周德榮
(中國(guó)石化上海石油化工股份有限公司環(huán)保水務(wù)部,上海 200540)
帶式壓濾機(jī)與臥螺離心機(jī)在污泥脫水中的應(yīng)用比較
周德榮
(中國(guó)石化上海石油化工股份有限公司環(huán)保水務(wù)部,上海 200540)
中國(guó)石化上海石油化工股份有限公司某污水處理車間原采用帶式壓濾機(jī)進(jìn)行污泥脫水,該設(shè)備存在毒廢氣外漏、維護(hù)不便等缺點(diǎn),在提標(biāo)改造中使用一臺(tái)臥螺離心機(jī)來替代。文章介紹了臥螺離心機(jī)的技術(shù)改造情況,并將其與以前使用的帶式壓濾機(jī)就污泥脫水處理情況進(jìn)行綜合的比較和分析,結(jié)果表明臥螺離心機(jī)的綜合性能要優(yōu)于帶式壓濾機(jī)。
污泥處理 污泥脫水 臥螺離心機(jī) 帶式壓濾機(jī)
污泥脫水是污泥處理的主要過程,使含水率為95%左右的稀污泥,經(jīng)機(jī)械脫水后成為含水率為60%~85%的較干污泥,以利于進(jìn)一步的處置與利用[1]。過去污水處理車間的污泥脫水都采用帶式壓濾機(jī)(以下簡(jiǎn)稱帶機(jī)),由于帶機(jī)的密封性能較差,產(chǎn)生的污泥惡臭問題較為嚴(yán)重。中國(guó)石化上海石油化工股份有限公司(以下簡(jiǎn)稱上海石化)于2009年開展了惡臭治理項(xiàng)目,帶機(jī)作為惡臭來源,均加裝了玻璃鋼密封罩,加蓋后異味減少。然而在后續(xù)的連續(xù)運(yùn)行中,加蓋后產(chǎn)生硫化氫積聚,在帶機(jī)沖洗噴嘴時(shí),產(chǎn)生大量的水汽[2],濕硫化氫產(chǎn)生了極強(qiáng)的腐蝕性。帶機(jī)主體設(shè)備氣缸、框架、糾偏等系統(tǒng)均受到了不同程度的腐蝕,故障率急劇攀升,對(duì)車間的生產(chǎn)影響較大。
面對(duì)日產(chǎn)干污泥60 t以及高額的污泥對(duì)外委托處理費(fèi)用,急需一款既能降低污泥含水率,又能改善操作環(huán)境的設(shè)備。而近年來,臥式螺旋卸料沉降離心機(jī)(以下簡(jiǎn)稱臥螺離心機(jī))在污水處理廠污泥脫水中的應(yīng)用越來越廣泛,因具有分離效果良好、工作效率高、使用管理維護(hù)簡(jiǎn)單方便等特點(diǎn),在污水處理廠的實(shí)際應(yīng)用中取得了良好的污泥脫水效果[3]。經(jīng)過一系列的調(diào)研、考察論證,決定采用國(guó)產(chǎn)臥螺離心污泥脫水機(jī)替換帶式壓濾機(jī)進(jìn)行脫泥,并在現(xiàn)場(chǎng)增設(shè)一臺(tái)離心機(jī)進(jìn)行試驗(yàn)。
帶機(jī)是一種常見的機(jī)械脫水設(shè)備,其脫水原理是:由上下兩條張緊的濾帶夾帶著污泥層,從一連串按規(guī)律排列的輥壓筒中呈S形彎曲前進(jìn),在前進(jìn)過程中濾帶本身的張緊力形成了對(duì)污泥層的壓榨力和剪切力,把污泥層中的空隙水和毛細(xì)水?dāng)D壓出來,獲得固含量較高的泥餅,從而實(shí)現(xiàn)污泥脫水。帶機(jī)的污泥脫水流程一般是濕污泥經(jīng)絮凝、重力脫水、低壓脫水和高壓脫水后,形成含水率小于85%的泥餅。
從帶機(jī)的脫水原理可以看出:濾帶的寬度即為污泥過濾的面積,其大小直接影響帶機(jī)污泥脫水的處理量。而濾帶的長(zhǎng)度、運(yùn)行速度和進(jìn)料污泥的濃度則影響污泥脫水的效果,濾帶越長(zhǎng)、進(jìn)料濃度越高,則污泥脫水的效果相對(duì)較高,而濾帶運(yùn)行速度關(guān)系到污泥脫水的效果及處理量,需衡量?jī)烧叩男枨螅瑥亩x擇一個(gè)較為理想的參數(shù)。
