污泥深度脱水分析和全自动压滤机应用实践_魏振.pdf

第 51 卷第 2 期2023 年 1 月广 州 化 工Guangzhou Chemical IndustryVol.51 No.2Jan.2023污泥深度脱水分析和全自动压滤机应用实践魏 振(上海同澜生态环境科技有限公司,上海 200092)摘 要:从过滤速率方程可见,影响污泥深度脱水的主要因素有污泥性质(r、)、压力、泥饼厚度和时间。通过污泥调理、增加压力、降低泥饼厚度可以改善污泥的脱水效率和脱水后泥饼含水率,但要同时考虑经济性、安全性和污泥减量化、稳定化、无害化和资源化的需要。滤布行走式全自动压滤机,可以实现无人辅助卸泥全自动运行,单一调理剂聚合硫酸铁有效投加量占绝干污泥的比例为 1.47%2.1%,泥饼含水率 50.15%53.45%。关键词:污泥深度脱水;泥饼厚度;滤布行走;全自动压滤机中图分类号:X703 文献标志码:B文章编号:1001-9677(2023)02-0183-03 作者简介:魏振(1986-),男,主要从事环保技术开发和应用。Analysis of Sludge Deep Dewatering and ApplicationPractice of Automatic Filter PressWEI Zhen(Shanghai Tonglan Ecological Environment Technology Co.,Ltd.,Shanghai 200092,China)Abstract:It can be seen from the filtration rate equation that the main factors affecting the deep dewatering of sludgeare sludge properties(r,),pressure,cake thickness and time.By adjusting sludge,increasing pressure and reducingthe thickness of sludge cake,the dewatering efficiency of sludge and the moisture content of sludge cake after dehydrationcan be improved,but the economy,safety and sludge reduction,stabilization,harmlessness and resource utilization needsshould be considered at the same time.Filter cloth walking automatic filter press can realize unmanned auxiliary sludgedischarge automatic operation,the effective dosage of single conditioner polyferric sulfate accounted for 1.47%2.1%ofthe dry sludge,and the moisture content of mud cake was 50.15%53.45%.Key words:deep sludge dewatering;sludge cake thickness;filter cloth walking;automatic filter press污泥治理是促进生态环境保护,建设美丽中国的重要举措。污泥脱水是污泥实现减量化、稳定化、无害化、资源化的基础。污泥深度脱水是在全流程上实现污泥处理处置碳减排的重要影响因素1。