
凈水廠產(chǎn)生的排泥水主要包括沉淀池排泥水和濾池反沖洗廢水,這些排泥水所產(chǎn)生的污泥主要為無機泥砂,由于其懸浮物含量遠遠超過 的相關(guān)標準,如果不加處理就直接排放到下水道或河道,不僅污染了環(huán)境,也可能造成下水道堵塞、河道淤積。因此,對凈水廠排泥水的處理回收則顯得十分必要。
國外特別是歐美發(fā)達 早就對凈水廠排泥水處理進行了立法,并制定了嚴格的污泥處理措施。而我國起步相對較晚,但隨著近年來,對環(huán)境保護的日益重視,特別是新建的大、中型水廠的設(shè)計,對排泥水的處理成為必不可少的內(nèi)容。
凈水廠的排泥水處理主要是通過濃縮、脫水,使其上清液排放水質(zhì)根據(jù)排放水體的要求,達到《污水綜合排放標準》(GB18918-2002)、《地表水環(huán)境質(zhì)量標準》(GB3838-2002)、《污水排入城鎮(zhèn)下水道水質(zhì)標準》(CJ343-2010)的有關(guān)規(guī)定;脫水后的污泥一般要求含固率達到35%以上,再外運作為建材或衛(wèi)生填埋。
污泥脫水的效果,與污泥的性質(zhì),脫水機的選擇,加藥量的大小直接有關(guān)。在排泥水處理流程中,污泥脫水機械是凈水廠排泥水處理的關(guān)鍵設(shè)備,其選擇應(yīng)根據(jù)污泥排泥水的沉降性能、污泥粒徑的分布、無機物的含量,并結(jié)合現(xiàn)場實際情況,綜合考慮藥耗、電耗、運行管理、環(huán)境和經(jīng)濟等因素。
1 常用的污泥脫水機械在國內(nèi)外的使用情況
目前,國內(nèi)外大、中型自來水廠采用得較多的污泥脫水機械主要包括:板框壓濾機、帶式壓濾機和離心脫水機。
從歐洲的使用情況來看,70%以上的凈水廠排泥水都進行了處理,其脫水機械使用較多的是離心脫水機,其次是板框壓濾機和帶式壓濾機。從日本的使用情況來看,以自然干化和壓力過濾脫水較為普遍。
從國內(nèi)的使用情況來看,板框壓濾機的使用較多,其次是離心脫水機和帶式壓濾機。盡管排泥水處理在國內(nèi)處于起步階段,但根據(jù)報導(dǎo),目前有數(shù)十家大中型自來水廠均設(shè)置了排泥水處理設(shè)施。比較有代表性的如:北京水源九廠、南京濱江水廠、深圳梅林水廠、長沙第八水廠采用的是板框壓濾機;石家莊第八水廠、南京開發(fā)區(qū)水廠采用的是帶式壓濾機;上海閔行水廠、廣州西州水廠、大連沙河口水廠采用的是離心脫水機。從排泥水處理的運行情況來看,這些水廠的運行都比較正常,對我國凈水廠排泥水的處理起到一定的示范作用。
離心脫水機的種類很多,主要包括臥式螺旋離心脫水機、篩網(wǎng)式離心脫水機、殼式離心脫水機、雙錐體離心脫水機、盤式離心脫水機等,目前采用得較多的是臥式螺旋離心脫水機。臥式螺旋離心脫水機作為凈水廠排泥水處理的主要機械,避免了傳統(tǒng)污泥脫水工藝采用板框壓濾機和帶式壓濾機的不足,特別是在運行管理、環(huán)境和占地上具有明顯的優(yōu)勢。
2 離心脫水機的構(gòu)造及工作原理
臥式螺旋離心脫水機主要由離心機主機、多級行星齒輪機械差速器或液壓差速器、泥水分離閥和控制柜等組成。其中離心機主機主要包括轉(zhuǎn)鼓、螺旋、機罩、進料管、可調(diào)溢流堰板、機座、驅(qū)動系統(tǒng)等組成。離心機轉(zhuǎn)鼓一般采用雙相不銹鋼離心澆鑄,再經(jīng)精密車削加工而成,轉(zhuǎn)鼓的長徑比一般要求≥4.0,以提供足夠長度的沉降區(qū),達到節(jié)省絮凝劑的目的。
