劉 慶 李 強 薛廣海 牛江舸

(北京礦冶科技集團有限公司，北京 100160)

乳化污泥是一種在冶金、石油化工和煤化工等多個行業(yè)生產(chǎn)過程中產(chǎn)生，并且長期堆放的污泥，大部分存在于污泥池和污泥儲罐中。乳化污泥成分復雜，水、聚合物和細顆粒深度乳化，物料黏稠，經(jīng)過多年堆放，污泥明顯乳化。根據(jù)文獻與現(xiàn)場調(diào)研成果，乳化污泥除含有大量的沙土和水之外，還含有許多其它成分，其組成極為復雜，各地的情況差別較大。其中的雜質含量不多，但卻種類多樣，主要有污泥、渣土、絮狀物、膠質、機械雜質等。乳化污泥含有許多黑色不規(guī)則狀顆粒、多級嵌套式乳化顆粒及絮狀物，乳化顆粒的膜較厚。金屬硫化物和膠質含量比普通污泥的含量要高很多，絮狀體的存在主要是金屬硫化物膠態(tài)顆粒在堆放中沉積和富集造成的。乳化污泥處理技術成為污泥處理技術中的難點，處理需求量遠高于其它污泥。

無論是在污泥化學處理工藝還是污泥脫水干化工藝都需要固液分離技術，固液分離是否徹底直接影響最終的處理是否達標。有效的固液分離系統(tǒng)既可提高乳化污泥處理的固液分離效率，又可提高污泥處理的指標。

1 固液分離方式的研究

目前常用的固液分離方式有離心分離、壓濾分離和液壓擠壓分離[1-2]。

1.1 離心分離

可連續(xù)操作，處理程序簡單，對于污泥處理的固液分離設備，國內(nèi)外主要使用的是臥螺離心機，但由于臥螺離心機內(nèi)的物料離心時間短，排出固體的含液率較高，另外由于螺旋高速旋轉，易與物料摩擦產(chǎn)生火花，不適合使用易燃易爆藥劑場合，而且離心后液體相進一步乳化，分離出的液體需要進行化學破乳。

1.2 壓濾分離

目前使用很廣，典型的設備是隔膜壓濾機，隔膜壓濾機能夠處理污泥物料，對于過濾阻力大的物料，可以在過濾腔內(nèi)使用隔膜擠壓方式，在過濾腔一側設有變形膨脹的隔膜，當隔膜充氣或充水后，隔膜受力膨脹向過濾腔內(nèi)移動，將過濾腔內(nèi)物料擠壓成餅，縮短了污泥脫液時間，主要應用于黏度較低的市政污泥處理。缺點是：處理乳化污泥時，由于黏度大、細粒多，容易堵塞壓濾機濾布，很難使乳化污泥脫水分離徹底，液中含固率和固中含液率都很高；隔膜材料為聚丙烯或橡膠，易受污泥雜質和藥劑影響變形損壞，使用壽命不高；隔膜擠壓行程短，過濾腔內(nèi)泥餅只能從35 mm擠壓到30 mm，若腔內(nèi)只有少量固體進行擠壓，隔膜擠壓行程大，隔膜將損壞；隔膜擠壓作用力偏小，隔膜擠壓力在0.6～1.2 MPa。

1.3 液壓擠壓分離

液壓擠壓的典型設備是液壓壓榨機，物料由工人用濾布包裹放入篩網(wǎng)桶中，液壓缸直接擠壓物料脫液，液體從篩網(wǎng)桶外流出。壓榨后，工人將濾布從濾餅中剝離。液壓壓榨機結構簡單，擠壓作用力為2～10 MPa，擠壓行程不受限制，可反復擠壓，保證物料的固液分離效果。主要應用在水果榨汁和油餅榨油領域。缺點是進料和出料都需要人工參與，效率較低，不適合大規(guī)模物料處理。

綜上可知，常用的固液分離方式處理效果不理想，是乳化污泥處理工藝的瓶頸。通過試驗發(fā)現(xiàn)，乳化污泥進行高壓擠壓，擠壓力在2 MPa以上時，固相細粒形成團聚現(xiàn)象，快速形成濾餅，不附著在濾布上，液相通過濾布被擠出，擠壓后液體破乳明顯，實現(xiàn)物理破乳，不需要再進行化學破乳工序。因此，使用液壓擠壓法處理乳化污泥，固液分離效果最為顯著，但要對普通的液壓壓榨機進行改進，實現(xiàn)自動進出料，提升固液分離的效率。采用液壓擠壓結構更符合乳化污泥固液分離特點，可以實現(xiàn)高擠壓分離物料，形成含液率低的濾餅。

2 固液分離的工藝流程

固液分離的工藝流程圖見圖1，固液分離核心設備包括漿化調(diào)質裝置和高擠壓過濾裝置，乳化污泥輸送至漿化調(diào)質裝置中，在漿化調(diào)質裝置中加入專用助濾劑，使乳化污泥均質易于過濾，再泵送入高擠壓過濾裝置中過濾，乳化污泥在高擠壓過濾裝置中初級脫液后，留在高擠壓過濾裝置中污泥物料進行高擠壓力固液分離，固相達到含液率要求后，固相物料自動排出。

