市政污泥深度脫水-超高壓壓榨技術(shù)應(yīng)用

陳峻華

廣東省金凱地過濾設(shè)備有限公司，廣東 佛山 528000

 

  摘要：針對(duì)市政污泥的脫水減量處理，可根據(jù)污泥特性，通過調(diào)質(zhì)后使用超高壓壓榨力的壓濾機(jī)，實(shí)現(xiàn)深度脫水，減量最大化，降低后續(xù)處置成本，提升污泥可資源化利用價(jià)值。

 

關(guān)鍵詞：超高壓壓榨；板框壓濾機(jī)；鋼制濾板；反吹卸料；無人值守

 

一、 概述

   截至2019年6月底，全國(guó)設(shè)市城市累計(jì)建成污水處理廠5500多座，污水處理能力達(dá)2.1億立方米/日，年產(chǎn)生含水量80%的污泥5000多萬噸（不含工業(yè)污泥4000多萬噸）。“水十條”規(guī)定，地級(jí)及以上城市污泥無害化處理處置率應(yīng)于2020年底前達(dá)到90%以上。而根據(jù)調(diào)研結(jié)果顯示，我國(guó)污水處理廠所產(chǎn)生的污泥，有70%沒有得到妥善處理，污泥隨意堆放及所造成的污染與再污染問題已經(jīng)凸顯出來，并且引起了社會(huì)的關(guān)注。

為解決污泥處理問題，國(guó)家先在“水十條”中提出會(huì)對(duì)污泥處理領(lǐng)域進(jìn)行相當(dāng)程度的傾斜。后在環(huán)保“十三五”規(guī)劃也提出，大力推進(jìn)污泥穩(wěn)定化、無害化和資源化處理處置，地級(jí)及以上城市污泥無害化處理處置率達(dá)到90%，京津冀區(qū)域達(dá)到95%。國(guó)家層面政策法規(guī)的加碼，無疑大大驅(qū)動(dòng)了污泥處理處置的資源化與無害化進(jìn)程，相關(guān)的處理技術(shù)與設(shè)備也得到快速發(fā)展。

 

二、 污泥脫水工藝簡(jiǎn)述

現(xiàn)在市政污泥的脫水工藝一般為：濃縮-均質(zhì)-調(diào)質(zhì)-機(jī)械脫水。這是一個(gè)水份不斷降低的一個(gè)過程，但每個(gè)環(huán)節(jié)不是獨(dú)立的，而是相關(guān)的，添加的藥劑或物料的狀態(tài)都會(huì)對(duì)下一個(gè)環(huán)節(jié)產(chǎn)生影響，所以，為了達(dá)到最終處置，需要通過不斷的實(shí)驗(yàn)和實(shí)踐，調(diào)整每個(gè)工藝環(huán)節(jié)的參數(shù)，以最終處置為目的，才能得到最優(yōu)化的系統(tǒng)配置。

脫水工藝流程圖

 

n 濃縮：

每個(gè)地方的水質(zhì)不一樣，污水廠的污水處理工藝也不盡相同，最終產(chǎn)生的污泥成分差別較大。含水率一般從98%-99.8%。對(duì)于后續(xù)機(jī)械脫水來說，含水率過高，影響機(jī)械脫水效率，所以需采用濃縮工藝降低含水率。一般來說可以采用重力濃縮池或機(jī)械濃縮的方法，常用的機(jī)械濃縮包括帶式濃縮機(jī)、離心濃縮機(jī)和疊螺濃縮機(jī)�？蓪⒑�水率降至95%以下。

n 均質(zhì)：

由于污水廠排泥是個(gè)間歇的過程，需通過儲(chǔ)泥池存儲(chǔ)污泥。同時(shí)性質(zhì)和含水率穩(wěn)定的污泥，對(duì)于后續(xù)污泥脫水系統(tǒng)的穩(wěn)定性有很大影響，所以儲(chǔ)泥池也起到了均質(zhì)的作用。

