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污泥脱水
来源:本站 作者:匿名 发布:2010/6/28 修改:2010/6/28
隶属:行业新闻 点击:7928
污泥经浓缩之后,其含水率仍在94%以上,呈流动状,体积很大。浓缩污泥经消化之后,如果排放上清液,其含水率与消化前基本相当或略有降低;如不排放上清液,则含水率会升高。总之,污泥经浓缩或消化之后,仍为液态,体积很大,难以处置消纳,因此还需进行污泥脱水。浓缩主要是分离污泥中的空隙水,而脱水则主要是将污泥中的吸附水和毛细水分离出来,这部分水分约占污泥中总含水量的15~ 25%。假设某处理厂有1000m3由初沉污泥和活性污泥组成的混合污泥,其含水率为97.5%,含固量为2.5%,经浓缩之后,含水率一般可降为95%,含固量增至5%, 污泥体积则降至500m3。此时体积仍很大,外运处置仍很困难。如经过脱水,则可进一步减量,使含水率降至75%,含固量增至25%,体积则减至100m3以后,其体积减至浓缩前的1/10,减至脱水前的1/5,大大降低了后续污泥处置的难度。
污泥脱水分为自然干化脱水和机械脱水两大类。自然干化系将污泥摊置到由级配砂石铺垫的干化场上,通过蒸发、渗透和清液溢流等方式,实现脱水。这种脱水方式适于村镇小型污水处理厂的污泥处理,维护管理工作量很大,且产生大范围的恶臭。
机械脱水系利用机械设备进行污泥脱水,因而占地少,与自然干化相比,恶臭影响也较小,但运行维护费用较高。 机械脱水的种类很多,按脱水原理可分为真空过滤脱水、压滤脱水和离心脱水三大类,国外目前正在开发螺旋压榨脱水,但尚未大量推广。真空过滤脱水系将污泥置于多孔性过滤介质上,在介质另一侧造成真空,将污泥中的水分强行“吸入”,使之与污泥分离,从而实现脱水。常用的设备有各种形式的真空转鼓过滤脱水机。压滤脱水系将污泥置于过滤介质上,在污泥一侧对污泥施加压力,强行使水分通过介质,使之与污泥分离,从而实现脱水,常用的设备有各种形式的带式压滤脱水机和板框压滤机。离心脱水系通过水分与污泥颗粒的离心力之差使之相互分离从而实现脱水,常用的设备有各种形式的离心脱水机。
以上几种脱水设备都已有几十年的使用历史,但具体使用情况存在很大差别。二十世纪六七十年代建设的处理厂,大多采用真空过滤脱水机,但由于其泥饼含水率较高、噪声大、占地也大,而其构造及性能本身又无较大的改进,二十世纪80年代以来,已很少采用。板框压滤脱水机泥饼含水率最低,因而一直在采用。但这种脱水机为间断运行,效率低,且操作麻烦,维护量很大,所以使用并不普遍,仅在要求出泥含水率很低的情况下使用。目前国内新建的处理厂,绝大部分都采用带式压滤脱水机,因为该种脱水机具有出泥含水率较低且稳定、能耗少、管理控制不复杂等特点。离心脱水机噪音 大、能耗高、处理能力低,因此以前使用较少。但80年代中期以来,离心脱水技术有了长足的发展,尤其是有机高分子絮凝剂的普遍应用,使离心脱水机处理能力大大提高,加之全封闭无恶臭的特点,离心脱水机采用的越来越多。鉴于以上发展趋势,本文将主要介绍带式压滤脱水机和离心式脱水机的运行控制和维护管理。
污泥在机械脱水前,一般应进行预处理,也称为污泥的调理或调质。这主要是因为城市污水处理系统产生的污泥,尤其是活性污泥脱水性能一般都较差,直接脱水将需要大量的脱水设备,因而不经济。所谓污泥调质,就是通过对污泥进行预处理,改善其脱水性能,提高脱水设备的生产能力,获得综合的技术经济效果。污泥调质方法有物理调质和化学调质两大类。物理调质有淘洗法、冷冻法及热调质等方法,而化学调质则主要指向污泥中投加化学药剂,改善其脱水性能。以上调质方法在实际中都有采用,但以化学调质为主,原因在于化学调质流程简单,操作不复杂,且调质效果很稳定。
一、污泥的脱水性能及其影响因素
1.脱水性能指标
脱水性能系指污泥脱水的难易程度。不同种类的污泥,其脱水性能不同;即使同一种类的污泥,其脱水性能也因厂而异。衡量污泥脱水性能的指标主要有二,一个是污泥的比阻(R),另一个是污泥的毛细吸水时间(CST)。
污泥的比阻系指在一定压力下,在单位过滤介质面积上,单位重量的干污泥所受到的阻力,常用R(m/kg)表示,计算公式如下:
R=2•P•A2•b/(μ•W) (1)
式中,P为脱水过程中的推动力(N/m2);对于真空过滤脱水P为真空形成的负压,对于压滤脱水P为滤布施加到污泥层上的压力;A为过滤面积(m2);μ为滤液的粘度(N•S/m2);W位单位体积滤液上所产生的干污泥重量(kg/m3);b位比阻测定中的一个斜率系数(S/m6),其值取决于污泥的性质。
R的单位还常采用S2/g•mkg与S2/g的换算关系为:1m/kg=9.81×103×S2/g。已有很多人发现,S2/g是一个错误单位,不能真正反应比阻的物理意义。因此在实际测定中,最好统一采用m/kg作为比阻的单位。比阻有一套专用的测定装置,如图1所示,主要包括布氏漏斗、过滤介质、抽滤器、量筒、真空表和真空泵等部分。主要测定程序如下:
(1)准备好待测泥样,泥样量一般为50~200mL之间。该泥样应已测得其含固量。
(2)对于真空过滤,则在布式漏斗的金属承托网上铺一层滤纸,并用少许蒸馏水润 湿。对于带式压滤脱水,则在金属承托网上铺一层脱水用滤布,也用蒸馏水润湿。
(3)将50~200mL污泥样均匀倒入漏斗内的滤纸或滤布上,静置一段时间,直至漏斗底部不再有滤液流出。该段时间一般约2min。
(4)开启真空泵,至额定真空度(一般为380mmHg)时,开始记录滤液体积,每隔15s记录一次,直至漏斗污泥层出现裂缝,真空被破坏为止。在该过程中,应不断调节控制阀,使真空度保持恒定。
(5)从滤纸上取出部分泥样,测其含固量Cμ;从量筒内取部分滤液,测其含固量Ce,并测其温度。
(6)将记录的过滤时间t除以对应的滤液体积V,得t/v值,以t/v为纵坐标,以V为横坐标,可得图2所示的曲线,该曲线的直线段部分的斜率即为b值(s/m6)。
(7)W值可用下式计算:
W= Cμ(C0-Ce)/(C0-Cμ) (2)
(8)A为滤纸或滤布的面积(m2);P为真空产生的负压N/m2。μ可近似取相应温度时水的粘度(N•S/m2)。将A、P、b、1h W值代人公式(2),即得该泥样的比阻。
【实例计算】某处理厂初沉污泥经浓缩后,含固量为5.1%,经比阻试验后,滤纸上污泥的含固量为26.3%,滤液的含固量为0.52%,温度为20℃。比阻测定中的真空负压为380mmHg,滤纸的过滤面积为78.5cm2,t/v — V曲线上直线段斜率为0.025s/cm6。试计算该种污泥的比阻。
