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桑德集團電滲透高干脫水機破解污泥脫水

時間:2015-11-17 10:18來源:中國環境報作者:信息發布點擊: 次

在不添加任何化學調理劑的情況下，脫水后的泥餅含水率可降至40%以下，低位熱值達到1000~1300kCal/kg，不僅可自持焚燒，而且可回收部分熱能，同時在成本上也明顯優于現有各類污泥干化脫水設備。

污水處理廠處理污水過程中產生大量污泥，污泥因含水率高、有機物含量高含有重金屬、致病微生物，且具有強烈的惡臭味道，在此階段污泥大多未進行減量化、資源化處理，大量的濕污泥隨意外運、簡單填埋或堆放，致使許多城市“污泥圍城”，帶來了二次污染。據環境保護部統計，2014年全國投運的污水處理設施4436座，總設計處理量1.71億立方米/日，平均處理水量1.35億立方米，污泥產生量超過4000萬噸/年。但是一直以來因為“重水輕泥”導致了“污泥圍城”困境。據統計我國包括填埋在內的污泥處置率約25%，全國范圍內江蘇省的污泥處置率最高，也僅達到55%左右。

目前，污泥處置方式主要有焚燒、填埋和土地利用，脫水處理是完成最終處置的重要前提。而污泥脫水是目前需要解決的關鍵難題，目前針對含水率99%的污泥脫水機有轉鼓濃縮機、離心濃縮機、帶式濃縮機。針對含水95%以下的污泥脫水機即污泥深度脫水機有離心脫水機、廂式脫水機、板框脫水機、隔膜脫水機，其中隔膜壓濾機可進行充氣/水進行二次壓濾脫水效果最好。無論哪種脫水機進行污泥深度脫水，均需添加FeCl3和CaO等藥劑進行化學調理改性，藥劑添加量一般在30%以上（相對于絕干污泥量），脫水后泥餅含水率最低可達60%，且泥餅因高pH、高含鈣量、低熱值而無法進行土地利用和焚燒，只能進行混合填埋，限制了污泥的資源化利用。

桑德集團公司于2006年前后開始關注污水處理廠污泥的污染問題。2006年，大部分污水處理設施尚不健全，但是污泥的污染問題已經凸顯出來。2006年底查閱了澳大利亞聯邦科學與工業組織（CSIRO）研究小組于2001年3月發表的《利用電脫水提高市政污泥的過濾》終結報告，以及《污泥電滲透脫水操作條件的優化研究》和《生物污泥的電滲透脫水》等文章；2007年1月赴韓國進行技術考察；2007年4月4日首次接受了電滲透應用于污泥脫水的技術；于2007年4月5日正式開展電滲透污泥高干脫水機設計研發工作。

自2007年4月以來，桑德集團公司共研發了三代具有自主知識產權、高效節能電滲透污泥高壓干化機國產化核心設備，并于2014年開始進行了工業化示范應用。該技術及設備為國內及國際首創，在技術原理上徹底顛覆了傳統污泥脫水技術，將污泥含水率降至40%，且因無任何化學藥劑的添加，低位熱值較高，完全可實現自持焚燒。該技術為構建投資及運行成本雙低的“污泥干化+直接焚燒”工藝提供了關鍵性的技術保障，具備在國內外廣泛推廣應用的價值，為我國城市污水處理廠污泥高效脫水提供了有力技術支撐。

深入研究污泥物性，創新整合脫水機制。

經過桑德集團工程技術研發團隊的刻苦攻堅，電滲透污泥高干脫水技術的工作原理清晰地展現在世人面前，其核心原理可以概括為：將電滲透與彈性壓榨相耦合，實現二者技術優勢的互補，大幅提高污染脫水效果。桑德集團的研發思路是：電滲透脫水設備主要由幾十對陰陽電極板組成，陽極板為固定板，陰極板為移動板，在陽陰極板之間形成污泥腔室及均布電場。在電場作用下，帶負電荷的污泥顆粒向陽極移動，帶正電荷的水分子向陰極移動；與此同時，陰極板在液壓動力下向陽極移動，使污泥腔室容積縮小；移向陰極板的水分透過濾布和濾網得以排出，污泥顆粒則留在腔室內，最終形成脫水泥餅。

電滲透污泥高干脫水技術用于污水處理廠污泥的深度脫水。污水處理廠污泥或外接污泥可處理含水率80%~96%的污泥，通過無軸螺旋輸送機送入污泥儲罐中，污泥被污泥螺桿泵壓入電滲透高壓干化機。在電滲透高壓干化機上，由高壓油泵提供壓力，使油缸壓緊鋼制高壓彈性濾板組件。電極板、鋼制高壓彈性濾板、濾布共同形成污泥過濾型腔。

