自來水廠汙泥脫水機如何選型

自來水廠制水過程中會產生大量的汙泥╃▩☁││，平均每生產1萬t飲用水可產生幾十乃至數百噸的濃縮後汙泥(含水率約97%)·◕☁。數量如此巨大的汙泥很難在自然環境中消納╃▩☁││，必須透過汙泥脫水╃▩☁││，進一步提高汙泥的含固率使之成為固態的泥餅╃▩☁││，以減少汙泥體積便於外運處置·◕☁。

　　汙泥脫水的方式一般有自然幹化和機械脫水兩種╃▩☁││，自然幹化包括幹化床和幹化塘╃▩☁││，機械脫水主要有帶式壓濾機₪✘、板框壓濾機₪✘、離心脫水機和疊螺脫水機四種·◕☁。由於自然幹化佔地面積大₪✘、脫水時間長₪✘、衛生環境差且維護管理工作量大╃▩☁││，國內自來水廠汙泥脫水目前一般都採用機械脫水的方式╃▩☁││，汙泥脫水機的投資和執行成本在整個汙泥脫水專案中佔有較大份額·◕☁。下面就四種常用的汙泥脫水機的工作原理₪✘、技術特點₪✘、優缺點和執行成本等進行詳細說明·◕☁。

　　一₪✘、汙泥脫水機工作原理

　　1.1 帶式壓濾機

　　1.1.1 工作原理

　　帶式壓濾機是由上下兩條張緊的濾帶夾帶著汙泥層╃▩☁││，從一連串有規律排列的輥壓筒中呈S形經過╃▩☁││，依靠濾帶本身的張力形成對汙泥層的壓榨和剪下力╃▩☁││，把汙泥層中的毛細水擠壓岀來╃▩☁││，從而實現汙泥脫水·◕☁。

　　1.1.2 工作過程

　　帶式壓濾機根據功能共分為五個區段╃▩☁││，如圖1所示╃▩☁││，各區段功能如下╃│•✘：

　　1)化學預處理脫水段╃│•✘：經過濃縮的汙泥與一定濃度的絮凝劑在混合器中充分混合以後╃▩☁││，汙泥中的微小固體顆粒聚凝成體積較大的絮狀團塊╃▩☁││，同時分離岀自由水·◕☁。

　　2)重力濃縮脫水段╃│•✘：絮凝後的汙泥經布料鬥均勻送入網帶╃▩☁││，汙泥隨濾帶向前執行╃▩☁││，遊離態水在自重作用下透過濾帶流入接水槽·◕☁。

　　3)楔形區預壓脫水段╃│•✘：重力脫水後的汙泥隨著帶式壓濾機濾帶的向前執行╃▩☁││，上下濾帶間距逐漸減少╃▩☁││，物料開始受到輕微壓力╃▩☁││，並隨著濾帶執行╃▩☁││，壓力逐漸增大·◕☁。

　　4)擠壓輥高壓脫水段╃│•✘：物料脫離楔形區就進入此區內受擠壓╃▩☁││，沿濾帶執行方向壓力隨擠壓輥直徑的減少而增加╃▩☁││，物料受到擠壓體積收縮╃▩☁││，物料內的間隙遊離水被擠出·◕☁。

　　5)物料排出段╃│•✘：物料經過以上各階段的脫水處理後形成濾餅排出╃▩☁││，透過刮泥板刮下╃▩☁││，上下濾帶分開╃▩☁││，經過高壓沖洗水清除濾網孔間的微量物料╃▩☁││，繼續進入下一步脫水迴圈·◕☁。

　　1.2 板框壓濾機

　　1.2.1 工作原理

　　在密閉的狀態下╃▩☁││，經過高壓泵打入的汙泥經過板框的擠壓╃▩☁││，使汙泥內的水透過濾布排出╃▩☁││，達到脫水目的·◕☁。板框壓濾機構造原理如圖2所示·◕☁。

　　1.2.2 工作過程

　　(1)壓緊濾板╃│•✘：由電力啟動油壓系統閉合濾板·◕☁。

　　(2)加壓脫水╃│•✘：投料泵啟動╃▩☁││，輸送泥漿進入脫水機內╃▩☁││，濾框空氣管路上的排氣閥開啟排出氣體╃▩☁││，濾液經濾布排出·◕☁。

　　(3)擠壓脫水╃│•✘：投料泵停╃▩☁││，排氣閥關閉╃▩☁││，通入壓縮空氣進行擠壓╃▩☁││，使泥餅進一步脫水·◕☁。

　　(4)泥餅風乾╃│•✘：進氣管切換至吹氣管╃▩☁││，開啟廢氣管╃▩☁││，輸入壓縮空氣·◕☁。吹出泥芯╃▩☁││，殘餘泥水與氣體經廢氣管被排出氣水分離器·◕☁。

