卧螺离心机与带式压滤机的比较.doc

卧螺离心机与带式压滤机的比较过去，国内城市污水处理厂的污泥（浓缩）脱水，绝大部分都采用带式压滤机（以下简称带机），离心机因其噪音大、能耗高、处理能力低而很少采用，然而，最近几年来，卧螺式离心机（以下简称离心机）的应用大有超过带式压滤机之势。在国外，卧螺离心（浓缩）脱水机的应用很普遍，而在国内，卧螺式离心机的推广主要得益于离心机厂家成功的市场营销。国外采用离心机的主要原因是其脱水后含固率高，可达30以上，而国内由于污泥处置费用不高，对含固率要求也不高，一般只要求超过20，这样国外供给国内的离心机的材质和 加工精度降低一个档次仍能满足要求。由于国内部分设计人员对采用离心机的认识模糊，选用离心机而对其处理后含固率仍与带机要求相同，这样离心机就失去了其竞争优势。国内许多设计院或用户常常忽视了这一点。下面笔者根据带机和离心机的使用调查情况，结合设计经验，就污泥浓缩脱水设备的 选型问题作以下探讨。 1 带机与离心机的理论比较 由于带机为污水处理厂污泥脱水的主流，因此离心机的优点主要建立在与带机的比较上，离心机厂商认为，离心机对带机来说，具有如下优点：卧螺离心机利用离心沉降原理，使固液分离，由于役有滤网，不会引起堵塞，而带机利用滤带 使固液分离，为防止滤带堵塞，需高压水不断冲刷；离心机适用各类污泥的浓缩和脱水，带机也适用各类污泥，但对剩余活性污泥需投药量大且脱水困难；离心机在脱水过程中当进料浓度变化时，转鼓和螺旋的转差和扭矩会自动跟踪调整，所以可不设专人操作，而带滤机在脱水过程中当进料浓度变化时，带速、带的张紧度、加药量、冲洗水压力均需调整，操作要求较高；在离心机内，细小的污泥也能与水分离，所以絮凝剂的投加量较少，一般混合污泥脱水时的加药量为：1.2kgt干泥，污泥回收率为95以上，脱水后泥饼的含水率为6575左右，而带滤机由于滤带不能织得太密，为防止细小的污泥漏网，需投加较多的絮凝剂以使污泥形成较大絮团，一般混合污泥脱水时的加药量大于3kg/L干泥，污泥回收率为90左右，脱水后泥饼含水率80左右；离心机每立方米污泥脱水耗电为1.2kwm3，运行时噪音为7680db，全天24h连续运行滁停机外，运行中不需清洗水；而带机每立方米污泥脱水耗电为0.8kwm3，运行时噪音为7075db，滤布需松驰保养，一般每天只安排二班操作，运行过程中需不断用高压水冲洗滤布；离心机占用空间小，安装调试简单，配套设备仅有加药和进出料输送机，整机全密封操作，车间环境好；而带机占地面积大，配套设备除加药和进出料输送机外，还需冲洗泵，空压机，污泥调理器等等，整机密封性差，高压清洗水雾和臭味污染环境，如管理不好，会造成泥浆四溢；离心机易损件为轴承和密封件，卸料螺旋的维修周期一般在3a以上；而带机易损件除轴承、密封件外，滤带也需更换，价格昂贵；运行费用的计算。离心机厂商在进行离心脱水与带式压滤脱水运行费用比较时，采用如下算法：假设：带机投药量4kg（t干泥）计，单机处理电耗以0.8kWm3泥浆计，冲洗水：污泥浆为1：1；离心机投药量以3kg（t干泥）计，单机处理电耗以1.2kwm3泥浆计，冲洗水以0计，电费0.5元kw，水费0. 5元m3，药费80元kg。以8104t/d的污水处理厂为例，干污泥量为10t/d，进泥含固量为3（浓缩后污泥），泥浆量为333m3d，脱水后污泥含固率20%。计算得：带式压滤机：药费为3200元/d；电费为133. 2元/d；水费为166.6元/d。则带机的日运行费用为=3200+1332+166.63499.8元d。卧螺离心机：药费为2400元/d；电费为199.8元/d；水费为0元/d；则离心机的日运行费用为=2599.8元d。运行费差额：900元d，1a以360d计，=900元d360d=324000元人民币。即1a运行费带机比离心机多32.4万元人民币。因此，离心机厂商根据上述分析，得出如下结论：污泥脱水从原理上分析，采用离心机比带机更合适；离心机由于分离效率高，对污泥的絮凝要求比带机低，所以药耗低，运行费用低月收率和脱水效果好，建议采用卧螺离心机。 2 对带机与离心机实际使用情况分析 本人根据自己多年的设计经验和对卧螺离心机用户的调查，对上述离心机的优点进行考证，下面分别进行分析：前述第条、第条，情况确实如此。