下面以處理量在同一級(jí)別(最大處理量均為20 m3/h)上的國(guó)產(chǎn)SDG-2000型帶式壓濾機(jī)與臥螺離心機(jī)為例進(jìn)行說明。表1給出了帶式壓濾機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)。
表1 國(guó)產(chǎn)SDG-2000型帶式壓濾機(jī)主要技術(shù)參數(shù)
臥螺離心機(jī)是近20年發(fā)展起來的機(jī)械脫水設(shè)備,其分離過程主要依靠固液兩相的密度差,通過離心力的作用,實(shí)現(xiàn)固液兩相的分離。臥螺離心機(jī)主要由雙轉(zhuǎn)子系統(tǒng)即轉(zhuǎn)鼓和螺旋、進(jìn)料管、機(jī)架和傳動(dòng)系統(tǒng)組成。臥螺離心機(jī)的轉(zhuǎn)子是由轉(zhuǎn)鼓和螺旋組成的雙轉(zhuǎn)子系統(tǒng),轉(zhuǎn)鼓是分離時(shí)的容器,而螺旋則起到推料的作用,兩轉(zhuǎn)子之間由差速器連接,使轉(zhuǎn)鼓和螺旋產(chǎn)生轉(zhuǎn)速差。當(dāng)轉(zhuǎn)子高速旋轉(zhuǎn)時(shí),濕污泥由進(jìn)料管進(jìn)入轉(zhuǎn)子,進(jìn)入轉(zhuǎn)子的污泥高速旋轉(zhuǎn),在巨大離心力的作用下,泥水兩相分層,密度較大的污泥沿著轉(zhuǎn)鼓壁并由螺旋推向固相出口排出,較輕的水則形成內(nèi)層液環(huán),依靠進(jìn)料泵的壓力從裝有溢流板的液相出口處流出,因此實(shí)現(xiàn)了污泥脫水。為了使污泥脫水取得更好的效果,在離心機(jī)分離前通常會(huì)在濕污泥中加入絮凝劑,增大污泥與水的密度差,以便得到令人滿意的效果。
影響臥螺離心機(jī)污泥脫水效果的關(guān)鍵因素主要有:轉(zhuǎn)鼓長(zhǎng)徑比(轉(zhuǎn)鼓有效長(zhǎng)度與轉(zhuǎn)鼓內(nèi)徑的比值)、轉(zhuǎn)速、差速、污泥性質(zhì)、預(yù)處理調(diào)節(jié)情況等。通常來說,長(zhǎng)徑比越大、轉(zhuǎn)速越高,污泥脫水效果越好。而差速的大小影響著污泥脫水的干度和處理量,差速大污泥排得越快,但干度下降,故需選擇合適差速以滿足處理量和干度的要求。表2給出了國(guó)產(chǎn)LW400NY型臥螺離心機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)。
表2 國(guó)產(chǎn)LW400NY型臥螺離心機(jī)主要技術(shù)參數(shù)
相比于帶機(jī),離心機(jī)在裝機(jī)功率上較大,但帶機(jī)還需要用到?jīng)_洗泵和空壓機(jī)等輔助設(shè)備,實(shí)際裝機(jī)功率為15 kW左右。在占地面積上,離心機(jī)明顯小于帶機(jī),且減少了輔助設(shè)備所占用的空間,因此其建設(shè)成本較低。
2.1運(yùn)行效果
污泥進(jìn)行離心脫水時(shí),通常需要加入聚丙烯酰胺(PAM)絮凝劑,使細(xì)小的污泥變成黃豆大小的污泥,以便于更好地進(jìn)行分離。因此,臥螺離心機(jī)除了配套進(jìn)泥泵外,還需要使用加藥裝置、出泥口閘閥及泥餅輸送機(jī)等配套設(shè)備。
圖1簡(jiǎn)單介紹了臥螺離心機(jī)污泥脫水的流程。污泥由泵輸送至管道中與絮凝劑混合后進(jìn)入離心機(jī)脫水,脫水后液體回到初沉池,污泥下落經(jīng)過閘閥后由螺旋輸送機(jī)經(jīng)污泥干泥泵輸送到污泥料倉(cāng)再送到外運(yùn)卡車上。
圖1 臥螺離心機(jī)污泥脫水流程