n 調(diào)質(zhì)：

濃縮后污泥先經(jīng)化學(xué)調(diào)質(zhì)，使污泥中的吸附水和部分結(jié)合水釋放出來，其作用是使污泥顆粒改變物化性質(zhì)，破壞污泥的膠體結(jié)構(gòu)，減少其與水的親和力，從而改善其脫水性能。其途徑有二：第一是脫穩(wěn)、凝聚，脫穩(wěn)依靠在污泥中加入無機(jī)鹽、離子型有機(jī)聚合物等混凝劑，使顆粒表面性質(zhì)改變并凝聚起來，即混凝；第二是改善污泥顆粒間的結(jié)構(gòu)，降低污泥的可壓縮性，減少過濾阻力和過濾介質(zhì)（濾布）堵塞，這類藥劑屬助凝劑或助濾劑。

 

n 機(jī)械脫水：

機(jī)械脫水實(shí)現(xiàn)固液分離，常用的機(jī)械脫水有：板框壓濾機(jī)、帶式壓濾機(jī)、離心機(jī)、疊螺機(jī)。其中板框壓濾機(jī)，相比帶式壓濾機(jī)、離心機(jī)、疊螺機(jī)等，它有壓榨力更高，污泥含水率更低的優(yōu)點(diǎn)。

但機(jī)械脫水受壓榨力和產(chǎn)能限制，污泥脫水后的含水率依然偏高，導(dǎo)致后續(xù)烘干成本增加，采用烘干技術(shù)脫水的運(yùn)行成本往往需要200-300元/噸水，而采用機(jī)械脫水的運(yùn)行成本只需10-20元/噸水。成本相差巨大。所以，如何在機(jī)械脫水階段對(duì)污泥進(jìn)行最大的減量，是影響污泥處理成本的關(guān)鍵。

 

 

我們知道，一般的板框壓濾機(jī)由濾板、濾布、機(jī)架組成，通過壓緊油缸將多塊濾板封閉成多個(gè)密閉濾室，污泥通過高壓泵泵入濾室中，由濾布截留大顆粒污泥，排出濾液，完成壓濾過程。在廂式隔膜壓濾機(jī)中，在壓濾完成后，還增加了隔膜濾板鼓脹，改變?yōu)V室容積二實(shí)現(xiàn)二次壓榨這一功能，可使濾餅含水率更低�，F(xiàn)在的隔膜壓濾機(jī)的二次壓榨力一般最高做到25kg，濾板材質(zhì)一般為PP和PE。但存在塑料隔膜濾板成本高，易損壞，壽命短等問題。

從上面可以看出，脫水原理主要是依靠壓力將物料中的水從濾布形成的密閉濾室中擠出，同時(shí)將物料細(xì)小顆粒截留。所以對(duì)于同一種污泥，技術(shù)的關(guān)鍵點(diǎn)在于過濾壓力、污泥比阻、濾布截留能力和透水性。

l 污泥比阻的改善主要通過污泥的預(yù)處理工藝對(duì)污泥進(jìn)行調(diào)質(zhì)，增大污泥顆粒，使其比阻降低，污泥中的水份易于濾出；

l 濾布可根據(jù)污泥種類進(jìn)行適配；

l 過濾壓力則是壓濾機(jī)行業(yè)一直想突破的瓶頸，隨著技術(shù)發(fā)展，過濾壓力一直在提升。但受濾板材料和密封結(jié)構(gòu)影響，壓力無法進(jìn)一步提高。

n 最終處置 

市政污泥直接填埋的方式已經(jīng)逐漸禁止，現(xiàn)在最終處置路線一般有兩種：堆肥和焚燒，這兩種方式，特別是焚燒對(duì)污泥含水率這一指標(biāo)有嚴(yán)格要求。是影響污泥能否資源化利用的關(guān)鍵指標(biāo)。因?yàn)楹�水率�?duì)堆肥的效率和焚燒的熱值有很大的影響，所以機(jī)械脫水的目標(biāo)必然是在經(jīng)濟(jì)可行的條件下盡量降低污泥含水率。