但对其余各条，笔者有不同看法。2.1 适用介质问题离心机并不适用于各类污泥。经调查，离心机不适用含粉煤灰等无机成份较多的污泥，因为粉煤灰经过离心分离，附着在离心机内壁较难去除，离心机刮泥刀遇到很大阻力，从而导致泥进去后就出不来。我国北方某城市污水处理厂就出现这种情况，离心机没法正常运行，不得不改成带机，造成很大损失。2.2 进科的控制问题前述第条：离心机可根据进料浓度变化自动调整转差和扭矩，带机要手动调整，事实上是因为进料浓度的变化对离心机影响较大1，而对带机的影响较小。2.3 固体回收率及加药量的问题前述第条：离心机的固体回收率确实比带机高1，但这并不是说带机固体回收率低就不能用，事实上滤波还得回流到前面，与污水厂进水一道重新进行处理。药剂投加量，是有争议的，带机厂商也会说，他们的带机药剂投加量也少，笔者设计的某15104t/d城市污水处理厂，采用的是卧螺离心机脱水，投产后每吨干污泥的实测耗药（PAM）量为 1.72.0kg，是比较低的。资料显示，上海某污水厂也作过带机脱水耗药量试验，城市污水每吨干污泥的药剂也在20kg左右。由于各厂污泥性质有所不同，很难说带机药耗就比离心机高多少。2.4 电耗问题电耗的差异并不是离心机厂商宣称的那样，实际上离心机电耗要远远大于带机。离心机的噪音，很刺耳，而带机的噪音不在机器本身，主要是冲洗水的声音，声音感觉比离心机要好得多；运行时间理论上带机也能24h运行，当然带机连续运行没有离心机可靠。2.5 机器的寿命问题前述第条：质量好的带机其轴承寿命都超过20a，与主机寿命差不多，滤带确实需要常更换，滤带一般能连续进行2000h操作，如果间断运行，保养良好也是23a更换一次，不管是国产还是进口带机，滤带一般都可用国产滤带代替，因此更换滤带成本并不高，而卧螺离心机目前国产设备较进口设备差距较大，如果更换螺旋，必须是国外原产的，因此这将会带来很多麻烦，更换成本很高。2.6 运行费用的计算在离心机厂商计算离心脱水与带式压滤脱水运行费用比较时，所采用计算方法存在很多问题，运行成本主要包括：药剂费、电费和水费。可以首先将其水费排除掉，因为现在带机滤布冲洗全采用二沉地出水，是不用花钱的，其次，药剂耗量到底带机比离心机多多少很难说清，是有争议的。笔者以某8104t/d污水处理厂为例，对污泥处理的实际运行费用进行了计算，结果如下：干污泥量：10t/d，含固量：0.8（未浓缩污泥）。假设电费0.5元kw，药费60元kg。卧螺离心机与带机电耗比较见表二： 表1 卧螺离心机与带机电耗比较 比较项目卧螺离心机带式压滤机运行时间/h2416处理能力（湿泥）/（m3.h-1)10/（0.8%)/24=5210/(0.8%)/16=78实际处理能力/（m3.h-1)55-6580-100浓缩机功率/kW451.5浓缩机液压装置功率/kW7.5与脱水机合用脱水机功率/kW222.2脱水机液压装置功率/kW7.51.5污泥切割机功率/kW7.5无浓缩提升至脱水/kW5.5无冲洗水泵/kW无7.5总装机功率/kW9510.5需要切率/kW9585%=80.7510.585%=8.9每天耗电/kW80.7524=19388.916=143从上表可知，离心机与带机每天电费差额为（1938 143）kwh0.5元kwh897.5元人民币。药费如果真按离心机厂家所说，带机比离心机多1kg(t干泥），就目前市场PAM价格应当是60元kg，则带机比离心机每大多涓耗药剂量为：10td1kgt10kg/d，每天多用药剂费为1060=600元，即每天带机比离心机多用药剂费为600元人民币；假如带机比离心机耗药量大的话，总体来说带机还是比离心机每天节省897.5600297.5元，每年节省约10万元人民币。事实上，离心机的电耗是确定无疑的，而带机的药耗是有争议的，如果带机与离心机耗药量相同的话，那么离心机每天比带机运行费用要高 897.5元，即每年离心机比带机多花费约33万元人民币。因此，从运行费用看，采用离心机并不比带机省。