自來水廠制水過程中會產(chǎn)生大量的污泥，平均每生產(chǎn)1萬t飲用水可產(chǎn)生幾十乃至數(shù)百噸的濃縮后污泥(含水率約97%)。數(shù)量如此巨大的污泥很難在自然環(huán)境中消納，必須通過污泥脫水，進一步提高污泥的含固率使之成為固態(tài)的泥餅，以減少污泥體積便于外運處置。
污泥脫水的方式一般有自然干化和機械脫水兩種，自然干化包括干化床和干化塘，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。由于自然干化占地面積大、脫水時間長、衛(wèi)生環(huán)境差且維護管理工作量大，國內(nèi)自來水廠污泥脫水目前一般都采用機械脫水的方式，污泥脫水機的投資和運行成本在整個污泥脫水項目中占有較大份額。下面就四種常用的污泥脫水機的工作原理、技術(shù)特點、優(yōu)缺點和運行成本等進行詳細說明。
一、污泥脫水機工作原理
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污泥層，從一連串有規(guī)律排列的輥壓筒中呈S形經(jīng)過，依靠濾帶本身的張力形成對污泥層的壓榨和剪切力，把污泥層中的毛細水?dāng)D壓岀來，從而實現(xiàn)污泥脫水。
1.1.2 工作過程
帶式壓濾機根據(jù)功能共分為五個區(qū)段，如圖1所示，各區(qū)段功能如下：
1)化學(xué)預(yù)處理脫水段：經(jīng)過濃縮的污泥與一定濃度的絮凝劑在混合器中充分混合以后，污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：絮凝后的污泥經(jīng)布料斗均勻送入網(wǎng)帶，污泥隨濾帶向前運行，游離態(tài)水在自重作用下通過濾帶流入接水槽。
3)楔形區(qū)預(yù)壓脫水段：重力脫水后的污泥隨著帶式壓濾機濾帶的向前運行，上下濾帶間距逐漸減少，物料開始受到輕微壓力，并隨著濾帶運行，壓力逐漸增大。
4)擠壓輥高壓脫水段：物料脫離楔形區(qū)就進入此區(qū)內(nèi)受擠壓，沿濾帶運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(nèi)的間隙游離水被擠出。
5)物料排出段：物料經(jīng)過以上各階段的脫水處理后形成濾餅排出，通過刮泥板刮下，上下濾帶分開，經(jīng)過高壓沖洗水清除濾網(wǎng)孔間的微量物料，繼續(xù)進入下一步脫水循環(huán)。
1.2 板框壓濾機
1.2.1 工作原理
在密閉的狀態(tài)下，經(jīng)過高壓泵打入的污泥經(jīng)過板框的擠壓，使污泥內(nèi)的水通過濾布排出，達到脫水目的。板框壓濾機構(gòu)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(tǒng)閉合濾板。
(2)加壓脫水：投料泵啟動，輸送泥漿進入脫水機內(nèi)，濾框空氣管路上的排氣閥打開排出氣體，濾液經(jīng)濾布排出。
(3)擠壓脫水：投料泵停，排氣閥關(guān)閉，通入壓縮空氣進行擠壓，使泥餅進一步脫水。
(4)泥餅風(fēng)干：進氣管切換至吹氣管，打開廢氣管，輸入壓縮空氣。吹出泥芯，殘余泥水與氣體經(jīng)廢氣管被排出氣水分離器。
(5)卸料及沖洗：吹氣結(jié)束，濾板打開，依次分板卸泥餅后，啟動高壓沖洗水泵對濾布逐一沖洗。整個工作周期約2~4h。
1.3 離心脫水機
1.3.1 工作原理
由轉(zhuǎn)載和帶空心轉(zhuǎn)軸的螺旋輸送器組成，污泥由空心轉(zhuǎn)軸送入轉(zhuǎn)筒，在高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力下，立即被甩入轉(zhuǎn)鼓腔內(nèi)。由于比重不一樣，形成固液分離。污泥在螺旋輸送器的推動下，被輸送到轉(zhuǎn)鼓的錐端由出口連續(xù)排出，液環(huán)層的液體則由堰口連續(xù)“溢流”排至轉(zhuǎn)鼓外靠重力排出。離心脫水機外形及其構(gòu)造如圖3所示。
1.3.2 工作過程
(1)混合與加速均布階段：污泥與絮凝劑在進料室內(nèi)混合并得到加速，確保污泥以均勻的最佳狀態(tài)進入分離區(qū)。
(2)澄清階段：在離心力的作用下，污泥顆粒在轉(zhuǎn)鼓的直線段快速分離并沉降，分離的上清液通過設(shè)在轉(zhuǎn)鼓尾端的堰口排出。
(3)壓縮階段：螺旋輸送器將沉降污泥推送至卸料端，污泥在離心力的作用下得到進一步壓縮，并釋放出孔隙水。
(4)雙向擠壓段：在轉(zhuǎn)鼓的圓錐段，螺旋輸送器經(jīng)過適當(dāng)?shù)脑O(shè)計，沿軸方向產(chǎn)生雙向擠壓力。配合離心機的壓縮作用，進一步將污泥的毛細水?dāng)D出，污泥從卸料口排出。
1.4 疊螺脫水機
1.4.1 工作原理
由固定環(huán)，游動環(huán)相互層疊，螺旋軸貫穿其中形成的過濾主體。通過重力濃縮以及污泥在推進過程中受到背壓板形成的內(nèi)壓作用實現(xiàn)充分脫水，濾液從固定環(huán)和活動環(huán)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：通過進泥泵將污泥輸送至計量槽，通過計量堰計量的污泥流入絮凝混合槽，多余的部分通過計量槽中央的回流管返回供泥處。
(2)絮凝：疊螺污泥脫水機的絮凝混合槽部分內(nèi)設(shè)攪拌裝置和加藥口，污泥和絮凝劑在槽內(nèi)充分反應(yīng)，形成磯花。
(3)濃縮：磯花在濃縮部主要通過重力濃縮，把污泥中的大部分水分以濾液的形式返回生化處理系統(tǒng)在處理，留在疊螺主體內(nèi)的磯花通過螺旋軸的轉(zhuǎn)動慢慢地向脫水部推進。
