脫硫廢水污泥脫水方式的比較研究

脫硫廢水含有較高質(zhì)量分數的懸浮物（約1%~3%,高時(shí)達到5%）,對其處理一般采用混凝澄清工藝。脫硫廢水處理過(guò)程中投加了凝聚劑和石灰,所產(chǎn)生的沉淀物主要成分為硫酸鈣和亞硫酸鈣,還有部分氟化鈣、二氧化硅、碳酸鈣及氫氧化鎂、硫化汞等多種重金屬。經(jīng)澄清器濃縮后,所排污泥固體質(zhì)量分數（含固率）可提高至5%~8%。

污泥處理

為進(jìn)一步減少污泥體積,方便處置,需對污泥進(jìn)行脫水處理。目前國內各電廠(chǎng)脫硫廢水污泥處理設備主要有板框式壓濾機和離心式脫水機2種。某電廠(chǎng)脫硫廢水處理系統原污泥處理采用離心式脫水機,由于故障頻繁,長(cháng)期無(wú)法正常運行;后改用板框式壓濾機,并輔以污泥緩沖罐、污泥循環(huán)泵和污泥給料泵等,運行效果良好。下文以該電廠(chǎng)為例,對脫硫廢水污泥脫水方式進(jìn)行比較和研究。

1污泥脫水設備脫水原理簡(jiǎn)介

污泥中水的存在形式包括空隙水、毛細水、表面吸附水和內部結合水。其中空隙水和顆粒間隙中的毛細水約占70%。污泥脫水主要是采用擠壓或離心甩脫的方式將污泥中的空隙水和毛細水分離出來(lái)。污泥脫水使用的設備種類(lèi)較多,比較常用的有板框式壓濾機和離心式脫水機2種。

板框式壓濾機是間歇操作的過(guò)濾設備,混合液通過(guò)泥漿泵抽至過(guò)濾介質(zhì)（濾布）的空腔內,固體停留在濾布上,并逐漸在濾布上堆積形成過(guò)濾泥餅,經(jīng)過(guò)進(jìn)料泵出口壓力擠壓,濾液滲透過(guò)濾布,成為不含固體的清液。其優(yōu)點(diǎn)為濾餅含固率高,分離效果較好。

離心式脫水機利用離心沉降原理進(jìn)行污泥脫水[1],離心沉降是將泥水以較高的的角速度旋轉,當角速度達到一定值時(shí),因離心加速度比重力加速度大得多,固相和液相很快分層。

2某電廠(chǎng)污泥脫水系統改造實(shí)例

2.1原污泥脫水系統簡(jiǎn)介及存在問(wèn)題

某電廠(chǎng)脫硫廢水處理系統采用經(jīng)典的石灰-混凝工藝,出力約為15m3/h,污泥脫水處理系統如圖1所示。

污泥處理

圖1電廠(chǎng)原污泥脫水處理系統示意

經(jīng)實(shí)驗檢測,澄清器底部濃縮后的污泥沉降比SV（混合液在量筒內靜置30min后所形成沉淀污泥的容積占原混合液容積的體積分數,以百分比表示）約60%,該指標能夠相對反應污泥凝聚、沉淀性能。該澄清器底部濃縮后的濕污泥懸浮物質(zhì)量濃度、濕污泥濾液某些指標及干污泥（80℃溫度下烘干24h）中有害物質(zhì)分析結果如表1所示。

表1某電廠(chǎng)脫硫廢水濃縮后污泥及濾液分析結果

污泥處理

經(jīng)計算,該脫硫廢水系統產(chǎn)生的干污泥量約為3.6t/d。電廠(chǎng)原有污泥脫水系統采用的國產(chǎn)離心式脫水機主要參數如表2所示。離心式脫水機投運2年以來(lái),運行狀況不佳,主要缺陷有以下幾點(diǎn)：

（1）設備運行噪聲過(guò)大,接近或超過(guò)國家相關(guān)標準要求;

（2）設備運行時(shí)對污泥濃度均勻性要求較高,離心脫水機運行過(guò)程中經(jīng)常因污泥濃度過(guò)高或過(guò)低跳閘,轉鼓磨損嚴重,設備后期維護投入較大;

（3）污泥經(jīng)脫水后泥餅含水率大于80%,呈半流體狀,塑性較差,裝卸運輸中造成二次污染。

表2離心式脫水機設備參數

污泥處理

2.2污泥脫水系統改造

經(jīng)過(guò)經(jīng)濟和技術(shù)比較,某電廠(chǎng)決定將國產(chǎn)離心脫水機更換為某進(jìn)口品牌板框式壓濾機,并新增污泥緩沖罐,配套設置污泥循環(huán)泵和污泥給料泵;壓濾機系統配套濾布清洗裝置和壓縮空氣反吹裝置。改造后污泥脫水系統如圖2所示。

圖2改造后的污泥脫水處理系統示意

改造后的污泥脫水工藝流程如下：

（1）脫硫廢水污泥經(jīng)澄清器濃縮后進(jìn)入污泥緩沖罐進(jìn)一步混合濃縮。污泥緩沖罐設循環(huán)泵2臺,讓污泥從底部抽出從上部進(jìn)入,如此反復循環(huán),將泥質(zhì)調和均勻,保證進(jìn)入板框壓濾機的污泥性質(zhì)穩定,同時(shí)污泥循環(huán)可避免緩沖罐內污泥沉積堵塞管道。

