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水厂污泥处理的脱水设备
日期:2013/1/29 11:55:12 人气:2485
我国北方地区随着用水量的增加,可用作饮用水的水源日益减少,许多城市采取长距离引水,以解决水源短缺问题。原水成本不断上升,水厂生产弃水的回收与处理逐渐被提上了日程,国内已有数座自来水生产厂的污泥处理设施相继投入生产运行,效果不一,成本各异。造成这种情况的原因是:自来水厂的生产不同于污水处理厂。形成原水浊度的浊质是多样的,可以是无机的泥沙,也可以是有机的藻类、细菌等,同一水源在一年中浊度与浊质也会随季节的不同差异很大。各地区自来水厂所用的净水药剂品种也是多种多样。因此,生产弃水的处理工艺也各不相同。在污泥处理工艺系统的各个处理单元中,最后的脱水工艺是至关重要的。

1 自来水厂污泥脱水常见的的几种方式

  当前,自来水厂的污泥处理脱水常见的方式有三种:带式压滤机、板框压滤机、离心脱水机。这三种脱水机械从工作原理讲属于两种不同的脱水方式。带式压滤机和板框压滤机都属于过滤原理型脱水机。离心脱水机属于沉淀原理型脱水机。
  过滤原理型脱水机是利用多孔物质(滤布等)对悬浮物(泥浆等)进行过滤。泥浆中的固体颗粒被阻挡在滤布上形成初始泥饼,由于紧靠滤布处的泥浆颗粒间的架桥作用,在继续过滤中,初始泥饼层逐渐增厚,泥饼层起阻挡泥浆颗粒的作用,使泥浆颗粒更加难以穿透由滤布和初始泥饼共同组成的过滤层,更小的泥浆颗粒也被截留住,使脱出的水更清。
  板框压滤机是所有加压过滤机械中最简单和应用最广的一种机型,它由“板”和“框”交替装配而成,“板”和“框”可以是多种材料制成,有木材制的、钢材制的、特种合金制的、塑料、玻璃钢制的。外形可以做成矩形,也可以作成圆形。尺寸范围为100×100~1550×1800mm,滤框厚度30~200mm,操作压力通用型为0.7Mpa,特殊材质的板框压滤机,最大操做压力可达7 Mpa,木制板框压滤机工作压力仅0.4 Mpa。同一种材质的板框压滤机,随着板框面积的增大操作压力逐渐降低。
  板框压滤机又分为手动和自动,不管手动还是自动都是间歇式工作。
  板框压滤机的优点是结构简单,价格便宜,生产能力弹性大,能够在高压下工作,泥饼含水率低。缺点是滤布清洗困难,易磨损,寿命短。
  带式压滤机工作原理与板框压滤机相同,优点是能连续工作,缺点是泥饼含水率较板框压滤机高,同样存在着滤布清洗困难,易磨损,寿命短的问题。
  离心沉降泛指在离心惯性力作用下,用沉降方法分离泥和水。离心脱水机有多种类型,如三足式沉降离心机、卧式刮刀卸料沉降离心机、螺旋卸料沉降离心机等,工作原理有离心过滤型,有离心沉淀型。自来水厂的污泥处理脱水大多采用“卧式螺旋卸料沉降离心机”简称“卧螺机”。 “卧螺机”主要工作原理属于离心沉淀原理。 “卧螺机”主要工作部件是由锥筒、圆筒组合成的转鼓和螺旋内桶组成。泥浆经加料管进入螺旋内桶后,再经内桶的加料孔进入转鼓,沉降到鼓壁的泥渣由螺旋输送至转鼓小端排渣孔排除。螺旋与转鼓同方向旋转,但具有一定的速度差。分离出的水由转鼓的大端排出。“卧螺机”是连续工作的,必须连续注入待分离的固-液两相体,并且不断地排出分离出的固体和液体。
  由于离心脱水机是利用离心沉降原理进行固液分离,所以被处理的固-液两相体必须存在一定的密度差,一般要求密度差要大于0.05g/cm3,处理的颗粒尺寸可以从2μm到5mm,泥浆浓度可以低到1%以下,可见“卧螺机”的适应范围是很宽的。由于“卧螺机”的出泥端转鼓呈圆锥形,泥渣被螺旋输送离开液面后,要经过一段脱水区域进一步脱水,因此,“卧螺机”的泥饼含固率比较高。
  因为“卧螺机”的工作原理是沉淀原理,所以重力沉淀的理论与计算方法,在“卧螺机”的使用和计算上都是适用的。离心沉淀同样也存在着自由沉淀和拥挤沉淀。自由沉淀在层流、过度流、和湍流的沉降速度计算公式,同样适用于离心沉淀,只要把重力加速度g换成离心加速度rω2即可。

      层流区沉降速度公式

     过度区沉降速度公式

  湍流区沉降速度公式


  应注意的是,在重力沉降过程中,沉降的终速度是一个常数;而在离心沉降过程中,沉降速度是随颗粒在转鼓中所处的位置有关的变数;最大沉降速度在转鼓内壁处。

2 离心脱水机的重要技术参数

  (1)分离因数Fr
  分离因数Fr是离心力与重力的比值。也表示离心加速度与重力加速度的比值以及在斯托克斯沉降状态下离心沉降速度与重力沉降速度的比值。分离因数Fr是离心机性能的重要特征之一。

