乳化污泥固液分離設(shè)備的研制

劉 慶 李 強(qiáng) 薛廣海 牛江舸

(北京礦冶科技集團(tuán)有限公司，北京 100160)

乳化污泥是一種在冶金、石油化工和煤化工等多個行業(yè)生產(chǎn)過程中產(chǎn)生，并且長期堆放的污泥，大部分存在于污泥池和污泥儲罐中。乳化污泥成分復(fù)雜，水、聚合物和細(xì)顆粒深度乳化，物料黏稠，經(jīng)過多年堆放，污泥明顯乳化。根據(jù)文獻(xiàn)與現(xiàn)場調(diào)研成果，乳化污泥除含有大量的沙土和水之外，還含有許多其它成分，其組成極為復(fù)雜，各地的情況差別較大。其中的雜質(zhì)含量不多，但卻種類多樣，主要有污泥、渣土、絮狀物、膠質(zhì)、機(jī)械雜質(zhì)等。乳化污泥含有許多黑色不規(guī)則狀顆粒、多級嵌套式乳化顆粒及絮狀物，乳化顆粒的膜較厚。金屬硫化物和膠質(zhì)含量比普通污泥的含量要高很多，絮狀體的存在主要是金屬硫化物膠態(tài)顆粒在堆放中沉積和富集造成的。乳化污泥處理技術(shù)成為污泥處理技術(shù)中的難點，處理需求量遠(yuǎn)高于其它污泥。

無論是在污泥化學(xué)處理工藝還是污泥脫水干化工藝都需要固液分離技術(shù)，固液分離是否徹底直接影響最終的處理是否達(dá)標(biāo)。有效的固液分離系統(tǒng)既可提高乳化污泥處理的固液分離效率，又可提高污泥處理的指標(biāo)。

1 固液分離方式的研究

目前常用的固液分離方式有離心分離、壓濾分離和液壓擠壓分離[1-2]。

1.1 離心分離

可連續(xù)操作，處理程序簡單，對于污泥處理的固液分離設(shè)備，國內(nèi)外主要使用的是臥螺離心機(jī)，但由于臥螺離心機(jī)內(nèi)的物料離心時間短，排出固體的含液率較高，另外由于螺旋高速旋轉(zhuǎn)，易與物料摩擦產(chǎn)生火花，不適合使用易燃易爆藥劑場合，而且離心后液體相進(jìn)一步乳化，分離出的液體需要進(jìn)行化學(xué)破乳。

1.2 壓濾分離

目前使用很廣，典型的設(shè)備是隔膜壓濾機(jī)，隔膜壓濾機(jī)能夠處理污泥物料，對于過濾阻力大的物料，可以在過濾腔內(nèi)使用隔膜擠壓方式，在過濾腔一側(cè)設(shè)有變形膨脹的隔膜，當(dāng)隔膜充氣或充水后，隔膜受力膨脹向過濾腔內(nèi)移動，將過濾腔內(nèi)物料擠壓成餅，縮短了污泥脫液時間，主要應(yīng)用于黏度較低的市政污泥處理。缺點是：處理乳化污泥時，由于黏度大、細(xì)粒多，容易堵塞壓濾機(jī)濾布，很難使乳化污泥脫水分離徹底，液中含固率和固中含液率都很高；隔膜材料為聚丙烯或橡膠，易受污泥雜質(zhì)和藥劑影響變形損壞，使用壽命不高；隔膜擠壓行程短，過濾腔內(nèi)泥餅只能從35 mm擠壓到30 mm，若腔內(nèi)只有少量固體進(jìn)行擠壓，隔膜擠壓行程大，隔膜將損壞；隔膜擠壓作用力偏小，隔膜擠壓力在0.6～1.2 MPa。

1.3 液壓擠壓分離

液壓擠壓的典型設(shè)備是液壓壓榨機(jī)，物料由工人用濾布包裹放入篩網(wǎng)桶中，液壓缸直接擠壓物料脫液，液體從篩網(wǎng)桶外流出。壓榨后，工人將濾布從濾餅中剝離。液壓壓榨機(jī)結(jié)構(gòu)簡單，擠壓作用力為2～10 MPa，擠壓行程不受限制，可反復(fù)擠壓，保證物料的固液分離效果。主要應(yīng)用在水果榨汁和油餅榨油領(lǐng)域。缺點是進(jìn)料和出料都需要人工參與，效率較低，不適合大規(guī)模物料處理。