对污泥脱水的影响因素进行分析,探寻更加低碳、高效、节省成本的污泥深度脱水技术,对行业提质增效和可持续发展是有必要的。1 污泥深度脱水影响因素分析1.1 污泥脱水的影响因素常见的污泥脱水设备有离心机、带式压滤机、板框压滤机、叠螺机、真空脱水机等。利用机械方式进行污泥脱水的本质是采用过滤的方法实现固液分离,即以重力或压差力或离心力做为推动力,使污泥通过多孔性过滤介质,固相被截留,滤液透过介质流出,这个过程符合过滤速率方程2:dVd=Aprv(V+Ve)A(1)即:vdVA=pr(V+Ve)Ad(2)式中:dVd 瞬时的过滤速率,m3滤液/sp 滤液通过滤饼层及过滤介质的总压力降,PaV 生成厚度为 L 的滤饼所获得的滤液体积,m3Ve 过滤介质的当量滤液体积,m3r 滤饼的比阻,1/m2 滤液的粘度,Pasv 单位体积滤液所对应的滤饼体积,m3滤饼/m3滤液A 过滤面积,m2由式(2)可见,影响泥饼脱水效果的因素有四个,分别是污泥的性质(r、)、压力、泥饼厚度(V+Ve)A)和时间。在实践中,常见的需求是在较短的时间内实现较低的泥饼含水率,同时要综合考虑经济性、安全性,以及减量化、稳定化、无害化和资源化的需要。可以采用的方法有污泥调理、提高压力和减小泥饼厚度。1.2 污泥调理污泥调理一般是通过物理、化学或生物的方法降低污泥的r、等,从而改善污泥的脱水性能。常见的物理方法有:热处184 广 州 化 工2023 年 1 月理、冷冻融化、超声波、微波、高压及辐射处理等。化学调理是投加无机或有机调理药剂,其中无机药剂主要应用的有聚合氯化铝(PAC)、聚合硫酸铁(PFS)、聚合硅酸铝(PASiC)等无机高分子絮凝剂和石灰等,有机药剂主要是合成型有机高分子调理剂聚丙烯酰胺(PAM)和天然改性高分子絮凝剂壳聚糖以及其它复合药剂。生物方法主要是利用微生物絮凝剂进行调理3。在实践中,化学调理应用最为广泛。调理剂的选型和用量与污泥性质、脱水目标、调理方法、脱水设备、滤液处理方法和污泥处置方式等有关。需要注意的是,随着污泥减量化、资源化需求的提高,对化学调理的要求也在提高。例如,利用石灰作为调理剂不仅会大幅提高脱水污泥产量,增加污泥处置费用,而且泥饼热值大幅降低、抑菌失活,不再适合焚烧和发酵堆肥。此外,调理药剂成本是污泥深度脱水系统运营成本中最大的组成部分,常占到 60%以上,利用综合技术手段实现污泥深度脱水目标同时降低调理成本,对于减污将碳和提高项目运营回报具有重要价值。1.3 改变压力不同类型的脱水设备提供污泥脱水推动力的方式和大小不同。带式压滤机主要利用的是重力、滤带和滚轮挤压力,离心机利用的是污泥固液两相的密度差和离心力,板框压滤机利用的是对泥饼的挤压力,真空脱水机利用的是真空抽吸形成的负压。带式压滤机、离心机脱水后污泥含水率大约在 75%85%左右,真空脱水机比较适合无机疏水性物料4。相对来说,板框压滤机更容易提高对泥饼的压力,在污泥深度脱水特别是不加石灰的工况中,板框机更容易实现深度脱水的目标。为了改善污泥脱水效果,降低泥饼含水率,提高板框压滤机的进料压力和压榨压力是常见的一种方法。例如为了使泥饼含水率脱水至60%以下,通常进泥压力需要1.0 1.5 MPa,压榨压力需要 2.0 3.5 MPa,有些甚至可达 5.0 MPa5-7。值得注意的是,对污泥脱水真正起到作用的是泥饼两侧的有效压力差,压力设备给出的压力并不能全部作用于泥饼。在实践中,不同的设备结构、滤板和隔膜的构造和性质以及其它弹性阻力等会对脱水设备给出的压力产生不同程度的抵消,从而降低作用于泥饼两侧的有效压力。此外,污泥脱水泥饼属于可压缩滤饼,不同与不可压缩滤饼比阻 r 仅取决于悬浮液的物理性质,可压缩滤饼比阻一般服从如下经验关系8:r=r0ps(3)式中:r0为实验常数,p 为施加于滤饼两端的压差,s 为压缩指数。对于不可压缩滤饼,s=0;对于可压缩滤饼的压缩指数 s 约为 0.2 0.9。