(4)脫水：疊螺主體內(nèi)的螺旋軸的螺距逐漸變小，環(huán)與環(huán)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(nèi)產(chǎn)生極大的內(nèi)壓，使磯花在脫水部充分脫水。
(5)出泥：磯花脫水后形成的泥餅從背壓板的間隙中排出。可以通過調(diào)節(jié)背壓板的間隙來調(diào)節(jié)泥餅的含水率和處理量。
二、性能比較
上述四種污泥脫水機的性能比較見表1：
三、經(jīng)濟分析
3.1 分析說明
3.1.1 品牌選擇
在相同生產(chǎn)工況條件下，國產(chǎn)和進口的污泥脫水機均能穩(wěn)定、可靠運行，但進口污泥脫水機設(shè)備投資多、維修周期長、維修費用高，對工況變化的適應(yīng)性及故障排除方面不如國產(chǎn)污泥脫水機，而且國產(chǎn)污泥脫水機設(shè)備投資少、技術(shù)支持到位、易損件修復(fù)容易、備品備件供貨期短，-些自來水廠已考慮將進口污泥脫水機更換為國產(chǎn)污泥脫水機，因此這里選擇國產(chǎn)知名品牌，業(yè)績眾多、應(yīng)用廣泛、質(zhì)量信譽可靠的污泥脫水機廠家。
3.1.2 絕干污泥量
以江蘇某水廠為例，原水為長江水，處理規(guī)模10萬m3/d，絕干污泥量約14tDs/d
3.1.3 運行方式
按照可自控運行選型，污泥脫水機每日工作16h(絕干污泥處理量為875kgDs/h)，每年工作360d計算。
3.1.4 土建費用
包括污泥濃縮池、污泥平衡池和脫水機房。污泥濃縮池和污泥平衡池費用約需170萬元(包含設(shè)備)，脫水機房費用見下文。
3.1.5 設(shè)備費用
包括通用設(shè)備和專用設(shè)備，通用設(shè)備主要有PAM泡藥機和螺旋輸送機，約需30萬元，專用設(shè)備費用見下文。
3.1.6 運行費用
包括藥費、水費、電費、維護費、污泥外運費和污泥處置費。
(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)污泥外運費：按50元/t(20km以內(nèi))計算。
(6)污泥處置費：因處置方式不同費用相差較大，暫不計算。
3.2 經(jīng)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(xù)運行16h，每臺絕干污泥處理量450kgDs/h，處理后的污泥含水率按80%(廠家統(tǒng)計的保守均值，下同)計算，污泥量約70t/d。每臺占地面積約9m2，脫水機房土建費用約60萬元，帶式壓濾機每臺35萬元，附屬設(shè)備包括污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，每班工作周期2.5h，每班絕干污泥處理量2.5t，處理后的污泥含水率按65%計算，污泥量約31t/d。每臺占地面積約41m2，脫水機房土建費用約100萬元，板框壓濾機每臺75萬元，附屬設(shè)備包括自動水洗、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數(shù)據(jù)。
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(xù)運行16h，絕干污泥處理量900kgDs/h，處理后的污泥含水率按75%計算，污泥量約56t/d。每臺占地面積約5m2，脫水機房土建費用約50萬元，離心脫水機每臺50萬元，附屬設(shè)備包括污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數(shù)據(jù)。
3.2.4 疊螺脫水機
選擇上海同臣環(huán)保股份有限公司的疊螺脫水機，選用2臺TECH-404，每日連續(xù)運行16h，每臺絕干污泥處理量450kgDs/h，處理后的污泥含水率按80%計算，污泥量約70t/d。每臺占地面積約14m2，脫水機房土建費用約60萬元，疊螺脫水機每臺55萬元，附屬設(shè)備包括污泥泵和加藥泵各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數(shù)據(jù)。
四、結(jié)論與建議
綜上所述，建議自來水廠污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(yīng)根據(jù)自來水廠的實際情況、污泥自身的性質(zhì)和環(huán)保要求的處置方式來選擇合適的污泥脫水機。目前主要的污泥處置方式為送往城市垃圾衛(wèi)生填埋場與垃圾混合填埋，而國家對城鎮(zhèn)自來水廠污泥混合填埋用泥質(zhì)暫無相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，城市垃圾衛(wèi)生填埋場接收污泥都依據(jù)《城鎮(zhèn)污水處理廠污泥處置混合填埋用泥質(zhì)》(GB/T23485-2009)標(biāo)準(zhǔn)，其中污泥含水率需小于60%。因此：
(1)如果環(huán)保要求脫水后的污泥需填埋處置，建議選擇板框壓濾機，脫水后的污泥含固率高、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(huán)保對脫水后的污泥沒有強制要求，還可以其他方式處置，或者污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，占地小，運行環(huán)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(yán)重，維護費用會增加，建議不要采用離心脫水機。( >
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