為水源的凈水廠污泥以泥砂為主；以湖水為水源的凈水廠污泥主要以浮游質(zhì)、有機(jī)物、金屬氫氧化物等為主；以水庫(kù)為水源的凈水廠，在高藻期污泥有機(jī)物含量可升至49%，此時(shí)泥的性質(zhì)對(duì)凈水工藝和脫水機(jī)的運(yùn)行均產(chǎn)生影響?？傮w來說，凈水廠主要是絮凝污泥，無機(jī)成分占85%～90%。凈水廠污泥脫水機(jī)選擇，應(yīng)根據(jù)污泥特點(diǎn)，具體分析確定，不宜直接照搬污水處理廠污泥脫水機(jī)類型。
2 常用污泥脫水機(jī)工作原理及特點(diǎn)介紹
污泥脫水機(jī)類型主要有：離心脫水機(jī)、板框脫水機(jī)、帶式脫水機(jī)、螺壓脫水機(jī)等。
2.1 離心脫水機(jī)
離心脫水機(jī)工作時(shí)，污泥從轉(zhuǎn)鼓的一端通過布料器進(jìn)入轉(zhuǎn)鼓內(nèi)，與轉(zhuǎn)鼓一起高速旋轉(zhuǎn)并產(chǎn)生較高的離心力，在離心力作用下，污泥的固液相按重量沉降分離。通過卸料螺旋與轉(zhuǎn)鼓的差速產(chǎn)生的相對(duì)位移，將分離后的污泥排出。在市政水處理行業(yè)中使用的離心脫水機(jī)形式多為逆向流臥式螺旋卸料沉降式離心機(jī)。
離心脫水機(jī)的特點(diǎn)是設(shè)備體積小、操作管理簡(jiǎn)單、占地面積少，由于污泥脫水過程是在全封閉的情況下進(jìn)行，大大降低了對(duì)操作環(huán)境的污染，改善了操作人員的工作環(huán)境。
但離心脫水機(jī)的工作噪聲大，能耗高，當(dāng)污泥中含有砂礫時(shí)，對(duì)離心機(jī)的磨損會(huì)很大。另外，由于離心機(jī)是高速旋轉(zhuǎn)設(shè)備，因此維修難度大，要求有較高的維修技術(shù)能力，特別是承受磨損的轉(zhuǎn)子（卸料螺旋），只能送回制造廠，在廠內(nèi)進(jìn)行維修。
2.2 板框脫水機(jī)
板框脫水機(jī)是間歇操作的過濾設(shè)備，主要由濾板、濾布、主梁和框架、液壓濾板壓緊裝置、濾板分離裝置和濾布清洗裝置組成。壓濾機(jī)工作時(shí)，濾板在液壓裝置的作用下閉合，并在凹形濾板間形成濾室。當(dāng)泥水經(jīng)泵壓入濾室后，濾液在壓力的作用下經(jīng)板間通路排出，污泥留在濾室中，從而使泥水分離。為提高脫水污泥含固率，可在濾板外包覆一層薄膜，向薄膜內(nèi)充水或充氣，使濾室體積變小，對(duì)泥餅進(jìn)一步擠壓。脫水完成后，液壓系統(tǒng)卸壓，順序打開濾板，使泥餅落下。
板框脫水機(jī)可有效過濾固相粒徑5μm以上、固相濃度0.1%～60%的懸浮液以及粘度大的或成膠體狀的難過濾物料和對(duì)濾渣質(zhì)量要求較高的物質(zhì)。其優(yōu)點(diǎn)是工作可靠，濾餅含水率低；對(duì)物料的適應(yīng)性強(qiáng)，應(yīng)用廣泛；絮凝劑投加量小，甚至可以不加。其缺點(diǎn)是間歇工作，附屬設(shè)備多。
2.3 帶式脫水機(jī)
帶式壓濾脫水是將污泥夾在上下兩條張緊的濾帶中間，靠濾帶本身的張力形成對(duì)污泥層的壓榨力和剪切力，把污泥層中的水分?jǐn)D壓出來，形成濾液；而固體顆粒被截留在濾帶上，形成泥餅，從而實(shí)現(xiàn)污泥脫水。
2.4 螺壓脫水機(jī)
螺壓脫水機(jī)適用于給水排水、環(huán)保、化工、造紙、冶金、食品等行業(yè)的各類污泥的脫水處理。含固率大于3%的濃縮污泥與絮凝劑經(jīng)管道混合器混合，送入絮凝反應(yīng)器反應(yīng)，形成絮體，進(jìn)入主機(jī)過濾，被柵網(wǎng)截留的污泥被螺旋提升、壓榨，直至含固率達(dá)18%～25%，并連續(xù)排放。濾后液流經(jīng)柵網(wǎng)外排。
螺壓脫水機(jī)的特點(diǎn)是能耗費(fèi)非常低。它可以通過調(diào)節(jié)螺桿的旋轉(zhuǎn)速度，調(diào)節(jié)泥餅含固率與處理量，污泥回收率大于80%。螺壓脫水機(jī)體積小、占地面積少、能耗低，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，為2～6r/min低轉(zhuǎn)速運(yùn)行，無振動(dòng)，無噪聲，可全封閉、長(zhǎng)期連續(xù)運(yùn)行。采用自動(dòng)化控制技術(shù)，與其他型式脫水機(jī)相比，操作容易，維護(hù)簡(jiǎn)單。有傾斜和水平兩種。
