污水處理廠污泥脫水設(shè)備選型淺析

康紹福,劉德惠

(天津市津南區(qū)環(huán)保監(jiān)測(cè)站,天津300350)

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(yùn)行的污水處理廠將達(dá)到58座,累計(jì)日處理能力達(dá)到260萬(wàn)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(huì)大幅度的增加,污泥的處理和處置可以說(shuō)是考核污水處理廠運(yùn)行成績(jī)的重要指標(biāo)。從污水處理廠排出來(lái)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(yùn)輸和處置,故需及時(shí)先進(jìn)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(wú)害化,最后是污泥脫水。其中污泥濃縮和脫水是通過(guò)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(guò)濃縮處理后其含水率為94%～96%左右,但仍為流動(dòng)狀態(tài),需進(jìn)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(yùn)的費(fèi)用和填埋場(chǎng)的瀝濾液量,在焚燒時(shí)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(jī)

帶式壓濾脫水機(jī)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(guò),依靠濾帶本身的張力形成對(duì)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(lái),獲得含固量較高的泥餅,從而實(shí)現(xiàn)污泥脫水。

一般帶式壓濾脫水機(jī)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(dòng)系統(tǒng)構(gòu)成。作機(jī)型選擇時(shí),應(yīng)從以下幾個(gè)方面加以考慮。

(1)濾帶。要求其具有較高的抗拉強(qiáng)度、耐曲折、耐酸堿、耐溫度變化等特點(diǎn),同時(shí)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(duì)污泥顆粒的攔截性能。

(2)輥壓筒的調(diào)偏系統(tǒng)。一般通過(guò)氣動(dòng)裝置完成。

(3)濾帶的張緊系統(tǒng)。一般也由氣動(dòng)系統(tǒng)來(lái)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(duì)帶速的要求各不相同,即對(duì)任何一種特定的污泥都存在一個(gè)最佳的帶速控制范圍,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(jī)受污泥負(fù)荷波動(dòng)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(duì)簡(jiǎn)單、對(duì)運(yùn)轉(zhuǎn)人員的素質(zhì)要求不高等特點(diǎn)。同時(shí),由于帶式壓濾脫水機(jī)進(jìn)入國(guó)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(shí),可以選用帶式壓濾機(jī)以降低工程投資。

2.2 板框式壓濾脫水機(jī)

板框式壓濾機(jī)是通過(guò)板框的擠壓,使污泥內(nèi)的水通過(guò)濾布排出,達(dá)到脫水目的。它主要由凹入式濾板、框架、自動(dòng)-氣動(dòng)閉合系統(tǒng)測(cè)板懸掛系統(tǒng)、濾板震動(dòng)系統(tǒng)、空氣壓縮裝置、濾布高壓沖洗裝置及機(jī)身一側(cè)光電保護(hù)裝置等構(gòu)成。此設(shè)備選型時(shí),應(yīng)考慮以下幾個(gè)方面。

(1)對(duì)泥餅含固率的要求。一般板框式壓濾機(jī)與其他類型脫水機(jī)相比,泥餅含固率最高,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(jī)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(qiáng)度。

(4)濾板的移動(dòng)方式。要求可以通過(guò)液壓一氣動(dòng)裝置全自動(dòng)或半自動(dòng)完成,以減輕操作人員勞動(dòng)強(qiáng)度。

(5)濾布振蕩裝置,以使濾餅易于脫落。

與其他型式脫水機(jī)相比,板框式壓濾機(jī)最大的缺點(diǎn)是占地面積較大,同時(shí)由于板框式壓濾機(jī)為間斷式運(yùn)行,效率低,操作間環(huán)境較差,有二次污染,但近來(lái)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(guò)PLC系統(tǒng)控制就可以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)全自運(yùn)方式,其壓濾、濾板的移動(dòng)、濾布的振蕩、壓縮空氣的提供、濾布沖洗、進(jìn)料等操作全部可通過(guò)PLC遠(yuǎn)端控制來(lái)完成,大減輕了工人勞動(dòng)強(qiáng)度。

2.3 離心式脫水機(jī)