解:已有数据及单位换算为
A=78.5cm2=7.85×10-3m2
P=380mnHg=4.9×104N/m2
b=0.025s/cm6=2.5×1010S/m6
20℃时,取μ=1.029×l0-4kg•s/m2=1.029×10-3N•S/m2,C0=5.1%,Cμ=26.3%,Ce =0.52%。
将C0、Cμ、Ce代人式(2),得
W=26.3%×(5.1%-0.52%)/(26.3%-5.1%)=5.68%≈56.8kg/m3
将A、P、b、μ、W值代人式(1),得
R=2×4.9×104×7.85×10-3×7.85×10-3×2.5×1010/(56.8×1.029×10-3)
=2.58×1012m/kg
即该污泥样品的比阻值为2.58×1012m/kg。
污泥的毛细吸水时间系指污泥中的毛细水在滤纸上渗透1cm距离所需要的时间,常用CST表示。有专用的CST测定装置,如图3所示,主要包括泥样容器、吸水 滤纸和计时器三部分。A、B两点的距离为1cm;当污泥中的水分渗透至A点时,计时器开始计时,至B点时,计时器停止计时,测得的时间即为CST值。
R和CST是衡量污泥脱水性能的两个不同的指标,各有优缺点。一般来说,比阻能非常准确地反映出污泥的真空过滤脱水性能,因为比阻测定过程与真空过滤脱水过程是基本相近的。比阻也能较准确地反映出污泥的压滤脱水性能,但不能准确地反映污泥的离心脱水性能,因为离心脱水过程与比阻测定过程相差甚远。CST适用于所有的污泥脱水过程,但要求泥样与待脱水污泥的含水率完全一致,因CST测定结果受污泥含水率的影响非常大。例如,同一污水处理系统产生的污泥,不管排泥浓度高低,其脱水性能 应是相同的,其CST值也应相等。但实测CST时,含水率越大,CST也越大。另外,比阻R测定过程较复杂,受人为因素干扰较大,测定结果的重现性较差;CST测定简便, 测定速度快,测定结果也较稳定,因此在实际运行控制中一般都采用CST作为污泥脱水性能指标。
2.不同污泥的脱水性能及其影响因素
不同种类的污泥,脱水性能相差很大,因而其R值和CST值相差甚远。即使同一种污泥,不同处理厂测得的R和CST也相差较多(有时会相差几倍)。
一般来说,初沉污泥的脱水性能较好;一些处理厂的初沉污泥,其比阻R会低至2.0×1013m/kg,此时污泥不经过调质,也可进行机械脱水。人流污水中工业废水的成分会影响初沉污泥的脱水性能,但其影响有时增强有时削弱,具体取决于工业废水的成分。钢铁或机械加工行业的废水,会使初沉污泥的脱水性能增强;而食品酿造或皮革加工等行业的废水会使初沉污泥的脱水性能降低。腐败的污泥脱水性能会降低,因污泥颗粒变小,并产生气体。
活性污泥的脱水性能一般都很差,其比阻常在10.0×1013m/kg,CST常在100s之上,不经调质,无法进行机械脱水。泥龄越长的污泥,脱水性能越差;SVI值越高的污泥,其脱水性能也越差。一般来说,发生膨胀的活性污泥,无法进行机械脱水,否则会耗用大量的化学药剂进行调质。
初沉污泥与活性污泥的混合污泥,其脱水性能取决于两种污泥分别的脱水性能,以及每种污泥所占的比例。一般来说,活性污泥比例越大,混合污泥的脱水性能也越差。
消化污泥与消化前的生污泥相比,虽然污泥颗粒减小,但颗粒的有机分降低,比重增大,粘度减小,因而其脱水性能会略有提高。但已发现一些处理厂的污泥经消化之后比阻增大,脱水性能恶化。其原因系由于消化采用机械搅拌,搅拌强度太大,将污泥絮体打碎。采用沼气搅拌的消化池一般无此情况。
二、污泥的化学调质
污泥的比阻R和毛细吸水时间CST越大,污泥的脱水性能越差。一般认为,只有当污泥的比阻R小于4.O×1013m/kg或毛细吸水时间CST小于20s时,才适合进行机械脱水。除少量处理厂的初沉污泥以外,绝大部分处理厂的初沉污泥和所有污水处理工艺系统产生的剩余污泥,其比阻均在4.0×1013m/kg之上,CST均在2Os之上。因此,初沉污泥、活性污泥或二者组成的混合污泥,经浓缩或消化之后,均应进行调质,降低其R值或CST,再进行机械脱水。
1.混凝剂与絮凝剂的种类及其作用机理 污泥调质所用的药剂可分为两大类,一类是无机混凝剂,另一类是有机絮凝剂。无机混凝剂包括铁盐和铝盐两类金属盐类混凝剂以及聚合氧化铝等无机高分子混凝剂。有机絮凝剂主要是聚丙烯酰胺等有机高分子物质。絮凝剂一词只是习惯叫法,严格来说也是混凝剂。另外,污泥调质中还使用一类不起混凝作用的药剂,称为助凝剂。常用的助凝剂有石灰、硅藻土、木屑、粉煤灰、细炉渣等惰性物质。助凝剂的作用是调节污泥的pH(如加石灰),或提供形成较大絮体的骨料,改善污泥颗粒的结构,从而增强混凝剂的混凝作用。
常用的铁盐昆凝剂是三氯化铁。该种混凝剂适合的pH在6.8~8.4之间,因其水解过程中会产生H+,降低pH,因而一般需投加石灰作为助凝剂。三氯化铁在对污泥的调质中能生成大而重的絮体,使之易于脱水,因而使用较多。对于混合生污泥来说,三氯化铁的加药量一般为20~60%,要求相应的石灰技加量一般为200~400%,消化污泥的石灰投加量一般为100~200%。使用三氯化铁的一个较大缺点,是其对金属管道或设备有较强烈的腐蚀,使之降低使用寿命。铝盐混凝剂一般采用硫酸铝。该种混凝剂调质效果不如三氯化铁,且用量也较大,但由于无腐蚀性,且储运方便,使用也较多。聚合氯化铝作为一种高分子无机混凝剂,调质效果好,投药量少,虽价格偏高,但也有相当程度的使用。
目前,人工合成有机高分子絮凝剂在污泥调质中得到普遍使用,并基本上已取代了无机混凝剂。常用的有机高分子絮凝剂是聚丙烯酰胺(俗称三号絮凝剂,PAM),其聚合度n高达20000~90000,相应的分子量高达到50~800万,通常为非离子型高聚物,但通过水解可产生阴离子型,也可通过引入基团制成阳离子型。污泥调质常采用阳离子型聚丙烯酰胺,其作用机理包括两个方面:一是其分子上带电的部位能中和污泥胶体颗粒所带的负电荷,使之脱稳;二是利用其高分子的长链条作用把许多细小污泥颗粒吸附并 缠结在一起,结成较大的颗粒。前一作用称为压缩双电层,后一作用称为吸附架桥。
按照离子密度的高低,阳离子聚丙烯酰胺又分成弱阳离子,中阳离子和强阳离子三种,实际中都采用较多。离子密度越高,其中和负电荷使污泥胶体颗粒脱稳的作用越强,但高离子密度的PAM的分子量往往较小,吸附架桥能力较弱。因此以上三种PAM的污泥调质效果一般相差不大。表1为三种PAM的阳离子密度、分子量以及对消化污泥进行调质的加药量范围。
阳离子PAM的离子密度、分子量及调质加药量 表1
分类 相对离子密度(%) 分子量 调质加药量