3 目前使用情況及存在問題
帶式污泥脫水機(jī)在污水處理廠污泥脫水中得到了大量應(yīng)用，但對(duì)于凈水廠污泥，其親水性較強(qiáng)，往往擠壓不成泥餅，跑泥現(xiàn)象嚴(yán)重，使用故障率高，對(duì)污泥調(diào)質(zhì)要求較高，進(jìn)泥含固率須達(dá)到4%，目前在凈水廠應(yīng)用較少。
板框脫水機(jī)在我國(guó)南方水廠中使用較多。北京市第九水廠采用成套進(jìn)口隔膜擠壓全自動(dòng)板框脫水機(jī)，經(jīng)過十多年的運(yùn)行，故障率逐年上升，壓濾機(jī)的行走機(jī)構(gòu)、機(jī)體框架的變形，以及輔助設(shè)備經(jīng)常出現(xiàn)不規(guī)律的故障，影響了系統(tǒng)運(yùn)行。目前，北京第九水廠正在進(jìn)行脫水機(jī)房改造。
離心脫水機(jī)因其占地面積小，產(chǎn)率高，自動(dòng)化程度高，在處理廠使用比例正逐漸增大。近年來，國(guó)產(chǎn)離心脫水機(jī)性能質(zhì)量得到提高，在故障排除方面占有一定的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，而且投資少、技術(shù)支持到位、易損件修復(fù)容易、備品備件供貨期短，正逐漸得到推廣應(yīng)用。
螺壓脫水機(jī)，雖然性能優(yōu)異，在污水處理廠有一定的應(yīng)用，但目前在凈水廠污泥脫水中，尚無成功案例。
上述幾種機(jī)型在我國(guó)凈水廠污泥處理中的應(yīng)用情況見下表：
脫水機(jī)類型 | 應(yīng)用水廠 |
帶式脫水機(jī) | 石家莊潤(rùn)石水廠、唐山市中心供水工程、河南馬嶺水廠、昆山三水廠、昆山?jīng)芎铀畯S |
離心脫水機(jī) | 北京第三水廠、上海楊樹浦水廠、青島仙家寨水廠、天津新開河水廠、北京田村山水廠、保定中法水務(wù)、哈爾濱磨盤山水廠、天津芥園水廠 |
板框脫水機(jī) | 無錫雪浪水廠、無錫中橋水廠、無錫錫東水廠、無錫梅園水廠、蘇州相城水廠、深圳筆架山水廠、深圳梅林水廠、上海臨江水廠、上海長(zhǎng)橋水廠、長(zhǎng)沙第八水廠、北京市第九水廠 |
目前，凈水廠污泥脫水機(jī)應(yīng)用主要存在以下問題：
（1）設(shè)備的處理能力與實(shí)際工況不適應(yīng)，在確定設(shè)備能力時(shí)，沒有綜合考慮設(shè)備的使用條件，造成有些設(shè)備選型過大，停滯時(shí)間長(zhǎng)，資源浪費(fèi)；有些設(shè)備選型過小，不能滿足使用要求，影響整個(gè)工藝系統(tǒng)的處理效果。
（2）有些設(shè)備在選型時(shí)，沒有充分考慮凈水廠污泥特性，無法滿足使用要求。
（3）對(duì)設(shè)備的具體結(jié)構(gòu)及運(yùn)用要求了解不深導(dǎo)致不能恰當(dāng)?shù)厥褂迷O(shè)備，造成設(shè)備故障率高，使用壽命降低。
4 污泥脫水機(jī)選型
污泥脫水劑型應(yīng)根據(jù)水廠規(guī)模、場(chǎng)地條件、污泥性質(zhì)、水源水質(zhì)特性、經(jīng)濟(jì)條件和管理能力等實(shí)際情況，綜合考慮設(shè)備的運(yùn)行可靠性、自動(dòng)化程度、脫水效果、建設(shè)投資及運(yùn)行成本等因素，進(jìn)行合理選擇。
帶式壓濾機(jī)的脫水過程相對(duì)開放，對(duì)凈水廠親水性強(qiáng)的污泥處理效果非常差，不宜采用。
螺壓脫水機(jī)在凈水廠尚無可靠、穩(wěn)定運(yùn)行的成功案例。如果選用，應(yīng)以實(shí)物試驗(yàn)為基礎(chǔ)。
目前凈水廠常用的脫水設(shè)備有離心脫水機(jī)和板框脫水機(jī)，兩種脫水設(shè)備的機(jī)械性能比較見下表：