三、 超高壓壓榨技術(shù)介紹

佛山市金凱地過濾設(shè)備有限公司，通過十余年的研發(fā)和改進(jìn)。發(fā)明了超高壓壓榨機(jī)產(chǎn)品，達(dá)到了2-3倍于市場(chǎng)上同類產(chǎn)品，最高可到10Mpa的壓榨壓力，實(shí)現(xiàn)污泥的深度脫水。同時(shí)創(chuàng)造性采用氣體反吹，對(duì)濾餅進(jìn)行吹脫卸料的同時(shí)，對(duì)濾布進(jìn)行反清洗，解決了行業(yè)上濾布過濾性能持續(xù)下降的這一難題。下面，我們?cè)敿?xì)介紹一下這款產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)、技術(shù)特點(diǎn)和應(yīng)用情況。

1. 設(shè)備結(jié)構(gòu)

超高壓壓榨機(jī)主要由機(jī)架、鋼制濾框、鋼制濾板、濾布、液壓閉合系統(tǒng)、液壓彈性擠壓系統(tǒng)、自動(dòng)拉板裝置、自動(dòng)接液翻板裝置、自動(dòng)卸餅清洗系統(tǒng)、中心吹泥系統(tǒng)、智能控制系統(tǒng)等組成，結(jié)構(gòu)上與普通板框壓濾機(jī)的主要區(qū)別在于鋼制濾板及可彈性變形結(jié)構(gòu)和濾布安裝密封方式及可反吹膨脹結(jié)構(gòu)。

 

自動(dòng)工作流程：

從上面可以看出，其結(jié)構(gòu)組成和工作流程和廂式隔膜壓濾機(jī)類似，主要區(qū)別在于壓榨方式和濾布反吹結(jié)構(gòu)。

2. 技術(shù)特點(diǎn)

l 超高壓榨力

實(shí)現(xiàn)超高壓榨力要從三方面著手，一是提高動(dòng)力源的壓力；二是提高濾板耐壓極限；三是要確保密閉濾室的密封結(jié)構(gòu)能承受高壓而不泄露。

壓榨機(jī)構(gòu)

1) 一般壓濾機(jī)過濾壓力主要由高壓泵提供，而二次壓榨的壓力由壓縮空氣或高壓水泵提供，二次壓榨時(shí)通過高壓水將隔膜板鼓起來實(shí)現(xiàn)壓榨。

此設(shè)備通過全新設(shè)計(jì)的濾板結(jié)構(gòu)，直接用主油缸壓榨濾板，通過濾板上的彈簧活塞結(jié)構(gòu)，改變?yōu)V室容積，實(shí)現(xiàn)壓榨功能。

這樣設(shè)計(jì)的好處在于：

ü 減少了輔助增壓設(shè)備的投入和相關(guān)的運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用；

ü 壓榨力由油缸提供，可以選擇油缸的大小來改變最高壓榨力的大��；

ü 隔膜濾板二次壓榨時(shí)受材料特性影響，升壓時(shí)間較長(zhǎng)，采用油缸壓榨彈簧濾板這一結(jié)構(gòu)，可縮短一半以上的壓榨時(shí)間，縮短了壓濾周期，提升產(chǎn)能。

 

 

l 高剛性組合彈簧濾板

區(qū)別一般壓濾機(jī)采用PP或PE材質(zhì)的濾板，此設(shè)備采用鋼制組合濾板，濾板的高剛性可承受超高壓力不不會(huì)變形破壞，同時(shí)芯板和框板組成的活塞結(jié)構(gòu)，在油缸的壓榨下可壓縮濾腔，達(dá)到二次壓榨效果�？烧{(diào)整彈簧間隙，增大濾室空間，從而實(shí)現(xiàn)更大的壓縮比。

 

l 多層支撐過濾結(jié)構(gòu)

