污泥脱水设备在污水处理厂中的应用

污泥脱水是减小污泥体积的关键工艺技术，而污泥脱水设备的选型对污泥脱水效率的高低和脱水工艺的正常运行最为重要。文章以广州某水厂为例，在介绍常见污泥脱水设备的基础上，选择了合适的污泥脱水设备，在污泥脱水工艺流程中发挥了稳定的脱水效果，该厂的污泥脱水问题也得到了有效的解决。
[中图分类号]TH[文献标识码]A[文章编号]1007-1865(2009)11-0168-02
广州市某水厂供水量100万m3/d，原水取自顺德水道西海段。据统计，平均日原水浊度为73NTU(发生率82%)，经测定及工艺计算排泥水平均污泥含量为105.2 t/d，相当含固率为4%的浓缩污泥2630 m3/d，污泥中无机成分含量高，无明显的亲水性。
为处理该水厂的污泥，必须首先对污泥进行脱水处理，这是方便污泥后续处理、大大减小污泥体积的关键。因此，就涉及到污泥脱水设备的选型。文章以该污水厂为例，通过对常用的污泥脱水设备的介绍，选择合适的污泥脱水设备和脱水工艺，合理有效地处理该污水厂的污泥。
1.常见污泥脱水设备介绍[1-3]
污水经过沉淀处理后会产生大量污泥，既使经过浓缩及消化处理，含水率仍高达96%，体积很大，难以消纳处置，必须经过脱水处理，提高泥饼的含固率，以减少污泥堆置的占地面积。一般大中型污水处理厂均采用机械脱水。脱水机一般可分为带式压滤脱水机、离心式脱水机和板框式压滤脱水机三大类。
1.1带式压滤脱水机
带式压滤脱水机是由上下两条张紧的滤带夹带着污泥层，从一连串有规律排列的辊压筒中呈S形经过，依靠滤带本身的张力形成对污泥层的压榨和剪切力，把污泥层中的毛细水挤压出来，获得含固量较高的泥饼，从而实现污泥脱水。一般带式压滤脱水机由滤带、辊压筒、滤带张紧系统、滤带调偏系统、滤带冲洗系统和滤带驱动系统构成。作机型选择时，应从以下几个方面加以考虑：
(l)滤带。要求其具有较高的抗拉强度、耐曲折、耐酸碱、耐温度变化等特点，同时还应考虑污泥的具体性质，选择适合的编织纹理，使滤带具有良好的透气性能及对污泥颗粒的拦截性能。
(2)辊压筒的调偏系统。一般通过气动装置完成。
(3)滤带的张紧系统。一般也由气动系统来控制。滤带张力一般控制在0.3～0.7 MPa，常用值为0.5 MPa。
(4)带速控制。不同性质的污泥对带速的要求各不相同，即对任何一种特定的污泥都存在一个最佳的带速控制范围，在该范围内，脱水系统既能保证一定的处理能力，又能得到高质量的泥饼。
带式压滤脱水机受污泥负荷波动的影响小，还具有出泥含水率较低且工作稳定启耗少、管理控制相对简单、对运转人员的素质要求不高等特点。同时，由于带式压滤脱水机进入国内较早，已有相当数量的厂家可以生产这种设备。在污水处理工程建设决策时，可以选用带式压滤机以降低工程投资。目前，国内新建的污水处理厂大多采用带式压滤脱水机，例如北京高碑店污水处理厂一期工程五台脱水机全部是带式压滤脱水机，自带、辊压筒、滤投入运行以来情况良好，所以在二期设备选型时仍然选用了这种机型。
1.2离心式脱水机
离心脱水机主要由转载和带空心转轴的螺旋输送器组成，污泥由空心转轴送入转筒后，在高速旋转产生的离心力作用下，立即被甩人转毂腔内。污泥颗粒比重较大，因而产生的离心力也较大，被甩贴在转毂内壁上，形成固体层；水密度小，离心力也小，只在固体层内侧产生液体层。固体层的污泥在螺旋输送器的缓慢推动下，被输送到转载的锥端，经转载周围的出口连续排出，液体则由堰四溢流排至转载外，汇集后排出脱水机。
离心脱水机最关键的部件是转毂，转毂的直径越大，脱水处理能力越大，但制造及运行成本都相当高，很不经济。转载的长度越长，污泥的含固率就越高，但转载过长会使性能价格比下降。使用过程中，转载的转速是一个重要的控制参数，控制转毂的转速，使其既能获得较高的含固率又能降低能耗，是离心脱水机运行好坏的关键。
目前，多采用低速离心脱水机。在作离心式脱水机选型时，因转轮或螺旋的外缘极易磨损，对其材质要有特殊要求。新型离心脱水机螺旋外缘大多做成装配块，以便更换。装配块的材质一般为碳化钨，价格昂贵。