項(xiàng)目 | 進(jìn)泥含固率（%） | 泥餅含固率（%） | 噪聲 | 占地面積 | 運(yùn)行狀態(tài) | 能耗（kW·h/tDS） | 運(yùn)行環(huán)境 | 價(jià)格 |
板框脫水機(jī) | 2～15 | 45 | 較大 | 大 | 間歇 | 5～20 | 開放式 | 高 |
離心脫水機(jī) | 1～3 | 25 | 大 | 小 | 連續(xù) | 25～65 | 封閉式 | 較高 |
離心脫水機(jī)脫水效果介于帶式脫水機(jī)和板框脫水機(jī)之間，泥餅含固率可達(dá)25%以上。與板框脫水機(jī)相比，離心脫水機(jī)具有輔助配套設(shè)備少，結(jié)構(gòu)緊湊，占地面積少，連續(xù)排泥，價(jià)格相對(duì)較低等優(yōu)點(diǎn)。在脫水污泥含固率要求不是太高的情況下，宜選擇離心脫水機(jī)。
板框脫水機(jī)是一種適應(yīng)性很強(qiáng)的脫水設(shè)備，其特點(diǎn)是脫水泥餅的含固率高，脫水能力高于其他各類脫水機(jī)械，泥餅含固率可高達(dá)45%以上，能夠回收多達(dá)99.9%的固體物。板框脫水機(jī)具有可預(yù)留濾板數(shù)量的特點(diǎn)，當(dāng)水廠污泥量增加時(shí)，只需在預(yù)留位置加裝濾板即可提高板框脫水機(jī)的處理能力，大大減少了二次投資的費(fèi)用。但存在輔助設(shè)備較多，不能連續(xù)處理，且價(jià)格較高等不利因素。當(dāng)對(duì)脫水污泥含固率要求較高和污泥性質(zhì)比較難脫水時(shí)，宜采用板框脫水機(jī)。
5 脫水機(jī)使用設(shè)計(jì)要點(diǎn)
5.1 離心脫水機(jī)
（1）離心脫水機(jī)的選型應(yīng)該以實(shí)物試驗(yàn)為基礎(chǔ)，實(shí)物試驗(yàn)可以用車載試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行。試驗(yàn)首先確定離心機(jī)對(duì)脫水污泥的適應(yīng)性，是否能夠達(dá)到預(yù)定的脫水效果。其次測(cè)試轉(zhuǎn)速、差轉(zhuǎn)速、加藥量等技術(shù)參數(shù)，作為選型的重要依據(jù)。實(shí)際運(yùn)行中，可通過調(diào)整離心脫水機(jī)的轉(zhuǎn)速、差轉(zhuǎn)速和液相溢流出口（溢流堰板）的高度，獲得滿意的脫水效果。
（2）離心脫水機(jī)在選型時(shí)要同時(shí)考慮和校核設(shè)備的兩種負(fù)荷：固體負(fù)荷和水力負(fù)荷。當(dāng)進(jìn)料污泥含固率較高時(shí)（超過1.5%時(shí)），主要的考慮因素為固體負(fù)荷；當(dāng)進(jìn)料含固率較低時(shí)（小于1.5%時(shí)）主要的考慮因素為水力負(fù)荷。
（3）離心脫水機(jī)的處理能力與三個(gè)主要因素有關(guān)：直徑、長(zhǎng)徑比和轉(zhuǎn)速。其中前兩個(gè)因素決定了機(jī)器體積的大小，轉(zhuǎn)速?zèng)Q定了分離因數(shù)的大小。一般情況下，凈水廠排泥水脫水用的離心機(jī)的分離因數(shù)值在2000G～3000G之間較佳。
（4）離心脫水機(jī)應(yīng)具有轉(zhuǎn)筒與螺旋推料器轉(zhuǎn)速差可以自動(dòng)無級(jí)調(diào)節(jié)的性能，在進(jìn)料污泥參數(shù)發(fā)生變化時(shí)，能夠自動(dòng)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速差，使分離效果仍符合技術(shù)要求。
（5）脫水機(jī)出泥口應(yīng)配套不銹鋼電動(dòng)插板閥，以保證在設(shè)備沖洗和啟動(dòng)時(shí)，不會(huì)發(fā)生液體滲漏現(xiàn)象。插板閥應(yīng)與脫水機(jī)聯(lián)動(dòng)，排泥時(shí)自動(dòng)打開，沖洗時(shí)自動(dòng)關(guān)閉。