由于壓力的升高，濾布承受的壓力也成倍增加，所以需要設(shè)計(jì)相應(yīng)的結(jié)構(gòu)，保證濾布的過濾性能和使用壽命問題。此設(shè)備設(shè)計(jì)了三層的過濾結(jié)構(gòu)：不銹鋼網(wǎng)導(dǎo)流層-樹脂緩沖層-濾布過濾層，在保持高壓狀態(tài)下的透水性同時(shí)保護(hù)了濾布不會(huì)壓破。

l 自動(dòng)反吹卸料/清洗

一般壓濾機(jī)卸料時(shí)，如果物料粘性大，往往需要人工輔助，導(dǎo)致整個(gè)壓濾過程無法做到全自動(dòng)化。此設(shè)備采用反吹卸料的方式，解決了這個(gè)問題，壓縮空氣從濾布反面吹出，使濾布鼓起，將濾餅吹離濾布，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)卸泥功能。同時(shí)濾布的擴(kuò)張使濾孔擴(kuò)大，濾孔中堵塞的物料也一同吹離濾布，所以每次卸泥的同時(shí)也是一個(gè)反清洗濾布的過程。

這樣設(shè)計(jì)的好處在于：

ü 實(shí)現(xiàn)無人值守，節(jié)省用人成本；

ü 不用增加清洗設(shè)備投入；

ü 和用高壓水正面清洗對(duì)比，清洗更徹底，節(jié)省了清洗水，解決了清洗導(dǎo)致的二次污染問題和環(huán)境問題；

ü 

節(jié)省了清洗時(shí)間，通過每次清洗，保證了濾布的過濾性能不衰減，提高生產(chǎn)效率。

 

l 安全耐用

由于壓力升高，所以設(shè)備的結(jié)構(gòu)、材質(zhì)、密封等均需滿足高壓的安全要求，

ü 濾板機(jī)架采用高強(qiáng)度鋼，使用多道防腐工藝，可承受超高壓力；

ü 專利設(shè)計(jì)，耐磨耐高壓耐高溫密封條軟密封、凹凸溝槽硬密封，確保不爆漿；

ü 濾布通過壓條固定于濾板上，不走位不變形，解決濾布皺褶錯(cuò)位發(fā)生的泄漏問題；

ü 

系統(tǒng)濾液流出設(shè)計(jì)采用暗流方式，直接對(duì)接污水處理廠排污管 , 解決濾液的二次污染問題，保障現(xiàn)場(chǎng)人員的健康安全。

 

四、 超高壓壓榨的應(yīng)用

1. 由超高壓壓榨帶來的質(zhì)變

物料的狀態(tài)從流態(tài)到塑態(tài)再到固體，主要和物料的含水量有關(guān)，通過壓榨力的提高，自由水和間隙水的減少，物料顆粒間的粘結(jié)結(jié)合力隨著減弱，通過破碎機(jī)破碎后，物料就變成了顆粒狀或粉狀，而不會(huì)成為団狀。這就和我們通常看到的可流動(dòng)性或可塑的脫水污泥完全不同，物料達(dá)到了半固體的狀態(tài)。可通過破碎機(jī)破碎成小顆粒狀，不會(huì)成團(tuán)，小顆粒與空氣接觸面積增大后，利于內(nèi)部水的增發(fā)，可進(jìn)一步降低物料水份。最直觀的結(jié)果就是物料體積變小了，密度變大，承載力提高，固含量增加了。

 

 

2. 

應(yīng)用場(chǎng)景

壓濾現(xiàn)場(chǎng)	脫水泥餅

脫水污泥通過超高壓壓榨產(chǎn)生的這種質(zhì)變，使體積減量最大化，后置處置的成本大大降低。例如市政污泥，采用超高壓設(shè)備工藝進(jìn)行改造后，

 

 

這種技術(shù)同時(shí)適用于市政污泥、各種工業(yè)污泥、油泥、煤泥、河道污泥和需要深度脫水的各種物料，通過改變物料的狀態(tài)，最大限度降低物料含水率，可降低運(yùn)輸成本、填埋成本、存儲(chǔ)成本、烘干成本、投資成本、運(yùn)行成本，同時(shí)提升物料的熱值等自身價(jià)值，提高其可資源化利用價(jià)值，帶來可觀的經(jīng)濟(jì)效益和良好的社會(huì)效益。滿足國(guó)家污泥“無害化、減量化、資源化”的處置方針，促進(jìn)社會(huì)的可持續(xù)性發(fā)展。