排泥水處理系統概況

公司共3套凈水裝置，設計總制水能力為260kt／d，設計原水濁度30NTU。水源為水庫水，濁度常年在10～20NTU，但臺風暴雨季節亦高達300NTU，水質略顯堿性，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為3#水廠環保配套設施，同步建成投產，擔負3套沉淀池排泥水的回收循環利用處理。排泥水處理系統工藝過程主要包括排泥水調質工序、均質工序、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，為維護保養騰足時間。

壓濾機設計運行每臺每天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，相應臺時產率為0.32t干泥。

隔膜式壓濾機結構及工作原理

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備。由主機部分、輔機部分及電氣控制系統組成。主機部分包括止推板、隔膜板、廂式板、主梁、頭板、液壓系統、拉板系統。輔機部分包括二次壓榨系統、濾布沖洗系統、聚丙烯酰胺（PAM）配投系統。隔膜式壓濾機主要技術參數見表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配投系統運行、給料泵前注藥，給料泵啟動，泥漿經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，固形物被截留在濾腔內逐漸形成泥餅。

“進料過濾”步序結束，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”結束，進入“空氣吹除”步序，壓力空氣經濾板右上角的排水通道引入濾腔經板底排水孔排出，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，設計使用周期為1a。按運行記錄統計，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計周期的1／3。破損部位大多發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。

臺時產率低設計

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

原因分析

泥餅含水率高、產率低

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，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，則系統投加PAM量近4kg／t干泥。PAM投加量和污泥特征、藥品性質、使用環境等因素有關，合理的投加量需要依據生產實際情況確定。

根據本裝置PAM投加量（4kg／t干泥）及裝置運行生產中注意到的泥餅黏性大、餅面有藥液殘留、濾液黏滑等現象。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。

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，轉子軸向力持續增大，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。

臺時產率低

壓濾機臺時產率和進料時長、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。

其中污泥比阻值和污泥性質有關，在系統設計過程中應已充分考濾；壓濾機過濾面積為壓濾機規格確定為固定參數；壓濾機進料流量、進料污泥濃度為工藝過程可控制參數，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，臺時產率降低。進料時長較短，濾布截留污泥量不足，成餅質差、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，亦能導致壓濾機產率低。

優化試驗方案

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率低等系列問題原因分析結論，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化調整，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投加量及最優周期進料時長，設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率和濾布破損率等工藝參數變化關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變化關系；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變化關系。

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、臺時產率等指標進行統計分析。從階段試驗結果得出，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%，一直維持下降態勢，但達到設計指標70%仍有差距；臺時產率平均值從原來0.25t干泥提升至0.29t干泥，一直維持上升態勢，但達到設計標準平均值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、提升壓濾機臺時產率。試驗統計數據見表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、臺時產率等指標進行統計分析。從階段試驗結果得出，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%設計要求。臺時產率平均值從第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干泥設計值，但隨著第9、10周期時長逐漸增加至14h、16h，臺時產率掉頭下行，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據， 對壓濾機運行工藝進行了優化調整。實踐證明，壓濾機運行工況穩定未發生濾布破損情況； 未發現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。工藝優化調整前、后年度降耗估算統計見表。

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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