2.7 投资问题从投资上看，上述带式一体机若为进口高档次产品，全套约20万美元，国产则更低，而上述一套离心浓缩脱水机约30万美元，由于产品档次差异或其他具体原因，价格会有所出人，但是一般来讲，相同档次的产品，离心机价格要比带滤机高，然而，由于离心机占地少，污泥浓缩脱水间土建费用可节省一些，两者基本相互抵消，也就是说带机与离心机投资费用相差不多。 3 结语 从以上分析我们可以得出如下结论：离心机的优点是出泥干、全密闭运行环境好。不需冲洗水，带机的优点是节省电耗、噪音小。因此污泥（浓缩）脱水是采用离心机还是带机，一定要具体问题具体分析，切不可盲目跟风。 污泥常温和高温好氧消化工艺概述污泥好氧消化实质上是活性污泥法的继续，其工作原理是污泥中的微生物有机体的内源代谢过程。通过曝气充入氧气，活性污泥中的微生物有机体自身氧化分解，转化为二氧化碳、水、氨气等，使污泥得到稳定。与现在普遍采用的污泥厌氧消化相比，好氧消化具有下列优点：(1) 对悬浮固体的去除率与厌氧法大致相等；(2) 上清液中的BOD浓度较低（10mgl以下）；(3) 处理后的产物无臭、类似腐殖质，肥效较高；(4) 运行安全、管理方便；(5) 处理效率高，需要的处理设施体积小，投资较少。由于污泥好氧消化工艺具有上述优点，因此在中小型污水处理厂颇受青睐。美国、日本、加拿大等发达国家都有不少中、小型污水处理厂采用好氧消化处理污泥，仅加拿大某省就有20个小型污水处理厂运用此法，丹麦大约有40%的污泥使用好氧法进行稳定化处理。污泥好氧消化一般有三种工艺：CAD、AAD、ATAD。1 CAD工艺 1.1工艺流程传统的好氧消化工艺（CAD，conventional aerobic digestion）的构造及设备与传统活性污泥法相似，但污泥停留时间很长，其常用的工艺流程主要有连续进泥和间歇进泥两种，如图1所示1：一般规模较大污水处理厂的好氧消化池采用连续进泥的方式，运行方式与活性污泥法相似。规模较小污水处理厂的好氧消化池，可采用间歇进泥，定期的进泥和排泥，通常每天一次。污泥好氧消化的主要目的就是稳定污泥中可生物降解的有机物。污泥稳定的定量评价指标主要包括有机物（VSS）的去除率和消化污泥的比耗氧速率（SOUR）当VSS去除率达到38%时，或当消化污泥的SOUR降低到1.01.5mgO2gvss.hr时，可认为污泥达到稳定。1.2影响CAD运行的因素（1）温度温度对好氧消化的影响很大，温度高时，微生物代谢活性强，即比衰减速率较大，达到要求的有机物VSS去除率所需的SRT短2。当温度降低时，为达到污泥稳定处理的目的，则要延长污泥停留时间3。温度对反应速率的影响可用公式表示：k2/k1=(T2-T1)其中：k1、k2为温度T1、T2时分别的反应速率；T1、T2为温度，； 为温度系数（有研究者认为为常数，=1.058）。（2）停留时间SRT VSS的去除率随着SRT的增大而提高，但是相应地处理后剩余物中的惰性成分也不断增加，当SRT增大到某一个特定值，即使再增大SRT，VSS的去除率也不会再明显提高。对SOUR也存在着相似的规律，SOUR随SRT的增大而逐渐下降，当SRT增大到某一个特定值，即使再增大SRT，SOUR也不会有明显下降。这一特定的点与进泥的性质、可生物降解性及温度有较大关系2。一般温度为20时，SRT为2530天。（3）pH值污泥好氧消化的速率在pH值接近中性时最大，当pH值较低时，微生物的新陈代谢受到抑制，有机物的去除率随之降低。在CAD工艺中，会发生硝化反应，消耗碱度，引起pH值下降至4.55.54。因此大部分的CAD工艺中都要添加化学药剂，如石灰等来调节pH值。（4）曝气与搅拌在好氧消化中，确定恰当的曝气量是很重要的。一方面要为微生物好氧消化提供充足的氧源（消化池内DO浓度大于2.0 mgl），同时满足搅拌混合的要求，使污泥处于悬浮状态。另一方面，若曝气量过大会增加运行费用。好氧消化可采用鼓风曝气和机械曝气，在寒冷地区采用淹没式的空气扩散装置有助于保温，而在气候温暖的地区可采用机械曝气。当氧的传输效率太低或搅拌不充分时，会出现泡沫问题5。（5）污泥类型 CAD消化池内污泥停留时间与污泥的来源有关。一般认为，CAD适用于处理剩余污泥，而对初沉污泥，则需要更长的停留时间。这是因为初沉池污泥以可降解颗粒有机物为主。