　　(5)卸料及沖洗╃│•✘：吹氣結束╃▩☁││，濾板開啟╃▩☁││，依次分板卸泥餅後╃▩☁││，啟動高壓沖洗水泵對濾布逐一沖洗·◕☁。整個工作週期約2~4h·◕☁。

　　1.3 離心脫水機

　　1.3.1 工作原理

　　由轉載和帶空心轉軸的螺旋輸送器組成╃▩☁││，汙泥由空心轉軸送入轉筒╃▩☁││，在高速旋轉產生的離心力下╃▩☁││，立即被甩入轉鼓腔內·◕☁。由於比重不一樣╃▩☁││，形成固液分離·◕☁。汙泥在螺旋輸送器的推動下╃▩☁││，被輸送到轉鼓的錐端由出口連續排出╃▩☁││，液環層的液體則由堰口連續“溢流"排至轉鼓外靠重力排出·◕☁。離心脫水機外形及其構造如圖3所示·◕☁。

　　1.3.2 工作過程

　　(1)混合與加速均布階段╃│•✘：汙泥與絮凝劑在進料室內混合並得到加速╃▩☁││，確保汙泥以均勻的最佳狀態進入分離區·◕☁。

　　(2)澄清階段╃│•✘：在離心力的作用下╃▩☁││，汙泥顆粒在轉鼓的直線段快速分離並沉降╃▩☁││，分離的上清液透過設在轉鼓尾端的堰口排出·◕☁。

　　(3)壓縮階段╃│•✘：螺旋輸送器將沉降汙泥推送至卸料端╃▩☁││，汙泥在離心力的作用下得到進一步壓縮╃▩☁││，並釋放出孔隙水·◕☁。

　　(4)雙向擠壓段╃│•✘：在轉鼓的圓錐段╃▩☁││，螺旋輸送器經過適當的設計╃▩☁││，沿軸方向產生雙向擠壓力·◕☁。配合離心機的壓縮作用╃▩☁││，進一步將汙泥的毛細水擠出╃▩☁││，汙泥從卸料口排出·◕☁。

　　1.4 疊螺脫水機

　　1.4.1 工作原理

　　由固定環╃▩☁││，遊動環相互層疊╃▩☁││，螺旋軸貫穿其中形成的過濾主體·◕☁。透過重力濃縮以及汙泥在推進過程中受到背壓板形成的內壓作用實現充分脫水╃▩☁││，濾液從固定環和活動環所形成的濾縫排出╃▩☁││，泥餅從脫水部的末端排出·◕☁。

　　1.4.2 工作過程

　　(1)進泥╃│•✘：透過進泥泵將汙泥輸送至計量槽╃▩☁││，透過計量堰計量的汙泥流入絮凝混合槽╃▩☁││，多餘的部分透過計量槽中央的迴流管返回供泥處·◕☁。

　　(2)絮凝╃│•✘：疊螺汙泥脫水機的絮凝混合槽部分內設攪拌裝置和加藥口╃▩☁││，汙泥和絮凝劑在槽內充分反應╃▩☁││，形成磯花·◕☁。

　　(3)濃縮╃│•✘：磯花在濃縮部主要透過重力濃縮╃▩☁││，把汙泥中的大部分水分以濾液的形式返回生化處理系統在處理╃▩☁││，留在疊螺主體內的磯花透過螺旋軸的轉動慢慢地向脫水部推進·◕☁。

　　(4)脫水╃│•✘：疊螺主體內的螺旋軸的螺距逐漸變小╃▩☁││，環與環之間的空隙也逐漸變小╃▩☁││，在排出口的背壓板的作用下╃▩☁││，脫水部內產生極大的內壓╃▩☁││，使磯花在脫水部充分脫水·◕☁。

