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板框壓濾機(jī)脫水系統(tǒng)在水廠排泥水處理項目的應(yīng)用

Category.Technical Literature 411

foreword

福州市西區(qū)水廠總設(shè)計規(guī)模為60萬t/d,采用絮凝池-平流沉淀池-V型濾池凈水工藝,原沉淀池排泥水、濾池反沖洗水混合進(jìn)入廠區(qū)排水系統(tǒng),通過壓力管輸送至廠區(qū)外的排泥水處理場,排泥水經(jīng)高密度濃縮池濃縮,排入自然干化廠,自然干化至約含水率75%,定期清掏外運。利用干化場進(jìn)行污泥脫水,干化場占地面積很大,造成土地資源浪費,其次自然干化場的脫水周期很長,而且受天氣影響很大且不易運輸,更易產(chǎn)生惡臭,造成衛(wèi)生環(huán)境差。根據(jù)福州市規(guī)劃及環(huán)境影響評價要求,福州市西區(qū)水廠工程排泥水經(jīng)處理后,上清液達(dá)到《污泥綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB8978-199)一級標(biāo)準(zhǔn)后排放至閩江,污泥需滿足污泥處置混合填埋泥質(zhì)中對填埋污泥的基本要求-污泥含水率應(yīng)小于60%,污泥含固率達(dá)40%以上。

板框壓濾機(jī)脫水系統(tǒng)在水廠排泥水處理項目的應(yīng)用-板框廂式隔膜壓濾機(jī)

污泥脫水設(shè)備選型依據(jù)

衛(wèi)生填埋要求帶式壓濾機(jī),離心脫水機(jī)等一般能保證出泥含水率在78%左右,Plate and frame filter press脫水具有出泥含固率高,長期運行可靠性強(qiáng),不受污泥性質(zhì)影響等優(yōu)點,配合藥劑調(diào)理,能將脫水機(jī)污泥含固率保持在60%以下,滿足衛(wèi)生填埋要求。因此板框filter press最為符合福州西區(qū)水廠的機(jī)械脫水設(shè)備。

板框壓濾機(jī)的類型

根據(jù)濾板的組成選型板框壓濾機(jī)通常有普通廂式板框壓濾機(jī)和隔膜板框壓濾機(jī),主要是根據(jù)濾板組的組合分,普通廂式板框壓濾機(jī)的濾腔由兩塊普通廂式板組合成一個濾腔,隔膜板框壓濾機(jī)由一塊普通廂板和一塊隔膜板框組成一個濾腔,隔膜板框壓濾機(jī)較普通廂式板框壓濾機(jī)循環(huán)時間短,通過將擠壓水注入隔膜內(nèi)進(jìn)行二次擠壓,出泥含固率較普通廂式板框壓濾稍高,因此選用隔膜板框壓濾機(jī)。

根據(jù)板框壓濾機(jī)結(jié)構(gòu)選型板框壓濾機(jī)根據(jù)結(jié)構(gòu)通常分為懸梁式板框壓濾機(jī)和側(cè)梁式板框壓濾機(jī)。濾板規(guī)格在1200mm×1200mm以下的隔膜板框壓濾機(jī)一般采用側(cè)梁式板框壓濾機(jī),掛板數(shù)量少,成本比較低,國內(nèi)生產(chǎn)技術(shù)也相對成熟,而濾板規(guī)格為1500mm×1500mm,2000mm×2000mm及以上規(guī)格濾板的隔膜板框壓濾機(jī)懸梁式有明顯的運行穩(wěn)定優(yōu)勢,具體優(yōu)勢可以體現(xiàn)在以下幾點:

(1)懸梁式板框壓濾機(jī)由懸梁、兩端端板,及兩組底部拉桿形成三角形結(jié)構(gòu),使壓濾機(jī)堅固安全的承受操作中液壓機(jī)組的動態(tài)閉合壓力,確保關(guān)閉壓力均勻作用于整個濾板,整個板框壓濾機(jī)運行平穩(wěn),使用壽命長。側(cè)梁板框壓濾機(jī)兩根側(cè)梁直線分布,承受液壓缸的關(guān)閉壓力時,容易產(chǎn)生不平衡現(xiàn)象。當(dāng)濾板數(shù)量較多,機(jī)體較長時,橫梁容易變產(chǎn)生彎曲變形。

