案例|槐房再生水廠：污泥板框脫水系統(tǒng)長(zhǎng)這樣！
- 本文介紹了北京市槐房再生水廠污泥處理采用板框脫水系統(tǒng)，對(duì)污泥板框脫水系統(tǒng)進(jìn)行簡(jiǎn)述及工藝設(shè)計(jì)分析，并結(jié)合北京市已投運(yùn)的板框脫水系統(tǒng)在運(yùn)行中出現(xiàn)的問題，提出改進(jìn)設(shè)計(jì)方案。由于板框脫水系統(tǒng)較為復(fù)雜，涉及的各分系統(tǒng)及設(shè)備較多，在設(shè)計(jì)中應(yīng)考慮到多種運(yùn)行工況的可能性。
1工程方案
1.1技術(shù)路線選擇
北京市槐房再生水廠設(shè)計(jì)規(guī)模為60萬(wàn)m³/d，污水處理采用MBR工藝。預(yù)計(jì)污泥產(chǎn)量約878 t/d，同時(shí)接收其他廠外運(yùn)污泥342 t/d，總處理規(guī)模1220 t/d(以含水率為80%計(jì)，不含廠內(nèi)污泥系統(tǒng)回流泥量)。
污泥處理采用“濃縮+預(yù)脫水+熱水解+厭氧消化+板框脫水”工藝。剩余污泥進(jìn)入污泥濃縮、預(yù)脫水系統(tǒng)，經(jīng)過濃縮機(jī)濃縮后，與經(jīng)過除砂的初沉污泥混合，利用預(yù)脫水機(jī)脫水，與外廠輸送的脫水污泥混合后進(jìn)入熱水解系統(tǒng)。熱水解處理后的污泥經(jīng)過稀釋及冷卻后，進(jìn)入新建的污泥消化池進(jìn)行厭氧消化。消化后的污泥經(jīng)板框壓濾脫水系統(tǒng)進(jìn)行脫水后外運(yùn)處置。污泥消化所產(chǎn)生的沼氣可供廠內(nèi)發(fā)電機(jī)、鍋爐房等利用。相對(duì)于傳統(tǒng)的“濃縮+消化+脫水”處理工藝，熱水解工藝在有效消滅病菌的同時(shí)提高了污泥流動(dòng)性，使污泥易于脫水，后續(xù)采用板框脫水，可將污泥含水率控制在60%左右，大幅降低污泥處置的難度，為后續(xù)的污泥運(yùn)輸及處置提供便利，工藝流程見圖1。
1.2板框脫水系統(tǒng)
1.2.1板框系統(tǒng)簡(jiǎn)述
板框脫水機(jī)通常由帶有濾液通路的濾板平行組成，每組濾板之間夾有濾布，濾板通過外部施壓壓緊構(gòu)成封閉的濾腔，在高壓污泥輸送泵的作用下，污泥從進(jìn)料口壓入，同時(shí)水通過濾板從濾液出口排出，實(shí)現(xiàn)固液分離。
根據(jù)濾板組的組成不同，現(xiàn)今市政污泥處理行業(yè)主流的板框壓濾機(jī)可分為兩種形式：普通廂式板框壓濾機(jī)和隔膜板框壓濾機(jī)。普通廂式板框壓濾機(jī)的濾腔由兩塊普通廂式板組合而成，隔膜板框壓濾機(jī)由普通廂板和隔膜板共同組成，如圖2所示。隔膜式板框壓濾機(jī)進(jìn)泥后，則利用壓榨水泵向壓濾機(jī)隔膜板中注入高壓水，利用隔膜張力對(duì)污泥進(jìn)行進(jìn)一步擠壓脫水。板框壓濾機(jī)濾液透過濾布排出，固體物質(zhì)被濾布阻隔，形成含水率較低的干物質(zhì)。隔膜式板框壓濾機(jī)出泥含水率低，運(yùn)行循環(huán)周期相對(duì)較短，故本工程采用隔膜式板框壓濾機(jī)。
1.2.2板框系統(tǒng)設(shè)計(jì)
