排泥水處理系統(tǒng)概況

公司共3套凈水裝置，設(shè)計總制水能力為260kt／d，設(shè)計原水濁度30NTU。水源為水庫水，濁度常年在10～20NTU，但臺風暴雨季節(jié)亦高達300NTU，水質(zhì)略顯堿性，含藻類較多，黏度大，沉淀池排泥水主要為無機親水性污泥，其成分由水中無機物、有機物和水處理中投加的聚合氯化鋁（PAC）反應形成的Al2O3等組成，沉淀和脫水性能較差。

公司排泥水處理系統(tǒng)為3#水廠環(huán)保配套設(shè)施，同步建成投產(chǎn)，擔負3套沉淀池排泥水的回收循環(huán)利用處理。排泥水處理系統(tǒng)工藝過程主要包括排泥水調(diào)質(zhì)工序、均質(zhì)工序、濃縮工序、脫水工序、固廢處置工序。排泥水處理裝置工藝流程見圖1。

排泥水處理系統(tǒng)共配備2臺過濾面積為360m2的X1500系列隔膜式壓濾機。1#壓濾機為原裝置配備的進口機，2#壓濾機為技改技措中增置的國產(chǎn)機。2#壓濾機增置目的為增強裝置臺風雨季高濁水應對能力及減輕1#壓濾機運行負荷，為維護保養(yǎng)騰足時間。

壓濾機設(shè)計運行每臺每天2個周期，每周期6h，出餅含水率不大于70%，按3套水廠總制水能力為260kt／d，原水濁度30NTU計，相應臺時產(chǎn)率為0.32t干泥。

隔膜式壓濾機結(jié)構(gòu)及工作原理

X1500系列隔膜式壓濾機是間歇加壓過濾的壓力固液分離機械設(shè)備。由主機部分、輔機部分及電氣控制系統(tǒng)組成。主機部分包括止推板、隔膜板、廂式板、主梁、頭板、液壓系統(tǒng)、拉板系統(tǒng)。輔機部分包括二次壓榨系統(tǒng)、濾布沖洗系統(tǒng)、聚丙烯酰胺（PAM）配投系統(tǒng)。隔膜式壓濾機主要技術(shù)參數(shù)見表1。

過濾壓力／MPa	≤1.6
隔膜壓榨壓力／MPa	≤2.0
過濾面積／m2	360
廂式板／隔膜板量／塊	50／50
過濾室理論深度／mm	35
油缸最大有效行程／mm	1000
油缸直徑／mm	2～360
最大液壓保護壓力／MPa	29
最高壓緊工作壓力／MPa	25
整機重量／kg	26565

 

壓濾機運行過程主要包括：進料過濾、二次壓榨、空氣吹除、卸餅、沖洗濾布五大步序組成。

“進料過濾”步序啟動，液壓缸活塞桿及壓緊板推動濾板向止推板方向移動、壓緊，濾板間形成系列密封濾室。PAM配投系統(tǒng)運行、給料泵前注藥，給料泵啟動，泥漿經(jīng)止推板中心孔送入各濾室，泥漿借助給料泵的壓力，濾液透過濾布背面進入濾板上的排水溝、排水孔排出系統(tǒng)，固形物被截留在濾腔內(nèi)逐漸形成泥餅。

“進料過濾”步序結(jié)束，停注藥，進入“二次壓榨”步序，濾板隔膜膨脹擠壓使泥餅二次脫水。“二次壓榨”結(jié)束，進入“空氣吹除”步序，壓力空氣經(jīng)濾板右上角的排水通道引入濾腔經(jīng)板底排水孔排出，帶走濾餅表面部分游離水。“二次吹除”步序結(jié)束，進入“卸泥”步序，液壓缸活塞桿帶動壓緊板回移松開濾板，機械手逐塊拉開濾板卸餅，卸餅完畢視情況啟動沖洗濾布程序或進入第二個壓濾運行周期。

壓濾機運行中存在的問題

泥餅不成形、黏性大、剝落困難

壓濾機濾室理論深度35mm，泥餅厚度均值小于12mm，泥餅厚度明顯偏薄，泥餅不成形、黏布嚴重、剝落困難、掰分有拉絲現(xiàn)象、裝車困難，泥餅含水率均值不小于81%。

濾布破損率高、使用周期短

2臺隔膜式壓濾機濾布由廠家配備，設(shè)計使用周期為1a。按運行記錄統(tǒng)計，單臺壓濾機平均每運行2個周期有1張濾布破損，單臺壓濾機濾布使用周期破損率高達0.5%。單機配備100張濾布，只用100d全更換完整機濾布。濾布使用周期均值不足設(shè)計周期的1／3。破損部位大多發(fā)生在濾板四角處的排水孔部位。