表3給出了帶機(jī)與臥螺離心機(jī)污泥脫水的運(yùn)行參數(shù)。從表3數(shù)據(jù)可以看出:離心機(jī)的脫水干度高于帶機(jī),干度越高脫水污泥的體積越小,最直接的效益就是污泥外運(yùn)成本的降低,隨著企業(yè)煉油能力的提高,產(chǎn)生的污泥量會(huì)顯著增加,經(jīng)濟(jì)效益會(huì)同步提高。
表3 帶機(jī)與臥螺離心機(jī)的運(yùn)行參數(shù)
臥螺離心機(jī)的控制程序具有很好的自動(dòng)調(diào)節(jié)功能,它能根據(jù)進(jìn)料污泥濃度的變化來調(diào)節(jié)差速。當(dāng)濃度變大時(shí),加大差速使污泥盡快排出,不會(huì)造成堵機(jī)故障;當(dāng)濃度減小時(shí),減小差速以保證脫水污泥的干度。而帶機(jī)無(wú)法做到自動(dòng)調(diào)節(jié),因此其脫水污泥的干度會(huì)隨著濃度的變化產(chǎn)生一定的波動(dòng)。
2.2技術(shù)改造
(1)密封的改進(jìn)
臥螺離心機(jī)運(yùn)行時(shí)會(huì)產(chǎn)生振動(dòng),因此根據(jù)離心機(jī)廠家的要求,所有與離心機(jī)連接的管道、接料口等均做成柔性連接。進(jìn)料管和出液管均采用不銹鋼金屬軟管,具有良好的減振效果,且牢靠美觀。離心機(jī)的出泥是靠污泥自重下落到輸送機(jī)的,故為了防止堵塞,出口做成長(zhǎng)方形,尺寸達(dá)到600 mm×300 mm。原先離心機(jī)出泥口采用編織布將出口圍住,下口塞進(jìn)出泥口閘閥,雖然這種方式避免了振動(dòng)傳導(dǎo),但也造成了污泥臭氣外溢的問題。為了解決該問題,與廠家一起設(shè)計(jì)了一種方形的軟連接:采用浸塑布材料做成環(huán)形,然后用壓條與上口離心機(jī)、下口閘閥固定并封住水汽外漏。使用初期,該方形軟連接取得了較好的密封效果,但由于出泥口污泥的飛濺及擠壓,經(jīng)過一段時(shí)間運(yùn)行后出現(xiàn)了浸塑布破損的情況。因此,在方形軟連接中增加了不銹鋼板,起到保護(hù)浸塑布的作用。經(jīng)過3年左右的運(yùn)行,該方形軟連接沒有出現(xiàn)破損的情況,而且密封效果良好。
(2)加藥裝置的改進(jìn)
在改造時(shí),原本考慮采用帶機(jī)的加藥裝置,這樣就能夠省去一套裝置的采購(gòu)費(fèi)用,但與帶機(jī)所用的PAM絮凝劑不同,離心機(jī)用的絮凝劑相對(duì)分子質(zhì)量更高,其熟化時(shí)間增長(zhǎng)了一倍,故帶機(jī)的加藥裝置能力不足,因此需要進(jìn)行改造。通過增加一臺(tái)轉(zhuǎn)料泵和一個(gè)塑料桶,與原有的加藥裝置形成一套變相的兩箱式加藥裝置,原有的加藥裝置作為絮凝劑的攪拌,再通過轉(zhuǎn)料泵送入塑料桶熟化,這樣就能保證絮凝劑的效果。改造后加藥裝置的能力提高了一倍,且此種改造費(fèi)用較低,節(jié)省了成本。
3.1運(yùn)行成本
單臺(tái)離心機(jī)與帶機(jī)進(jìn)泥量維持在10 m3/h,而在此時(shí),離心機(jī)和帶機(jī)的出泥量大致相當(dāng),約為1 t/h,但兩種設(shè)備的運(yùn)行費(fèi)用卻差別較大,臥螺離心機(jī)每1 t濕污泥處理費(fèi)用為11.347元,帶機(jī)則為15.485元。