弱阳离子PAM <10 4000000~8000000 0.25~5.0
中阳离子PAM 10~25 1000000~4000000 1.0~5.0
强阳离子PAM >25 500000~1000000 1.0~5.0
2.调质药剂的选择
目前调质效果最好的药剂是阳离子聚丙烯酰胺,虽然其价格昂贵,但使用却越来越普遍。但具体到某一处理厂来说,应根据本厂的具体情况,在满足要求的前提下,选择综合费用最低的药剂种类。
采用铁盐或铝盐等无机混凝剂,一般能使污泥量增加15~30%,另外其肥效和热值也都将大大降低。因此当污泥消纳场离处理厂距离较远或污泥的最终处置方式为农用或焚烧时,一般不适合采用无机混凝剂进行污泥调质。但当消纳厂离处理厂很近,且处 置方式为卫生填埋时,采用该类药剂有可能使综合费用降低。另外,使用该类药剂还能在一定程度上降低脱水过程中产生的恶臭。富磷污泥脱水时,还能降低磷向滤液中的释放量;当采用石灰做助凝剂时,石灰还能起到一定的消毒效果。
采用聚丙烯酰胺进行调质,将泥量基本不变,其肥效和热值都不降低,因此当污泥脱水后用作农肥或焚烧时,最好采用该类药剂。另外,阳离子型聚丙烯欧胶在调质过程中,能与一些溶解性折光物质生成沉淀,因而脱水滤液中污染物相对较少,呈透明状。
调质药剂的选择还与脱水机的种类有关系。一般来说,带式压滤脱水机可采用任何一种药剂进行调质污泥,而离心脱水机则必须采用高分子絮凝剂,其原因是离心机内空间较小,对泥量要求很严格,如果采用无机药剂,使泥量增加很多,将大大降低离心机的脱水能力。
很多处理厂为降低污泥调质的综合费用,进行了大量的探索。一个主要途径就是采用了各种各样的复合药剂,即采用两种或两种以上的药剂进行污泥调质。主要有以下几种组合方式:
(1)三氯化铁与阴离子聚丙烯酰胺组合,先加三氯化铁,再加后者。其原理是三氯化铁的电中和作用可使污泥胶体颗粒脱稳,再通过阴离子聚丙烯酰胺的吸附架桥作用, 形成较大的污泥絮体。二种药剂的共同作用,使总的药剂费用降低。
(2)三氯化铁与弱阳离子聚丙烯酿胶组合,先加三氯化铁,再加后者。其原理与组合(1)基本相同。
(3)聚合氯化铝与弱阳离子聚丙烯酰胺组合。
(4)石灰与阴离子聚丙烯酰胺组合使用。
(5)聚合氯化铝与三氯化铁或硫酸铝组合。
(6)阳离子聚丙烯酰胺与一些助凝剂,如粉煤灰、细炉渣、木屑等合用,可降低其用量;国外一些处理厂尝试在阳离子聚丙烯肮胶加入污泥之间,先加入少量高锰酸钾, 可使耗药量降低25~30%,同时还具有降低恶臭的作用。
(7)阳离子型和阴离子型聚丙烯酰胺共用。
许多污水处理厂的运行经验表明,药剂组合使用,往往比单独使用一种的调质效果要好,综合费用会降低,但具体采用哪种组合方式,则因厂而异,处理厂可结合本厂特点,选择出本厂的最佳组合方式。可用烧杯搅拌试验初步选择调质药剂,程序如下:
(1)取几个1L的烧杯洗净待用。
(2)向每个烧杯中加入600mL的待脱水泥样。
(3)向每个泥样中加入不同种类的调质药剂,投加量可按照每种药剂的使用说明,或参照其它处理厂的投加量确定。
(4)向每个泥样中放入相同的搅拌器进行搅拌,搅拌速度为75rpm,搅拌时间控制在3Os,然后停止搅拌,并取出搅拌器。
(5)观测污泥絮体形成情况及其沉降情况,对絮体较大、沉降较快的泥样,对应的调质药剂为最佳选择。
通过以上程序初步选择的药剂,还需用比阻或毛细吸水时间进一步确认并确定最佳投药量,详见后述。
3.最佳投药量的确定
投药量与污泥本身的性质、环境因素以及脱水设备的种类有关系。要综合以上因素,找到既满足要求又降低加药费用的最佳投药量,一般必须进行投药量的试验。程序如下:
(1)按照所选药剂的使用说明或相近处理厂的运行经验,确定一个大致的投药量范围。例如,当采用带式压滤脱水机对初沉生污泥进行脱水时,如采用PAM调质,投药量可选择在1~5.0‰的范围内。
(2)在所选择的投药量范围内,确定几个投药量。例如在1.0~5.0‰的范围内,可确定1.0‰、2.0‰、3.0‰、4.0‰、5.0‰五个投药量。
(3)取几个泥样,每个泥样的体积可在50~200mL之间。按照泥样的量、泥样的含固量、絮凝剂溶液的浓度及所确定的投药量、计算出应向每个泥样中投加的絮凝剂溶液量。
(4)测定每一投药量所对应的泥样的比阻或CST。采用带式压滤脱水或真空过滤脱水时,采用R或CST皆可,但最好采用R;采用离心脱水时,最好采用CST。应注意,絮凝剂溶液不能向几个泥样同时投加,应测定一个,投加一个。
(5)绘制泥样的比阻或CST值与对应的投药量之间的变化曲线。如图4所示,曲线上的最低点对应的投药量即为最佳投药量。
不管污泥原来的比阻或CST多高,经加药调质以后,均应将R降为4.0×1013m/kg以下,否则,投药范围选择不合理或药剂选择不合理,应予以重新选择或确定。
真空过滤采用三氯化铁和石灰进行调质的加药量范围见表2,带式压滤脱水的加药量范围见表3。
各种污泥采用真空过滤脱水时,FeCl3和石灰的加药量 表2
种类 生污泥 消化污泥
初沉污泥 剩余污泥 初沉+剩余 初沉污泥 初沉+剩余
FeCl3(%) 2~4 6~10 2~8 3~5 3~6
CaO(%) 8~10 0~16 9~12 10~13 15~21
生污泥采用带式压滤机脱水时,FeCl3和石灰的加药量 表3
种类 初沉生污泥 剩余活性生污泥
FeCl3(%) 4~6 7~10
CaO(%) 1~14 20~25
真空过滤脱水采用阳离子聚丙烯酰胺进行调质的加药量范围见表4,带式滤脱水和离心脱水采用阳离子聚丙烯酰胺进行调质的加药量范围分别见表5和6。表中括号内数值为典型值。
各种污泥采用真空过滤脱水时PAM的投加量 表4
污泥 生污泥 厌氧污泥
种类 初沉污泥 活性污泥 初沉+活性 初沉污泥 初沉+活性
PAM(%) 0.025~0.05
(0.6) 0.4~0.75
(0.35) 0.1~1.0
(0.35) 0.075~0.2
(0.075) 0.25~0.6
(0.35)
各种污泥采用带式压滤机脱水时PAM的投加量 表5
污泥 生污泥 厌氧消化污泥 好氧消化污泥
种类 初沉污泥 活性污泥 初沉+活性 初沉污泥 初沉+活性 初沉+活性
PAM(%) 0.1~0.45
(0.25) 0.1~1.0
(0.5) 0.1~1.0
(0.35) 0.1~0.5
(0.15) 0.15~0.75
(0.3) 0.2~0.75
(0.5)
各种污泥采用离心(卧螺式)脱水时PAM的投加量 表6
污泥 生污泥 厌氧消化污泥
种类 初沉污泥 活性污泥 初沉+活性 初沉污泥 初沉+活性