轉(zhuǎn)鼓的固相排出口配有可更換的碳化鎢襯套,在轉(zhuǎn)鼓的大端裝配有可更換的可調(diào)溢流堰板,以調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)鼓內(nèi)的液層深度,保證分離效果。螺旋與轉(zhuǎn)鼓同軸安裝,螺旋一般采用AISI316不銹鋼制成,螺旋葉片邊緣和推料部位表面采用可更換碳化鎢噴涂作為耐磨保護。轉(zhuǎn)筒由主電動機通過主變頻系統(tǒng)驅(qū)動,啟動平緩,無級可調(diào),螺旋輸料器采用多級行星齒輪機械差速器或進口液壓差速器,差速無級可調(diào),當進料含固率變化時,推料負載自動反饋調(diào)節(jié)、推料功率自動補償,轉(zhuǎn)差可自動增減并保持排出固渣的恒干度。若采用液壓差速器,還需配置單獨的液壓站。
凈水廠的排泥水經(jīng)過重力或機械濃縮后,由污泥泵送入高速旋轉(zhuǎn)(3000r/min以上)的離心機轉(zhuǎn)筒內(nèi),在高分子絮凝劑的作用下,污泥形成體積較大、比重較重的絮凝體。在筒體的高速旋轉(zhuǎn)過程中,進泥中比重較大的污泥被甩至轉(zhuǎn)筒四周,并聚集到轉(zhuǎn)筒的內(nèi)壁上進行沉降;而比重小的液體則匯集到轉(zhuǎn)筒內(nèi)側(cè)。在高速旋轉(zhuǎn)的離心機內(nèi)部,轉(zhuǎn)筒和螺旋輸送器之間有5~20r/min的轉(zhuǎn)速差,聚集在轉(zhuǎn)筒內(nèi)壁的污泥顆粒由于筒體和螺旋的速差被螺旋推出,在轉(zhuǎn)筒錐形末端壓實由卸料口排出,而比重小的分離水從轉(zhuǎn)筒圓柱端溢流口排出,從而達到固液分離的目的。
影響離心脫水機處理效果的因素較多,歸納起來有以下兩點:
(1)與離心脫水機結(jié)構(gòu)本身無關(guān)的工藝因素,主要包括:污泥的性質(zhì)、污泥的流量、進泥含固率、絮凝劑的種類和投加量等。對于城市凈水廠的排泥水,其污泥主要以無機泥沙為主,沉降性能較好,利于離心脫水機的脫水。進入離心脫水機的污泥含固率一般要求在3%以上,當污泥泥餅含固率不能滿足設(shè)計要求時,也可以減少其進泥流量進行調(diào)節(jié)。有資料顯示,只要污泥的進泥含固率穩(wěn)定在3%~6.5%之間,可保證較高的污泥回收率(≥98%以上)和泥餅含固率(≥35%);當采用陽離子PAM藥劑時,分離效果較好,且出水色度較低;當采用陰離子PAM藥劑時,其上清液出水色度較高。
(2)與離心脫水機有關(guān)的因素,主要包括:轉(zhuǎn)鼓的長徑比、分離因素、運行速度、泥餅推送扭矩、螺旋差速、可調(diào)溢流堰板等。為保證良好的分離效果,離心機轉(zhuǎn)鼓的長徑比一般要求≥4.0,分離因數(shù)一般要求≥3000G,轉(zhuǎn)筒運行速度一般要求≥3000轉(zhuǎn)/分(變頻啟動),泥餅推送扭矩一般要求≥12000Nm;螺旋差速在0.1~20轉(zhuǎn)/分(差速可調(diào))。其中除轉(zhuǎn)筒的運行速度、螺旋差速和溢流堰板可調(diào)外,其余參數(shù)均在設(shè)備制造完成后就不可改變了。因此,要改變離心脫水機的分離效果,只有改變轉(zhuǎn)筒的運行速度、螺旋差速和溢流堰板的高度。一般來講,提高轉(zhuǎn)筒的運行速度,可以提高離心脫水劑的分離因素,有利于固、液分離,但過大的運行速度則會帶來更大的磨損和噪音,而且隨著轉(zhuǎn)速的增加,對污泥絮體的剪切力增加,大的絮體容易被破壞,則又降低了污泥的分離效果。螺旋差速越大,污泥在離心脫水機內(nèi)的停留時間越短,泥餅的含固率就越低,上清液的含固率就越高;反之,螺旋差速越小,污泥在離心脫水機內(nèi)的停留時間越長,泥餅的含固率就越高,上清液的含固率就越低。而提高溢流堰板的高度可以使污泥的停留時間加長,從而可以保證上清液的清澈度(較高的固體回收率)和泥餅較高的含固率的平衡。
