凈水廠污泥脫水機選型及使用設(shè)計探討
技術(shù)支持
我國“十一五”規(guī)劃綱要中明確提出了節(jié)能減排的目標(biāo)和要求：單位國內(nèi)生產(chǎn)總值能耗降低20%左右，主要污染物排放總量減少10%。節(jié)約能源、降低能源消耗、減少污染物排放，是社會經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展的前提，是落實科學(xué)發(fā)展觀的重要舉措。研究凈水廠排泥水合理、高效處理、安全回用技術(shù)，對減少廢水排放、節(jié)約能耗，具有非常重要的意義。為此， 開展了一系列課題研究。結(jié)合“城市供水廠綜合節(jié)水關(guān)鍵技術(shù)研究與示范”課題研究，本文重點論述了凈水廠污泥脫水機選型及使用設(shè)計的注意事項。
1 凈水廠排泥水污泥特點
污水處理廠污泥處理已有很長的發(fā)展歷史，但凈水廠污泥處理則是近幾十年才開展起來的。凈水廠污泥與污水處理廠污泥有很大區(qū)別。污水處理廠污泥有機成分約占75%，而以江、河為水源的凈水廠污泥以泥砂為主；以湖水為水源的凈水廠污泥主要以浮游質(zhì)、有機物、金屬氫氧化物等為主；以水庫為水源的凈水廠，在高藻期污泥有機物含量可升至49%，此時泥的性質(zhì)對凈水工藝和脫水機的運行均產(chǎn)生影響?？傮w來說，凈水廠主要是絮凝污泥，無機成分占85%～90%。凈水廠污泥脫水機選擇，應(yīng)根據(jù)污泥特點，具體分析確定，不宜直接照搬污水處理廠污泥脫水機類型。
2 常用污泥脫水機工作原理及特點介紹
污泥脫水機類型主要有：離心脫水機、板框脫水機、帶式脫水機、螺壓脫水機等。
2.1 離心脫水機
離心脫水機工作時，污泥從轉(zhuǎn)鼓的一端通過布料器進入轉(zhuǎn)鼓內(nèi)，與轉(zhuǎn)鼓一起高速旋轉(zhuǎn)并產(chǎn)生較高的離心力，在離心力作用下，污泥的固液相按重量沉降分離。通過卸料螺旋與轉(zhuǎn)鼓的差速產(chǎn)生的相對位移，將分離后的污泥排出。在市政水處理行業(yè)中使用的離心脫水機形式多為逆向流臥式螺旋卸料沉降式離心機。
離心脫水機的特點是設(shè)備體積小、操作管理簡單、占地面積少，由于污泥脫水過程是在全封閉的情況下進行，大大降低了對操作環(huán)境的污染，改善了操作人員的工作環(huán)境。
但離心脫水機的工作噪聲大，能耗高，當(dāng)污泥中含有砂礫時，對離心機的磨損會很大。另外，由于離心機是高速旋轉(zhuǎn)設(shè)備，因此維修難度大，要求有較高的維修技術(shù)能力，特別是承受磨損的轉(zhuǎn)子（卸料螺旋），只能送回制造廠，在廠內(nèi)進行維修。
2.2 板框脫水機
板框脫水機是間歇操作的過濾設(shè)備，主要由濾板、濾布、主梁和框架、液壓濾板壓緊裝置、濾板分離裝置和濾布清洗裝置組成。壓濾機工作時，濾板在液壓裝置的作用下閉合，并在凹形濾板間形成濾室。當(dāng)泥水經(jīng)泵壓入濾室后，濾液在壓力的作用下經(jīng)板間通路排出，污泥留在濾室中，從而使泥水分離。為提高脫水污泥含固率，可在濾板外包覆一層薄膜，向薄膜內(nèi)充水或充氣，使濾室體積變小，對泥餅進一步擠壓。脫水完成后，液壓系統(tǒng)卸壓，順序打開濾板，使泥餅落下。
板框脫水機可有效過濾固相粒徑5μm以上、固相濃度0.1%～60%的懸浮液以及粘度大的或成膠體狀的難過濾物料和對濾渣質(zhì)量要求較高的物質(zhì)。其優(yōu)點是工作可靠，濾餅含水率低；對物料的適應(yīng)性強，應(yīng)用廣泛；絮凝劑投加量小，甚至可以不加。其缺點是間歇工作，附屬設(shè)備多。