PAM(%) 0.1~0.35
(0.2) 0.2~0.75
(0.4) 0.2~0.5
(0.3) 0.3~0.5
(0.3) 0.35~0.75
(0.4)
投药量除与污泥本身性质和脱水方式有关外,还与污泥温度有关系。温度越高,投药量越小;反之,温度越低,投药量越多。一般来说,在保证同样调质效果的前提下,夏季比冬季减少10~20%的投药量。
上述所谓的投药量,实际上系指污泥中单位重量的干固体所需投加的絮凝剂干重量,因而准确地应称之为干污泥投药量,用fm表示。实际中,常采用kg/Mg为fm的单位,即每吨干污泥所需投加药量的千克数,这是一个千分比(‰)的概念。前述几个加药量表中,为便于直观比较,采用了百分比的概念。实际运行中,应根据泥质的变化情况,通过比阻或CST试验,定期确定或调整fm值。利用fm可较准确地计算出每天每班实际要投加的药量。计算如下:
M=Qs•C0•fm (3)
式中,fm为干污泥投药量(kg/Mg);C0为待脱水污泥的浓度(kg/m3);Qs为污泥量(m3/d);M为每天加药量(kg/d)。
【实例计算】某厂采用带式压滤脱水,采用阳离子聚丙烯酰胺进行污泥调质。试验确定干污泥投药量为3.5kg/Mg,待脱水污泥的含固量为4.5%。试计算每天污泥量为 1800m3/d时所需投加的总药量。
【解】已有数据及单位换算如下:
Qs=1800m3/d,C0=4.5%=45kg/m3
fm=3.5kg/t=3.5kg/1000kg•DS
将Qs,C0,fm代入式(3),得
M=1800×45×3.5/1000=284kg
即该厂每天污泥调质所投加的阳离子型聚丙烯酰胺量为284kg。
4.投药系统及操作
投药有干投和湿投两种方法,污泥调质投药常采用湿投法。投加系统一般包括干粉投加及破碎装置、溶药混合装置、贮药池、计量泵和混合器等部分,如图5所示。
PAM通常应存贮在低温干燥的环境中,因PAM遇热或潮湿易结饼失效。干粉加入溶药池后,至少应持续低速搅拌30min以上,以保证PAM充分溶解。没有充分溶解的PAM呈粘糊状,会堵塞计量泵、管道及脱水机的滤布。可用一种简单的方法检验药剂是否充分溶解。取配制好的少量药液滴到一块玻璃片上,观察其是否平稳流动。如果流动不均匀,说明溶解不充分,应继续搅拌。溶液池的温度应控制在10℃以上,否则很难充分溶解。配制好的絮凝剂溶液在24h内一般不会失效,因此运行中可一次性配好一天的用药量。配制的PAM溶液浓度越低,调质效果越好,因低浓度时易溶解,且大分子链能充分伸展开来,充分发挥吸时架桥作用,但太低了会增大脱水机入流量,影响脱水能力。实际运行中,一般将PAM配制成浓度为0.1~1.0%的溶液。如有可能,可再低一些,但配制浓度一定不能过高。
投药点与调质的效果也有较大的关系。投药点离脱水机既不能太远,也不能太近。太近,PAM与污泥混合不充分降低了调质效果;太远,会导致过度混合,同样也降低调质效果。PAM的吸附作用是不可逆的,吸附了大量的污泥颗粒的PAM分子链,如果被打碎就不能再恢复到原来的长度。所谓过度混合就是PAM分子链完成对污泥颗粒的吸附架桥后,继续搅拌将分子链打断或打碎,导致调质效果下降,并进而降低脱水效果。技药点离脱水机太远时,常导致过度混合。当采用离心机脱水时,投药点往往直接设在脱水机上。当采用带式压滤机时,投药点一般设在进泥管线上。在脱水机进泥管线上最好多设几个投药点,以便调节灵活,如图5所示。1号投药点可设在离脱水机6~9m的范围内。2号投药点设在离脱水机1~1.5m的范围内,3号投药点则紧靠脱水机。
在运行中,计量加药泵每周至少应校正并维护一次,以保证加药的准确。投药不足或太多,都将降低调质与脱水效果。带式压滤脱水机对加药的准确性要求尤其严格,因为当加药不足时,重力区脱去的自由水量将减少,使污泥溢出,并能在挤压区被挤出滤布。另外,加药不足的活性污泥极易堵塞滤布,增大冲洗量。当加药过量时,泥饼会粘在滤布上剥离不下来,造成运转麻烦。另外,加药过量的污泥不易在滤布上摊铺均匀, 导致泥饼质量下降。
三、脱水效果的评价指标
有两个主要指标衡量脱水效果的好坏:一个是泥饼含固量Cμ,另一个是固体回收率η。
泥饼是一个广义词,实际上只有压滤脱水后的污泥才呈饼状,离心脱水后的污泥不是饼状。实际中所有方式脱水后的污泥均称之为“泥饼”。泥饼含固量的高低是评价脱水效果好坏的最重要指标,含固量越高,污泥体积越小,运输和处置越方便。
固体回收率是泥饼中的固体量占脱水污泥中总干固体量的百分比,用可表示。可越高,说明污泥脱水后转移到泥饼中的干固体越多,随滤液流失的干固体越少,脱水率越高。η可用下式计算:
η=Cμ(C0-Ce)/[C0(Cμ-Ce)] (4)
式中,Cμ为泥饼的含固量(%);Ce为滤液中的含固量(%);C0为脱水机进泥的含固量(%)。
【实例计算】某厂消化污泥的含固量为5%,经脱水之后,实测泥饼的含固量为25%,脱水滤液的含固量为0.5%。试计算该脱水系统的固体回收率。
【解】已有数据为C0=5%、Cμ=25%、Ce=0.5%。
将C0、Cμ、Ce代人式(4),得
η=25%(5%-0.5%)/[5%(25%-0.5%)]=91.8%
即该脱水系统的固体回收率为91.8%。
需用泥饼含固量和固体回收率两个指标同时评价脱水效果的好坏。只获得较高的泥饼含固量,而固体回收率很低,或者固体回收率很高,但泥饼含固量很低,都说明脱水效果不佳,应分析其原因。一般来说,正常运行的污泥脱水系统,泥饼含固量应在20%以上,固体回收率应在85%以上。脱水效果较好时,泥饼含固量可达25%左右,固体回收率可超过95%。虽然泥饼的含固量越高越好,但在很多情况下并不需要太高。例如,当污泥消纳场离处理厂很近或在处理厂附近作农肥,或就近卫生填埋时,并不需要太高的含固量。此时,只要含固量大于20%,污泥由液态变为固态即可,因为较高的含固量意味着需消耗较多絮凝剂,并且常以降低固体回收率为代价。固体回收率越高越好。较低的回收率意味着有较多的固体又重新回到污水处理系统,增加了污水处理系统的负荷。
除以上两个评价指标,脱水机的脱水能力也是一个衡量脱水效果的指标。如果某脱水系统泥饼含固量和固体回收率都很高,但脱水能力较低,入流污泥量不能太大,恐怕也不能认为脱水效果较好。另外,满足以上脱水要求的前提下,如何降低加药量,如何减少脱水机的维护工作量等方面,也是评价脱水效果好坏的一些重要方面。
四、带式压滤脱水机
1.工作原理及构造 带式压滤脱水机是由上下两条张紧的滤带夹带着污泥层,从一连串按规律排列的辘 压筒中呈S形弯曲经过,靠滤带本身的张力形成对污泥层的压榨力和剪切力,把污泥层中的毛细水挤压出来,获得含固量较高的泥饼,从而实现污泥脱水,如图6所示。带式压滤脱水机有很多形式,但一般都分成以下四个工作区:
重力脱水区:在该区内,滤带水平行走。污泥经调质之后,部分毛细水转化成了游离水,这部分水分在该区内借自身重力穿过滤带,从污泥中分离出来。一般来说,重力脱水区可脱去污泥中50~70%的水分,使含固量增加7~10%。例如,脱水机进泥含固量为5%,经重力脱水区之后、含固量可升至12~15%。
模形脱水区:模形区是一个三角形的空间,滤带在该区内逐渐靠拢,污泥在两条滤带之间逐步开始受到挤压。在该段内,污泥的含固量进一步提高,并由半固态向固态转变,为进入压力脱水区作准备。
低压脱水区:污泥经模形区后,被夹在两条滤带之间绕棍压筒作S形上下移动。施加到泥层上的压榨力取决于滤带张力和辘压筒直径。在张力一定时,辘压简直径越大,压榨力越小。脱水机前边三个辘压简直径较大,一般在5Ocm之上,施加到泥层上的压力较小,因此称为低压区。污泥经低压区之后,含固量会进一步提高,但低压区的作用主要是使污泥成饼,强度增大,为接受高压作准备。
高压脱水区:经低压区之后的污泥,进入高压区之后,受到的压榨力逐渐增大,其原因是辘压筒的直径越来越小。至高压区的最后一个银压筒,直径往往降至25cm以下,压榨力增至最大。污泥经高压区之后,含固量进一步提高,一般大于20%,正常情况下在25%左右。
各种形式的带式压滤机一般都由滤带、辘压筒、滤带张紧系统、滤带调偏系统、滤带冲洗系统和滤带驱动系统组成。
滤带,也称为滤布,一般用单丝聚醋纤维材质编织而成,这种材质具有抗拉强度大、耐曲折、耐酸碱、耐温度变化等特点。滤带常编织成多种纹理结构,如图7所示。不同的纹理结构,其透气性能和对污泥颗粒的拦截性能不同,应根据污泥性质选择合适的滤带。一般来说,活性污泥脱水时,应选择透气性能和拦截性能较好的滤带;而初沉污泥脱水时,对滤带的性能要求可较低一些。有的滤带没有接头,但大部分有接头。无接头的滤带寿命可能长一些,因为滤带往往首先从接头处损坏,但该种滤带安装不方便。
脱水机一般设5~7辘压筒,国外一些新型机设8个。这些辘压筒的直径沿污泥走向由大到小,由90cm到2Ocm不等。滤带张紧系统的主要作用是调节控制滤带的张力,即调整滤带的松紧,以达到调节施加到泥层上的压榨力和剪切力,这是运行中的一种重要工艺控制手段。滤带调偏系统的作用是时刻调整滤带的行走方向,保证运行正常。滤带冲洗系统的作用是将挤人滤带的污泥冲洗掉,以保证其正常的过滤性能。一般定期用高压水反方向冲洗。
2.工艺控制
不同种类的污泥要求不同的工作状态,即使同一种污泥,其泥质也因前级工艺运行 状态的变化而改变。实际运行中,应根据进泥泥质的变化,随时调整脱水机的工作状态,主要包括带速的调节、带张力的调节以及调质效果的控制。
(1)带速的控制
滤带的行走速度控制着污泥在每一工作区的脱水时间,对出泥泥饼的含固量、泥饼厚度及泥饼剥离的难易程度都有影响。带速越低,泥饼含固量越高,泥饼越厚,越易从滤带上剥离;反之,带速越高,泥饼含固量越低,泥饼越薄,越不易剥离。因此,从泥饼质量看,带速越低越好,但带速的高低直接影响到脱水机的处理能力,带速越低,其处理能力越小。对于某一种特定的污泥来说,存在最佳带速控制范围,在该范围内,脱水机既能保证一定的处理能力,又能得到高质量的泥饼,固体回收率也较高。对于初沉污泥和活性污泥组成的混合污泥来说,带速一般应控制在2~5m/min。进泥量较高时,取高带速,反之取低带速。活性污泥一般不宜单独进行带式压滤脱水,否则带速须控制在1.0m/min以下,处理能力很低,极不经济。
不管进泥量多少,带速一般不要超过5m/min。因为带速太高时,会大大缩短重力脱水时间,使在模形区的污泥不能满足挤压要求,进入低压区或高压区后,污泥将被挤压溢出滤带,造成跑料。
(2)滤带张力的控制
很明显,滤带张力会影响泥饼的含固量,因为施加到污泥层上的压力和剪切力直接决定于滤带的张力。滤带张力越大,泥饼含固量越高。对于城市污水混合污泥来说,一般将张力控制在0.3~0.7MPa,常在0.5MPa。当张力太大时,会将污泥在低压区或高压区挤压出滤带,导致跑料,或压进滤带造成堵塞。
大部分情况下,上下滤带的张力相等。但适当调整上下滤带的张力,使下滤带的张力略低于上滤带,有时会明显提高污泥的成饼率。
(3)调质的控制
污泥调质效果,直接影响脱水效果。带式压滤脱水机对调质的依赖性更强。如果加药量不足,调质效果不佳时,污泥中的毛细水不能转化成游离水在重力区被脱去,因而由模形区进入低压区的污泥仍呈流动性,无法挤压。反之,如果加药量太大,一是增大处理成本,更重要的是由于污泥粘性增大,极易造成滤带被堵塞。对于城市污水混合污泥,采用阳离子PAM时,干污泥投药量一般为1~1Okg/t,具体可由试验确定,或在运行中反复调整。
由于带式压滤脱水机无法进行完全封闭,常产生恶臭。在污泥调质加药时,加入适量的高锰酸钾或三氯化铁,可大大降低恶臭程度。另外,适当加入一些阴离子或非离子PAM,可明显使泥饼从滤带上易于剥离。
(4)处理能力的确定
带式压滤脱水机的处理能力有两个指标:一个是进泥量,另一个是进泥固体负荷。
进泥量系指每米带宽在单位时间内所能处理的湿污泥量[m3/(m•h)]常用q表示。进泥固体负荷系指每米带宽在单位时间内所能处理的总干污泥量[kg(m•h)], 常用qs表示。很明显,q和qs取决于脱水机的带速和滤带张力以及污泥的调质效果,而带速、张力和调质又取决于所要求的脱水效果,即泥饼含固量和固体回收率。因此,在污泥性质和脱水效果一定时,q和qs也是一定的,如果进泥量太大或固体负荷太高,将降低脱水效果。一般来说,q可达到4~7m3/(m•h),qs可达到150~250kg/(m•h)。 不同规格的脱水机,带宽也不同,但一般不超过3m,否则,污泥不容易摊布均匀。q和qs乘以脱水机的带宽,即为该脱水机的实际允许进泥量和进泥固体负荷;运行中,运行人员应根据本厂泥质和脱水效果的要求,通过反复调整带速、张力和加药量等参数,得到本厂的q和qs,以方便运行管理。表7为各种污泥进行带式压滤脱水的性能数据,供运行调试中参考。
各种污泥进行带式压滤脱水的性能数据 表7
污泥种类 进泥含固量 进泥固体负荷 PAM加药量 泥饼含固量
(%) [kg/(m•h)] (kg/t) (%)
生污泥 初沉污泥 3~10 360~680 1~5 28~44
活性污泥 0.5~4 45~230 1~10 20~35
混合污泥 3~6 180~590 1~10 20~35
厌氧消化污泥 初沉污泥 3~10 360~590 1~5 25~36