(2)懸梁式板框壓濾機(jī)采用標(biāo)準(zhǔn)掛鉤將濾板懸掛在頂梁上,單掛臂式走板,而側(cè)梁式板框壓濾機(jī)濾板固定于兩側(cè)橫梁上,長期運行濾板兩側(cè)把手會出現(xiàn)前后錯位,導(dǎo)致后續(xù)的濾板移動空間受限,無法正常卸泥。

(3)懸梁式板框壓濾機(jī)為敞開式,工作時可觀察整個濾腔的工作狀況及濾板的全程卸泥情況,可自由打開濾板組進(jìn)行單獨維護(hù)。而側(cè)掛式板框壓濾機(jī)上濾板橫向安裝在側(cè)梁之上,整個濾板有約1/3被側(cè)梁擋住,很難觀察到壓濾機(jī)的工作情況。

(4)懸梁式板框壓濾機(jī)更換濾布更為方便。由于濾布為損耗品,需要檢修或更換的頻率較高,在檢查及更換濾布濾板方面,側(cè)掛式壓濾機(jī)需要設(shè)置操作平臺從機(jī)器上部調(diào)出濾板。而懸梁式壓濾機(jī)只需要用行車將濾板從掛鉤上調(diào)開,即可從側(cè)面抽出,檢修及更換濾布方便,而且保證了足夠的操作空間。懸梁式板框壓濾機(jī)2000mm×2000mm機(jī)型掛板數(shù)量可達(dá)150塊,最大能達(dá)10002,且采用先進(jìn)的四個液壓缸拉缸閉合濾板的結(jié)構(gòu)。綜合以上對比,濾板規(guī)格在1500mm×1500mm及以上規(guī)格,懸梁式板框壓濾機(jī)更能保證長期穩(wěn)定運行,減少運行維護(hù)費用。

隔膜板框壓濾機(jī)選型的關(guān)鍵參數(shù)

脫水污泥類型及無機(jī)物含量選型需了解污泥類型及進(jìn)入板框壓濾機(jī)的污泥中無機(jī)物的含量也會影響出泥的效果及絮凝劑的使用量,因此無機(jī)物含量較高時,選型之前需要進(jìn)行小試,確定泥餅的出泥含水率范圍,選擇藥劑類型。

進(jìn)泥含水率進(jìn)入隔膜板框壓濾機(jī)的污泥含水率不宜過高,含水率在95~98%比較合理,過高的污泥含水率不僅增加藥劑的使用量,影響絮凝的效果,而且會延長進(jìn)泥時間,增加污泥螺桿泵的流量,增加電耗,而且濾液量過大,會帶走小部分固體,降低固體捕獲率。福州西區(qū)水廠設(shè)置了污泥平衡池,保證進(jìn)入隔膜板框壓濾機(jī)的污泥含水率相對穩(wěn)定在95~97%。

干固體含量隔膜板框壓濾機(jī)每批次處理的干固體量基本保持恒定,因為板框壓濾機(jī)容積為恒定值,因此在設(shè)備選型計算時,干固體含量為關(guān)鍵參數(shù)之一,實際進(jìn)泥干固含量不能低于設(shè)計處理干固含量的85%,否則容易造成隔膜破損,擠壓水濺出。

隔膜板框壓濾機(jī)系統(tǒng)的組成和功能

隔膜板框壓濾機(jī)系統(tǒng)的組成隔膜板框壓濾機(jī)系統(tǒng)由高密度濃縮池,平衡池,隔膜板框壓濾機(jī),絮凝劑制備及投加系統(tǒng),進(jìn)泥泵,壓榨系統(tǒng),高壓沖洗系統(tǒng),空氣壓縮系統(tǒng),泥餅輸送系統(tǒng)。