板框脫水系統(tǒng)總設(shè)計(jì)規(guī)模為205 tDS/d，板框機(jī)房設(shè)計(jì)成地上兩層建筑物，兩側(cè)各設(shè)有1座出泥通道。如圖3所示，機(jī)房南側(cè)室外設(shè)有調(diào)質(zhì)池及儲(chǔ)藥池，共14座。機(jī)房?jī)?nèi)共分為3部分;北側(cè)兩邊的兩層板框機(jī)房、南側(cè)的下層設(shè)備間和上層附屬用房、中間的上層變配電室和下層的設(shè)備間。
槐房板框脫水機(jī)房東西兩側(cè)各設(shè)有8臺(tái)隔膜式板框壓濾機(jī)，共16臺(tái)(16 t/d，過濾面積800 m²)，13用3備。板框機(jī)南側(cè)為16組高低壓進(jìn)泥泵組(東西兩側(cè)各8組)(低壓進(jìn)泥泵Q=120 m³/h，H=0.6 MPa, 高壓進(jìn)泥泵Q=40 m³/h，H=1.2 MPa，壓榨水池有效容積79 m³)及2套壓榨系統(tǒng)(東西兩側(cè)各1套)，(壓榨水泵Q=16 m³/h，H=2.2 MPa)。機(jī)房中部為附屬設(shè)備間，內(nèi)設(shè)鐵鹽加藥系統(tǒng)(12臺(tái)加藥泵，東西側(cè)各6臺(tái)，Q=20 m³/h，H=20 m)、沖洗水系統(tǒng)2套(每套含3臺(tái)沖洗泵，及1個(gè)沖洗水箱，Q=250 L/min，H=6 MPa，水箱V=10 m³)及PAM加藥系統(tǒng)(溶液制備量7 500 L/h,濃度5‰)。機(jī)房外南側(cè)，分別設(shè)有12座進(jìn)泥調(diào)質(zhì)池，2座調(diào)理藥劑儲(chǔ)藥池。
1.3工藝設(shè)計(jì)
1.3.1污泥調(diào)質(zhì)系統(tǒng)
污泥調(diào)質(zhì)是污泥進(jìn)入隔膜式板框壓濾機(jī)前最重要的一步。通過對(duì)污泥加入絮凝劑和助凝劑進(jìn)行調(diào)理，提高了污泥pH，有效地改善了污泥脫水性能，減小水與污泥固體顆粒的結(jié)合力，加速污泥脫水。
由于本工程中再生水廠水區(qū)部分的建設(shè)和投運(yùn)早于泥區(qū)部分，為解決水區(qū)先期運(yùn)行期間的污泥脫水問題，板框車間在污泥調(diào)質(zhì)系統(tǒng)上有兩種工況，第一種工況，水區(qū)建設(shè)運(yùn)行后，泥區(qū)熱水解和厭氧消化系統(tǒng)未完成，此階段污泥為未消化改性污泥，為降低污泥含水率，采用無(wú)機(jī)調(diào)理劑進(jìn)行污泥調(diào)理。第二種工況，泥區(qū)熱水解和厭氧消化系統(tǒng)投運(yùn)后，此階段污泥為熱水解改性后污泥，污泥脫水性能大大提高，采用有機(jī)調(diào)理劑進(jìn)行污泥調(diào)理。
第一種工況：污泥通過污泥泵輸送至12座調(diào)質(zhì)池內(nèi)，由12臺(tái)鐵鹽投加泵向污泥調(diào)質(zhì)池投入相應(yīng)比例的三氯化鐵無(wú)機(jī)調(diào)理劑，與污泥及適量石灰干粉經(jīng)液下攪拌器攪拌混合后，對(duì)污泥進(jìn)行調(diào)理改性，然后輸送至板框壓濾機(jī)內(nèi)進(jìn)行脫水。CaO投加比例約為10%~15%DS; FeCl3(濃度為30%)投加比例約為2%～15%DS。