（6）離心脫水機(jī)是一種高速旋轉(zhuǎn)的設(shè)備，污泥中的泥沙對(duì)設(shè)備的磨損非常嚴(yán)重，使用設(shè)計(jì)中必須對(duì)脫水機(jī)的轉(zhuǎn)子、轉(zhuǎn)鼓和進(jìn)出料口采用有效的防磨損保護(hù)措施，才能保證離心機(jī)的使用壽命。轉(zhuǎn)子上的螺旋葉片與泥層接觸的外緣是磨損嚴(yán)重的地方，宜采用噴焊碳化鎢耐磨層或可更換式耐磨片方式。轉(zhuǎn)鼓的防磨損保護(hù)措施是在轉(zhuǎn)筒的內(nèi)壁沿縱向焊有不銹鋼耐磨條或是開有縱向溝槽。轉(zhuǎn)子上的進(jìn)料口及轉(zhuǎn)鼓上的出料口多采用可更換式的耐磨襯套進(jìn)行保護(hù)。
（7）轉(zhuǎn)鼓和轉(zhuǎn)子的材質(zhì)選擇。轉(zhuǎn)鼓目前使用的材料有316系不銹鋼和329雙相不銹鋼，雙相不銹鋼的綜合機(jī)械性能及離心澆鑄性能要優(yōu)于316L不銹鋼。轉(zhuǎn)子常用的材料為316系不銹鋼。轉(zhuǎn)子上的進(jìn)料口及轉(zhuǎn)鼓上的出料口耐磨襯套材料為陶瓷或碳化鎢材質(zhì)。
5.2 板框脫水機(jī)
（1）進(jìn)入板框脫水機(jī)的污泥含固率不宜小于1%。
（2）板框脫水機(jī)主機(jī)及其框架的設(shè)計(jì)必須保證能夠承受設(shè)備靜載荷以及運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的動(dòng)載荷，設(shè)備應(yīng)安全可靠，有足夠的安全系數(shù)，在運(yùn)行時(shí)無撓曲、變形及振動(dòng)等現(xiàn)象。
（3）板框脫水機(jī)的形式和種類很多，在選型時(shí)，應(yīng)注意考慮污泥濃度、泥餅含水率、運(yùn)行周期、機(jī)型、設(shè)備成本等幾大因素。每一項(xiàng)壓濾機(jī)的選型都應(yīng)該以實(shí)物試驗(yàn)為基礎(chǔ)，實(shí)物試驗(yàn)可以由制造廠用小型試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行。
（4）在對(duì)板框脫水機(jī)的脫水形式的選擇上，宜選擇薄膜擠壓型板框脫水機(jī)。擠壓型板框脫水機(jī)可以在短時(shí)間內(nèi)獲得含水率更低的泥餅，不但大大提高壓濾機(jī)的工作能力，還可以自由選擇過濾循環(huán)時(shí)間和泥餅成形的厚度，適用于各種性質(zhì)的排泥水，在排泥水性質(zhì)發(fā)生變化時(shí)，可以很容易地變更操作程序，從而達(dá)到相同的處理效果。
（5）對(duì)于排泥方式的選擇，由于凈水廠排泥水的黏性比較高，宜選擇濾布振蕩或?yàn)V布行走的自動(dòng)排泥方式，以保證排泥效果。
（6）濾板和濾布材料選擇。壓濾機(jī)的濾板材料有多種，應(yīng)根據(jù)不同的需要選用。對(duì)水廠排泥水的污泥脫水壓濾機(jī)，多采用PP濾板和鋼加固橡膠膜濾板。而金屬濾板，主要用于溫度100℃以上，以及有特殊要求的工況。正確地選擇濾布對(duì)板框脫水機(jī)的脫水效果至關(guān)重要，濾布的類型要與污泥的性質(zhì)相適應(yīng)。通常在選擇濾布時(shí)，除參考以往工程經(jīng)驗(yàn)外，還應(yīng)通過實(shí)際試驗(yàn)來確定，以保證脫水效果。常用的濾布材質(zhì)有三種：聚丙烯、尼龍和聚酯。
6 結(jié)論及建議
對(duì)于凈水廠污泥脫水機(jī)選擇，宜優(yōu)先考慮離心脫水機(jī)和板框脫水機(jī)。其中，板框脫水機(jī)多用于對(duì)脫水污泥含固率要求比較高或污泥脫水比較困難的情況。
隨著目前 對(duì)污泥處理處置的要求提高，高干度污泥脫水設(shè)備將具有非常廣闊的應(yīng)用前景。建議相關(guān)部門積極研究開發(fā)新技術(shù)、新設(shè)備，并針對(duì)凈水廠污泥進(jìn)行實(shí)際應(yīng)用試驗(yàn)，積累經(jīng)驗(yàn)，為大規(guī)模推廣奠定基礎(chǔ)。