  离心力 

  分离因数 

  分离因数Fr按转鼓内径计算。分离因数大的离心机具有较高的分离能力,当前,“卧螺机”的分离因数可以达到3000~4000。
  (2)离心沉降分离极限
  极限颗粒直径dl:泥水中高分散的颗粒,由于尺寸极小,因布朗运动而具扩散能力,在一定的离心力场的离心力作用下,长期处于悬浮状态而不能被分离,这种颗粒的尺寸称为极限颗粒直径。这种现象称为离心沉降分离极限。极限颗粒直径dl按下式计算:

               

  根据设计的极限颗粒直径dl可计算最小分离因数Fr

               

  应用上两式,可以根据所选定的离心机,计算离心沉降分离极限;也可以根据设计的极限颗粒直径dl,计算所需的最小分离因数,进而选定机型。

3 离心机脱水效率的影响因素

  (1)污泥性质
  水分在固液两相体中存在的划分方法有多种,有的以受力种类来划分,有的以存在形式来划分。自来水厂产生的污泥中的水分,以存在形式来划分,一般有三种存在方式:① 自由水又称游离水,是指固体颗粒之间可以自由移动的水。② 湿存水,是指被“固体表面能”吸附的水分子。③ 结合水,是指结合于固体内部的结晶水或细胞内部的水分。这里讲的脱水是指分离自由水,对于湿存水和结合水,上述方法很难凑效,要用烘干、焙烧或化学的方法加以解决。
  因为“卧螺机”的工作原理是沉淀原理,所以污泥的密度是影响脱水的重要因素。自来水厂的生产弃水所产生的污泥来自两方面:原水中所含的杂质和水处理过程中所投加的各种药剂。污泥的密度也是由这两种因素决定。
  原水中的杂质基本由无机的泥砂和有机的藻类、细菌等组成。一般讲江河水含泥砂较多,湖泊水含藻类、细菌等较多,尤其湖泊水受到污染时情况更加明显。无机质的泥砂密度较大,有利于使用卧螺机进行脱水。藻类、细菌等有机质密度往往接近水的密度,或小于水的密度,不利于使用卧螺机进行脱水。
  水处理过程中所投加的各种药剂中的混凝剂和助凝剂最终要以污泥形式排出水体。无机混凝剂和助凝剂最终形成的污泥密度大于水的密度,有机混凝剂和助凝剂最终形成的污泥密度一般接近或小于水的密度,
  水厂排出的污泥是由原水中的杂质和水处理过程中所投加的各种混凝剂和助凝剂药剂共同形成的,密度很难测定,一般要通过进行污泥沉降实验确定污泥沉降性能。由于,同一水源在一年中会因季节不同原水中的杂质有很大的变化;一年中所投加的药剂品种也会有相应的调整,污泥性质在一年中变化很大。所以,“沉降试验”周期至少要进行一年。以确定最不利于离心脱水的污泥性质和时间段,籍此进行离心机选型。
  (2)水的温度
  水的温度影响沉淀速度。水在不同温度下黏度不同,0℃水的动力黏度为182.5×106公斤·秒/米2,30℃水的动力黏度为81.3×106公斤·秒/米2,两者相差2.24倍。若其他条件不变,冬季与夏季相比分离效果相差很大。
  (3)污泥颗粒直径
  污泥颗粒直径影响沉淀速度。从上述公式可以看出,不论是在层流条件下,还是在过渡流或湍流条件下,颗粒直径都直接影响沉淀速度,但在生产实际中无法测定具体的颗粒直径,不管是单个颗粒直径还是平均颗粒直径。应注意的是在生产过程中尽量追求形成较大的污泥颗粒,并且在污泥处理过程中尽量不打碎已形成的污泥颗粒。以求获得较好的分离条件。
  (4)污泥浓度
  污泥浓度影响沉淀方式。由于离心脱水机的工作原理是沉淀原理,所以同样存在“自由沉淀”和“拥挤沉淀”。由于“拥挤沉淀”是以集群方式大小颗粒共同下沉,可以有较多的小颗粒被裹胁下沉,使泥水达到较好的分离,并得到较清的分离水。较浓的泥浆进入离心机,有利于保持污泥以“拥挤沉淀”方式分离泥水,并且可以减少离心脱水机选用的台数,提高离心机使用率,节省投资。
  (5)对泥浆的予处理
  予处理有多种,这里仅讲两种经常碰到的脱气和絮凝。
  在水厂的污泥处理中,如果前部的浓缩采用气浮工艺,那么被浓缩的污泥中会夹带大量的气泡,减少了污泥的视在密度。由于离心脱水机主要依靠水和污泥颗粒的密度差进行工作,当污泥的视在密度等于或小于水的密度时,离心机将无法工作。因此,泥浆进入离心机前必须进行良好的脱气处理。
  水厂的污泥处理,在泥浆进入离心脱水机前一般都要加入有机絮凝剂以求得到较好的分离效果。投加的有机絮凝剂有多种,经常使用的是聚丙烯酰胺及其衍生物分为非离子型(中性)、阴离子型、阳离子型三类。非离子型中有聚丙烯酰胺、聚氧化乙酰等,阴离子型中有丙烯酰胺共聚物等、聚丙烯酸等,阳离子型中有聚胺、丙烯酰胺共聚物等。合成聚合物价格较高,经验用量为0.1~0.15 mg/L。由于阳离子型絮凝剂的分子量在三者较低,而价格较高,一般多使用阴离子型和非离子型有机絮凝剂。



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