本設(shè)計(jì)中藥劑的選擇參考了北京已投入運(yùn)行的某再生水廠板框脫水機(jī)房的調(diào)試數(shù)據(jù)。兩廠進(jìn)水多為城中心生活污水，進(jìn)水水質(zhì)相近，且都采用MBR工藝，且都未運(yùn)行熱水解系統(tǒng)，故污泥性質(zhì)相似。
現(xiàn)況運(yùn)行的板框脫水機(jī)房在運(yùn)行調(diào)試期間，分別對(duì)不同種類的絮凝劑做了進(jìn)泥調(diào)質(zhì)試驗(yàn)，結(jié)果見表1。在同樣的調(diào)質(zhì)時(shí)間、調(diào)質(zhì)溫度及相近進(jìn)泥有機(jī)質(zhì)含量的條件下，出泥泥餅含水率穩(wěn)定在70%以下的分別為：方案2——FeCl3(溶液)+CaO(粉末)及方案4——PAM+復(fù)合鐵鹽。投加PAM+復(fù)合鐵鹽的綜合成本最高，導(dǎo)致運(yùn)行費(fèi)用大幅增加。而投加FeCl3(溶液)+CaO(粉末)擁有較好的出泥效果、適當(dāng)?shù)乃釅A度及較經(jīng)濟(jì)的運(yùn)行費(fèi)用，成為綜合效果最優(yōu)的運(yùn)行方式。
第二種工況：消化后污泥在進(jìn)入板框機(jī)前，需通過2套PAM制備系統(tǒng)制備0.5%PAM溶液，并利用16臺(tái)加藥螺桿泵(Q=3 m³/h，H=0.3 MPa)泵入高低壓進(jìn)泥泵前泥管上的靜態(tài)混合器，與調(diào)理池內(nèi)污泥在管道中混合。
1.3.2板框壓濾脫水系統(tǒng)
隔膜式板框壓濾機(jī)的工作流程主要分為4個(gè)步驟：進(jìn)料—壓榨—反吹—卸料。
(1)進(jìn)料。首先啟動(dòng)16臺(tái)低壓螺桿進(jìn)泥泵，將污泥泵入壓濾機(jī)，隨著濾餅的逐漸形成，過濾壓力逐漸增高，當(dāng)進(jìn)料壓力穩(wěn)定在0.6 MPa左右時(shí)，通過壓力變送器的信號(hào)反饋控制低壓泵延時(shí)工作約幾分鐘后自動(dòng)切換成16臺(tái)高壓螺桿進(jìn)泥泵進(jìn)料，進(jìn)料壓力1.2 MPa，同樣使高壓泵再延時(shí)工作一段時(shí)間后停止進(jìn)料。
(2)壓榨。進(jìn)料完畢后，關(guān)閉進(jìn)料氣動(dòng)球閥，啟動(dòng)壓榨系統(tǒng)。利用16臺(tái)離心壓榨泵將高壓水注入隔膜板內(nèi)，利用隔膜張力對(duì)污泥進(jìn)行強(qiáng)力擠壓脫水，壓榨壓力2.2 MPa。壓榨結(jié)束后，膜腔內(nèi)壓榨水自動(dòng)回流到壓榨水池，壓榨水池有效容積79 m3。壓榨濾液水透過濾布排出，固體物質(zhì)被濾布阻隔。
(3)反吹。壓榨完成后，利用壓縮空氣將壓濾機(jī)中心進(jìn)泥管中的殘留污泥反吹回調(diào)理池，同時(shí)將膜腔內(nèi)的濾液反吹回濾液收集管道。吹掃用氣由壓縮空氣單元提供，單元分為兩組，一組為吹掃用氣;另一組為儀表用氣。儀表用氣是各個(gè)氣動(dòng)閥門的動(dòng)力源，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)閥門的開啟和關(guān)閉。
(4)卸料。吹風(fēng)結(jié)束后，翻板打開，推板退到最后端，濾板被拉板機(jī)械手逐塊拉開，腔室中濾餅在重力作用下掉落到下部帶式輸送機(jī)上。在卸料過程中如遇卸料不充分可人工輔助卸料。
