脱硫废水污泥脱水方式的比较研究

脱硫废水含有较高质量分数的悬浮物（约1%~3%,高时达到5%）,对其处理一般采用混凝澄清工艺。脱硫废水处理过程中投加了凝聚剂和石灰,所产生的沉淀物主要成分为硫酸钙和亚硫酸钙,还有部分氟化钙、二氧化硅、碳酸钙及氢氧化镁、硫化汞等多种重金属。经澄清器浓缩后,所排污泥固体质量分数（含固率）可提高至5%~8%。

污泥处理

为进一步减少污泥体积,方便处置,需对污泥进行脱水处理。目前国内各电厂脱硫废水污泥处理设备主要有板框式压滤机和离心式脱水机2种。某电厂脱硫废水处理系统原污泥处理采用离心式脱水机,由于故障频繁,长期无法正常运行;后改用板框式压滤机,并辅以污泥缓冲罐、污泥循环泵和污泥给料泵等,运行效果良好。下文以该电厂为例,对脱硫废水污泥脱水方式进行比较和研究。

1污泥脱水设备脱水原理简介

污泥中水的存在形式包括空隙水、毛细水、表面吸附水和内部结合水。其中空隙水和颗粒间隙中的毛细水约占70%。污泥脱水主要是采用挤压或离心甩脱的方式将污泥中的空隙水和毛细水分离出来。污泥脱水使用的设备种类较多,比较常用的有板框式压滤机和离心式脱水机2种。

板框式压滤机是间歇操作的过滤设备,混合液通过泥浆泵抽至过滤介质（滤布）的空腔内,固体停留在滤布上,并逐渐在滤布上堆积形成过滤泥饼,经过进料泵出口压力挤压,滤液渗透过滤布,成为不含固体的清液。其优点为滤饼含固率高,分离效果较好。

离心式脱水机利用离心沉降原理进行污泥脱水[1],离心沉降是将泥水以较高的的角速度旋转,当角速度达到一定值时,因离心加速度比重力加速度大得多,固相和液相很快分层。

2某电厂污泥脱水系统改造实例

2.1原污泥脱水系统简介及存在问题

某电厂脱硫废水处理系统采用经典的石灰-混凝工艺,出力约为15m3/h,污泥脱水处理系统如图1所示。

污泥处理

图1电厂原污泥脱水处理系统示意

经实验检测,澄清器底部浓缩后的污泥沉降比SV（混合液在量筒内静置30min后所形成沉淀污泥的容积占原混合液容积的体积分数,以百分比表示）约60%,该指标能够相对反应污泥凝聚、沉淀性能。该澄清器底部浓缩后的湿污泥悬浮物质量浓度、湿污泥滤液某些指标及干污泥（80℃温度下烘干24h）中有害物质分析结果如表1所示。

表1某电厂脱硫废水浓缩后污泥及滤液分析结果

污泥处理

经计算,该脱硫废水系统产生的干污泥量约为3.6t/d。电厂原有污泥脱水系统采用的国产离心式脱水机主要参数如表2所示。离心式脱水机投运2年以来,运行状况不佳,主要缺陷有以下几点：

（1）设备运行噪声过大,接近或超过国家相关标准要求;

（2）设备运行时对污泥浓度均匀性要求较高,离心脱水机运行过程中经常因污泥浓度过高或过低跳闸,转鼓磨损严重,设备后期维护投入较大;

（3）污泥经脱水后泥饼含水率大于80%,呈半流体状,塑性较差,装卸运输中造成二次污染。

表2离心式脱水机设备参数

污泥处理

2.2污泥脱水系统改造

经过经济和技术比较,某电厂决定将国产离心脱水机更换为某进口品牌板框式压滤机,并新增污泥缓冲罐,配套设置污泥循环泵和污泥给料泵;压滤机系统配套滤布清洗装置和压缩空气反吹装置。改造后污泥脱水系统如图2所示。

图2改造后的污泥脱水处理系统示意

改造后的污泥脱水工艺流程如下：

（1）脱硫废水污泥经澄清器浓缩后进入污泥缓冲罐进一步混合浓缩。污泥缓冲罐设循环泵2台,让污泥从底部抽出从上部进入,如此反复循环,将泥质调和均匀,保证进入板框压滤机的污泥性质稳定,同时污泥循环可避免缓冲罐内污泥沉积堵塞管道。