2.3 帶式脫水機
帶式壓濾脫水是將污泥夾在上下兩條張緊的濾帶中間，靠濾帶本身的張力形成對污泥層的壓榨力和剪切力，把污泥層中的水分擠壓出來，形成濾液；而固體顆粒被截留在濾帶上，形成泥餅，從而實現(xiàn)污泥脫水。
2.4 螺壓脫水機
螺壓脫水機適用于給水排水、環(huán)保、化工、造紙、冶金、食品等行業(yè)的各類污泥的脫水處理。含固率大于3%的濃縮污泥與絮凝劑經(jīng)管道混合器混合，送入絮凝反應(yīng)器反應(yīng)，形成絮體，進入主機過濾，被柵網(wǎng)截留的污泥被螺旋提升、壓榨，直至含固率達18%～25%，并連續(xù)排放。濾后液流經(jīng)柵網(wǎng)外排。
螺壓脫水機的特點是能耗費非常低。它可以通過調(diào)節(jié)螺桿的旋轉(zhuǎn)速度，調(diào)節(jié)泥餅含固率與處理量，污泥回收率大于80%。螺壓脫水機體積小、占地面積少、能耗低，結(jié)構(gòu)簡單，為2～6r/min低轉(zhuǎn)速運行，無振動，無噪聲，可全封閉、長期連續(xù)運行。采用自動化控制技術(shù)，與其他型式脫水機相比，操作容易，維護簡單。有傾斜和水平兩種。
3 目前使用情況及存在問題
帶式污泥脫水機在污水處理廠污泥脫水中得到了大量應(yīng)用，但對于凈水廠污泥，其親水性較強，往往擠壓不成泥餅，跑泥現(xiàn)象嚴重，使用故障率高，對污泥調(diào)質(zhì)要求較高，進泥含固率須達到4%，目前在凈水廠應(yīng)用較少。
板框脫水機在我國南方水廠中使用較多。北京市第九水廠采用成套進口隔膜擠壓全自動板框脫水機，經(jīng)過十多年的運行，故障率逐年上升，壓濾機的行走機構(gòu)、機體框架的變形，以及輔助設(shè)備經(jīng)常出現(xiàn)不規(guī)律的故障，影響了系統(tǒng)運行。目前，北京第九水廠正在進行脫水機房改造。
離心脫水機因其占地面積小，產(chǎn)率高，自動化程度高，在處理廠使用比例正逐漸增大。近年來，國產(chǎn)離心脫水機性能質(zhì)量得到提高，在故障排除方面占有一定的技術(shù)優(yōu)勢，而且投資少、技術(shù)支持到位、易損件修復(fù)容易、備品備件供貨期短，正逐漸得到推廣應(yīng)用。
螺壓脫水機，雖然性能優(yōu)異，在污水處理廠有一定的應(yīng)用，但目前在凈水廠污泥脫水中，尚無成功案例。
上述幾種機型在我國凈水廠污泥處理中的應(yīng)用情況見下表：
脫水機類型 | 應(yīng)用水廠 |
帶式脫水機 | 石家莊潤石水廠、唐山市中心供水工程、河南馬嶺水廠、昆山三水廠、昆山?jīng)芎铀畯S |
離心脫水機 | 北京第三水廠、上海楊樹浦水廠、青島仙家寨水廠、天津新開河水廠、北京田村山水廠、保定中法水務(wù)、哈爾濱磨盤山水廠、天津芥園水廠 |
板框脫水機 | 無錫雪浪水廠、無錫中橋水廠、無錫錫東水廠、無錫梅園水廠、蘇州相城水廠、深圳筆架山水廠、深圳梅林水廠、上海臨江水廠、上海長橋水廠、長沙第八水廠、北京市第九水廠 |
目前，凈水廠污泥脫水機應(yīng)用主要存在以下問題：
（1）設(shè)備的處理能力與實際工況不適應(yīng)，在確定設(shè)備能力時，沒有綜合考慮設(shè)備的使用條件，造成有些設(shè)備選型過大，停滯時間長，資源浪費；有些設(shè)備選型過小，不能滿足使用要求，影響整個工藝系統(tǒng)的處理效果。
（2）有些設(shè)備在選型時，沒有充分考慮凈水廠污泥特性，無法滿足使用要求。