　　(5)出泥╃│•✘：磯花脫水後形成的泥餅從背壓板的間隙中排出·◕☁。可以透過調節背壓板的間隙來調節泥餅的含水率和處理量·◕☁。

　　二₪✘、效能比較

　　上述四種汙泥脫水機的效能比較見表1╃│•✘：

　　三₪✘、經濟分析

　　3.1 分析說明

　　3.1.1 品牌選擇

　　在相同生產工況條件下╃▩☁││，國產和進口的汙泥脫水機均能穩定₪✘、可靠執行╃▩☁││，但進口汙泥脫水機裝置投資多₪✘、維修週期長₪✘、維修費用高╃▩☁││，對工況變化的適應性及故障排除方面不如國產汙泥脫水機╃▩☁││，而且國產汙泥脫水機裝置投資少₪✘、技術支援到位₪✘、易損件修復容易₪✘、備品備件供貨期短╃▩☁││，-些自來水廠已考慮將進口汙泥脫水機更換為國產汙泥脫水機╃▩☁││，因此這裡選擇國產某品牌╃▩☁││，業績眾多₪✘、應用廣泛₪✘、質量信譽可靠的汙泥脫水機廠家·◕☁。

　　3.1.2 絕幹汙泥量

　　以江蘇某水廠為例╃▩☁││，原水為長江水╃▩☁││，處理規模10萬m3/d╃▩☁││，絕幹汙泥量約14tDs/d

　　3.1.3 執行方式

　　按照可自控執行選型╃▩☁││，汙泥脫水機每日工作16h(絕幹汙泥處理量為875kgDs/h)╃▩☁││，每年工作360d計算·◕☁。

　　3.1.4 土建費用

　　包括汙泥濃縮池₪✘、汙泥平衡池和脫水機房·◕☁。汙泥濃縮池和汙泥平衡池費用約需170萬元(包含裝置)╃▩☁││，脫水機房費用見下文·◕☁。

　　3.1.5 裝置費用

　　包括通用裝置和專用裝置╃▩☁││，通用裝置主要有PAM泡藥機和螺旋輸送機╃▩☁││，約需30萬元╃▩☁││，專用裝置費用見下文·◕☁。

　　3.1.6 執行費用

　　包括藥費₪✘、水費₪✘、電費₪✘、維護費₪✘、汙泥外運費和汙泥處置費·◕☁。

　　(1)藥費╃│•✘：PAM價格按30元/kg計算·◕☁。

　　(2)水費╃│•✘：按水廠制水成本(包含電耗₪✘、藥耗)0.3元/m3計算·◕☁。

　　(3)電費╃│•✘：按0.8元/kWh計算·◕☁。

　　(4)維護費╃│•✘：見下文·◕☁。

　　(5)汙泥外運費╃│•✘：按50元/t(20km以內)計算·◕☁。

　　(6)汙泥處置費╃│•✘：因處置方式不同費用相差較大╃▩☁││，暫不計算·◕☁。

　　3.2 經濟分析

　　3.2.1 帶式壓濾機

　　選擇上海海巴機械工程有限公司的帶式壓濾機╃▩☁││，選用2臺HTB-2000╃▩☁││，每日連續執行16h╃▩☁││，每臺絕幹汙泥處理量450kgDs/h╃▩☁││，處理後的汙泥含水率按80%(廠家統計的保守均值╃▩☁││，下同)計算╃▩☁││，汙泥量約70t/d·◕☁。每臺佔地面積約9m2╃▩☁││，脫水機房土建費用約60萬元╃▩☁││，帶式壓濾機每臺35萬元╃▩☁││，附屬裝置包括汙泥螺桿泵和加藥泵各2臺╃▩☁││，約20萬╃▩☁││，PAM平均投藥量3kg/tDs╃▩☁││，每臺清洗用水12m3/h╃▩☁││，每臺功率2.2kW╃▩☁││，每臺濾布每8個月更換一次╃▩☁││，每次約3萬元╃▩☁││，軸承每2年更換一次╃▩☁││，每次約5000元·◕☁。計算見表2╃│•✘：