綜上可知，常用的固液分離方式處理效果不理想，是乳化污泥處理工藝的瓶頸。通過試驗發(fā)現(xiàn)，乳化污泥進(jìn)行高壓擠壓，擠壓力在2 MPa以上時，固相細(xì)粒形成團(tuán)聚現(xiàn)象，快速形成濾餅，不附著在濾布上，液相通過濾布被擠出，擠壓后液體破乳明顯，實現(xiàn)物理破乳，不需要再進(jìn)行化學(xué)破乳工序。因此，使用液壓擠壓法處理乳化污泥，固液分離效果最為顯著，但要對普通的液壓壓榨機(jī)進(jìn)行改進(jìn)，實現(xiàn)自動進(jìn)出料，提升固液分離的效率。采用液壓擠壓結(jié)構(gòu)更符合乳化污泥固液分離特點，可以實現(xiàn)高擠壓分離物料，形成含液率低的濾餅。

2 固液分離的工藝流程

固液分離的工藝流程圖見圖1，固液分離核心設(shè)備包括漿化調(diào)質(zhì)裝置和高擠壓過濾裝置，乳化污泥輸送至漿化調(diào)質(zhì)裝置中，在漿化調(diào)質(zhì)裝置中加入專用助濾劑，使乳化污泥均質(zhì)易于過濾，再泵送入高擠壓過濾裝置中過濾，乳化污泥在高擠壓過濾裝置中初級脫液后，留在高擠壓過濾裝置中污泥物料進(jìn)行高擠壓力固液分離，固相達(dá)到含液率要求后，固相物料自動排出。

圖1 固液分離的工藝系流程圖Fig.1 Flow chart of solid-liquid separation process

3 核心設(shè)備的研制

3.1 漿化調(diào)質(zhì)裝置

漿化調(diào)質(zhì)裝置包括漿化容器和攪拌器，攪拌器的攪拌端伸入到漿化容器內(nèi)，以便攪拌漿化容器內(nèi)的物料。漿化容器上設(shè)有藥劑添加口，漿化容器上還配合有加料口、加液口。乳化污泥通過加料口投入到漿化容器中，通過加液口向漿化容器中添加水，通過藥劑添加口加入助濾藥劑，乳化污泥經(jīng)過混合攪拌形成漿化態(tài)污泥，通過助濾藥劑的添加，提高污泥過濾效果。

漿化調(diào)質(zhì)裝置上連接有稱重組件，通過加料口添加到漿化容器內(nèi)的乳化污泥需要經(jīng)過稱重組件稱重。藥劑添加口和加液口也配設(shè)計量結(jié)構(gòu)，以便準(zhǔn)確控制藥劑和水的添加量。漿化調(diào)質(zhì)裝置結(jié)構(gòu)詳見圖2。

3.2 高擠壓過濾裝置

高擠壓過濾裝置包括送料泵、擠壓腔、擠壓油缸、擠壓濾板、集液裝置、皮帶機(jī)和收集槽，結(jié)構(gòu)圖見圖3。工作流程如下：

1)擠壓濾板與擠壓腔形成封閉腔體。調(diào)質(zhì)后的漿化液體通過送料泵輸入到高擠壓過濾機(jī)內(nèi)，送料泵可通過控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)輸送壓力，輸送壓力最高可達(dá)到1.2 MPa。漿化液體通過擠壓濾板的濾布過濾，液體排入集液裝置中，固料留在擠壓腔中，漿化液體的過濾量達(dá)到設(shè)定之后，停止輸送漿化液體。

圖2 漿化調(diào)質(zhì)裝置結(jié)構(gòu)圖Fig.2 Structural diagram of slurry conditioner

圖3 高擠壓過濾裝置結(jié)構(gòu)圖Fig.3 Structural diagram of high pressure extrusion filter