1.3.3沖洗系統(tǒng)
沖洗系統(tǒng)分為2組，每組包括3臺(tái)柱塞式?jīng)_洗泵(2用1備)和1座10 m3沖洗水箱，水箱上設(shè)有自動(dòng)補(bǔ)水裝置。壓濾機(jī)工作一段時(shí)間后，濾布的孔隙內(nèi)會(huì)堵塞一些固體顆粒，影響過濾效果，這時(shí)啟動(dòng)洗布程序：將濾板逐塊拉開，同時(shí)啟動(dòng)洗布泵，打開濾布清洗水上水閥，清洗濾板，清洗水壓力為6 MPa。此過程由設(shè)備自帶的高壓水洗架完成，水洗過程全部自動(dòng)控制。洗布廢水被翻板接住，通過兩側(cè)的小槽匯集進(jìn)入濾液總管路排出。
1.3.4污泥輸送系統(tǒng)
卸料后的污泥餅落入下部的脫水污泥輸送機(jī)，并通污泥皮帶輸送機(jī)送至2臺(tái)破碎機(jī)，破碎后粒徑小于30 mm，并將脫水污泥裝車外運(yùn)。
2問題及建議
2.1板框系統(tǒng)中存在的問題
隨著北京城區(qū)“污泥處理三年計(jì)劃”的全面展開，板框脫水系統(tǒng)在幾處已經(jīng)建成投產(chǎn)的污泥處理廠試運(yùn)行中仍發(fā)現(xiàn)了一些問題。表2總結(jié)了板框脫水機(jī)房在調(diào)試運(yùn)行中出現(xiàn)的主要突出問題。
2.2板框系統(tǒng)工藝設(shè)計(jì)優(yōu)化及建議
本工程在設(shè)計(jì)中已考慮以上運(yùn)行中出現(xiàn)的問題，并對(duì)其進(jìn)行了設(shè)計(jì)優(yōu)化，具體優(yōu)化思路如下。
2.2.1管路系統(tǒng)
由于板框在沖洗及反吹時(shí)最大運(yùn)行壓力可達(dá)6 MPa，加之機(jī)房面積有限，管路系統(tǒng)相對(duì)復(fù)雜，拐點(diǎn)較多，造成管路振動(dòng)過大，導(dǎo)致個(gè)別固定支架松動(dòng)，沖洗管路焊口開焊。新建板框系統(tǒng)中，對(duì)于高壓管路的設(shè)計(jì)，應(yīng)盡量減少管路拐點(diǎn)，在容易開焊部位以高壓軟管代替，從而減少管路壓力過大造成損耗。
2.2.2壓榨水能力不足
以現(xiàn)況水廠為例，1臺(tái)18 tDS/次、過濾面積800 m²的板框機(jī)，理論壓榨時(shí)間為50 min，目前已建再生水廠污水來源多為中心城區(qū)生活污水，污泥中有機(jī)質(zhì)含量較高，且熱水解系統(tǒng)未投產(chǎn)，脫水較為困難。為達(dá)到滿意的脫水效果，則需要更長(zhǎng)的壓榨時(shí)間，在實(shí)際運(yùn)行時(shí)壓榨時(shí)間甚至翻倍，從而導(dǎo)致壓榨水池儲(chǔ)量嚴(yán)重不足。故在新建板框壓榨水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況適當(dāng)擴(kuò)大壓榨水池有效容積，以確保不同工況下板框脫水系統(tǒng)可以正常運(yùn)行。
2.2.3沖洗水能力不足