圖1 固液分離的工藝系流程圖Fig.1 Flow chart of solid-liquid separation process

3 核心設備的研制

3.1 漿化調(diào)質裝置

漿化調(diào)質裝置包括漿化容器和攪拌器，攪拌器的攪拌端伸入到漿化容器內(nèi)，以便攪拌漿化容器內(nèi)的物料。漿化容器上設有藥劑添加口，漿化容器上還配合有加料口、加液口。乳化污泥通過加料口投入到漿化容器中，通過加液口向漿化容器中添加水，通過藥劑添加口加入助濾藥劑，乳化污泥經(jīng)過混合攪拌形成漿化態(tài)污泥，通過助濾藥劑的添加，提高污泥過濾效果。

漿化調(diào)質裝置上連接有稱重組件，通過加料口添加到漿化容器內(nèi)的乳化污泥需要經(jīng)過稱重組件稱重。藥劑添加口和加液口也配設計量結構，以便準確控制藥劑和水的添加量。漿化調(diào)質裝置結構詳見圖2。

3.2 高擠壓過濾裝置

高擠壓過濾裝置包括送料泵、擠壓腔、擠壓油缸、擠壓濾板、集液裝置、皮帶機和收集槽，結構圖見圖3。工作流程如下：

1)擠壓濾板與擠壓腔形成封閉腔體。調(diào)質后的漿化液體通過送料泵輸入到高擠壓過濾機內(nèi)，送料泵可通過控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)輸送壓力，輸送壓力最高可達到1.2 MPa。漿化液體通過擠壓濾板的濾布過濾，液體排入集液裝置中，固料留在擠壓腔中，漿化液體的過濾量達到設定之后，停止輸送漿化液體。

圖2 漿化調(diào)質裝置結構圖Fig.2 Structural diagram of slurry conditioner

圖3 高擠壓過濾裝置結構圖Fig.3 Structural diagram of high pressure extrusion filter

2)高擠壓過濾機開始擠壓脫水，通過擠壓油缸作用，擠壓濾板進行運動，擠壓擠壓腔內(nèi)固料，作用在固料的壓力可調(diào)節(jié)(2～10 MPa)，擠壓出的液體通過擠壓濾板的濾布排出，固料擠壓成固料餅。達到設定擠壓時間后停止擠壓。

3)擠壓油缸反方向移動，帶動擠壓濾板脫離，擠壓腔與固料脫離后，固料餅落在皮帶機上，啟動皮帶機滾筒，皮帶移動將固料餅運輸?shù)焦腆w料的收集槽內(nèi)。

高擠壓過濾裝置采用液壓擠壓結構，物料壓縮比不受限制，可大幅度擠壓物料，擠壓力可達到10 MPa，達到高擠壓力，并且污泥通過濾板微孔結構分離，微孔結構能夠促使液態(tài)料中的乳化膜破裂，實現(xiàn)破乳效果。相對于普通液壓壓榨機，擠壓腔形成封閉腔體，能夠自動閉合和分開，實現(xiàn)了上料卸料的自動化運行，固液分離過程中無需人工參與。

4 固液分離試驗

對乳化污泥樣品進行固液分離試驗，污泥含固量為6%，含水量為31.5%，有機物含量62.5%。加入到漿化調(diào)質裝置中，加入復配助濾劑BKX2，該助濾劑結合表面活性劑和絮凝劑的特點復配取得[3-5]，添加配比為0.2%，攪拌形成漿化態(tài)污泥,進入高擠壓過濾裝置，漿化態(tài)污泥的擠壓力設為5 MPa，擠壓時間為10 min，固態(tài)料與液態(tài)料通過濾板微孔結構分離，液態(tài)料達到破乳效果，有機物和水分層明顯，固態(tài)料的含水量小于50%。

5 結論

針對難于脫水的乳化污泥，本文開發(fā)了乳化污泥的固液分離設備，乳化污泥在漿化調(diào)質裝置與壓力擠壓裝置內(nèi)進行漿化和擠壓，可向漿化態(tài)污泥施加的擠壓力為2～10 MPa，分離出固態(tài)料和液態(tài)料，實現(xiàn)乳化污泥的固液分離。通過固液分離設備分離得到的固態(tài)料的含水率低于50%，分離效果好；同時液態(tài)料中乳滴的乳化膜經(jīng)過壓力擠壓而破碎，實現(xiàn)了機械物理破乳，無需再進行化學破乳，減少乳化污泥中化學組分的添加，節(jié)省工序。形成了一套針對乳化污泥的固液分離設備，污泥進料、固液分離、固料和液體出料等過程無需人工操作，可實現(xiàn)全自動處理。

乳化污泥固液分離設備不但可提高乳化污泥處理的固液分離效率，也可根據(jù)不同的需求匹配不同的處理工序，無論使用在污泥脫水減量化階段還污泥干化處理階段，都會產(chǎn)生更好的處理效果?？筛鶕?jù)污泥處理量設定多臺漿化調(diào)質裝置和高擠壓過濾裝置配合處理工作，提高生產(chǎn)量。工藝設備可以采取敞開或密封撬裝式結構布局，靈活適應各種野外現(xiàn)場作業(yè)環(huán)境，設備運行性能穩(wěn)定。

乳化污泥的固液分離系統(tǒng)與現(xiàn)有的污泥脫水技術相比，具有很高的實用性和創(chuàng)新性，能有效解決乳化污泥處理中的難題，填補了使用擠壓法處理乳化污泥的空白，同時也適用于其他污泥的固液分離，具有很高的推廣價值。