离心脱水机具有噪音大、能耗高、处理能力低等缺点。国内只有为数不多的几个厂家可以生产小型离心脱水机，如果选择大型离心脱水机，就只能依靠进口，会增加工程投资，同时，离心脱水机受污泥负荷的波动影响较大，对运行人员的素质要求较高，因此一般污水处理厂均不采用离心脱水工艺。但近几年来，随着科技进步，离心式脱水机的脱水技术在国外有了长足进展，例如瑞典Alfa Layal公司生产的螺旋离心式脱水机，其泥饼含固率可达30%以上，而且操作是在全封闭的环境中进行，脱水机周围没有任何污泥及污水存在，也没有恶臭气味，可以大大改善运行人员的工作环境，因而受到业界人士的青睐。
1.3板框式压滤脱水机
板框式压滤机是通过板框的挤压，使污泥内的水通过滤布排出，达到脱水目的。它主要由凹人式滤板、框架、自动-气动闭合系统测板悬挂系统、滤板震动系统、空气压缩装置、滤布高压冲洗装置及机身一侧光电保护装置等构成。设备选型时，应考虑以下几个方面：
(1)对泥饼含固率的要求。一般板框式压滤机与其他类型脱水机相比，泥饼含固率最高，可达35%，如果从减少污泥堆置占地因素考虑，板框式压滤机应该是首选方案。
(2)框架的材质。
(3)滤板及滤布的材质。要求耐腐蚀，滤布要具有一定的抗拉强度。
(4)滤板的移动方式。要求可以通过液压一气动装置全自动或半自动完成，以减轻操作人员劳动强度。
(5)滤布振荡装置，以使滤饼易于脱落。与其他型式脱水机相比，板框式压滤机最大的缺点是占地面积较大。以北京高碑店污水处理厂一期工程使用的带式压滤机和鞍山工业污水处理厂使用的板框式压滤机为例作比较：高碑店污水厂处理污水量为50万t/d，污泥产量1852.5 m3/d，干物质92.63 t/d，采用五台德国KLEIN-KS30型带式压滤机，每台压滤机的基础占地面积仅为2750×3500 mm，鞍山污水厂处理水量为22 t/d，干物质275 t/d，采用六台板框式压滤机，每台压滤机地基础占地面积达2400×12000 mm，同时，由于板框式压滤机为间断式运行，效率低，操作间环境较差，有二次污染，国内大型污水处量厂己很少采用。但近了大量开发研制工作，使其适应了现代化污水处理厂的要求，如通过PLC系统控制就可以实现系统全自运方式，其压滤、滤板的移动、滤布的振荡、压缩空气的提供、滤布冲洗、进料等操作全部可通过PLC远端控制来完成，大减轻了工人劳动强度。
2.脱水设备的选择
根据文献分析，在相同生产工况条件下，国产离心脱水机和进口离心脱水机均能连续、可靠、稳定运行。但在进泥含固率出现较大变化或超负荷运行时，进口设备容易出现堵料现象，故障排除困难且劳动强度大，停机检修的时间长达2～3 d。而国产设备在上述情况下仍能正常工作，在破坏性试验中，人为制造的堵料故障，只需启动堵料排除程序就可以自动排沉，15 min后即可恢复正常生产。所以在工况变化的适应性及故障排除方面国产离心脱水机有明显的技术优势，而且装机容量小、投资少、技术支持到位、易损件修复容易、备品备件供货期短。
经多方面综合比较，设计选用国产卧式螺旋卸料沉降离心机。考虑到季节及原水浊度的变化，离心机组采用大、小机型级配设置。
3.脱水工艺及设备选型
脱水工艺由进料、投药、脱水、污泥收集和供压力水等五部分组成。
(1)进料。主要由带变频装置的螺杆泵及电磁流量计组成。按设定，螺杆泵可根据储泥池待脱水污泥浓度自动调速改变流量大小。
(2)投药。主要由负压装置、储粉罐、螺旋送粉器、混合斗、搅拌桶、储药罐、带变频装置的投药螺杆泵、流量计、混合器等组成。储粉罐内的粉剂PAM通过螺旋送粉器计量送进混合斗，与压力水混合后通过水射器送进搅拌桶，充分搅拌溶解成质量分数0.3%的PAM溶液并被送进储药罐备用。螺杆泵根据投加量大小从储药罐抽吸PAM溶液送进离心脱水机。为了保证药液的良好流淌性，在投加管上计量加注压力水稀释药液。
(3)脱水。主要由卧式螺旋卸料沉降离心机及配套的机旁液压站组成。
(4)污泥收集。由全密封型无轴螺旋输送器及水平双向输送物料的皮带运输机组成。
(5)供压力水。由DN15～150镀锌钢管组成。为溶解稀释PAM、清洗进料螺杆泵及离心机提供压力水，并为离心机的液压站提供冷却水。进料螺杆泵从储泥池抽吸污泥计量送至离心机，与此同时，投药螺杆泵亦把调好的PAM溶液计量送至离心机，两者在离心机进口处混合并进入高速旋转的离心机内，在离心力的作用下实现泥、水分离。脱水泥饼从离心机的固相排口排出，通过无轴螺旋输送器送到脱水机房外的污泥堆场外运填埋处理。
4.运行情况
2007年5月调试完毕投入试运行，脱水成套设备运转正常、稳定，各项生产运行参数达到或优于工艺设计要求。