微生物首先要氧化分解这部分有机物，合成新的细胞物质，只有当有机物不足时，才会消耗自身物质，进入内源呼吸阶段。CAD工艺具有运行简单、管理方便、基建费用低等优点。但由于需长时间连续曝气，运行费用较高。受气温影响较大，在低温时处理效果变差，而且对病原菌的灭活能力较低。另外，CAD工艺中会发生硝化反应，一方面消耗碱度，引起pH值下降 ，另一方面因硝化反应耗氧，而致使供氧的动力费用提高。这就促使人们对传统好氧消化工艺进行改造，提出了缺氧好氧消化工艺（AAD）。2 AAD工艺缺氧好氧消化工艺（AAD，anoxicaerobic digestion）即在CAD工艺的前端加一段缺氧区，使污泥在该段发生反硝化反应，其产生的碱度可补偿硝化反应中所消耗的碱度，所以不必另行投碱就可使pH值保持在7左右4。因在缺氧段以硝酸氮NO3N代替O2作为最终电子受体，需氧量比CAD工艺要少。图2介绍了AAD工艺的三种常见的流程图。其中，工艺可实现对间歇进泥的CAD工艺的改造，通过间歇曝气产生好氧和缺氧期，并要在缺氧期加搅拌设备而使污泥处于悬浮状态，促使污泥发生充分的反硝化。、工艺是将缺氧区和好氧区分建在两个池子里，而且两工艺都需要硝化液回流，以提供反硝化所需的硝酸盐。AAD消化池内污泥浓度及污泥停留时间等都与CAD工艺相似。CAD和AAD工艺的主要缺点是供氧的动力费较高、污泥停留时间较长、特别是对病原菌的去除率低。将温度提高到高温范围（4370）会大大提高对病原菌的去除，由此而开发了高温好氧消化工艺。3 ATAD工艺 3.1原理自热高温好氧消化工艺（ATAD：Autoheated Thermophilic Aerobic Digestion）利用有机物好氧氧化所释放的代谢热，达到并维持高温，而不需要外加热源。由于采用较高的温度，消化时间大大缩短（约6天），高温好氧消化具有较高的悬浮固体去除率，并且能达到杀灭病原菌的目的6。达到自热高温好氧消化通常需要以下三个条件：进泥首先要经过浓缩，MLSS浓度达4000060000 mgl（或VSS浓度最少为25000mgl），这样才能产生足够的热量。反应器要加盖，采用封闭的反应器，同时反应器外壁还要采取绝热措施，以减少热传导的热损失。采用高效氧转移设备减少蒸发热损失，有时甚至采用纯氧曝气。3.2工艺流程为防止短流并尽量杀灭病原菌，典型的ATAD系统一般采用间歇（分批）操作，至少两个反应器串联运行。第一段温度通常为45左右，一般不超过55。第二段温度通常为5060，一般不超过70。3.3影响ATAD的工艺参数（1）进泥的要求进入ATAD的污泥均应先进行浓缩，一方面可以减少消化反应器的体积，降低搅拌和曝气的能耗。另一方面可以提供足够的热量，使反应器温度达到高温范围。一般污泥经过重力浓缩即可满足要求。污泥负荷为F:M0.10.15 kg BOD5kgvss.d的污泥适合用ATAD法处理。（2）曝气和搅拌ATAD采用高效率的曝气系统，氧转移率一般大于15，这样不仅可以减少能量消耗，还可降低因供氧造成的热能损失。在ATAD中由于进泥的浓度相当高，再加上高温的作用，一般会有泡沫产生，有时甚至相当严重。因此在ATAD设备中应提供相应的泡沫控制设备。（3）pH值在ATAD中，由于高温抑制了硝化细菌的生长繁殖，硝化作用一般不会发生，因此需氧量会比CAD大大降低，同时在CAD中由于硝化作用而使pH值降低的问题也得到了解决，实际上，在ATAD中pH值通常可以达到7.28.0。而pH值的提高也会相应地提高对病原菌的灭活。ATAD法能加快生物反应速率，使需要的消化池容积缩小；能杀灭大部分的病原细菌、病毒和寄生虫；同时由于高温抑制了硝化作用，大大减少了氧的需求。这些优点使得ATAD在北美和欧洲的一些小型污水厂被广泛采用。80年代以后，人们又开发了一种两段消化工艺将自热高温好氧消化工艺与中温厌氧消化工艺相结合，即以一个一段的高负荷ATAD系统对污泥进行预处理后再进入中温厌氧反应器。工艺流程如图4所示。由于采用高温中温两段污泥处理工艺，可以达到有机物稳定和杀灭病原菌的良好效果，总停留时间缩短，VS去除和产气量都有所提高7。4好氧消化各工艺的比较及应用将污泥好氧消化各工艺进行比较，如下表所示。表1 污泥好氧消化各工艺比较表工艺优点缺点CAD