前期由進料泵壓力持續進含水率為80%~96%污泥，依靠進料壓力0.8~1.2MPa進行初步脫水，之后關閉進料泵電源，氣控進料三通閥自動關閉：開啟電滲透電源裝置、再次啟動液壓裝置，油缸活塞桿再次頂緊壓緊板進行濾餅電滲透和二次壓榨脫水作業。各過濾單元彈簧收縮，同時各過濾單元水道芯板隨之向鋼制高壓彈性濾板推進，從而改變濾室容積，濾出多余水分。經電滲透和彈性壓榨機壓濾后使得污泥含水率降至40%。

由于含水率為40%以下泥餅表面存在大量疏松孔洞，表面蒸發面積特別大，加之泥餅經過電滲透作用后自帶60℃~70℃溫度，泥餅由皮帶輸送機輸送至干泥餅存放場或運泥車斗中。輸送過程中，泥餅水分迅速蒸發，含水率降低5%~10%左右。

污泥脫水過程產生的濾液可返回污水處理廠進泥端或反硝化池補充碳源。

精心設計，全面優化，為我國環保裝備制造奉獻佳作。

電滲透高干脫水機由主機、機架、濾室、拉板、自動清洗（選配）、自動接液等六部分組成。

主機結構：污泥電滲透高壓干化機是集機、電、液于一體，技術水平先進的分離機械產品。它由五大部分組成，即機架部分、過濾部分（濾板、濾布）、拉板部分、液壓部分和電氣控制部分。根據用戶要求還可以增加接液、水洗等裝置。

機架：機架部分是機器的主體，用以支撐過濾機構，連接其他部件，它主要由止推板、頭板、壓緊裝置和主梁等部件組成。設備工作時，液壓站供油給液壓缸的高壓油腔，使液壓油驅動液壓缸內的活塞及活塞桿，推動頭板緩緩向前壓緊濾板，當頭板走到一次鎖緊位置后停止；二次壓緊時，頭板走到二次鎖緊位置后停止，控制電路啟動，斷開電機電源，使油泵停止供油，液壓缸處于自動保壓狀態。

當高壓油路的管件及控制閥因密封等原因使壓緊壓力下降，使電接點壓力表的表針觸及下限指針時，控制電路重新啟動，接通電機電源，使油泵繼續供油、補壓，直至升至表壓上限后停止。

濾室：濾室由濾板、濾布組成。濾板、濾布相間排列，形成了若干個獨立的過濾單元-濾室。過濾開始時，料漿在進料泵的推動下，經止推板上的進料口進入各濾室內，并借進料泵產生的壓力進行過濾。由于濾布的作用，使固體留在濾室內形成濾餅，濾液排出。液壓站供油給液壓缸的高壓油腔，使液壓油驅動液壓缸內的活塞及活塞桿，推動頭板緩緩向前壓緊彈性濾框，對濾餅進行壓榨，可進一步降低濾餅的含水率。在污泥電滲透高壓干化機的使用過程中，濾布起著關鍵的作用，其性能的好壞、選型的正確與否直接影響著過濾效果。目前所使用的濾布中，最常見的是由合成纖維紡織而成，根據其材質的不同可分為滌綸、維綸、丙綸、錦綸等幾種。

耐腐蝕、耐高溫不銹鋼陰極導電濾盤，安裝在耐熱濾布后方，陰極導電濾盤左右兩側引出電鼻，連接到陰極銅排，通過陰極銅排連接到整流電源陰極上。陽極裝置連接到配電銅排的陽極銅排上，通過陽極銅排連接到整流電源陽極上。

帶喂料器污泥螺桿泵將污泥打入電滲透高干脫水機板框濾室中，相鄰兩組彈性板框濾板之間由陽極板加耐熱濾布與陰極濾盤加耐熱濾布形成一個均勻空間。污泥形成的泥餅被陰極、耐熱濾布和陽極夾持，近似看作是四方電阻，通直流電后，形成均布電場。污泥本身是帶電膠體，電阻大小由污泥電導率決定。