進料單螺桿泵軸承損壞頻繁

每臺隔膜式壓濾機各配備2臺單螺桿進料泵，一用一備，設(shè)計出口壓力1.2MPa，流量50m3／h。軸承損壞頻繁，使用周期最長2個月，最短時間不足15d。

臺時產(chǎn)率低設(shè)計

總制水能力為260kt／d，原水濁度30NTU計，相應臺時產(chǎn)率為0.32t干泥。實際生產(chǎn)臺時產(chǎn)率平均值不大于0.25t干泥，系統(tǒng)每小時滯積0.14t干泥。另外，雨季時節(jié)，原水濁度經(jīng)常超越設(shè)計值，壓濾機也經(jīng)常停機維護需要時間，顯然，壓濾機產(chǎn)率不能滿足生產(chǎn)需求。

原因分析

泥餅含水率高、產(chǎn)率低

PAM具有壓縮雙電層和吸附架橋雙重功能，可以改善污泥脫水性能，但PAM強黏性質(zhì)亦能造成壓濾機濾布孔隙堵塞，降低濾布的透水性能，導致泥餅變薄、含水率高、壓濾機產(chǎn)率降低等負面效應。

裝置濃縮工序及脫水工序均配備投加PAM系統(tǒng)，PAM分別于濃縮池中心筒及壓濾機進料泵前注入，PAM配制濃度0.1%，兩投加點投加量均為620L／h，按裝置設(shè)計排泥水處理能力0.3%含固率沉淀池排泥水量2500t／d計，則系統(tǒng)投加PAM量近4kg／t干泥。PAM投加量和污泥特征、藥品性質(zhì)、使用環(huán)境等因素有關(guān)，合理的投加量需要依據(jù)生產(chǎn)實際情況確定。

根據(jù)本裝置PAM投加量（4kg／t干泥）及裝置運行生產(chǎn)中注意到的泥餅黏性大、餅面有藥液殘留、濾液黏滑等現(xiàn)象。分析認為：因脫水工序壓濾機進料泵前投加PAM過量，藥液殘留，導致濾布孔隙堵塞、泥餅含水率高，造成“泥餅不成形、黏性大、剝落困難”。

濾布破損率高

由于濾布孔隙堵塞，濾液通過阻力大，來自進料泵壓力泥漿作用下，壓濾機濾室壓力增大，濾布承受泥漿巨大壓力，特別是濾板出水孔處部位，正背面兩側(cè)壓差最大，最易被高壓泥漿沖破。分析認為：濾布破損率高、破損部位原因與壓濾機進料泵前投加過量PAM有關(guān)。

壓濾機進料泵軸承受損

隔膜式壓濾機進料泵為單螺桿回轉(zhuǎn)式容積泵，其工作原理是通過改變工作腔的容積進行吸入和排出。從理論上講只要泵定子、軸承等部件強度足夠，泵出口壓力應該可以無極限高。由于濾布孔隙堵塞，泵出口壓力積儲，轉(zhuǎn)子軸向力持續(xù)增大，以至突破軸承負荷極限。分析認為：進料單螺桿泵軸承損壞頻繁原因與壓濾機進料泵前投加過量PAM有關(guān)。

臺時產(chǎn)率低

壓濾機臺時產(chǎn)率和進料時長、濾布通過能力、污泥比阻值、進料流量、進料污泥濃度、壓濾機過濾面積等因素有關(guān)。

其中污泥比阻值和污泥性質(zhì)有關(guān)，在系統(tǒng)設(shè)計過程中應已充分考濾；壓濾機過濾面積為壓濾機規(guī)格確定為固定參數(shù)；壓濾機進料流量、進料污泥濃度為工藝過程可控制參數(shù)，并非主要因素。PAM投加過量能堵塞濾布孔隙，濾液通過量受限，導致濾腔進料流量受限，單位時間濾布截留固形物量減少，臺時產(chǎn)率降低。進料時長較短，濾布截留污泥量不足，成餅質(zhì)差、量少，甚至泥餅不成形，污泥得不到有效處理，導致壓濾機產(chǎn)率低；進料時長過大，濾布濾液通過能力降低，進料流量降低，單位時間濾布截留污泥量降低，亦能導致壓濾機產(chǎn)率低。

優(yōu)化試驗方案

基于以上對隔膜式壓濾機運行過程中存在的濾布破損率高及臺時產(chǎn)率低等系列問題原因分析結(jié)論，必須降低PAM壓濾機進料泵前投加量及對壓濾機運行周期進料時長進行優(yōu)化調(diào)整，才能達到裝置降耗增效目的。