有研究表明,污泥具有高压缩性,其压缩指数随着含水率的变化而变化,在含水率 40%以上时,其压缩指数一般大于 0.49。因此,在污泥深度脱水的过程中,随着操作压力的增加,污泥空隙率降低,泥饼中的流动通道缩小,污泥比阻 r 随之增大,泥饼过滤阻力急剧增加。提高压力可以在一定程度上改善污泥脱水速率和泥饼含水率,但并非同比例增加,而是逐渐减弱。当过滤压力在较低阶段时,增加压力有利于提高污泥脱水速率和降低污泥脱水后含水率,压力的使用效率较高;但当压力到达一定程度后,压力继续增加对脱水效率和泥饼含水率的影响有限,压力使用效率大大降低,造成浪费10。同时,随着压力增加,还应当综合考虑设备的安全风险、故障率、滤板和滤布磨损、经济性等因素。1.4 泥饼厚度由式(2)可见,泥饼厚度(V+Ve)A与过滤速率成反比,降低泥饼厚度,可以降低过滤阻力并使脱水过程处在较高的过滤速率,在更短的时间内实现更低的泥饼含水率。以板框机为例,一般板框机的泥饼厚度为 30 40 mm,若将泥饼厚度降低至 10 mm,则同样含水率的泥饼脱水阻力就会降低 3 倍甚至以上,过滤速率同比例提高,且泥饼可以继续脱水至更低的含水率。同时,污泥在过滤脱水过程中,泥饼含水率并不是均匀分布的,离过滤介质越近泥饼含水率越低,远离过滤介质的泥饼中心含水率越高10。如果泥饼厚度较大,泥饼很容易出现“外干内湿”的夹心现象。若降低泥饼厚度,则可以消除或减弱这种现象,即降低了泥饼的实际含水率。但是对于多数板框机来说,泥饼厚度降低会降低设备效率,主要原因是设备进泥、开板、人工辅助卸泥、清洗等时间较长,在每个脱水周期中所占比例较大,要实现相同的处理量,降低泥饼厚度节约的压滤时间不能弥补增加的进泥和开板卸泥等时间。同时,一般板框机利用泥饼自重卸泥并人工辅助,如果泥饼厚度降低,自重也会降低,不利于卸泥,对人工的需求会增加。因此,采用降低泥饼厚度改善脱水效果的技术路线,必须要解决好效率和自动卸泥的问题。2 全自动压滤机应用实践2.1 滤布行走式全自动压滤机及原理滤布行走式全自动压滤机是一种采用薄泥饼原理的污泥深度脱水设备。该设备泥饼厚度一般在 10 mm 左右,是常规压滤机的 1/3 左右,通过降低泥饼厚度,实现在较低的压力、较少的调理药剂投加量条件下高效的获得较低含水率的泥饼。同时,该设备逻辑构造以自动化为出发点,因其滤布是运动的,而非与滤板固定在一起,将常规板框机的被动重力卸泥转变为重力和主动剥离力的结合,无需人工辅助即可以完全卸泥,实现了完全自动化,可 24 h 无需人工辅助连续运行。且由于其同步开板、同步卸泥、同步清洗等自动化操作能力,每个脱水周期仅需 1 h 左右,大大提高了脱水效率。2.2 典型应用案例山东枣庄某工业园区污水处理厂,主要水源为印染、造纸废水和部分生活污水,污水设计规模 3 万吨/天,绝干污泥设计规模为 6.5 吨/天。本项目污泥处理工艺为沉淀池污泥经机械浓缩后,利用滤布行走式全自动压滤机进行深度脱水至 60%含水率以内,脱水泥饼外运处置。设计采用 2 套 CFG1536 型滤布行走式全自动压滤机用于污泥深度脱水,1 用 1 备,每天自动运行 16 h。不添加石灰、PAM 等调理剂,采用液体聚合硫酸铁作为单一调理剂。对深度脱水系统运行数据进行统计如下,进泥含水率92.09%97%,平均 95.73%;进泥压力 0.7 MPa,挤压压力1.6 MPa;泥饼厚度 8 12 mm;调理剂有效投加量占绝干污泥的比例为 1.47%2.1%;泥饼含水率 50.15%53.45%,平均51.6%;每个脱水周期运行时间 52 59 min,平均 56.5 min,满负荷运行单台设备每天可以运行 25 个周期。设备连续稳定自动运行,泥饼自动脱落,全程自动化运行,无需人工辅助卸泥。