污水處理廠污泥脫水設(shè)備選型淺析
技術(shù)支持
1 污泥脫水的必要性分析
天津現(xiàn)有污水處理廠35座，到2010年底投入運行的污水處理廠將達(dá)到58座，累計日處理能力達(dá)到260萬t，全市污水處理率達(dá)到85%以上（中心城區(qū)90%以上）。隨著大量污水處理廠的投產(chǎn)，污泥產(chǎn)量將會大幅度的增加，污泥的處理和處置可以說是考核污水處理廠運行成績的重要指標(biāo)。從污水處理廠排出來的污泥一般是由松散的物質(zhì)組成，含水率較高（95%～99%），污泥容積可達(dá)其所含固體容積的數(shù)十倍。污泥的體積非常龐大，性質(zhì)很不穩(wěn)定，極易腐化，不利于運輸和處置，故需及時 行減容化和穩(wěn)定化的處理。首先是污泥濃縮，其目的是為了減少污泥的體積，其次是污泥穩(wěn)定和無害化，然后是污泥脫水。其中污泥濃縮和脫水是通過物理方法提高污泥中的固體含量，達(dá)到污泥減容的目的。污泥經(jīng)過濃縮處理后其含水率為94%～96%左右，但仍為流動狀態(tài)，需進一步脫水至含水率為70%～80%左右。污泥脫水后其容積大大減少，減少了外運的費用和填埋場的瀝濾液量，在焚燒時還可增加熱值，且不易腐化。
2 污泥脫水設(shè)備分析
2.1 帶式壓濾脫水機
帶式壓濾脫水機是由上下2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，依靠濾帶本身的張力形成對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，獲得含固量較高的泥餅，從而實現(xiàn)污泥脫水。
一般帶式壓濾脫水機由濾帶、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)動系統(tǒng)構(gòu)成。作機型選擇時，應(yīng)從以下幾個方面加以考慮。
（1）濾帶。要求其具有較高的抗拉強度、耐曲折、耐酸堿、耐溫度變化等特點，同時還應(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污泥顆粒的攔截性能。
（2）輥壓筒的調(diào)偏系統(tǒng)。一般通過氣動裝置完成。
（3）濾帶的張緊系統(tǒng)。一般也由氣動系統(tǒng)來控制。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)的污泥對帶速的要求各不相同，即對任何一種特定的污泥都存在一個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。
帶式壓濾脫水機受污泥負(fù)荷波動的影響小，還具有出泥含水率較低且工作穩(wěn)定啟耗少、管理控制相對簡單、對運轉(zhuǎn)人員的素質(zhì)要求不高等特點。同時，由于帶式壓濾脫水機進入國內(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，可以選用帶式壓濾機以降低工程投資。
2.2 板框式壓濾脫水機
板框式壓濾機是通過板框的擠壓，使污泥內(nèi)的水通過濾布排出，達(dá)到脫水目的。它主要由凹入式濾板、框架、自動-氣動閉合系統(tǒng)側(cè)板懸掛系統(tǒng)、濾板震動系統(tǒng)、空氣壓縮裝置、濾布高壓沖洗裝置及機身一側(cè)光電保護裝置等構(gòu)成。此設(shè)備選型時，應(yīng)考慮以下幾個方面。
（1）對泥餅含固率的要求。一般板框式壓濾機與其他類型脫水機相比，泥餅含固率較高，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度。
（4）濾板的移動方式。要求可以通過液壓-氣動裝置全自動或半自動完成，以減輕操作人員勞動強度。
（5）濾布振蕩裝置，以使濾餅易于脫落。
與其他型式脫水機相比，板框式壓濾機的缺點的占地面積較大，同時由于板框式壓濾機為間斷式運行，效率低，操作間環(huán)境較差，有二次污染，但近來大量開發(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PLC系統(tǒng)控制就可以實現(xiàn)系統(tǒng)全自運方式，其壓濾、濾板的移動、濾布的振蕩、壓縮空氣的提供、濾布沖洗、進料等操作全部可通過PLC遠(yuǎn)端控制來完成，大大減輕了工人勞動強度。
2.3 離心式脫水機
離心脫水機主要由轉(zhuǎn)鼓和帶空心轉(zhuǎn)軸的螺旋輸送器組成，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，但制造及運行成本都相當(dāng)高，很不經(jīng)濟。轉(zhuǎn)鼓的長度越長，污泥的含固率就越高，但轉(zhuǎn)鼓過長會使性能價格比下降。使用過程中，轉(zhuǎn)鼓的轉(zhuǎn)速是一個重要的控制參數(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，是離心脫水機運行好壞的關(guān)鍵。目前，多采用低速離心脫水機。在作離心式脫水機選型時，因轉(zhuǎn)輪或螺旋的外緣極易磨損，對其材質(zhì)要有特殊要求。新型離心脫水機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，價格昂貴。離心脫水機具有噪音大、能耗高、處理能力低等缺點。國內(nèi)只有為數(shù)不多的幾個廠家可以生產(chǎn)小型離心脫水機，如果選擇大型離心脫水機，就只能依靠進口，會增加工程投資，同時，離心脫水機受污泥負(fù)荷的波動影響較大，對運行人員的素質(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，隨著科技進步，離心式脫水機的脫水技術(shù)在國外有了長足進展，例如瑞典Alfa Laval公司生產(chǎn)的螺旋離心式脫水機，其泥餅含固率可達(dá)30%以上，而且操作是在全封閉的環(huán)境中進行，脫水機周圍沒有任何污泥及污水存在，也沒有惡臭氣味，可以大大改善運行人員的工作環(huán)境，因而受到業(yè)界人士的青睞。
