Plate and frame chamber diaphragm filter presses
杭州某地区拟建设污泥焚烧处置厂,将接纳的 含水率为 80%的离心污泥采用板框深度脱水后焚 烧。 为提高污泥焚烧经济价值,预处理过程中,减小 调理剂引起的干基增量和不降低污泥热值非常重 要,因此,寻找新药剂代替传统的石灰调理剂势在必 行。 此次试验采用水处理常用药剂 PAC 代替石灰, 具有干基增量较少、不降低脱水泥饼热值、提高板框 处理效率、经济性较高等优点,对于污泥焚烧处置厂 的建设具有积极的意义,实际应用效果良好。
试验材料及方法
1.1 试验污泥
试验在杭州某污水厂内进行,试验所用污泥为污水厂离心脱水泥饼,基本性质如下 所示。
污泥来源：离心脱水泥饼
泥饼含水率：78%±2%
有机质含量：35%±3%
干燥基低位发热量/ (MJ·kg-1 )：8.97
1.2 试验设备
采用全自动板框压滤机试验装置对污水厂离 心脱水泥饼进行试验,过滤面积为 0. 208 m2 ,滤室 厚度为 30 mm,滤室数为 2 室,进料泵选用气动隔 膜泵,流量为 2 m3 / h,扬程为 0. 5 MPa。 隔膜挤压 装置空压机压力为 0. 8 MPa,气量为 200 L / min,调 节空气增压器压力为 1. 5 MPa。 压滤机启动后,在 油压顶的推动下滤板紧闭,形成滤室,污泥从滤板 上部的供液口被压入滤室开始过滤挤压脱水过 程,挤压脱水工序结束后,在油压顶的驱动下同时 打开所有滤板,脱水泥饼从滤布上卸落后,将滤布 进行清洗,减轻滤布的堵塞,试验工艺流程如图 1 所示。 根据物料的特性对进料时间进行调整:污 泥浓度在 2%左右时,进料时间为 20 min;污泥浓 度在 4%左右时,进料时间为 15 min;污泥浓度在 6%以上时,进料时间为 10 min。 原泥中有机质含 量较少,最后出滤液的量为 5 g / min 以下时结束隔 膜挤压。 为保证试验结果对污泥处置厂预处理具 备实际参考意义,整个试验过程严格按照全自动 板框压滤机的运行参数进行,模拟污泥处置厂预 处理实际工况。
1.3 试验药剂
本次试验采用调理剂取自中试污水厂 PAC 储 药罐,入厂检测依据 《 水处理剂 聚氯化铝》 ( GB 15892—2009),试验用 PAC 基本性质如表 2 所示。 表 2 PAC 基本性质 Tab. 2 Basic Characteristics of PAC 名称 外观 氧化铝 含量 盐基量 pH 值(10 g / L 水溶液) 水不溶物 PAC 黄色 10. 23% 77. 81% 4. 30 0. 21% 1. 4 试验方法 利用快速水分测定仪检测原始污泥含水率,根 据稀释浓度计算需要添加的稀释水量,将原始污泥 与水混合后,搅拌机搅拌 10 min,保证搅拌均匀。 称 取一定量的稀释污泥,按照药剂投加量计算 10%的 PAC 溶液投加量,加入药剂后搅拌 10 min 备用。 开启试验装置,油压泵开始动作,在油压顶的推 动下使滤板紧闭,形成滤室。 压滤机试验装置的运 行工序主要是由滤板闭合、过滤、挤压、滤板开启、泥 饼卸落、滤布清洗这 6 个工序组成。 滤板打开后取出泥饼,对泥饼进行称重,用快速 水分测定仪检测脱水泥饼含水率,记录试验数据。 多余的泥饼用密封袋取样密封检测泥饼热值。 压滤 过程中,滤液的流出量通过电子秤自动记录数据。
2. 1 不同药剂投加量对泥饼含水率的影响
