造紙廠污泥脫水用帶式壓濾機穩定運行措施

陳 鋒 薛國新

(1.浙江理工大學，浙江杭州，310018;2.上海恒力水處理材料有限公司，上海，201803)

我國造紙廠中所用的污泥脫水機械種類很多，多數以帶式壓濾機為主。在帶式壓濾機的使用過程中，會遇到各種各樣的問題影響其運行的穩定性［1］，筆者在生產實踐中對帶式壓濾機的運行情況進行不斷的摸索總結，得出了一些經驗，并針對性地采取措施保證了帶式壓濾機的運行，取得了很好的效果，筆者對此作一簡單介紹，以供同行參考。

1 造紙廠污泥的性質及特點

1.1 造紙廠污泥的性質

造紙廠產生的污泥一般含水率高，一般達到95%～99%，污泥量比較大，其中含有大量的纖維。按造紙廠污泥的來源可分為生物污泥、堿回收白泥和脫墨污泥。在造紙廢水處理過程中會產生許多沉淀物質，這些沉淀物質被稱為生物污泥，其組成一般為細小纖維、木素及其衍生物和一些有機物質;堿回收白泥來源于堿回收車間的白泥回收工段，是苛化反應的產物，即沉淀CaCO3，主要來源于利用木材、草類等原料進行制漿的制漿造紙廠;脫墨污泥來源于廢紙脫墨過程，脫墨污泥的成分很復雜，主要是纖維素纖維以及原來紙中的填料和涂料，另外還有一些短纖維、粗渣和大粒子。制漿造紙污泥成分隨原料的不同而變化，化學漿、脫墨漿和經過二次處理產生的活性污泥成分稍有差異。造紙廢水處理后的污泥主要有細小纖維、填料和化學藥品的混合物，與市政污泥相比，造紙廠污泥中的N、P含量低，而Ca2+和Al3+含量要高得多，且漂白化學漿廢水處理后的污泥中含有聚氯聯苯化合物和二惡英。

1.2 造紙廠污泥的回收利用

廢水處理過程中產生的污泥具有容量大、易腐爛的特點，大量未穩定處理的污泥沒有正常出路，已成為造紙廠的沉重負擔，并對周圍環境造成嚴重的二次污染，故必須對污泥進行處理和處置。污泥脫水是污泥處理的主要過程，將含水率為98%～99%左右的稀污泥經機械脫水后成為含水率為70%～80%的較干污泥，所占體積大大減少，有利于進一步處置與利用。污泥的最終處置可根據本地實際情況選擇適合的污泥利用方案，污泥利用要滿足嚴格的環境衛生標準，不能造成新的環境危害。可以選擇燃燒，既可回收熱量、又可減少堆放廢棄物的面積。

2 帶式壓濾機運行中的措施

2.1 污泥輸送方式的合理選擇

經過氣浮或過濾、沉淀池濃縮后的污泥，需經貯泥池輸送至帶式壓濾機進行脫水，在實際生產中常見各廠采用離心泵等直接向壓濾機投加污泥，但因為其流量、壓力很難穩定控制，經常導致后續與絮凝劑的化學調質不能正常穩定進行，無法達到最佳的處理效果，會出現絮凝效果不穩定的現象。目前常用的輸送泵的優缺點對比見表1［2］。

從目前的泵型使用情況看，離心泵應用范圍較廣，但其對輸送介質的剪切力較大。隔膜泵多用于腐蝕性介質和加藥系統。柱塞泵價格昂貴，多用于對壓力要求非常高的情況。螺桿泵能夠連續、均勻地輸送介質，沒有湍流、攪動、脈動和剪切現象，特別適用于泵送濃縮污泥，最大程度地保持污泥性質，保護絮體不被破壞，從而獲得最佳的脫水效果。用帶有變頻調速裝置的螺桿泵的輸送方式就可以很好地保證進入壓濾機的污泥壓力、泥量穩定，使生產過程穩定，絮凝過程、出水及出泥都能達到較好的效果［3］。建議造紙廠污泥脫水工段采用螺桿泵類輸送裝置，以保證生產穩定運行。