(下转第 199 页)第 51 卷第 2 期陈栋:空分装置膨胀机冰堵及处理预防对策199 增压机后冷却器水侧渗漏入工艺气侧,使膨胀空气带水,逐渐形成“冰堵”;开车前加温效果不好,造成机前堵塞;分子筛运行期间吸附效果变差6,造成膨胀机前“冰堵”;膨胀机启动前所用的密封气露点不合格。根据膨胀机的工艺流程,可以从下述方面防范及处理。(1)膨胀机组开停车时保证膨胀增压机后冷却器的气侧压力高于水侧压力。在膨胀机组停车后,立即关闭膨胀增压机后冷却器的水侧进出口阀,并打开导淋排水;开车时,先通膨胀增压机后冷却器的空气侧管线,再打开冷却器的水侧阀门。(2)膨胀增压机后冷却器出口的空气通道加设露点分析仪,并在 DCS 系统设置露点分析报警,以此判断空气中含湿程度。(3)增设增压机出口与膨胀机进口间的 DCS 压差报警,如此可监控板翅式换热器膨胀空气通道的“冰堵”情况。(4)扩大加温气出口管径及配备相应阀门,可加快膨胀机单体加温吹扫速度,节省“冰堵”后的膨胀机组开车时间。(5)及时关注分子筛纯化器的负荷。当环境中二氧化碳含量过高时,纯化器在吸附中后期会发生二氧化碳穿透,从而在膨胀机组及主换热器中形成堵塞。(6)若机组前工序空冷塔压差变大,需及时处理。压差变大可能是空冷塔填料粉碎引起,若不及时处理,碎填料进入后续的换热通道,造成换热效率下降。参考文献1 李恒远.增压汽轮机膨胀机导叶阀杆漏液故障分析J.大氮肥,2021,44(1):33-35.2 刘鸿德.透平膨胀机的关键控制技术研究D.杭州:杭州电子科技大学,2017.3 李伟斌,范玉满,卢子学.高板膨胀空气通道冰堵的原因分析J.低温与特气,2018,36(3):27-29.4 汤学忠,顾福民.新编制氧工问答M.北京:冶金工业出版社,2006.5 毛绍融,朱朔元,周智勇.现代空分设备技术与操作原理M.浙江:杭州出版社,2005.6 彭伟.42000 m3/h 空分装置运行总结J.中氮肥,2019(2):76-78.(上接第 184 页)3 结 论影响污泥深度脱水效果的因素主要有污泥性质、压力、泥饼厚度和过滤时间。通过污泥调理、提高压力、减小泥饼厚度可以改善污泥脱水效果。但要同时考虑到经济性、安全性以及污泥减量化、稳定化、无害化和资源化的需要。通过降低泥饼厚度可以有效的提高脱水速率,降低泥饼含水率,但需要解决效率和无人辅助自动卸泥的问题。滤布行走式全自动压滤机实现了全自动运行,无人辅助卸泥,且在较低的单一调理剂投加量的情况下,可以使泥饼含水率降低至 60%以内。符合行业智慧化、减污降碳、提质增效和循环经济的发展趋势。参考文献1 盛德洋,朱洁,安东璇,等.基于碳减排的污水厂污泥处理处置全流程最佳技术路线分析J.净水技术,2023,42(1):75-82.2 王志魁.化工原理.第三版M.北京:化学工业出版社,2004:10.3 李辉,吴晓芙,蒋龙波,等.城市污泥脱水干化技术进展J.环境工程,2014,32(11):102-107.4 陈丹丹,窦昱昊,卢平,等.污泥深度脱水技术研究进展J.化工进展,2019,38(10):4722-4746.5 郭望渊,陈科庆.隔膜压滤机在污泥深度脱水中的应用研究J.中国设备工程,2019(18):175-176.6 柳宝昌.隔膜压滤机在污泥脱水中的应用J.过滤与分离,2016,26(2):45-48.7 刘帮樑,李波,鲍家华,等.钢制弹性高压板框机在污泥深度脱水中的应用J.工业水处理,2015,35(5):103-105.8 陈敏恒,丛德滋,齐鸣斋,等.化工原理第五版M.北京:化学工业出版社,2019:6.9 杨瑞敏,汤友胜,曾杏钢,等.初始含水率对城市污泥压缩及强度特性的影响J.西华大学学报(自然科学版),2021,40(3):57-61.10 朱桂华,高明泉,马凯,等.厢式压滤机滤室厚度优化设计研究J.计算机仿真,2016,33(1):234-238.