核心設(shè)備隔膜板框壓濾機(jī)福州市西區(qū)水廠排泥水處理項目脫水污泥為沉淀池排泥水及濾池反沖洗廢水,經(jīng)提升后,輸送至廠區(qū)外的高密度濃縮池。高密度濃縮池對排泥水進(jìn)行加藥以改善其沉降特性,再經(jīng)絮凝、泥水分離、濃縮,污泥進(jìn)入污泥平衡池。濃縮后污泥進(jìn)泥含水率約95~97%,日處理干泥量為25.5t。經(jīng)過選型計算及技術(shù)比較,隔膜板框壓濾機(jī)濾板尺寸為1500mm×1500mm。脫水機(jī)房為上下層結(jié)構(gòu),脫水機(jī)房一層設(shè)置隔膜板框壓濾機(jī)配套的進(jìn)泥、加藥、沖洗、擠壓等設(shè)備,脫水機(jī)房二層布置廂式隔膜壓濾機(jī)及配電系統(tǒng)、控制系統(tǒng)等。污泥脫水機(jī)房及加藥間平面尺寸:34.4m×30.4m,高度14.0m;污泥堆棚平面尺寸:12.0m×23.8m,高度6.6m。懸梁式隔膜板框壓濾機(jī),濾板規(guī)格為1500mm×1500mm,板框體積4.1m3,板框壓濾機(jī)過濾面積252m2,最大過濾壓力0.8MPa,最高壓榨壓力1.6MPa,濾板數(shù)量75,濾腔深度為30/40mm,平均深度35mm,泥餅厚度約25mm。每日工作18h,每批次3h,進(jìn)泥約60min,壓榨40min,卸泥40m,其他時間10min,日運行6批次,設(shè)計單臺處理干泥量約1.06TDS/次,現(xiàn)板框壓濾機(jī)實際單臺處理干泥量約1.1TDS/批次。每臺每批次處理污泥量約30~38m3,污泥經(jīng)PAM絮凝調(diào)理后,脫水泥餅含固率可達(dá)45~50%,泥餅量約3t/批次。隔膜板框壓濾機(jī)及配套通過PLC控制系統(tǒng)、上位機(jī)中控系統(tǒng)實現(xiàn)全自動運行,系統(tǒng)穩(wěn)定可靠。

隔膜板框壓濾機(jī)的工作原理:進(jìn)泥→壓榨水壓榨→反吹→回水→卸泥→清洗。

進(jìn)泥污泥均衡池中污泥經(jīng)攪拌均勻后,通過變頻螺桿泵及附屬連接管路輸送至壓濾機(jī)過濾,進(jìn)料泵進(jìn)料過程是個變頻控制過程,采用高低壓兩套變頻螺桿泵分級進(jìn)泥的方式,即先用大流量低壓螺桿泵進(jìn)泥,到一定壓力后再用小流量高壓螺桿泵進(jìn)泥,同時均配帶變頻根據(jù)壓力變化調(diào)節(jié)流量,隨著進(jìn)料壓力的增大,進(jìn)料量越來越少,當(dāng)壓力達(dá)到設(shè)定高值時,保壓一定時間后,停泵,進(jìn)料過程結(jié)束。濾液一般通過暗流管道排走,濾液回到濾液收集池。

隔膜壓榨進(jìn)料結(jié)束后,開始高壓壓榨過程,壓榨系統(tǒng)是由壓榨水罐、擠壓泵,閥門,儀表及其連接管路等組成。壓榨采用隔膜進(jìn)水?dāng)D壓濾餅脫水,擠壓的目的是為了進(jìn)一步降低泥餅含水率。擠壓過程是通過擠壓泵向隔膜板空腔中注水,通過擠壓相鄰兩塊隔膜板之間的泥餅。安裝在管道上的壓力傳感器反饋信號給擠壓泵變頻器,其變頻控制擠壓泵壓榨過程,當(dāng)系統(tǒng)壓力達(dá)到設(shè)定值,開啟調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)壓榨泵流量,擠壓泵保壓,當(dāng)壓力下降到一定值時擠壓泵再次啟動。