為確定合理的壓濾機進料泵前PAM投加量及最優(yōu)周期進料時長，設(shè)計了研究壓濾機進料泵前PAM投加量、周期進料時長與臺時產(chǎn)率和濾布破損率等工藝參數(shù)變化關(guān)系的壓濾機運行試驗方案。試驗方案分兩部分，每部分5個階段，第一部分（第1～5階段），PAM投加藥量試驗。研究PAM壓濾機進料泵前投加量與各項工藝參數(shù)變化關(guān)系；第二部分（第6～10階段），周期進料時長試驗。研究周期進料時長與各項工藝參數(shù)變化關(guān)系。

PAM藥投加量試驗

試驗過程中，逐階段遞減50%PAM投加量直至0投加量，并對此期間的泥餅含水率、濾布破損率、臺時產(chǎn)率等指標進行統(tǒng)計分析。從階段試驗結(jié)果得出，PAM投加量從原工況620L／h逐階段遞減至第3階段77.5L／h，濾布破損率從原工況平均值0.5%下降至0，直至第5階段試驗結(jié)束維持0不變。

泥餅含水率平均值從原工況81.00%下降至71.72%，一直維持下降態(tài)勢，但達到設(shè)計指標70%仍有差距；臺時產(chǎn)率平均值從原來0.25t干泥提升至0.29t干泥，一直維持上升態(tài)勢，但達到設(shè)計標準平均值0.32t干泥仍有差距。

由此可見，采用壓濾機進料泵前無加藥工藝操作，可有效規(guī)避濾布破損、進料泵軸承損壞、降低泥餅含水率、提升壓濾機臺時產(chǎn)率。試驗統(tǒng)計數(shù)據(jù)見表2和圖2。

試驗階段	原工況	1階段	2階段	3階段	4階段	5階段
PAM投加量／（L·h-1）	620.0	310.0	155.0	77.5	0	0
階段周期量／個		20	20	20	20	20
周期時長／h		6	6	6	6	6
濾布破損率平均值，%	0.50	0.20	0.07	0	0	0
泥餅含水率平均值，%	81.00	80.19	78.59	76.23	73.94	71.72
臺時產(chǎn)率平均值／（t·h-1）	0.25	0.26	0.26	0.27	0.28	0.29
進料泵損壞量平均值／（次·月–1）	1	—	—	—	—	—

運行時間試驗

維持壓濾機進料泵前無投加PAM，周期進料時長逐階段遞增2h，即從6h遞增至16h。對此期間的泥餅含水率、濾布破損率、臺時產(chǎn)率等指標進行統(tǒng)計分析。從階段試驗結(jié)果得出，試驗濾布破損率維持0增量；泥餅含水率平均值從第5階段71.72%下降至第7階段68.88%，達到工藝指標70%設(shè)計要求。臺時產(chǎn)率平均值從第5階段0.29t干泥提升至第8階段0.38t干泥，達到工藝指標0.310t干泥設(shè)計值，但隨著第9、10周期時長逐漸增加至14h、16h，臺時產(chǎn)率掉頭下行，降至0.30t干泥。由以上分析可見，壓濾機運行時長最佳為12h，見表3和圖3。

試驗階段	5階段	6階段	7階段	8階段	9階段	10階段
PAM投加量／（L·h-1）	0	0	0	0	0	0
階段周期量／個	20	20	20	20	20	20
周期時長／h	6	8	10	12	14	16
濾布破損率平均值，%	0	0	0	0	0	0
泥餅含水率平均值，%	71.72	70.29	68.88	67.51	66.16	64.83
臺時產(chǎn)率平均值／t	0.29	0.31	0.34	0.38	0.34	0.30
進料泵損壞量平均值／（次·月–1）	—	—	—	—	—	—

 

工藝優(yōu)化效果

通過以上兩個部分的工藝方案試驗所獲得PAM 投加量及周期進泥時長數(shù)據(jù)， 對壓濾機運行工藝進行了優(yōu)化調(diào)整。實踐證明，壓濾機運行工況穩(wěn)定未發(fā)生濾布破損情況； 未發(fā)現(xiàn)進料泵軸承惡性損壞事故； 泥餅含水率由原工況平均值 81%下降至 67.51%以下； 餅厚增大由原工況平均值 12mm 增厚至 28 mm，卸餅困難狀況得到改善，壓濾機產(chǎn)率由原工況 0.25 t 干泥有效提升至 0.38 t 干泥以上。工藝優(yōu)化調(diào)整前、后年度降耗估算統(tǒng)計見表。

采用“機前無投加 PAM 工藝”替代“機前投加PAM 工藝”后有效解決隔膜式壓濾機產(chǎn)率低、濾布破損率高、 濾餅含水率高及進料泵故障頻率高等生產(chǎn)問題，降耗增效成果顯著。

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作者：嚴軍開教授，劉世茂教授，陳德漢教授

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