　　3.2.2 板框壓濾機

　　選擇杭州興源過濾科技股份有限公司的板框壓濾機╃▩☁││，選用1臺XAZGFQ350/1600-UK╃▩☁││，每日工作6班╃▩☁││，每班工作週期2.5h╃▩☁││，每班絕幹汙泥處理量2.5t╃▩☁││，處理後的汙泥含水率按65%計算╃▩☁││，汙泥量約31t/d·◕☁。每臺佔地面積約41m2╃▩☁││，脫水機房土建費用約100萬元╃▩☁││，板框壓濾機每臺75萬元╃▩☁││，附屬裝置包括自動水洗₪✘、翻板接液₪✘、自控₪✘、水洗泵₪✘、進料泵和壓榨泵等約37萬元╃▩☁││，PAM投藥量1.5kg/tDs╃▩☁││，每天水洗一次╃▩☁││，每次3m3╃▩☁││，功率8kW╃▩☁││，濾布每6個月更換一次╃▩☁││，每次約2萬元╃▩☁││，板框每年更換10%╃▩☁││，每次約4萬元·◕☁。計算可見表2資料·◕☁。

　　3.2.3 離心脫水機

　　選擇上海市離心機械研究所有限公司的離心脫水機╃▩☁││，選用1臺LW450╃▩☁││，每日連續執行16h╃▩☁││，絕幹汙泥處理量900kgDs/h╃▩☁││，處理後的汙泥含水率按75%計算╃▩☁││，汙泥量約56t/d·◕☁。每臺佔地面積約5m2╃▩☁││，脫水機房土建費用約50萬元╃▩☁││，離心脫水機每臺50萬元╃▩☁││，附屬裝置包括汙泥螺桿泵和加藥泵各一臺╃▩☁││，約32萬元╃▩☁││，PAM投藥量2kg/tDs╃▩☁││，每天水洗一次╃▩☁││，每次2m3╃▩☁││，功率37kW╃▩☁││，螺旋每5年維護一次╃▩☁││，每次約8萬元·◕☁。計算可見表2資料·◕☁。

　　3.2.4 疊螺脫水機

　　選擇上海同臣環保股份有限公司的疊螺脫水機╃▩☁││，選用2臺TECH-404╃▩☁││，每日連續執行16h╃▩☁││，每臺絕幹汙泥處理量450kgDs/h╃▩☁││，處理後的汙泥含水率按80%計算╃▩☁││，汙泥量約70t/d·◕☁。每臺佔地面積約14m2╃▩☁││，脫水機房土建費用約60萬元╃▩☁││，疊螺脫水機每臺55萬元╃▩☁││，附屬裝置包括汙泥泵和加藥泵各2臺╃▩☁││，約4萬元╃▩☁││，PAM投藥量5kg/tDs╃▩☁││，每臺每天水洗一次╃▩☁││，每次2m3╃▩☁││，每臺功率5.5kW╃▩☁││，每臺疊片每年更換10%╃▩☁││，每次約1.5萬元╃▩☁││，每臺螺旋每10年維護一次╃▩☁││，每次約10萬元·◕☁。計算可見表2資料·◕☁。

　　四₪✘、結論與建議

　　綜上所述╃▩☁││，建議自來水廠汙泥脫水機從板框壓濾機和離心脫水機兩者中來選擇╃▩☁││，具體應根據自來水廠的實際情況₪✘、汙泥自身的性質和環保要求的處置方式來選擇合適的汙泥脫水機·◕☁。目前主要的汙泥處置方式為送往城市垃圾衛生填埋場與垃圾混合填埋╃▩☁││，而國家對城鎮自來水廠汙泥混合填埋用泥質暫無相關標準╃▩☁││，城市垃圾衛生填埋場接收汙泥都依據《城鎮汙水處理廠汙泥處置混合填埋用泥質》(GB/T23485-2009)標準╃▩☁││，其中汙泥含水率需小於60%·◕☁。因此╃│•✘：

　　(1)如果環保要求脫水後的汙泥需填埋處置╃▩☁││，建議選擇板框壓濾機╃▩☁││，脫水後的汙泥含固率高₪✘、體積小₪✘、可直接填埋₪✘、不需二次處理╃▩☁││，大大降低了外運處置費·◕☁。

　　(2)如果環保對脫水後的汙泥沒有強制要求╃▩☁││，還可以其他方式處置╃▩☁││，或者汙泥脫水機房場地有限╃▩☁││，無法放置板框壓濾機╃▩☁││，可考慮選擇離心脫水機╃▩☁││，佔地小╃▩☁││，執行環境好╃▩☁││，氣味少·◕☁。

　　(3)如果原水中砂粒含量很高╃▩☁││，離心脫水機的磨損會較嚴重╃▩☁││，維護費用會增加╃▩☁││，建議不要採用離心脫水機·◕☁。