吹脫吹脫系統(tǒng)由空氣壓縮系統(tǒng)和壓縮空氣儲存系統(tǒng)組成,經(jīng)過空壓機(jī)壓縮空氣后進(jìn)入儲氣罐儲存,儲存空氣通過管道連接到機(jī)身吹脫氣管。吹脫是利用壓縮空氣進(jìn)行回吹,中心回吹是從機(jī)身尾端中心進(jìn)料管道吹脫,使中心進(jìn)料管道中未過濾的含水率較高的污泥回流到污泥回流管中。

回水卸壓擠壓吹脫完成后,隔膜板框壓濾機(jī)卸壓,同時壓榨水通過重力或壓榨泵反轉(zhuǎn)回流到壓榨水水箱循環(huán)使用。

卸料卸料是污泥處理的最后一道工序,自動拉板裝置啟動,壓緊板向后拉開,拉開到位后自動卸餅裝置開始工作,卸料開始。濾板上安裝有自動卸泥裝置配合卸泥。

隔膜板框壓濾機(jī)設(shè)計特點

(1)懸梁式板框壓濾機(jī),先進(jìn)的三角穩(wěn)定結(jié)構(gòu),運行穩(wěn)定。

(2)每塊濾板有獨立的移動小車,濾板移動為單掛臂走板,大大降低設(shè)備故障率。

(3)板框壓濾機(jī)卸泥配有自動泥餅卸除裝置,在濾板的移動過程中,利用彈簧夾擴(kuò)張濾板兩邊的濾布卸泥,擴(kuò)張角度30°左右,不用整個濾布傾斜,以免濾布磨損。

(4)液壓系統(tǒng)德國原廠進(jìn)口,包括進(jìn)口液壓缸,進(jìn)口液壓站。

(5)板框壓濾機(jī)帶有安全保護(hù)裝置,帶有安全保護(hù)光柵,當(dāng)操作人員進(jìn)入危險操作區(qū),設(shè)備會報警并停止運行,保證運行工況的安全性。(6)集水盤(蓋板)由全液壓控制,具有兩個功能:排泥斗蓋板具備以下兩種功用:

①當(dāng)沒有運行污泥餅排放裝置時能用于遮蓋地面排料口;