2)高擠壓過濾機(jī)開始擠壓脫水，通過擠壓油缸作用，擠壓濾板進(jìn)行運動，擠壓擠壓腔內(nèi)固料，作用在固料的壓力可調(diào)節(jié)(2～10 MPa)，擠壓出的液體通過擠壓濾板的濾布排出，固料擠壓成固料餅。達(dá)到設(shè)定擠壓時間后停止擠壓。

3)擠壓油缸反方向移動，帶動擠壓濾板脫離，擠壓腔與固料脫離后，固料餅落在皮帶機(jī)上，啟動皮帶機(jī)滾筒，皮帶移動將固料餅運輸?shù)焦腆w料的收集槽內(nèi)。

高擠壓過濾裝置采用液壓擠壓結(jié)構(gòu)，物料壓縮比不受限制，可大幅度擠壓物料，擠壓力可達(dá)到10 MPa，達(dá)到高擠壓力，并且污泥通過濾板微孔結(jié)構(gòu)分離，微孔結(jié)構(gòu)能夠促使液態(tài)料中的乳化膜破裂，實現(xiàn)破乳效果。相對于普通液壓壓榨機(jī)，擠壓腔形成封閉腔體，能夠自動閉合和分開，實現(xiàn)了上料卸料的自動化運行，固液分離過程中無需人工參與。

4 固液分離試驗

對乳化污泥樣品進(jìn)行固液分離試驗，污泥含固量為6%，含水量為31.5%，有機(jī)物含量62.5%。加入到漿化調(diào)質(zhì)裝置中，加入復(fù)配助濾劑BKX2，該助濾劑結(jié)合表面活性劑和絮凝劑的特點復(fù)配取得[3-5]，添加配比為0.2%，攪拌形成漿化態(tài)污泥,進(jìn)入高擠壓過濾裝置，漿化態(tài)污泥的擠壓力設(shè)為5 MPa，擠壓時間為10 min，固態(tài)料與液態(tài)料通過濾板微孔結(jié)構(gòu)分離，液態(tài)料達(dá)到破乳效果，有機(jī)物和水分層明顯，固態(tài)料的含水量小于50%。

5 結(jié)論

針對難于脫水的乳化污泥，本文開發(fā)了乳化污泥的固液分離設(shè)備，乳化污泥在漿化調(diào)質(zhì)裝置與壓力擠壓裝置內(nèi)進(jìn)行漿化和擠壓，可向漿化態(tài)污泥施加的擠壓力為2～10 MPa，分離出固態(tài)料和液態(tài)料，實現(xiàn)乳化污泥的固液分離。通過固液分離設(shè)備分離得到的固態(tài)料的含水率低于50%，分離效果好；同時液態(tài)料中乳滴的乳化膜經(jīng)過壓力擠壓而破碎，實現(xiàn)了機(jī)械物理破乳，無需再進(jìn)行化學(xué)破乳，減少乳化污泥中化學(xué)組分的添加，節(jié)省工序。形成了一套針對乳化污泥的固液分離設(shè)備，污泥進(jìn)料、固液分離、固料和液體出料等過程無需人工操作，可實現(xiàn)全自動處理。

乳化污泥固液分離設(shè)備不但可提高乳化污泥處理的固液分離效率，也可根據(jù)不同的需求匹配不同的處理工序，無論使用在污泥脫水減量化階段還污泥干化處理階段，都會產(chǎn)生更好的處理效果?？筛鶕?jù)污泥處理量設(shè)定多臺漿化調(diào)質(zhì)裝置和高擠壓過濾裝置配合處理工作，提高生產(chǎn)量。工藝設(shè)備可以采取敞開或密封撬裝式結(jié)構(gòu)布局，靈活適應(yīng)各種野外現(xiàn)場作業(yè)環(huán)境，設(shè)備運行性能穩(wěn)定。

乳化污泥的固液分離系統(tǒng)與現(xiàn)有的污泥脫水技術(shù)相比，具有很高的實用性和創(chuàng)新性，能有效解決乳化污泥處理中的難題，填補(bǔ)了使用擠壓法處理乳化污泥的空白，同時也適用于其他污泥的固液分離，具有很高的推廣價值。