（2）污泥給料泵將污泥輸送至板框壓濾機。給料泵采用1大1小（大泵高流量低揚程,小泵低流量高揚程）變頻控制。隨著(zhù)壓力的升高,低壓泵停運,只剩下高壓泵穩壓,至壓濾機內部壓力維持在設定值一段時(shí)間。

（3）壓濾機濾液的濁度較小,水質(zhì)優(yōu)于脫硫廢水系統來(lái)水,將其直接回收至脫硫廢水處理系統進(jìn)水端。

（4）壓濾機配套高壓清洗裝置,與清洗水箱、高壓清洗泵配套使用。運行中污泥黏附和堵塞濾布,降低了濾布過(guò)水能力,故設備運行一段時(shí)間必須對濾布進(jìn)行清洗[2]。建議清洗周期不低于每周1次。

脫硫廢水污泥處理系統的核心設備為板框式壓濾機,主要參數如表3所示。壓濾機每天運行4個(gè)周期,每個(gè)周期工作約90min（進(jìn)料時(shí)間50min,反吹約2min,穩壓滴水時(shí)間約5min,卸泥時(shí)間約30min）。過(guò)濾時(shí)壓濾機處于關(guān)閉帶壓狀態(tài),污泥由給料泵（變頻控制）輸送至壓濾機腔室,固體截留在濾布上面,濾液在高壓強的作用下透過(guò)濾布,經(jīng)導管排出設備外。

當污泥給料泵出口壓力達到設定值后,壓濾機自動(dòng)關(guān)閉給料泵和進(jìn)水閥,沖洗進(jìn)料管路并啟動(dòng)中心反吹,待反吹結束,整個(gè)過(guò)濾操作即為完成。卸料時(shí)壓濾機打開(kāi),壓緊板返回。在控制面板上點(diǎn)擊“卸料”后左右小車(chē)啟動(dòng),將濾板拉回,泥餅自然脫落至槽車(chē),卸料完成后外運填埋或摻燒。

表3板框式壓濾機設備參數

與原離心式脫水機相比,板框式壓濾機的優(yōu)勢主要表現在以下幾點(diǎn)：（1）污泥經(jīng)板框式壓濾機脫水后泥餅呈固態(tài),含固率在30%以上,方便運輸,不存在二次污染問(wèn)題。（2）設備運行穩定,噪聲小,工作環(huán)境良好。（3）設備運行不需要繼續投加藥品,節約了運行成本。（4）故障率相對較低,檢修方便。

綜上所述,針對脫硫廢水水質(zhì),板框式壓濾機具有泥餅含固率高和穩定性好的特點(diǎn)[3]。

2.3、2種污泥脫水設備特點(diǎn)及能耗對比

根據改造前后脫水系統運行情況,2種污泥脫水設備主要特點(diǎn)如表4所示。

表4：2種污泥脫水設備的主要特點(diǎn)

由于2種脫水機脫水原理不同,造成2者性能差異較大。離心機是靠轉鼓的離心力高速旋轉將污泥中的空隙水甩出[4],迫使其進(jìn)入外層殼體排出,需要克服的是水分子和固體顆粒之間的粘附力,這時(shí)水分子重力起反作用。除此之外在轉動(dòng)過(guò)程中還有大量的能量因高速轉子磨損而消耗,所以相對能耗較高,但能持續工作[5]。板框壓濾機脫水經(jīng)歷進(jìn)料、擠壓、卸料的周期性間斷操作,進(jìn)料、擠壓過(guò)程中耗能較大,主要克服的是濾液從濾布過(guò)濾的阻力,水分子重力起正面作用,且是周期性工作,所以能耗較低。按1天的處理量計算,離心機需工作8h,板框機需工作4個(gè)周期。2者耗電量和能耗比較如下。

（1）離心脫水機系統：離心機功率22kW,進(jìn)料泵功率3.0kW,兩設備每天運行8h,每天總能耗200kW˙h。

（2）板框壓濾機系統：板框機由液壓缸驅動(dòng),液壓缸功率為5.5kW,每天運行4個(gè)周期約為4h;進(jìn)料泵2臺分別為5.5kW和11kW,每天運行時(shí)間4h;高壓清洗水泵37kW,每周工作1次約2h,折算約每天運行時(shí)間0.3h;合計每天總能耗99.1kW˙h。

由計算結果可知,離心脫水機系統和板框壓濾機系統每噸干污泥能耗分別為55.5kW˙h和27.5kW˙h。

板框壓濾機工作規律為周期性,為了提高脫水效率,一次壓榨處理的污泥量較大,所需的濾布濾板較多,因此相對占據空間要比離心機大;另外,板框壓濾機系統每工作1個(gè)周期,即需用壓縮空氣反吹,還需根據濾布透水能力進(jìn)行濾布清洗（約每周1次[6]）,配套設備較多,所需自動(dòng)化控制水平較離心脫水機要高。

3結語(yǔ)

本文研究結果表明：與離心式脫水機相比,板框式壓濾機更適合某電廠(chǎng)脫硫廢水污泥處理工藝,脫水后的泥餅含固率大于30%,且設備運行穩定,噪聲低。污泥進(jìn)入離心式脫水機或板框式脫水機之前有必要設置污泥緩沖罐及配套裝置,以便對污泥的性質(zhì)和流量進(jìn)行調和緩沖。板框式壓濾機比離心脫水機能耗低,但配套設備較多,需要的空間相對較大,用戶(hù)可根據實(shí)際情況選擇脫硫廢水污泥脫水方式。