②當(dāng)開放并沖洗壓濾機(jī)時能用做濾液收集槽。

隔膜板框壓濾機(jī)的系統(tǒng)功能

隔膜板框壓濾機(jī)的主要配套設(shè)備壓進(jìn)泥泵流量約40m3/h,壓力3~4bar,功率7.5kW4臺高壓進(jìn)泥泵流量20m3/h,壓力10bar,功率11kW4臺隔膜擠壓泵流量10~15m3/h,壓力16~18bar,功率18.5kW4臺隔膜擠壓儲水罐V=5m3,材質(zhì):PP4臺高壓沖洗水泵流量275L/min,壓力100bar,功率55kW2臺沖洗儲水罐V=5m3,材質(zhì):PP2套PAM制備裝置干粉制備能力10kg/h,配制濃度:0.15%2套絮凝劑投加螺桿泵流量1.5m3/h,壓力10bar,功率2.2kW4臺在線混合器3kW4臺空壓機(jī)流量1.61m3/min,壓力14bar,功率15kW2臺冷干機(jī)(含過濾器)配套1臺吹脫儲氣罐3.0m3,1.3MPa1臺儀表儲氣罐1.0m3,1.3MPa1臺泥餅排放槽配套4套水平螺旋輸送機(jī)Q=16m3/h,L=11.5m,N=7.5kW4套控制系統(tǒng)配套1套西區(qū)水廠采用的是高低壓泵進(jìn)泥,運行時先開啟高流量低揚程螺桿泵,螺桿泵均為變頻控制,待壓濾機(jī)壓力達(dá)到設(shè)定值后,再開啟低流量高揚程螺桿泵,進(jìn)泥時間約60~70min。污泥調(diào)理是板框壓濾機(jī)進(jìn)泥前的重要環(huán)節(jié)。本工程采用以聚丙烯酰胺(PAM)為調(diào)理劑的污泥調(diào)理系統(tǒng),聚丙烯酰胺(PAM)作為污泥調(diào)理劑具有具有投藥量少,出泥含固率高等優(yōu)勢。根據(jù)工程調(diào)試情況,經(jīng)對比試驗,目前采用的陽離子PAM,分子量為800萬,加藥量設(shè)計為2.5gPAM/1kgDS,PAM溶液由PAM藥液制備及稀釋裝置制備,配制濃度0.15%PAM溶液投加。PAM的投加點在進(jìn)泥泵后的管路上,通過動態(tài)在線混合器充分混合。壓榨系統(tǒng)為專業(yè)設(shè)計的進(jìn)水,安全壓力顯示及壓力保護(hù),系統(tǒng)設(shè)有調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)流量保證變頻螺桿一直處于保壓狀態(tài),系統(tǒng)設(shè)置有安全閥,當(dāng)壓力高于壓榨壓力,安全閥會自動打開,防止濾板受損。板框壓濾機(jī)濾布清洗采用高壓自動沖洗系統(tǒng),清洗時,位于壓濾機(jī)頂部的噴射腔在水平面自動移動,以100bar的高壓沖洗,7~15d沖洗一次,保證濾布清潔,濾網(wǎng)孔暢通。工程采用有軸雙螺旋輸送機(jī)輸送40%的泥餅,雙軸螺旋輸送機(jī)不僅有破碎作用,而且可以將泥餅排放槽低的污泥向中間聚合,保證泥餅完全外送的效果。脫水機(jī)房隔膜壓濾機(jī)及配套設(shè)備控制系統(tǒng)之間的通訊通過西門子Profibus-DP網(wǎng)絡(luò)完成,公用設(shè)備MCC柜、1#~4#壓濾機(jī)電控柜、PAM制備系統(tǒng)控制柜都連接在Profibus-DP網(wǎng)絡(luò)上。實現(xiàn)了全自動系統(tǒng)控制。

運行費用分析

本項目現(xiàn)通過對藥劑費、電耗、運輸費用的記錄分析,計算以污泥進(jìn)泥含水率96%計算,得出每噸污泥脫水處理成本。根據(jù)板框壓濾機(jī)及配套設(shè)備運行的時間及功率消耗計,每批次消耗36kWh,每批次進(jìn)泥量約28m3/批次,約1.1DS,計算電耗約1.32kWh/m3進(jìn)泥含水率96%的污泥。藥劑投加為2.5kg/tDS,運輸距離約30km,1m3含水率96%的污泥產(chǎn)生的泥餅量為0.1m3。目前市場隔膜板框壓濾機(jī)系統(tǒng)設(shè)備投加石灰/Fecl3調(diào)理劑的能耗成本在200元/tDS左右為合理范圍,投加PAM調(diào)理劑的系統(tǒng),根據(jù)PAM藥劑的選型及投加量偏差較大,能耗成本在100~120元/tDS,根據(jù)以上分析比較,福州西區(qū)水廠經(jīng)試驗后陽離子PAM,分子量為800萬,綜合運行成本低,且出泥效果好,污泥含固率通常可達(dá)50%以上,有時甚至高達(dá)60%。

concluding remarks

本工程已進(jìn)入正式運行階段,在配合PAM絮凝劑條件下,出泥含水率控制在55%以下,滿足了規(guī)劃及設(shè)計要求及城市污泥混合填埋的基本要求。設(shè)備的合理選型及整套工藝的配置完善,保證了系統(tǒng)的全自動化運行,體現(xiàn)了整個系統(tǒng)的先進(jìn)性和優(yōu)越性。系統(tǒng)有效降低了工人的勞動強(qiáng)度,且在保證泥餅效果的情況下運行成本低,節(jié)約了運行成本。

作者:章良藝教授

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