帶機(jī)在運(yùn)行時(shí)需要消耗大量的水來沖洗濾布,而離心機(jī)只有在停機(jī)維護(hù)時(shí)才需要沖洗設(shè)備,故帶機(jī)在水耗方面比離心機(jī)大了許多,而且增加了車間污水的產(chǎn)生。電耗方面,由于帶機(jī)運(yùn)行時(shí)還要用到?jīng)_洗水泵和空壓機(jī),實(shí)際功率在15 kW左右,離心機(jī)的裝機(jī)功率在33 kW,因此離心機(jī)的電耗量會(huì)大于帶機(jī)。按照每日脫干泥量60 t(10 t濕污泥折合1 t干污泥)計(jì)算,一年節(jié)省成本為:(15.485-11.347)×10×60×30×12=893 800元。經(jīng)過比較,臥螺離心機(jī)的運(yùn)行成本較低,在相同脫泥量的情況下,離心機(jī)每年可以比帶機(jī)節(jié)省費(fèi)用近90萬(wàn)元。雖然離心機(jī)一次性投資費(fèi)用高于購(gòu)置費(fèi)用比帶機(jī)高50多萬(wàn)元,一次性投資費(fèi)用高,但從長(zhǎng)期的角度來看,離心機(jī)的總成本低于帶機(jī)。
3.2日常維護(hù)管理
(1)臥螺離心機(jī)較帶機(jī)減少了壓縮空氣和無(wú)機(jī)藥劑投加裝置等輔助設(shè)備,工序簡(jiǎn)化,管理方便。由于減少了一道藥劑投加工序,在操作運(yùn)行中更為簡(jiǎn)便;少了空壓機(jī)和儲(chǔ)氣罐后,車間的管理更方便??諌簷C(jī)和儲(chǔ)氣罐屬于壓力容器類設(shè)備,在日常運(yùn)行中,有許多與壓力容器相關(guān)的要求需要遵守,與壓力容器配套的監(jiān)視設(shè)施壓力表、安全閥等都需要每年檢定,壓力容器本體定期需要檢驗(yàn),在減少了這些設(shè)施之后,工作量減少,管理更方便。
(2)臥螺離心機(jī)的操作簡(jiǎn)單,自動(dòng)化程度高。由于安裝了震動(dòng)、溫度、流量、電流一體的監(jiān)視系統(tǒng),操作智能化程度高,一鍵式觸屏操作減輕了操作人員大量繁瑣的勞動(dòng)。而帶機(jī)的操作則相對(duì)較為原始,壓濾機(jī)輔助系統(tǒng)多,如濾帶張緊及糾偏需氣動(dòng)系統(tǒng),該系統(tǒng)在臟而易腐蝕的環(huán)境中極易失靈,運(yùn)行中常需人工糾偏,稍有不注意未及時(shí)糾偏,濾帶即會(huì)損壞,更新費(fèi)用較高。此外,濾帶的沖洗須用0.4 MPa以上的帶壓水,運(yùn)行時(shí)加壓水泵常開,磨損泄漏較多,維修工作量大。
(3)臥螺離心機(jī)的自動(dòng)保護(hù)性能好,故障判斷準(zhǔn)確、及時(shí)。臥螺離心機(jī)在各處安裝監(jiān)視系統(tǒng),且離心機(jī)本身液壓站具有差速自動(dòng)反饋調(diào)節(jié)、推料功率自動(dòng)補(bǔ)償功能,排除過載故障后自動(dòng)恢復(fù)初始調(diào)整狀態(tài),因此一般情況下不易發(fā)生堵料情況。一旦由于誤操作或其他原因引起機(jī)器堵料故障等情況,亦可以通過啟動(dòng)液壓裝置,自動(dòng)排除堵料故障,無(wú)需解體清理堵料。而離心機(jī)本身和進(jìn)泥泵、加藥系統(tǒng)進(jìn)行了聯(lián)鎖,一旦出現(xiàn)非離心機(jī)本身故障問題時(shí),系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)停運(yùn)進(jìn)泥泵和加藥泵,離心機(jī)也可以在報(bào)警的同時(shí)降低到安全轉(zhuǎn)速,不易因離心機(jī)進(jìn)泥或藥劑問題而導(dǎo)致設(shè)備損壞。而國(guó)產(chǎn)帶機(jī)卻無(wú)相應(yīng)的監(jiān)視系統(tǒng),一般只有在較大的異常或故障停機(jī)時(shí)才能發(fā)現(xiàn)問題。