（3）對設(shè)備的具體結(jié)構(gòu)及運用要求了解不深導(dǎo)致不能恰當(dāng)?shù)厥褂迷O(shè)備，造成設(shè)備故障率高，使用壽命降低。
4 污泥脫水機選型
污泥脫水劑型應(yīng)根據(jù)水廠規(guī)模、場地條件、污泥性質(zhì)、水源水質(zhì)特性、經(jīng)濟條件和管理能力等實際情況，綜合考慮設(shè)備的運行可靠性、自動化程度、脫水效果、建設(shè)投資及運行成本等因素，進行合理選擇。
帶式壓濾機的脫水過程相對開放，對凈水廠親水性強的污泥處理效果非常差，不宜采用。
螺壓脫水機在凈水廠尚無可靠、穩(wěn)定運行的成功案例。如果選用，應(yīng)以實物試驗為基礎(chǔ)。
目前凈水廠常用的脫水設(shè)備有離心脫水機和板框脫水機，兩種脫水設(shè)備的機械性能比較見下表：
項目 | 進泥含固率（%） | 泥餅含固率（%） | 噪聲 | 占地面積 | 運行狀態(tài) | 能耗（kW·h/tDS） | 運行環(huán)境 | 價格 |
板框脫水機 | 2～15 | 45 | 較大 | 大 | 間歇 | 5～20 | 開放式 | 高 |
離心脫水機 | 1～3 | 25 | 大 | 小 | 連續(xù) | 25～65 | 封閉式 | 較高 |
離心脫水機脫水效果介于帶式脫水機和板框脫水機之間，泥餅含固率可達25%以上。與板框脫水機相比，離心脫水機具有輔助配套設(shè)備少，結(jié)構(gòu)緊湊，占地面積少，連續(xù)排泥，價格相對較低等優(yōu)點。在脫水污泥含固率要求不是太高的情況下，宜選擇離心脫水機。
板框脫水機是一種適應(yīng)性很強的脫水設(shè)備，其特點是脫水泥餅的含固率高，脫水能力高于其他各類脫水機械，泥餅含固率可高達45%以上，能夠回收多達99.9%的固體物。板框脫水機具有可預(yù)留濾板數(shù)量的特點，當(dāng)水廠污泥量增加時，只需在預(yù)留位置加裝濾板即可提高板框脫水機的處理能力，大大減少了二次投資的費用。但存在輔助設(shè)備較多，不能連續(xù)處理，且價格較高等不利因素。當(dāng)對脫水污泥含固率要求較高和污泥性質(zhì)比較難脫水時，宜采用板框脫水機。
5 脫水機使用設(shè)計要點
5.1 離心脫水機
（1）離心脫水機的選型應(yīng)該以實物試驗為基礎(chǔ)，實物試驗可以用車載試驗機進行。試驗首先確定離心機對脫水污泥的適應(yīng)性，是否能夠達到預(yù)定的脫水效果。其次測試轉(zhuǎn)速、差轉(zhuǎn)速、加藥量等技術(shù)參數(shù)，作為選型的重要依據(jù)。實際運行中，可通過調(diào)整離心脫水機的轉(zhuǎn)速、差轉(zhuǎn)速和液相溢流出口（溢流堰板）的高度，獲得滿意的脫水效果。
（2）離心脫水機在選型時要同時考慮和校核設(shè)備的兩種負荷：固體負荷和水力負荷。當(dāng)進料污泥含固率較高時（超過1.5%時），主要的考慮因素為固體負荷；當(dāng)進料含固率較低時（小于1.5%時）主要的考慮因素為水力負荷。
（3）離心脫水機的處理能力與三個主要因素有關(guān)：直徑、長徑比和轉(zhuǎn)速。其中前兩個因素決定了機器體積的大小，轉(zhuǎn)速決定了分離因數(shù)的大小。一般情況下，凈水廠排泥水脫水用的離心機的分離因數(shù)值在2000G～3000G之間較佳。
（4）離心脫水機應(yīng)具有轉(zhuǎn)筒與螺旋推料器轉(zhuǎn)速差可以自動無級調(diào)節(jié)的性能，在進料污泥參數(shù)發(fā)生變化時，能夠自動調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速差，使分離效果仍符合技術(shù)要求。