取污水厂离心机脱水后的污泥加水稀释,在压 滤机进料压力和挤压压力分别为 0. 5 MPa 和 1. 50 MPa,进料时间和挤压时间分别为 10 min 和 30 min 的条件下,PAC 药剂投加量(投加总 PAC 量/ 脱水 前干基质量) 为 1. 5% ~ 5. 0%,检测脱水泥饼含水 率,考察不同 PAC 投加量对脱水泥饼含水率的影 响。相同的filter press脱水操作条件,PAC 投加 量 为 1. 5% ~ 5. 0% 时, 脱 水 泥 饼 含 水 率 为 53% ~60%,当药剂投加量增加到 4%以上时,脱水 泥饼含水率降低至 55%以下。 在相同条件下,随着 絮凝剂投加量增高,脱水泥饼含水率降低,当絮凝剂 投加量增加到 4. 0%以上后再增加絮凝剂投加量, 脱水泥饼含水率下降不明显。 市政污泥颗粒表面一 般呈负电性[5] , 向污泥中加入适量 PAC 水解出 Al3+ ,通过电中和降低污泥颗粒间的斥力,压缩表面 双电层从而使污泥颗粒聚合,降低污泥颗粒的比表 面积,减少表面水的含量,从而提升污泥的脱水性 能[6] ,降低脱水泥饼含水率。 在无需投加“石灰+ FeCl3 ”调理剂情况下,PAC 投加量在 5%内可使脱 水泥饼含水量降低至 60%以下,压滤机过滤性和泥 饼剥离效果都较好,因使用污泥调理剂带来的污泥 增量较小,更有利于污泥焚烧处置。
2. 2 不同隔膜挤压时间对泥饼含水率影响
将污水厂离心脱水后的污泥稀释至污泥浓度为 7. 6%,浓度为 10%的 PAC 投加率为 2. 0%,压滤机 进料压力和挤压压力分别为 0. 5 MPa 和 1. 50 MPa, 进料时间为 10 min 时,通过电脑自动记录的滤液 量,计算滤室中泥饼含水率随隔膜挤压时间的变化 曲线(图 3)。 图 3 污泥含水率随挤压时间变化曲线 Fig. 3 Varying Tendency of Water Content of Sludge with Press Time 由图 3 可知,脱水泥饼含水率随着隔膜挤压时 间的延长而降低。 在有限的滤室空间中,随着进入 滤室中的污泥量增加,污泥中的自由水分过滤排出, 进料结束时,压滤机中污泥含水率降低至 80% 以 下,加压隔膜挤压,污泥含水率进一步降低。 随着挤 压时间的延长,污泥含水率曲线斜率逐渐减小,含水 率降低速度逐渐减缓。 这主要是由于随着污泥脱水 过程的进行,板框滤布上泥饼厚度逐渐增加,过滤阻 力逐渐增大。 板框压滤脱水是依靠过滤介质两边压 力差作为推动力,强制泥水分离,在相同的压力差推 动下,过滤阻力增大,过滤速率减缓,含水率的降低 速度逐渐减缓。 污泥含水率逐渐降低,污泥中的固 体物质可能会吸附在一起,使其中的内部结合水量 变多[7] ,这也是引起脱水速率逐渐减缓的原因。
2. 3 不同稀释浓度对泥饼含水率及压滤机
Plate and frame filter press过滤速率影响分析 将离心脱水泥饼加水稀释,使污泥浓度分别为 3. 3%、6. 0%和 7. 6%,改变污泥调理剂 PAC 的投加 量,通过获得脱水泥饼重量、含水率和批次用时计算 干泥饼处理速率。 不同进料浓度和不同投药量对压 滤机脱水速率影响。 可知,板框脱水机过滤面积相同,进料 压力、压榨压力、操作时间确定的条件下,进料污 泥浓度越高,泥饼处理速度越大。 相同进料条件 下,进料浓度提高,进入板框滤室中污泥干基量增 加,滤饼处理速度提高,即泥饼处理速率跟进料干 基量成正比。 初始进料浓度相同的情况下,提高 PAC 投加量,板框压滤机泥饼处理速率变化不大。 加入 PAC 调理可以改变污泥絮体结构,改善污泥 的脱水性能,但对进料干基量的影响较小,PAC 的 投加量对泥饼处理速率影响不大。 进料浓度从 3. 3%提高到 7. 6%,即进料浓度提高 130%时,泥 饼处理速度明显提高了 40%左右。 提高板框压滤 机的进泥浓度能有效地提高压滤机的过滤速率, 增加单台压滤机的处理量。 单位时间内进入滤室 中污泥干基量越大,滤布上泥饼厚度增加的速度 越快,过滤阻力迅速增大,滤液过滤速率减小,泥 饼处理速率增大比率明显低于进料浓度提高的 比率。
2.4 不同加药量对泥饼干基热值影响