總之,離心脫水機高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力,是普通重力的3000倍以上,且運行速度可調(diào),脫水效果良好,在國內(nèi)外得到了普遍的采用。目前主流的離心脫水機均采用了大長徑比、高轉(zhuǎn)速的離心設(shè)計,而且設(shè)計了變頻調(diào)速、液壓或機械差速等多種形式對轉(zhuǎn)筒的速度、轉(zhuǎn)筒與螺旋的速差進行調(diào)控,針對不同性質(zhì)的污泥,可做到自動化調(diào)節(jié)控制,管理維護方便。整個脫水系統(tǒng)的進料、出泥、螺旋輸送、絮凝劑的投加以及系統(tǒng)運行均采用PLC全自動控制,使離心脫水機和與其配套的進料泵、螺旋輸送、干泥泵、絮凝劑制備和投加裝置合為一體,成為全自動化的成套處理系統(tǒng)。
3 常用脫水機械比較及離心脫水機的優(yōu)勢
在凈水廠排泥水處理工藝常用的脫水機械設(shè)備有三類,分別為板框壓濾機、帶式壓濾機和離心脫水機,下表為這三類脫水機械在凈水廠排泥水處理的技術(shù)經(jīng)濟比較表:
比較項目 | 板框壓濾機 | 帶式壓濾機 | 離心脫水機 |
泥餅含水率/% | 60~70 | 70~75 | 60~70 |
進泥濃度 | 2~3 | 2.5~4.5 | 2.5~4.5 |
能耗/(kW·h/TDS) | 14~40 | <10 | 30~60 |
聚合物投量/(kg/TDS) | 3 | 4 | 3 |
反沖洗用水 | 用水量大,連續(xù)沖洗 | 用水量較大,連續(xù)沖洗 | 用水量小,間歇沖洗 |
工作方式 | 間歇式 | 連續(xù) | 連續(xù) |
工作條件 | 半敞開式 | 敞開式 | 密閉 |
操作條件 | 脫泥時需要有人輔助 | 自動脫泥 | 自動脫泥 |
環(huán)境影響 | 噪音較小,衛(wèi)生條件較好 | 噪音較小,衛(wèi)生條件較差 | 噪音較大,衛(wèi)生條件好 |
故障情況 | 易損件較少,濾布易更換 | 易損件多,故障較多,濾布易壞,更換較困難 | 附屬設(shè)備少,維護較方便,故障較少 |
占地面積 | 大 | 較大 | 小 |
輔助設(shè)備 | 多 | 較多 | 少 |
日常維護費用 | 多 | 較多 | 少 |
運行可靠性 | 較好 | 較好,有濾帶跑偏現(xiàn)象 | 好 |
土建費用 | 附屬設(shè)備多,主機外型尺寸大,脫水間面積大,造價較高 | 附屬設(shè)備少,主機尺寸小,脫水間面積小,土建費用較低 | 主要附屬設(shè)備少,主機外型尺寸小,土建費用低 |
運輸車輛 | 較少 | 多 | 較少 |
與板框壓濾機和帶式壓濾機相比,離心機在處理效果、系統(tǒng)配置、占地面積和工程投資、環(huán)境、運行管理和運行費用等多方面具有明顯優(yōu)勢。下面分述如下:
(1)從處理效果上看,對于凈水廠排泥水,進水含固率約2.5%~4.5%,其出泥含固率可達到30%以上,PAM的投加量約為3kg/TDS,在同樣的藥耗情況下,比帶式壓濾機的處理后泥餅含固率高5%~10%,與板框壓濾機處理后泥餅含固率大致相當。
(2)從系統(tǒng)配置來看,離心脫水機的配置簡單,對于采用液壓差速系統(tǒng)的離心脫水機,僅需再增加一套液壓站。由于離心脫水機對反沖洗的水壓要求不高,只要0.2~0.3MPa的壓力,且沖洗僅在停機后使用,為間歇沖洗,用水量較小,故沖洗用水可以直接采用自來水進行沖洗,無需設(shè)置加壓泵。而帶式壓濾機需要糾偏,且濾帶沖洗水水壓要求在0.6MPa以上,并需連續(xù)沖洗,因此還需增加空壓機系統(tǒng)、反沖洗泵等,系統(tǒng)較為復(fù)雜。板框壓濾機的配套設(shè)備主要包括壓縮空氣系統(tǒng)、高壓沖洗水系統(tǒng)等,其投料泵的壓力也在0.6MPa左右,系統(tǒng)龐大且復(fù)雜。
