污水處理廠污泥脫水設備選型淺析

康紹福,劉德惠

(天津市津南區環保監測站,天津300350)

1 污泥脫水的必要性分析

天津現有污水處理廠35座,到2010年底投入運行的污水處理廠將達到58座,累計日處理能力達到260萬t,全市污水處理率達到85%以上(中心城區90%以上)。隨著大量污水處理廠的投產,污泥產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。從污水處理廠排出來的污泥一般是由松散的物質組成,含水率較高(95%～99%),污泥容積可達其所含固體容積的數十倍。污泥的體積非常龐大,性質很不穩定,極易腐化,不利于運輸和處置,故需及時先進行減容化和穩定化的處理。首先是污泥濃縮,其目的是為了減少污泥的體積,其次是污泥穩定和無害化,最后是污泥脫水。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,達到污泥減容的目的。污泥經過濃縮處理后其含水率為94%～96%左右,但仍為流動狀態,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小,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,從一連串有規律排列的輥壓筒中呈S形經過,依靠濾帶本身的張力形成對污泥層的壓榨和剪切力,把污泥層中的毛細水擠壓出來,獲得含固量較高的泥餅,從而實現污泥脫水。

一般帶式壓濾脫水機由濾帶、輥壓筒、濾帶張緊系統、濾帶調偏系統、濾帶沖洗系統和濾帶驅動系統構成。作機型選擇時,應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,同時還應考慮污泥的具體性質,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)輥壓筒的調偏系統。一般通過氣動裝置完成。

(3)濾帶的張緊系統。一般也由氣動系統來控制。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最佳的帶速控制范圍,在該范圍內,脫水系統既能保證一定的處理能力,又能得到高質量的泥餅。

帶式壓濾脫水機受污泥負荷波動的影響小,還具有出泥含水率較低且工作穩定啟耗少、管理控制相對簡單、對運轉人員的素質要求不高等特點。同時,由于帶式壓濾脫水機進入國內較早,已有相當數量的廠家可以生產這種設備。在污水處理工程建設決策時,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,使污泥內的水通過濾布排出,達到脫水目的。它主要由凹入式濾板、框架、自動-氣動閉合系統測板懸掛系統、濾板震動系統、空氣壓縮裝置、濾布高壓沖洗裝置及機身一側光電保護裝置等構成。此設備選型時,應考慮以下幾個方面。

(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,泥餅含固率最高,可達35%,如果從減少污泥堆置占地因素考慮,板框式壓濾機應該是首選方案。

(2)框架的材質。

(3)濾板及濾布的材質。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。要求可以通過液壓一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,板框式壓濾機最大的缺點是占地面積較大,同時由于板框式壓濾機為間斷式運行,效率低,操作間環境較差,有二次污染,但近來大量開發研制工作,使其適應了現代化污水處理廠的要求,如通過PLC系統控制就可以實現系統全自運方式,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遠端控制來完成,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載和帶空心轉軸的螺旋輸送器組成,最關鍵的部件是轉轂,轉轂的直徑越大,脫水處理能力越大,但制造及運行成本都相當高,很不經濟。轉載的長度越長,污泥的含固率就越高,但轉載過長會使性能價格比下降。使用過程中,轉載的轉速是一個重要的控制參數,控制轉轂的轉速,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,因轉輪或螺旋的外緣極易磨損,對其材質要有特殊要求。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。國內只有為數不多的幾個廠家可以生產小型離心脫水機,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荷的波動影響較大,對運行人員的素質要求較高,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在國外有了長足進展,例如瑞典A lfa Layal公司生產的螺旋離心式脫水機,其泥餅含固率可達 30%以上,而且操作是在全封閉的環境中進行,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境,因而受到業界人士的青睞。

3 脫水設備的比較及選型應用

3.1 脫水設備的性能比較

板框壓濾機、帶式壓濾機及離心脫水機的比較見表1、表2。

表1 常用污泥脫水設備的性能特點

表2 3種脫水方法的比較

3.2 脫水設備的選型應用

根據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,應從污泥特性、運行狀況、人員素質、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。天津市津南區建成的某污水處理廠污泥脫水設備為帶式壓濾機,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點。

(1)土建成本。由于離心機占用空間小,節省的空間場地可以更有效的利用于其它生產,節省一筆開支。

(2)離心機占用空間小,安裝調試簡單,配套設備僅有加藥和進出料輸送機,整機全密封操作,車間環境好;而帶式壓濾機占地面積大,配套設備除加藥和進出料輸送機外,還需沖洗泵,空壓機,污泥調理器等等,整機密封性差,高壓清洗的水霧和臭味污染環境,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,濾布需松馳保養,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])計,單機處理電耗以1.2kW/m3泥漿計,沖洗水以 0計,電費 0.5元/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3 200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∑=3 200+1 332+166.6=3 499.8元/d。臥螺離心機的藥費為2 400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∑=2 599.8元/d。運行費差額為900元/d,1年以360d計,△=900元/d×360d=324 000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。

[1]王凱軍,賈立敏.城市污水生物處理新技術開發與應用[M].北京：化學工業出版社,2001.

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