(4)臥螺離心機(jī)脫泥過程為全封閉環(huán)境,而帶機(jī)污泥在濾布上全部敞開,均勻散開在濾布上運(yùn)動(dòng),容易散發(fā)惡臭氣體。帶機(jī)在加裝玻璃鋼密封罩后,外圍惡臭味道減少,但是帶機(jī)房?jī)?nèi)惡臭氣體濃度卻急劇增加,加速帶機(jī)整體的腐蝕;密封后,帶機(jī)房?jī)?nèi)有較高的硫化氫積聚,使帶機(jī)在開車期間,往往不允許任何人員進(jìn)入帶機(jī)房,人員只能在距離帶機(jī)3~4 m的距離巡檢,或者利用監(jiān)視器進(jìn)行單側(cè)面不完全的監(jiān)視,因此在發(fā)現(xiàn)故障的時(shí)間上往往要延后很多,很多故障只有在帶機(jī)停車時(shí)才能發(fā)現(xiàn);相對(duì)較高的硫化氫濃度,也增加了操作和維修人員安全風(fēng)險(xiǎn),影響人員的身心健康。
(5)臥螺離心機(jī)日常維護(hù)簡(jiǎn)單。由于帶機(jī)主要組件多,構(gòu)成復(fù)雜,主要磨損部件滾筒軸承達(dá)到34套、氣缸4只,糾偏探頭4個(gè),上下濾布總長(zhǎng)達(dá)到25.2 m,在脫泥過程中,由于漲緊、糾偏系統(tǒng)零部件較多,容易出現(xiàn)因單一問題而引發(fā)的整體性停車,因此帶機(jī)維護(hù)所需要的備品備件較多,給運(yùn)行管理帶來困難;帶機(jī)較繁瑣的構(gòu)造,又增加日常潤(rùn)滑保養(yǎng)的難度;帶機(jī)較離心機(jī)的加油點(diǎn)數(shù)量多,直接增加了大量的日常保養(yǎng)工作。在實(shí)際運(yùn)行中,臥螺離心機(jī)的潤(rùn)滑工作非常簡(jiǎn)單易行,只有在給內(nèi)螺旋軸承加油時(shí)才需要進(jìn)行開蓋等稍繁瑣的操作,其他日常潤(rùn)滑工作基本能正常進(jìn)行,且方便易行。
(6)臥螺離心機(jī)的檢修更為方便快捷。在設(shè)備發(fā)生故障時(shí),離心機(jī)的構(gòu)件較少,因此檢修工作量較帶機(jī)小,只需要配備行車或電動(dòng)葫蘆即可進(jìn)行吊起快速修理。帶機(jī)處于帶機(jī)房?jī)?nèi),滾筒等大部件的吊裝等均比較麻煩,實(shí)際中多為人工手動(dòng)進(jìn)行拼裝,存在不小的安全風(fēng)險(xiǎn),且安裝時(shí)的質(zhì)量也大打折扣,運(yùn)行過程中發(fā)生過因主滾筒故障使帶機(jī)長(zhǎng)時(shí)間故障而停車的案例。
(7)臥螺離心機(jī)可以連續(xù)24 h不停車運(yùn)行。雖然帶機(jī)也可以連續(xù)24 h運(yùn)行,但是長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行后帶機(jī)的沖洗系統(tǒng)經(jīng)常會(huì)發(fā)生堵塞,尤其是在使用回用水后,堵塞現(xiàn)象尤為嚴(yán)重。雖然使用專門的刷子對(duì)噴淋頭進(jìn)行刷洗后,能使沖洗水和濾帶的透水效果變得正常[4],但由于噴淋裝置位于帶機(jī)頂部和底部,疏通操作極為不便,增加了維護(hù)保養(yǎng)的難度。所以帶機(jī)運(yùn)行管理中每天都需要停機(jī)幾個(gè)小時(shí),專門對(duì)帶機(jī)噴淋系統(tǒng)進(jìn)行沖洗操作。臥離螺心機(jī)開車時(shí)由于不使用沖洗水,也就不存在這一問題,可以長(zhǎng)期連續(xù)24 h運(yùn)行。
(8)帶機(jī)運(yùn)行時(shí)噪聲為70~75 dB,臥離螺心機(jī)運(yùn)行時(shí)噪聲為76~80 dB[5]。就單機(jī)而言,臥離螺心機(jī)的噪聲要稍高于帶機(jī),但是由于帶機(jī)的沖洗水聲音比較大,因此在開啟沖洗水的過程中,帶機(jī)的噪聲要比離心機(jī)大。