（2）污泥给料泵将污泥输送至板框压滤机。给料泵采用1大1小（大泵高流量低扬程,小泵低流量高扬程）变频控制。随着压力的升高,低压泵停运,只剩下高压泵稳压,至压滤机内部压力维持在设定值一段时间。

（3）压滤机滤液的浊度较小,水质优于脱硫废水系统来水,将其直接回收至脱硫废水处理系统进水端。

（4）压滤机配套高压清洗装置,与清洗水箱、高压清洗泵配套使用。运行中污泥黏附和堵塞滤布,降低了滤布过水能力,故设备运行一段时间必须对滤布进行清洗[2]。建议清洗周期不低于每周1次。

脱硫废水污泥处理系统的核心设备为板框式压滤机,主要参数如表3所示。压滤机每天运行4个周期,每个周期工作约90min（进料时间50min,反吹约2min,稳压滴水时间约5min,卸泥时间约30min）。过滤时压滤机处于关闭带压状态,污泥由给料泵（变频控制）输送至压滤机腔室,固体截留在滤布上面,滤液在高压强的作用下透过滤布,经导管排出设备外。

当污泥给料泵出口压力达到设定值后,压滤机自动关闭给料泵和进水阀,冲洗进料管路并启动中心反吹,待反吹结束,整个过滤操作即为完成。卸料时压滤机打开,压紧板返回。在控制面板上点击“卸料”后左右小车启动,将滤板拉回,泥饼自然脱落至槽车,卸料完成后外运填埋或掺烧。

表3板框式压滤机设备参数

与原离心式脱水机相比,板框式压滤机的优势主要表现在以下几点：（1）污泥经板框式压滤机脱水后泥饼呈固态,含固率在30%以上,方便运输,不存在二次污染问题。（2）设备运行稳定,噪声小,工作环境良好。（3）设备运行不需要继续投加药品,节约了运行成本。（4）故障率相对较低,检修方便。

综上所述,针对脱硫废水水质,板框式压滤机具有泥饼含固率高和稳定性好的特点[3]。

2.3、2种污泥脱水设备特点及能耗对比

根据改造前后脱水系统运行情况,2种污泥脱水设备主要特点如表4所示。

表4：2种污泥脱水设备的主要特点

由于2种脱水机脱水原理不同,造成2者性能差异较大。离心机是靠转鼓的离心力高速旋转将污泥中的空隙水甩出[4],迫使其进入外层壳体排出,需要克服的是水分子和固体颗粒之间的粘附力,这时水分子重力起反作用。除此之外在转动过程中还有大量的能量因高速转子磨损而消耗,所以相对能耗较高,但能持续工作[5]。板框压滤机脱水经历进料、挤压、卸料的周期性间断操作,进料、挤压过程中耗能较大,主要克服的是滤液从滤布过滤的阻力,水分子重力起正面作用,且是周期性工作,所以能耗较低。按1天的处理量计算,离心机需工作8h,板框机需工作4个周期。2者耗电量和能耗比较如下。

（1）离心脱水机系统：离心机功率22kW,进料泵功率3.0kW,两设备每天运行8h,每天总能耗200kW˙h。

（2）板框压滤机系统：板框机由液压缸驱动,液压缸功率为5.5kW,每天运行4个周期约为4h;进料泵2台分别为5.5kW和11kW,每天运行时间4h;高压清洗水泵37kW,每周工作1次约2h,折算约每天运行时间0.3h;合计每天总能耗99.1kW˙h。

由计算结果可知,离心脱水机系统和板框压滤机系统每吨干污泥能耗分别为55.5kW˙h和27.5kW˙h。

板框压滤机工作规律为周期性,为了提高脱水效率,一次压榨处理的污泥量较大,所需的滤布滤板较多,因此相对占据空间要比离心机大;另外,板框压滤机系统每工作1个周期,即需用压缩空气反吹,还需根据滤布透水能力进行滤布清洗（约每周1次[6]）,配套设备较多,所需自动化控制水平较离心脱水机要高。

3结语

本文研究结果表明：与离心式脱水机相比,板框式压滤机更适合某电厂脱硫废水污泥处理工艺,脱水后的泥饼含固率大于30%,且设备运行稳定,噪声低。污泥进入离心式脱水机或板框式脱水机之前有必要设置污泥缓冲罐及配套装置,以便对污泥的性质和流量进行调和缓冲。板框式压滤机比离心脱水机能耗低,但配套设备较多,需要的空间相对较大,用户可根据实际情况选择脱硫废水污泥脱水方式。