活性污泥 3~4 40~135 2~10 12~22
混合污泥 3~9 180~680 2~8 18~44
好氧污泥 混合污泥 1~3 90~230 2~8 12~20
3.日常维护管理
带式压滤脱水机的日常维护主要包括以下内容:
(1)注意时常观测滤带的损坏情况,并及时更换新滤带。滤带的使用寿命一般在3000~10000h之间,如果滤带过早被损坏,应分析原因。滤带的损坏常表现为撕裂、腐蚀或老化。以下情况会导致滤带被损坏,应予以排除:滤带的材质或尺寸不合理;滤带的接缝不合理;辘压筒不整齐,张力不均匀,纠偏系统不灵敏。
由于冲洗水不均匀,污泥分布不均匀,使滤带受力不均匀。
(2)每天应保证足够的滤布冲洗时间。脱水机停止工作后,必须立即冲洗滤带,不能过后冲洗。一般来说,处理1000kg的干污泥约需冲洗水15~20m3,在冲洗期间,每米滤带的冲洗水量需10m3/h左右,每天应保证6h以上的冲洗时间,冲洗水压力一般应不低于586kPa。另外,还应定期对脱水机周身及内部进行彻底清洗,以保证清洁,降低恶臭。
(3)按照脱水机的要求,定期进行机械检修维护,例如按时加润滑油、及时更换易损件等等。
(4)脱水机房内的恶臭气体,除影响身体健康外,还腐蚀设备,因此脱水机易腐蚀部分应定期进行防腐处理。加强室内通风,增大换气次数,也能有效地降低腐蚀程度,如有条件,应对恶臭气体封闭收集,并进行处理。
(5)应定期分析滤液的水质。有时通过滤液水质的变化,能判断出脱水效果是否降低。正常情况下,滤液水质应在以下范围:
SS =200~1000mg/L
BOD5=200~800mg/L
如果水质恶化,则说明脱水效果降低,应分析原因。
当脱水效果不佳时,滤液SS会达到数千毫克升。
冲洗水的水质一般在以下范围:
SS=1000~200Omg/L
BOD5=100~500mg/L
如果水质太脏,说明冲洗次数和冲洗历时不够;如果水质高于上述范围,则说明冲洗水量过大,冲洗过频。
4.异常问题的分析及排除
现象一:泥饼含固量下降。
其原因及解决对策如下:
(1)调质效果不好。一般是由于加药量不足。当进泥泥质发生变化,脱水性能下降时,应重新试验,确定出合适的干污泥投药量。有时是由于配药浓度不合适,配药浓度过高,絮凝剂不易充分溶解,虽然药量足够,但调质效果不好。也有时是由于加药点位置不合理,导致絮凝时间太长或太短。以上情况均应进行试验并予以调整。
(2)带速太大。带速太大,泥饼变薄,导致含固量下降,应及时地降低带速。一般应保证泥饼厚度为5~1Omm。
(3)滤带张力太小。此时不能保证足够的压榨力和剪切力,使含固量降低。应适当增大张力。
(4)滤带堵塞。滤带堵塞后,不能将水分滤出,使含固量降低,应停止运行,冲洗滤带。
现象二:固体回收率降低。
其原因及控制对策如下:
(1)带速太大,导致挤压区跑料,应适当降低带速。
(2)张力太大,导致挤压区跑料,并使部分污泥压过滤带,随滤液流失,应减小张力。
现象三:滤带打滑。
其原因及控制对策如下:
(1)进泥超负荷,应降低进泥量。
(2)滤带张力太小,应增加张力。
(3)辘压筒损坏,应及时修复或更换。
现象四:滤带时常跑偏。
其原因及控制对策如下:
(1)进泥不均匀,在滤带上摊布不均匀。应调整进泥口或更换平泥装置。
(2)辘压筒局部损坏或过度磨损,应予以检查更换。
(3)辘压筒之间相对位置不平衡,应检查调整。
(4)纠偏装置不灵敏。应检查修复。
现象五:滤带堵塞严重。
其原因及控制对策如下:
(1)每次冲洗不彻底,应增加冲洗时间或冲洗水压力。
(2)滤带张力太大,应适当减小张力。
(3)加药过量。 PAM加药过量,粘度增加,常堵塞滤布,另外,未充分溶解的PAM,也易堵塞滤带。
(4)进泥中含砂量太大,也易堵塞滤布,应加强污水预处理系统的运行控制。
5.分析测量与记录
每班应监测分析以下指标:进泥的流量及含固量;泥饼的产量及含固量;滤液的流量及水质(SS、BOD5、TN、TP可每天一次);絮凝剂的投加量;冲洗水水量及冲洗后水质,冲洗次数和每次冲洗历时。
每班应计算或测量以下指标:滤带张力、带速;固体回收率;干污泥投药量;进泥固体负荷。
五、离心脱水机
离心机用于污泥浓缩及脱水已有几十年的历史,经过几次更新换代,目前普遍采用的是卧螺离心机。这种离心机有很多英交名字,例如Solid -bowl Centrifuge、Conveyor Centrifuge、Scroll Centrfuge、Decanter Centrifuge等,相应的中文名字有转筒式离心机,固—碗式离心机、卧螺式离心机、涡转式离心机、螺旋输送式离心机等。以下介绍中统一简称为离心脱水机。
1.工作原理及构造
离心脱水机主要由转鼓和带空心转轴的螺旋输送器组成,如图8所示。污泥由空心转轴送入转筒后,在高速旋转产生的离心力作用下,立即被甩人转鼓腔内。污泥颗粒由于比重较大,离心力也大,因此被甩贴在转鼓内壁上,形成固体层(因为环状,称为固环层);水分由于密度较小,离心力小,因此只能在固环层内侧形成液体层, 称为液环层。固环层的污泥在螺旋输送器的缓慢推动下,被输送到转鼓的锥端,经转鼓 周围的出口连续排出;液环层的液体则由堰口连续“溢流”排至转鼓外,形成分离液, 然后汇集起来,靠重力排出脱水机外。进泥方向与污泥固体的输送方向一致,即进泥口和出泥口分别在转鼓的两端时,它称为顺流式离心脱水机,如图8所示;当进 泥方向与污泥固体的输送方向相反,即进泥口和排泥口在转鼓的同一端时,它称为逆流式离心脱水机,如图9所示。
转鼓是离心机的关键部件。转鼓的直径越大,离心机处理能力也越大。转鼓的长度一般为直径的2.5~3.5倍,越长,污泥在机内停留的时间也越长,分离效果也越好。 目前,最大的离心机的转鼓直径为183cm,长度为427cm,每小时处理污泥135m3,每天高达3300m3。但离心机太大时,制造费用和处理成本都不经济。转鼓的转速是一个重要的机械因素,也是一个重要的工艺控制参数。转速的高低取决于转鼓的直径,要保证一定的离心分离效果,直径越小,要求的转速越高;反之,直径越大,要求的转速也越低。离心分离效果与离心机的分离因数有关。分离因数是颗粒在离心机内受到的离心力与其本身重力的比值,用下式计算:
α=n2•D/1800 (5)
式中,α为分离因数;n为转鼓的转速(r/min);D为转鼓的直径(m)。
不同的离心机,其分离因数的调节范围不同。α在1500以下的称为低速离心机,或低重力离心机(Loww-G);α在1500以上的称为高速离心机,或高重力离心机(High-G)。这两种离心机在污泥浓缩和脱水中都有采用,但绝大部分处理厂均采用低速离心机。高速离心机因为虽然可获得98%以上的高固体固收率,但能耗很高,并需较多的维护管理。而低速离心机的固体回收率一般也能在90%以上,但能耗要低很多。