離心脫水機(jī)主要由轉(zhuǎn)載和帶空心轉(zhuǎn)軸的螺旋輸送器組成,最關(guān)鍵的部件是轉(zhuǎn)轂,轉(zhuǎn)轂的直徑越大,脫水處理能力越大,但制造及運(yùn)行成本都相當(dāng)高,很不經(jīng)濟(jì)。轉(zhuǎn)載的長(zhǎng)度越長(zhǎng),污泥的含固率就越高,但轉(zhuǎn)載過(guò)長(zhǎng)會(huì)使性能價(jià)格比下降。使用過(guò)程中,轉(zhuǎn)載的轉(zhuǎn)速是一個(gè)重要的控制參數(shù),控制轉(zhuǎn)轂的轉(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(jī)運(yùn)行好壞的關(guān)鍵。目前,多采用低速離心脫水機(jī)。在作離心式脫水機(jī)選型時(shí),因轉(zhuǎn)輪或螺旋的外緣極易磨損,對(duì)其材質(zhì)要有特殊要求。新型離心脫水機(jī)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(jià)格昂貴。)離心脫水機(jī)具有噪音大、能耗高、處理能力低等缺點(diǎn)。國(guó)內(nèi)只有為數(shù)不多的幾個(gè)廠家可以生產(chǎn)小型離心脫水機(jī),如果選擇大型離心脫水機(jī),就只能依靠進(jìn)口,會(huì)增加工程投資,同時(shí),離心脫水機(jī)受污泥負(fù)荷的波動(dòng)影響較大,對(duì)運(yùn)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(lái),隨著科技進(jìn)步,離心式脫水機(jī)的脫水技術(shù)在國(guó)外有了長(zhǎng)足進(jìn)展,例如瑞典A lfa Layal公司生產(chǎn)的螺旋離心式脫水機(jī),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(jìn)行,脫水機(jī)周圍沒(méi)有任何污泥及污水存在,也沒(méi)有惡臭氣味,可以大大改善運(yùn)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(jī)、帶式壓濾機(jī)及離心脫水機(jī)的比較見(jiàn)表1、表2。

表1 常用污泥脫水設(shè)備的性能特點(diǎn)

表2 3種脫水方法的比較

3.2 脫水設(shè)備的選型應(yīng)用

根據(jù)不同型式脫水機(jī)性能的比較分析,不同的污水處理廠在選擇時(shí),應(yīng)從污泥特性、運(yùn)行狀況、人員素質(zhì)、對(duì)泥餅的要求以及資金、成本等幾個(gè)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(jī),新建的某污水處理廠擬選用離心脫水機(jī)。離心機(jī)相對(duì)帶式機(jī)來(lái)說(shuō)具有如下優(yōu)點(diǎn)。

(1)土建成本。由于離心機(jī)占用空間小,節(jié)省的空間場(chǎng)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(jī)占用空間小,安裝調(diào)試簡(jiǎn)單,配套設(shè)備僅有加藥和進(jìn)出料輸送機(jī),整機(jī)全密封操作,車間環(huán)境好;而帶式壓濾機(jī)占地面積大,配套設(shè)備除加藥和進(jìn)出料輸送機(jī)外,還需沖洗泵,空壓機(jī),污泥調(diào)理器等等,整機(jī)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(jī)每立方米污泥脫水耗電為1.2kW/m3,運(yùn)行時(shí)噪音為76～80dB,全天24h連續(xù)運(yùn)行除停機(jī)外,運(yùn)行中不需清洗水;而帶式壓濾機(jī)每立方米污泥脫水耗電為 0.8kW/m3,運(yùn)行時(shí)噪音為 70～75dB,濾布需松馳保養(yǎng),一般每天只安排二班操作,運(yùn)行過(guò)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(jī)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(jī)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(qiáng)的材料做過(guò)濾介質(zhì)價(jià)格昂貴。

(5)運(yùn)行費(fèi)用的計(jì)算。離心機(jī)脫水與帶式壓濾機(jī)脫水的運(yùn)行費(fèi)用比較如下：假設(shè)帶式壓濾機(jī)投藥量4kg/(t[干泥])計(jì),單機(jī)處理電耗以0.8kW/m3泥漿計(jì),沖洗水污泥漿為1∶1;離心機(jī)投藥量以3kg/(t[干泥])計(jì),單機(jī)處理電耗以1.2kW/m3泥漿計(jì),沖洗水以 0計(jì),電費(fèi) 0.5元/kW,水費(fèi) 0.5元/m3,藥費(fèi)80元/kg。以8×104t/d的污水處理廠為例,干污泥量為10t/d,進(jìn)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(jì)算得出帶式壓濾機(jī)的藥費(fèi)為3 200元/d;電費(fèi)為133.2元/d;水費(fèi)為166.6元/d。則帶式機(jī)的日運(yùn)行費(fèi)用為∑=3 200+1 332+166.6=3 499.8元/d。臥螺離心機(jī)的藥費(fèi)為2 400元/d;電費(fèi)為199.8元/d;水費(fèi)為0元/d;則離心機(jī)的日運(yùn)行費(fèi)用為∑=2 599.8元/d。運(yùn)行費(fèi)差額為900元/d,1年以360d計(jì),△=900元/d×360d=324 000元人民幣。即1年運(yùn)行費(fèi)帶式壓濾機(jī)比離心機(jī)多32.4萬(wàn)元人民幣。

[1]王凱軍,賈立敏.城市污水生物處理新技術(shù)開發(fā)與應(yīng)用[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社,2001.

[2]馮生華.城市中小型污水處理廠的建設(shè)與管理[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社,2001.