全自动板框压滤机作为污泥焚烧处置的预处理过程,添加的污泥调理剂不可大幅度降低污泥热值,根据《煤的发热量测定方法》 (GB / T 213—2008)检测不同投药量对泥饼干基热值的影响。当采用“石灰+FeCl3 ”传统调理剂 时,脱水泥饼干燥基低位发热量较原泥降低 43%, 主要原因是传统调理过程中生成的钙盐和铁盐干基 增量较大且皆为不燃物。 当 PAC 药剂(干粉)投加 量≤干基的 5%时,获得的泥饼干燥基低位发热量 和未经处理前污泥相差并不大,为传统调理方式的 1. 67 倍,泥饼热值相较于传统调理方式明显提高。 泥饼热值是污泥作为能源使用价值高低的体现,是 污泥焚烧的重要经济指标。 根据泥饼热值可计算污 泥焚烧时的理论空气量、理论燃烧温度、需要掺烧燃 料量等,对于污泥焚烧炉的设计至关重要。
2. 5 经济适用性 污水厂污泥产生量大,土地资源极大限制了污 泥填埋处置途径,目前,我国污水厂大多采用的处置 途径为离心脱水机或常规板框压滤机机械脱水后外 运焚烧处置。 污泥焚烧处置厂将接收的离心脱水泥 饼稀释 并 深 度 脱 水 后 焚 烧 处 置。 传 统 “ 石 灰 + FeCl3 ”调理和全自动板框压滤机以 PAC 作为调理 剂深度脱水方式运行费用分析如表 4 所示。 常规采用“石灰+FeCl3 ”调理污泥,脱水泥饼含 水率虽然较低,但干基量增长较多,引起后续污泥处 置量也较大,板框处理效率较低。 以 PAC 作为调理 剂,药剂成本、污泥处置成本都较少,整体运行费用 较经济。 两种调理方式对比分析所示。 单位干基成本项目 传统“石灰+ FeCl3 ”调理剂 PAC 调理剂 药剂成本/ (元·t-1 ) 300 260 人工成本/ (元·t-1 ) 80 80 处置成本/ (元·t-1 ) 890 790 总成本/ (元·t-1 ) 1 270 1 130 表 5 不同调理剂对比分析 Tab. 5 Comparative Analysis of Different Sludge Conditioner 成本项目 传统“石灰+ FeCl3 ” PAC 脱水泥饼含水率 60%以下 60%以下 泥饼干燥基低位发热量/ (MJ·kg-1 ) 5. 06 8. 47 脱水泥饼热值 不理想 较高 污泥处置厂预处理适用性 经济性较低 经济可行 采用传统“石灰+FeCl3 ”调理污泥,因调理剂引 起的污泥干基增量为 30%左右,极大降低了脱水泥 饼热值,不利于污泥焚烧处置。 采用 PAC 作为污泥 调理剂,基本未改变泥饼热值,焚烧处置需要掺烧燃 料量较少,提高了污泥焚烧经济价值。 传统调理方 式添加石灰会导致后续处理设施设备结垢,有效容 积明显降低,而 PAC 调理对后续处理设施危害性较 小。 全自动板框压滤机采用 PAC 作为调理剂运行 过程中不需要人工辅助卸落泥饼,自动化程度高,运 行管理方便,脱水泥饼热值较高,是经济可行的污泥 焚烧处置厂预处理方式。
reach a verdict
(1)采用传统“石灰+FeCl3 ” 调理剂,干基增量 30%左右,泥饼热值较原泥降低 43%,不利于污泥焚 烧处置。 PAC 作为调理剂时,投加量在 5%内可使 脱水泥饼含水量降低至 60%以下,随着 PAC 投加量 增高,脱水泥饼含水率进一步降低。 PAC 调理可改 善污泥的脱水性能,对进料干基量影响较小,对泥饼 处理速率影响不大。
(2)当 PAC 药剂(干粉) 投加量≤干基的 5% 时,获得的泥饼干燥基低位发热量和未经处理前污 泥相差并不大,为石灰调理方式的 1. 67 倍,泥饼热 值相较于石灰调理方式明显提高。 使用 PAC 对后 续设备危害性较小,可避免因添加石灰引起设施设 备结垢和有效容积降低的问题。
(3)相较于传统“石灰+FeCl3 ”,以 PAC 作为调 理剂时污泥干基增量少,Plate and frame filter press和后续处理处 置设备运行效率提高,泥饼热值较高,整体运行费用 较经济,有利于精细化管理及职工职业健康。 对于 拟接纳离心脱水泥饼的污泥处置厂来说,是经济可 行的预处理方式。
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