空心转轴螺旋输送器,既投配污泥,又起使污泥产生离心力的作用,同时还负责将固环层的污泥输离液环层,实现泥水分离。螺旋在转鼓的锥角处,直径开始变小,将污泥“捞出”液环层。锥角一般在8~12°之间。螺旋的外边缘极易被转鼓磨损,磨损严重时,会降低脱水效果。一些新型脱水机螺旋外缘做成装配块,磨损以后,可很方便地更换。螺旋的旋转方向与转鼓的相同,但转速略高于转鼓转速,二者速度之差,即为污泥被输出的速度,决定着污泥在机内停留时间的长短,因而是一个重要的工艺控制参数。 另外,可用溢流调节堰调整液环层的厚度,这也是一个重要的工艺调节参数。通过液环层厚度的调整,可以改变在岸区的停留时间。所谓岸区,系指污泥离开液环层至排出口的距离,为转鼓锥体的一部分。
顺流式离心机和逆流式离心机各有优缺点。逆流式由于污泥中途改变方向,对转鼓内流态产生水力扰动,因而在同样条件下,泥饼含固量较顺流式略低,分离液的含固量略高,总体脱水效果略低于顺流式。但逆流式的磨损程度低于顺流式,因为顺流式转鼓与螺旋之间通过介质全程存在磨损,而逆流式只在部分长度上产磨损。一些产品在逆流离心机的进泥口处做了一些改造,从而能降低了污泥改变方向产生的扰动程度。目前,顺逆流两种离心机都采用较多,但顺流式略多于逆流式。国产污泥脱水用离心机种类很少,基本上都为顺流式。
2.工艺控制
在实际运行中,污泥的泥质和泥量会发生变化,为保证脱水效果不变,应随时调整离心机的工作状态,主要包括分离因数的控制、转速差的控制、液环层厚度的控制、调质效果的控制和进泥量的控制。
(1)分离因数的控制
离心机转鼓的转速一般能在较大范围内无级调节,通过调节转速,可以控制离心机分离因数,使之适应不同泥质的要求。一般来说,污泥颗粒越大,密度越大,需要较低的分离因数,反之则需要较高的分离因数。初沉污泥一般只需较小的α值,即能获得较好的脱水效果。消化污泥颗粒虽然变小,但由于其密度增大,所需要的α值与初沉污泥的基本相当。活性污泥的密度小,污泥颗粒的尺寸也小,要获得较高的脱水效果,则需要较大的α值。活性污泥的SVI值越高,所需的α值也越大。泥龄越长的污泥,所需要的α值越大。处于膨张状态的活性污泥,一般需要高速离心机才能进行脱水。混合污泥要求的α值取决于活性污泥所占的比例,活性污泥比例越高,所需α值越大。当进泥泥质不变时,增大α值,可提高脱水的固体回收率,提高分离液的清澈度。α值增大,能耗也随之上升,因而除非需要高固体回收率,否则不需太高的α值。城市污水混合污泥 的α值一般在800~1200之间,具体可通过离心模拟试验或直接对离心机进行调试得出,也可参考相近厂的数值。由α值可计算出转鼓的转速:
(6)
式中,n为转鼓的转速(r/min);α为分离因数;D为转鼓的直径(m)。
【实例计算】某处理厂混合污泥进行离心脱水,要求分离因数控制在l200,离心机转鼓的直径为0.40m。试计算并调节转鼓的转速。
【解】已知α=1200,D=0.4m,将α和D带入式(6),得
即应将转鼓转速调至2323r/min。
(2)液环层厚度的控制
当进泥量一定时,液环层越厚,污泥在液环层内进行分离的时间越长,会有更多的污泥被分离出来;另一方面,液环层变厚,会降低某些小颗粒受扰动而随分离液流失的可能性。综合以上两方面的作用,液环层增厚一般会提高脱水的固体回收率。但液环层增厚,相应会使岸区缩短,如图10所示,使脱离液环层的污泥没有充足的时间被“摔干”,因此泥饼含固量将下降。在控制液环层厚度时应在高固体回收率与泥饼含固率之间权衡。除污泥脱水后进行焚烧处置外,一般情况下无需追求过高的泥饼含固量,而固体回收率则越高越好,因此液环层厚度应尽可能调大一些。离心机液环层厚度一般在5~15cm之间,具体取决于离心机的规格以及进泥泥质。初沉污泥可相对薄一些,以便保证高固体回收率的前提下,尽量提高泥饼的含固量。活性污泥脱水时,液环层应相对厚一些,否则很难保证一定的固体回收率。原因之一是活性污泥颗粒小,需要较长的泥水离心分离时间,原因之二是其污泥颗粒受扰动,极易泛起,随分离液流失。混合污泥脱水时的液环层厚度介于二者之间,具体取决于其中活性污泥所占的比例。
(3)转速差的控制
转速差是指转鼓与螺旋的转速之差,即两者之间的相对转速。如果转速差为△n,则螺旋相对于转鼓来说,等于以△n的速度在旋转,液环层中被分离出的污泥就是利用这个速度被输送出脱水机的。当进泥量一定时,转速差越大,污泥在脱水机中停留的时间越短,固环层就越薄;另一方面,转速差越大,由于转鼓与螺旋之间的相对运动增大,必然使对液环层的扰动程度增大,固环层内部分被分离出来的污泥会被重新泛至液环层,并有可能随分离液流失。综上所述,转速差增大时,脱水的固体回收率和泥饼的含固量都将降低,但增大转速差可提高离心机的处理能力。反之,减小转速差时,污泥在转鼓内接受离心分离的时间将延长,同时由于转鼓和螺旋之间的相对运动减小,对液环层的扰动也减轻,因此固体回收率和泥饼含固量均将提高,但减小转速差,往往使处理能力降低。转速差不能太小,否则将由于污泥在机内积累,使固环层厚度大于液环层,导致污泥随分离液大量流失,固体回收率急剧下降,严重时还会由于阻力过大,扭矩超负荷损坏离心机。一般离心机都允许在较大范围内调节转速差,城市污水污泥一般 在2~35r/min的范围内,具体取决于进泥泥量和泥质。在进泥量一定时初沉污泥进行脱水,转速差可高一些,活性污泥应低一些,混合污泥介于二者之间。
(4)调质效果的控制
离心脱水一般宜用高效的阳离子PAM,不能采用无机盐类混凝剂,主要原因是离心机为封闭式强制脱水,对进泥量有较严格的要求,如果采用无机类混凝剂将由于污泥量的增加,使离心机的脱水能力大大降低。 当泥质发生变化时,应随时调整干污泥的投药量,保证调质效果。一般来说,当混合污泥中活性污泥比例较大时,应立即增大干污泥的投药量,反之可减少投药量。如果污泥调质效果下降,离心脱水的固体回收率和泥饼含固量也将随之降低。
(5)进泥量的控制及综合调控
每一台离心机都有一个最大进泥量,实际进泥量超过该值时,离心机将失去平衡,并受到损坏,因而运行中应严格控制离心机的进泥量。在允许的范围内,当泥质及调质效果一定时,进泥量越大,固体回收率和泥饼含固量越低;反之,进泥量降低,则固体回收率和泥饼含固量将提高。另外,每台离心机都有一个极限最大入流固体量。如果当由于进泥含固量升高等原因导致人流固体量超过极限值,将由于扭矩过大,使离心机超载而停车。