3 脫水設(shè)備的比較及選型應(yīng)用
3.1 脫水設(shè)備的性能比較
板框壓濾機、帶式壓濾機及離心脫水機的比較見下表。
常用污泥脫水設(shè)備的性能特點：
評價指標(biāo) | 設(shè)備種類 | ||
離心機 | 板框壓濾機 | 帶式壓濾機 | |
脫水泥餅含固率 | 中（20%～30%） | 高（30%～40%） | 低（20%～25%） |
析出液性質(zhì) | 較混，不能直排 | 清澈（＜70mg/L） | 渾濁 |
調(diào)質(zhì)藥劑量 | 可較低（1%～2%） | 較高 | 較高 |
運行電耗 | 高 | 中 | 低 |
設(shè)備投資 | 低 | 高 | 低 |
對進泥適應(yīng)性 | 對泥量、含固率波動有良好適應(yīng)能力 | 適用難脫水污泥 | 對進泥含固率、調(diào)質(zhì)要求高 |
運行管理 | 自動化程度高 | 較復(fù)雜 | 簡單，環(huán)境差 |
附屬設(shè)施 | 簡單 | 多，系統(tǒng)復(fù)雜 | 簡單 |
占地面積 | 很小 | 較大 | 小 |
3種脫水方法的比較：
方法 | 優(yōu)點 | 缺點 | 適用范圍 |
板框壓濾機： 間歇脫水 液壓過濾 | 濾餅含固率高；固體回收率高；藥品消耗少，濾液清澈 | 間歇操作，過濾能力較低；基建設(shè)備投資大 | 其他脫水設(shè)備不適用的場合；需要減少運輸，干燥或焚燒費用；降低填埋用地的場合 |
帶式壓濾機： 連續(xù)脫水 機械擠壓 | 機器制造容易，附屬設(shè)備少，投資、能耗較低；連續(xù)操作，管理簡便，脫水能力大 | 聚合物價格貴，運行費用高；脫水效率不及板框壓濾機 | 特別適合于無機性污泥的脫水；有機粘性污泥脫水不適宜采用 |
離心機： 連續(xù)脫水 離心力作用 | 基建投資少，占地少；設(shè)備結(jié)構(gòu)緊湊；不投加或少加化學(xué)藥劑；處理能力大且效果好；總處理費用較低；自動化程度高，操作簡便、衛(wèi)生 | 國內(nèi)目前多采用進口離心機，價格昂貴；電力消耗大；污泥中含有沙礫，易磨損設(shè)備；有一定噪聲 | 不適于密度差很小或液相密度大于固相的污泥脫水 |
3.2 脫水設(shè)備的選型應(yīng)用
根據(jù)不同型式脫水機性能的比較分析，不同的污水處理廠在選擇時，應(yīng)從污泥特性、運行狀況、人員素質(zhì)、對泥餅的要求以及資金、成本等幾個方面綜合考慮，才能作出合理的選擇。天津市津南區(qū)建成的某污水處理廠污泥脫水設(shè)備為帶式壓濾機，新建的某污水處理廠擬選用離心脫水機。離心機相對帶式機來說具有如下優(yōu)點。
（1）土建成本。由于離心機占用空間小，節(jié)省的空間場地可以更有效的利用于其它生產(chǎn)，節(jié)省一筆開支。
（2）離心機占用空間小，安裝調(diào)試簡單，配套設(shè)備僅有加藥和進出料輸送機，整機全密封操作，車間環(huán)境好；而帶式壓濾機占地面積大，配套設(shè)備除加藥和進出料輸送機外，還需沖洗泵，空壓機，污泥調(diào)理器等等，整機密封性差，高壓清洗的水霧和臭味污染環(huán)境，如管理不好，很容易造成泥漿四溢。
（3）離心機每立方米污泥脫水耗電為1.2kW/m3，運行時噪音為76～80dB，全天24h連續(xù)運行除停機外，運行中不需清洗水；而帶式壓濾機每立方米污泥脫水耗電為0.8kW/m3，運行時噪音為70～75dB，濾布需松弛保養(yǎng)，一般每天只安排二班操作，運行過程中需不斷用高壓水沖洗濾布，沖洗下的水增加了二次處理量。
（4）離心機易損件為軸承和密封件，卸料螺旋的維修周期一般在3a以上；而帶式壓濾機易損件除軸承、密封件外，濾帶也需更換，或在高溫下工作，需要功能性極強的材料做過濾介質(zhì)，價格昂貴。
（5）運行費用的計算。離心機脫水與帶式壓濾機脫水的運行費用比較如下：假設(shè)帶式壓濾機投藥量4kg/(t[干泥])計，單機處理電耗以0.8kW/m3泥漿計，沖洗水污泥漿為1：1；離心機投藥量以3kg/(t[干泥])，單機處理電耗以1.2kW/m3泥漿計，沖洗水以0計，電費0.5kW/kW，水費0.5元/m3，藥費80元/kg。以8×104t/d的污水處理廠為例，干污泥量為10t/d，進泥含固量為3%（濃縮后污泥），泥漿量為333m3/d，脫水后污泥含固率＞20%。計算得出帶式壓濾機的藥費為3200元/d；電費為133.2元/d；水費為166.6元/d。則帶式機的日運行費用為Σ=3200+1332+166.6=3499.8元/d。臥螺離心機的藥費為2400元/d；電費為199.8元/d；水費為0元/d；則離心機的日運行費用為Σ=2599.8元/d。運行費差額為900元/d，1年以360d計，△=900元/d×360d=324000元人民幣。即1年運行費帶式壓濾機比離心機多32.4萬元人民幣。