上海石化污泥脫水車間采購(gòu)的臥螺離心機(jī),脫水效果良好,與原有的帶式壓濾機(jī)相比,脫水污泥的干度更高,有效減少了污泥外運(yùn)的成本。通過技術(shù)改造,解決了離心機(jī)出泥口臭氣外漏的問題,同時(shí)改造了原有帶機(jī)的加藥裝置,有效滿足了離心機(jī)的加藥需求。在日常操作維護(hù)方面,離心機(jī)較帶機(jī)自動(dòng)化程度更高,人工操作較少,維護(hù)簡(jiǎn)便。更為重要的是,由于污泥產(chǎn)生的硫化氫氣體,不僅腐蝕設(shè)備,而且會(huì)危害人體的健康,帶機(jī)難以有效解決這一問題,已越來越不能適應(yīng)環(huán)保安全的要求。而在運(yùn)行成本上,帶機(jī)由于消耗大量沖洗水及略高的藥劑費(fèi)用,運(yùn)行成本高于離心機(jī)。雖然帶機(jī)的購(gòu)置費(fèi)用低于離心機(jī),但長(zhǎng)期來看,離心機(jī)總的成本低于帶機(jī)。
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ComparisonofApplicationofBeltFilterPressandDecanterCentrifugeinSludgeDewatering
Zhou Derong
(EnvironmentalProtectionandWaterSupplyDivision,SINOPECShanghaiPetrochemicalCo.,Ltd.,Shanghai200540)
A sewage treatment plant of SINOPEC Shanghai Petrochemical Co.,Ltd.,used to adopt belt filter press for sludge dewatering,but the equipment has weakness of leakage of toxic gas and inconvenience in maintenance.In the modification project,a screw centrifuge was used to replace the original one.The technical transformation of the decanter centrifuge was introduced,and a comparison was made between the decanter centrifuge and the previously used belt filter press on the sludge dewatering treatment.The results showed that the comprehensive performance of the decanter centrifuge is better than that of the belt Type filter press.
sludge treatment,sludge dewatering,decanter centrifuge,belt filter press
2017-06-14。
周德榮,男,1960年出生,1989年畢業(yè)于上海石化職工大學(xué)化工機(jī)械專業(yè),2014年畢業(yè)于中國(guó)石油大學(xué)(華東)土木工程專業(yè),長(zhǎng)期從事動(dòng)設(shè)備管理工作,曾參與多個(gè)重點(diǎn)環(huán)保項(xiàng)目。
1674-1099 (2017)04-0047-05
:X705
: A