离心脱水机的运行中,应综合调整各工艺参数,获得最佳的脱水效果。程序如下:
1)确定进泥量。进泥量应保证不使脱水机超负荷,故应满足以下条件:
Q0<Qmax (7)
Q0•C0<Mmax (8)
式中,Q0为进泥流量(m3/h);C0为进泥浓度(kg/m3);Qmax为离心脱水机的最大允许进泥量(m3/h);Mmax为离心脱水机的最大允许入流固体量(kg/h)。
【实例分析】某处理厂离心脱水机的最大允许进泥量为5m3/h,最大允许人流固体量为200kg/h。当进泥量为4.5m3/h,进泥含固量为5%时,请核算该离心机是否超负荷。
【解】Q0=4.5m3/h,C0=5%=50kg/m3,Qmax=5m3/h,Mmax=200kg/h。
将以上数据代人式(7)和(8),得
Q0<Qmax(因而入流不超负荷)
Q0C0=4.5×50=225kg/h
Q0C0Mmax=200kg/h
因而入流固体超负荷,应降低进泥量。按照式(8)
Q0=Mmax/C0=200/50=4m3/h
因此,对于含固量为5%的污泥,进泥量应小于4m3/h。
2)确定最佳干污泥投药量,使污泥经调质以 后,CST值降低至2Os以下。
3)工艺参数预调:将转鼓转速调到最高;将转速差调到最大;调节溢流堰(堰值),将液环层厚度调到最大;
4)按已确定的泥量进泥,待稳定运行15min以后,测定泥饼及分离液的含固率,并按式(6)计算固体回收率。
5)如果固体回收率R大于90%,泥饼含固量Cu〉25%,则进行以下调节:
①逐渐降低转鼓转速,并保持转速差不变,当R降至90%时,停止降低,维持在该转速运转。
②逐渐调节堰板,减小液环层厚度,当R开始下降时,停止调节,维持在该厚度运行。
③逐渐降低转速差,并观测螺旋的扭矩,当扭矩接近允许值时,停止降低,维持在该转速差运行。
④以上调节可确定出转鼓转速、液环层厚度、转速差的合理值,并使R〉90%,Cu〉25%。
6)如果R>90%,Cu<25%。则进行以下调节:
①逐渐降低转速差,当Cu〉25%时,停止降低,维持在该转速差运行。
②逐渐减低转鼓转速,当R降低至90%时,停止降低,维持在该转速运行。
③逐渐降低液环层厚度,当R开始下降时,停止降低,维持在该液环层厚度运行。
7)如果R<90%,Cu>25%。则进行以下调节:
①逐渐降低转速差,当R>90%时,停止降低,维持在该值运行,但应保证扭矩不大于允许最大值。
②逐渐降低转鼓转速,当R开始下降时,停止降低,维持在该值运行。
③逐渐降低液环层厚度,当R开始下降时,停止降低,维持在该值厚度运行。
8)如果R〈90%,Cu〈25%。则进行以下调节:
①逐渐降低转速差,当R〉90%,且R〉25%时,则停止降低,维持在该值运行。 如果扭矩达到允许最大值,仍不能使R〉90%时,R〉25%,则应分析污泥调质是否达到要求的效果或者进泥的含固量太低。
②转鼓转速和液环层厚度的调节同第7)步。
以上各步中的R和Cu值与污泥泥质有关系。初沉污泥或初沉消化污泥的Cu一般大于25%,而混合污泥则具体取决于活性污泥所占的比例。离心脱水的工艺控制是一项很复杂的操作,需进行大量的反复调试,但只要参数值控制合理,一般都能得到较满意 的脱水效果。表8系各种污泥的离心脱水效果,供参考。
离心机对各种污泥的脱水效果 表8
污泥种类 泥饼含固量(%) 固体回收率(%) 干污泥加药量(kg/t)
生污泥 初沉污泥 28~34 90~95 2~3
活性污泥 14~18 90~95 6~10
混合污泥 18~25 90~95 3~7
厌氧消化污泥 初沉污泥 26~34 90~95 2~3
活性污泥 14~18 90~95 6~10
混合污泥 17~24 90~95 3~8
同一台离心机,既可用于脱水也可用于浓缩。正在脱水的离心机当降低干污泥的投药量并增大转速差时,可转化为浓缩工作状态;反之,正处于浓缩工作状态的离心机当增大投药量并降低转速差时,可转化为脱水工作状态。
3.日常维护管理 离心脱水机的日常维护管理包括以下内容:
(1)运行中经常检查和观测的项目有油箱的油位、轴承的油流量、冷却水及油的温度、设备的震动情况、电流读数等,如有异常,立即停车检查。
(2)离心机正常停车时,先停止进泥,继而注入热水或一些溶剂,继续运行10min以后再停车,并在转轴停转后再停止热水的注入,并关闭润滑油系统和冷却系统。当离心机再次起动时,应确保机内冲刷干净彻底。
(3)离心机进泥中,一般不允许大于0.5cm的浮渣进入,也不允许65目以上的砂粒进入,因此应加强前级预处理系统对渣砂的去除。
(4)应定期检查离心机的磨损情况,及时更换磨损件。
(5)离心脱水效果受温度影响很大。北方地区冬季泥饼含固量一般可比夏季低2~3%,因此冬季应注意增加污泥投药量。
4.异常问题的分析与排除
现象一:分离液混浊,固体回收率降低。
其原因及解决对策如下:
(1)液环层厚度太薄应增大厚度。
(2)进泥量太大,应降低进泥量。
(3)转速差太大,应降低转速差。
(4)入流固体超负荷,应降低进泥量。
(5)螺旋输送器磨损严重,应更换。
(6)转鼓转速太低,应增大转速。
现象二:泥饼含固量降低。
其原因及解决对策如下:
(1)转速差太大,应减小转速差。
(2)液环层厚度太大,应降低其厚度。
(3)转鼓转速太低,应增大转速。
(4)进泥量太大,应减小进泥量。
(5)调质加药过量,应降低干污泥投药量。
现象三:转轴扭矩太大。
其原因及解决对策如下:
(1)进泥量太大,应降低进泥量。
(2)入流固体量太大,应降低进泥量。
(3)转速差太小,应增大转速差。
(4)浮渣或砂进入离心机,造成缠绕或堵塞,应停车检修,予以清除。
(5)齿轮箱出故障,应及时加油保养。
现象四:离心机过度震动。
其原因及解决对策如下:
(1)润滑系统出故障,应检修并排除。
(2)有浮渣进入机内,缠绕在螺旋上,造成转动失衡,应停车清理。
(3)机座松动,应及时修复。
现象五:能耗增加电流增大。
其原因及解决对策如下:
(1)如果能耗突然增加,则离心机出泥口被堵塞,主要是转速差太小,导致固体在机内大量积累;可增大转速差,如仍增加,则停车修理并清除。
(2)如果能耗逐渐增加,则说明螺旋输送器被严重磨损,应予以更换。
5.分析测量与记录
离心脱水机运行需分析的项目有:进泥含固量、泥饼含固量、滤液的SS、每班至少一次。
每班应进行下列项目的计算:总入流固体量,固体回收率,干污泥投药量,处理每1000kg污泥的能耗。
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