在使用螺桿泵的同時，需要注意以下幾點:①進泥泵的流量、出口壓力應滿足脫水機的使用要求。建議采用變頻調速，以便于根據現場需要來調節污泥流量。②用螺桿泵輸送污泥時，介質中的不同雜質會對轉子和定子造成磨損，使泵的容積效率降低，所以必要時在進螺桿泵前，增加污泥切割裝置或其他措施以減少雜質對泵的磨損。③螺桿泵在沒有介質空轉時，轉子和定子之間的干摩擦會很快在定子表面產生過高的溫度，使定子橡膠過熱被燒毀，因此螺桿泵必須連續進泥［2］。

2.2 絮凝劑的調質處理

污泥在脫水前必須先加入絮凝劑進行絮凝處理，通常根據造紙廠污泥的性質，采用的絮凝劑為高分子陽離子聚丙烯酰胺 (CPAM)。

CPAM具有很強的絮聚作用，可在粒子之間架橋，并且根據其離子性而具有不同的結合機理，同一個分子可以吸附若干個顆粒，引起聚沉［4］。絮凝效果的好壞直接影響脫水效果。對于不同的造紙廠，其生產紙種不同導致污泥的類型也有所不同，必須經過燒杯沉降實驗進行篩選，確定最適合的絮凝劑，以及獲得最佳效果的絮凝劑用量，同時可以計算每噸干泥的處理成本。

在生產中一般采用燒杯沉降實驗來確定絮凝劑的類型和用量，一般實驗步驟為:

(1)溶解藥劑:把待實驗的多種絮凝劑均按0.1%的質量分數溶解。這是由于一方面便于計算藥劑用量，另一方面可以較快地溶解稀釋。

(2)取500 mL或1000 mL的污泥，加入適量已溶解好的CPAM(絮凝劑)，通過反復倒杯實驗，觀察絮凝效果及上清液，首先根據絮凝效果選擇最佳的絮凝劑，然后再分別進行不同的加藥量實驗，制出對比圖表。

(3)根據上述對比圖表，可以計算出每噸絕干泥所需絮凝劑用量，從而計算出生產每噸絕干泥所需成本。

根據CPAM的主要指標可以比較有針對性的進行污泥脫水藥劑篩選，CPAM的主要指標有:固含量、相對分子質量、陽離子度、溶解時間、粒徑等，其中最能影響絮凝效果的指標為相對分子質量與陽離子度:①相對分子質量:CPAM的相對分子質量一般在500萬～1000萬之間 (烏式黏度計法測量)，在絮凝過程中主要影響絮團的大小。②離子度:CPAM的離子度規格在5% ～70%(質量百分比)，在絮凝過程中主要影響絮團的緊度及強度。在很多造紙廠污泥絮凝及脫水的藥劑選擇中，CPAM的相對分子質量會成為造紙廠的優先考慮因素，這實際上是有一定誤區的。經大量實際現場藥劑選型及上機試驗，陽離子度更是決定聚凝效果的主要因素。從機理上來看，陽離子度決定絮團的強度及緊度，如果陽離子度不合適，即使相對分子質量指標高，由于離子度的吸附影響，也不一定能形成大的絮團，即使能形成大的絮團，若絮團的強度不足也容易在輸送及脫水過程中，絮團破碎導致絮凝效果不佳。就一般國內的造紙廠污泥絮凝實驗結果來看:①CPAM的陽離子度在20%～40%，是造紙廠污泥絮凝效果最佳的電荷分布范圍。如果CPAM陽離子度過高，形成的絮團較緊，則絮團小;陽離子度如果偏低，形成的絮團強度則不夠，在輸送及脫水過程中易碎，導致絮凝效果不佳;②CPAM的相對分子質量一般在600萬～800萬即可，可獲得較好的絮凝效果。如果一方面溶解時間延長，另一方面如果相對分子質量過高，絮凝反應速度偏慢，可能由于反應不充分導致絮凝效果不佳;如果相對分子質量偏低也會使絮凝的絮團偏小，導致效果不理想。

2.4 帶式壓濾機的調節

圖1為帶式壓濾機的工作原理圖。

帶式壓濾機的運行效率主要由以下幾個指標來衡量［2］:

(1)壓榨后泥餅的含水率。

(2)壓榨濾液的固含量。

(3)單位時間的污泥產量。

設備運行的優劣主要由以下幾種因素決定:污泥的性質、設備自身的狀況及藥劑的性質。現主要從帶式壓濾機設備的調節來提高污泥脫水運行效率。

圖1 帶式壓濾機工作原理圖

(1)濾帶的選擇:不同編織方式所產生的紋理結構不同，也就決定了濾帶的透氣性能和對污泥顆粒的攔截性能不同。近年來為提高濾帶脫水性能和對污泥的捕集能力，多采用1層和2層網編織，上層的絲徑較細、結構較緊密，下層由絲徑較粗、強度高的材料構成，在增強脫水性能的同時對污泥具有良好的攔截作用。進口設備中，有些廠家采用了四綜雙層濾網結構，透水性能很好而污泥不易隨水流失，重力脫水的效果非常良好。但無論哪一種濾帶，都需要加大濾帶的沖洗強度，否則深層殘留的污泥不易清除，影響脫水效果。

(2)濾帶的清洗:濾帶的清潔程度很大一部分影響到濾水的效果。常見的帶式壓濾機分別在上、下濾帶兩側安裝清洗水管 (見圖1)，清洗水管上噴嘴的沖洗水壓力約0.4～0.5 MPa，以清除濾帶上殘留的污泥顆粒，保證濾帶良好的脫水效果。筆者在實際生產中發現有的造紙廠使用扇形噴嘴，有的使用固定式的針式噴嘴。

扇形噴嘴的沖洗面積雖然比較大，能夠橫向沖洗整片濾帶，但是其沖洗的力量比較小，不能夠徹底將污泥從濾帶中清除，從而影響了脫水效果。建議采取以下措施改善:提高沖洗壓力，由常用的0.4～0.5MPa提高到1 MPa左右，可顯著提高沖洗效果，從而提高濾帶的濾水性。

而針式噴嘴的局部壓力足夠，但大部分造紙廠沒有使用偏移裝置，只能固定沖洗部分的縱向濾帶，造成其他部分的濾帶易被細小纖維及污泥顆粒堵塞。建議采用偏移裝置，在運行過程中盡量沖洗到整條濾帶面。

同時建議在進入重力脫水區前加裝一道沖洗水管，沖洗水流方向與濾帶前進方向相反，即迎面沖洗濾帶，經過沖洗后進入重力脫水區時，濾帶表面及內部殘留的污泥可以很大程度地被清除干凈，取得良好的脫水效果。

(3)濾帶張力:加入CPAM經絮凝后的污泥，通過重力脫水段后，隨著濾帶的移動首先進入楔形加壓段，通過預壓縮脫水，然后進入由多根壓榨輥組成的“S”型壓榨段，由于污泥隨著濾帶在多個輥間的變相彎曲產生的剪切力，進一步脫去污泥內部的游離水，使污泥成為泥餅。在這一階段，濾帶張力對脫水效果也有一定的影響，濾帶的張力與壓榨輥間隙決定了污泥在壓榨脫水區所承受壓力的大小。在壓榨輥間隙不變的情況下，濾帶的張力越大出泥的含水率越低，對于不同的壓濾機在使用過程中要根據實際使用時的車速、污泥性質、產泥量等調整濾帶張力大小，使之達到最佳效果。另外上下濾帶張力差對脫水效果也會有比較顯著的影響，當上下濾帶存在張力差時，污泥所承受的壓力不平衡，壓力大的一方會將泥餅壓向小的一方，在試驗中，調解下濾帶的張力使之小于上濾帶的張力，可以極大限度地增加下濾帶自由剝離的出泥量，提高出泥成餅率［5］。在實際生產使用中，一般建議調節上、下濾帶張緊輥，將上濾帶的張力調整為 (0.5±0.1)MPa，下濾帶的張力調整為(0.4±0.1)MPa。

3 結論

造紙廠的污泥脫水用帶式壓濾機，在實際生產中可以采取下列措施提高其運行效果。

3.1 進入帶式壓濾機的污泥輸送最好采用螺桿泵方式輸送。

3.2 污泥的絮凝調質應根據燒杯沉降實驗來確定藥劑的類型及加藥量，然后計算最終的污泥處理成本。

3.3 選擇合適的濾帶。

3.4 根據帶式壓濾機的結構選擇最佳的濾帶沖洗方式，提高濾帶的濾水效果。

3.5 通過調整上、下濾帶的張力，使下濾帶的張力略小于上濾帶的張力，可以提高壓榨及出泥的效果。

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