(3)從占地面積及工程總投資來看,離心機占地面積較小,土建投資較低,但設(shè)備投資較大。帶式壓濾機和板框壓濾機土建投資高,但設(shè)備投資低,綜合設(shè)備投資和土建投資,二者可以基本持平。
(4)從環(huán)境指標來看,主要反映在噪聲和臭氣方面。離心脫水機采用全封閉結(jié)構(gòu),可以避免臭氣的外溢,衛(wèi)生條件好,但噪音較大,考慮到離心脫水機自動化程度較高,可以做到無人值守,可極大限度地避免臭氣污染和噪聲污染的問題。而帶式壓濾機和板框壓濾機均為敞開式結(jié)構(gòu),衛(wèi)生條件較差,若要采用封閉式結(jié)構(gòu),則需大量增加通風設(shè)備,其電耗也會相應(yīng)增加。因此,離心脫水機與帶式壓濾機和板框壓濾機相比,具有明顯的優(yōu)勢。
(5)從運行管理來看,離心脫水機可以全自動運行,無需人工操作,維護方便,故障較少,運行可靠性好。而帶式壓濾機易損件較多,濾布易損壞,更換較困難,脫泥無需人工操作。板框壓濾機易損件較少,但附屬設(shè)備太多,運行時需人工輔助。因此,離心脫水機優(yōu)勢明顯。
(6)從運行費用來看,主要考慮運行電費、水耗、藥耗、易損件等四個方面。
在運行電費方面,由于離心機屬于高速運轉(zhuǎn)機械,因此全系統(tǒng)(含附屬設(shè)備)裝機功率和運行功率要明顯高于板框壓濾機和帶式壓濾機。從運行電費來看,離心脫水機相對較差。
在水耗方面,板框壓濾機和帶式壓濾機由于采用濾布,容易堵塞,沖洗水消耗量較大,在一般的凈水廠,通常使用濾后水進行沖洗,對水資源是一種浪費。而離心機的主要特點是能24小時連續(xù)生產(chǎn),在運行期間完全不需要進行沖洗,只需要在停機后沖洗,這樣既簡化操作程序,又不浪費水資源。因此,使用離心脫水機比使用帶式壓濾機和板框壓濾機顯得更有優(yōu)勢。
在藥耗方面,離心脫水機需要的高分子絮凝劑PAM投藥量較少,大致與板框壓濾機相同,比帶式壓濾機少。因此,在藥耗方面,離心脫水機的藥耗較省。
在易損件方面,由于板框壓濾機和帶式壓濾機結(jié)構(gòu)自身的特點,濾帶壽命較短,按經(jīng)驗每3~6個月就要更換一次。而離心脫水機一般可以做到3年無大修。故離心機的日常維護費用較低。
通過以上四個方面的分析,在脫水系統(tǒng)運行費用上,使用離心脫水機要比板框壓濾機和帶式壓濾機具有更明顯的優(yōu)勢。
4 結(jié)語
隨著離心脫水技術(shù)的成熟,離心脫水機具有分離效果好,操作管理方便,日常運行費用省,占地面積小等諸多優(yōu)點,克服了常規(guī)帶式壓濾機和板框壓濾機的缺點,如:污泥脫水機械敞開運行,現(xiàn)場環(huán)境惡劣,臭味大,沖洗水消耗量大,絮凝劑用量大,濾帶壽命短,日常運行成本高,設(shè)備體積龐大、占地大、土建投資大等缺點,值得進一步推廣使用。
近年來,許多新建的大、中型自來水廠的泥處理系統(tǒng)中,均選用了離心脫水機作為脫水設(shè)備。如:上海羅涇水廠(近期10萬m3/d,總規(guī)模20萬m3/d),采用長江水作為水源;四川南部杜家灣制水工程(近期6萬m3/d,總規(guī)模20萬m3/d),采用嘉陵江水作為水源。相信隨著離心脫水機應(yīng)用的逐漸普及,以及在凈水廠排泥水處理中的使用和維護經(jīng)驗的日益豐富和完善,其必將成為今后大、中型凈水廠排泥水機械脫水的主流機型。