已建板框機(jī)房單臺(tái)板框機(jī)理論沖洗頻率為每周1次，而實(shí)際運(yùn)行中基本為每?jī)商?次。從而導(dǎo)致沖洗水系統(tǒng)能力嚴(yán)重不足。分析原因主要有二：一為進(jìn)泥有機(jī)質(zhì)含量高，導(dǎo)致脫水效果變差，大量污泥殘留于濾布表面，致使沖洗頻率和沖洗時(shí)間增加;二為濾布易堵塞，剝離能力差。新建板框系統(tǒng)在沖洗水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，需增大水箱容積及自動(dòng)補(bǔ)水管路管徑，以滿足板框機(jī)正常沖洗需求。在設(shè)計(jì)計(jì)算中，適當(dāng)?shù)脑黾訅赫ニ�，沖洗水箱的容積可以有效的保證板框系統(tǒng)正常運(yùn)行，但其根本解決辦法還要從選擇有效地進(jìn)泥調(diào)質(zhì)方案和濾布著手。合適的污泥調(diào)質(zhì)方案可有效地改善污泥脫水性能，加速污泥脫水。合適的濾布，在壓濾過程中產(chǎn)生的濾液澄清，固相損失少，壓濾后濾餅容易剝離，濾布不易堵塞，容易反洗再利用，工作壽命長(zhǎng)。
2.2.4皮帶輸送系統(tǒng)
出泥皮帶輸送機(jī)偶有漏水、濺泥等現(xiàn)象，為了方便后期管理運(yùn)營(yíng)，保持機(jī)房?jī)?nèi)的整潔，建議設(shè)計(jì)中，應(yīng)在出泥通道及皮帶附近，增加多道排水溝，使機(jī)房沖洗時(shí)排水更為便利。
2.2.5石灰料倉(cāng)
石灰螺旋的下料口(向調(diào)質(zhì)池投加石灰的管路)因污泥自身溫度向上反熱氣，石灰會(huì)發(fā)生板結(jié)，易造成下料口堵塞，給后續(xù)的工況帶來極大的影響。故在設(shè)計(jì)中應(yīng)考慮在石灰輸送管路增加便于清理的防潮措施。
2.2.6沖洗排水
洗布廢水通常為泥水混合物，廢水進(jìn)入板框機(jī)自動(dòng)翻板上的沖洗水槽，容易造成排水管路堵塞，排水不暢(見圖4)。新建板框系統(tǒng)中，需在水槽處設(shè)簡(jiǎn)單的泥水分離裝置，以保證沖洗廢水的正常排放。
3結(jié)論
對(duì)于北京市的污水處理廠,目前每處理1萬(wàn)m³污水約產(chǎn)生10 t含水率80%的泥餅,而隨著污水處理量和處理標(biāo)準(zhǔn)的提高,污水處理的副產(chǎn)物污泥產(chǎn)量將進(jìn)一步攀升。為了減少污泥的體積和運(yùn)輸費(fèi)用，必須進(jìn)行深度脫水處理，盡可能有效地降低污泥的含水率。板框脫水系統(tǒng)被越來越多地應(yīng)用于國(guó)內(nèi)污泥處理行業(yè)中，板框系統(tǒng)的合理設(shè)計(jì)是滿足機(jī)房建成后高效、穩(wěn)定運(yùn)行的重要一步。板框系統(tǒng)的設(shè)計(jì)首先要結(jié)合污水處理廠污泥的性質(zhì)，選出合理的進(jìn)泥調(diào)質(zhì)方案，另外，由于板框系統(tǒng)較為復(fù)雜，涉及各分系統(tǒng)及設(shè)備較多，且由于各污水處理廠污泥性質(zhì)存在差異，導(dǎo)致理論和實(shí)際運(yùn)行工況的可能存在差距，故在設(shè)計(jì)中應(yīng)考慮到多種運(yùn)行工況的可能性。
原文有刪減，原文標(biāo)題：《北京槐房再生水廠泥區(qū)板框系統(tǒng)設(shè)計(jì)及討論》，作者：董沫、韓丹、戴明華、李振川，刊登在《給水排水》2017年07期。