（5）脫水機出泥口應(yīng)配套不銹鋼電動插板閥，以保證在設(shè)備沖洗和啟動時，不會發(fā)生液體滲漏現(xiàn)象。插板閥應(yīng)與脫水機聯(lián)動，排泥時自動打開，沖洗時自動關(guān)閉。
（6）離心脫水機是一種高速旋轉(zhuǎn)的設(shè)備，污泥中的泥沙對設(shè)備的磨損非常嚴重，使用設(shè)計中必須對脫水機的轉(zhuǎn)子、轉(zhuǎn)鼓和進出料口采用有效的防磨損保護措施，才能保證離心機的使用壽命。轉(zhuǎn)子上的螺旋葉片與泥層接觸的外緣是磨損嚴重的地方，宜采用噴焊碳化鎢耐磨層或可更換式耐磨片方式。轉(zhuǎn)鼓的防磨損保護措施是在轉(zhuǎn)筒的內(nèi)壁沿縱向焊有不銹鋼耐磨條或是開有縱向溝槽。轉(zhuǎn)子上的進料口及轉(zhuǎn)鼓上的出料口多采用可更換式的耐磨襯套進行保護。
（7）轉(zhuǎn)鼓和轉(zhuǎn)子的材質(zhì)選擇。轉(zhuǎn)鼓目前使用的材料有316系不銹鋼和329雙相不銹鋼，雙相不銹鋼的綜合機械性能及離心澆鑄性能要優(yōu)于316L不銹鋼。轉(zhuǎn)子常用的材料為316系不銹鋼。轉(zhuǎn)子上的進料口及轉(zhuǎn)鼓上的出料口耐磨襯套材料為陶瓷或碳化鎢材質(zhì)。
5.2 板框脫水機
（1）進入板框脫水機的污泥含固率不宜小于1%。
（2）板框脫水機主機及其框架的設(shè)計必須保證能夠承受設(shè)備靜載荷以及運行時產(chǎn)生的動載荷，設(shè)備應(yīng)安全可靠，有足夠的安全系數(shù)，在運行時無撓曲、變形及振動等現(xiàn)象。
（3）板框脫水機的形式和種類很多，在選型時，應(yīng)注意考慮污泥濃度、泥餅含水率、運行周期、機型、設(shè)備成本等幾大因素。每一項壓濾機的選型都應(yīng)該以實物試驗為基礎(chǔ)，實物試驗可以由制造廠用小型試驗機進行。
（4）在對板框脫水機的脫水形式的選擇上，宜選擇薄膜擠壓型板框脫水機。擠壓型板框脫水機可以在短時間內(nèi)獲得含水率更低的泥餅，不但大大提高壓濾機的工作能力，還可以自由選擇過濾循環(huán)時間和泥餅成形的厚度，適用于各種性質(zhì)的排泥水，在排泥水性質(zhì)發(fā)生變化時，可以很容易地變更操作程序，從而達到相同的處理效果。
（5）對于排泥方式的選擇，由于凈水廠排泥水的黏性比較高，宜選擇濾布振蕩或濾布行走的自動排泥方式，以保證排泥效果。
（6）濾板和濾布材料選擇。壓濾機的濾板材料有多種，應(yīng)根據(jù)不同的需要選用。對水廠排泥水的污泥脫水壓濾機，多采用PP濾板和鋼加固橡膠膜濾板。而金屬濾板，主要用于溫度100℃以上，以及有特殊要求的工況。正確地選擇濾布對板框脫水機的脫水效果至關(guān)重要，濾布的類型要與污泥的性質(zhì)相適應(yīng)。通常在選擇濾布時，除參考以往工程經(jīng)驗外，還應(yīng)通過實際試驗來確定，以保證脫水效果。常用的濾布材質(zhì)有三種：聚丙烯、尼龍和聚酯。
6 結(jié)論及建議
對于凈水廠污泥脫水機選擇，宜優(yōu)先考慮離心脫水機和板框脫水機。其中，板框脫水機多用于對脫水污泥含固率要求比較高或污泥脫水比較困難的情況。
隨著目前 對污泥處理處置的要求提高，高干度污泥脫水設(shè)備將具有非常廣闊的應(yīng)用前景。建議相關(guān)部門積極研究開發(fā)新技術(shù)、新設(shè)備，并針對凈水廠污泥進行實際應(yīng)用試驗，積累經(jīng)驗，為大規(guī)模推廣奠定基礎(chǔ)。