整流電源通過預設程序，根據泥餅壓力變送器反饋信號，送出直流電逐級加載到陰極、陽極上，在電場力作用下，停留在陽極、和陰極之間泥餅發生電滲透作用。外加液壓油缸產生梯度機械壓榨力作用，固液分離，同時污泥顆粒部分細胞出現破壁現象，四方泥餅中被電滲透出的水以間隙水形式透過耐熱濾布，達到脫水目的。開板前吹入高壓空氣進入泥餅中心，吹出未干化稀泥回流到儲泥罐中。

除此之外，常用的過濾介質還包括棉紡布、無紡布、篩網、濾紙及微孔膜等，根據實際過濾要求而定。

拉板部分：拉板部分安裝于兩主梁外側。橫梁左右兩側面裝有 C 型鋼軌道。拉板盒在槽內的前后運動，是由驅動馬達上的鏈輪（可正、反轉），通過中間鏈輪再驅動傳動軸上的鏈輪來實現的。由此，拉板盒上的止退勾頂住濾板把手時被卡住，驅動電機電流上升到額定值，變頻器反饋信號給 PLC，使拉板驅動電機反轉，拉板器拉鉤帶動濾板，當濾板觸及頭板后，拉板電機電流上升到額定值，變頻器反饋信號給 PLC，使拉板驅動電機正轉，完成逐塊拉板工序直到拉完最后一塊，拉板盒上的擋板碰到尾板上的回位塊，拉鉤被放平，拉板盒退回到頭板的一側，拉板盒上的擋板碰到復位塊，拉板裝置復位。

拉板器結構小巧靈活，無虛抓，無脫鉤現象。自動拉板的拉板盒采用不銹鋼制作。

自動清洗裝置（選配）：全自動濾布清洗裝置，采用高壓水進行清洗，通過清洗，濾布織物內部也更干凈。此外系統中采用特殊設計，清洗裝置帶有兩個橡膠擋板，高壓水噴頭布置于擋板的內側，減少了在洗滌過程中水花濺出。通過自身的定位裝置，自上而下，兩個刷子分別在一塊濾板的兩側對濾布進行清洗。而且高壓水噴頭和濾板的距離是恒定的。

自動接液裝置：自動接液裝置安裝在濾板組的下方，接液盤放置在小車上，小車由四個輪子支撐在導軌上，小車由電機驅動。

在過濾時，接液盤移動到濾板組的正下方，碰到行程開關時停止。卸料前，接液盤移動到濾板組的外側，碰到復位行程開關時停止。

主要技術經濟指標顯優勢，關鍵技術有突破，得到業內專家高度評價。

電滲透污泥高干脫水機將在不投加任何化學藥劑的情況下，將城市污泥含水率從80%~85%降至60%~40%，總電耗80~120kWh/t，有機物去除40%以上，殺滅98%的細菌，并能去除部分重金屬。應用于含水率80%的污泥25t/d的工程，總投資約580萬元，按設備廠房折舊20年計算，噸污泥投資費用為31.78元。

電滲透高干脫水機因無藥劑添加，因此無需加藥裝置，可極大地節省建設占地面積。脫水后泥餅含水率低，污泥減量70%左右，如進行填埋處理，可節省運輸費用和填埋費用；如進行焚燒處理，脫水后泥餅低位熱值大于4MJ/kg，不僅能夠自持焚燒，而且可回收熱能；如進行污泥堆肥，低含水率污泥進行堆肥，一方面污泥透氣率升高不易產生臭氣，另一方面便于堆肥溫度升高達到中高溫堆肥的效果。

目前污泥的干化脫水技術主要有隔膜壓濾脫水、渦流薄層熱干化、流化床熱干化等設備，對其運行成本、投資成本、脫水效果及單位污水的成本進行分析結果如表所示。

2015年7月，E20環保平臺組織專家對電滲透污泥高干脫水技術進行了成果鑒定，其創新點為：

（1）采用“高壓彈性壓濾”與“電滲透”耦合原理，在常溫工況下，實現固液分離，避開固汽分離相變汽化潛熱階段。

（2）該技術為污泥體積減量提供了一種新的技術和設備，將電滲透和高壓彈性壓濾相結合，屬于國內首創，達到國際先進水平。

（3）在不投加任何化學藥劑的情況下，該技術將城市污泥含水率從80%~85%降至60%~40%，總電耗80~120kWh/t，與達到現有同等熱干化技術脫水效果相比，具有投資和節能效果明顯，這種技術組合具有創新性。

（4）該技術采用靜態銅排牽引電纜配電，有效解決了電滲透設備普遍存在虛接打火等技術問題，提高了系統穩定性。

（5）該技術采用低壓開關電源，電能轉換效率得到有效提高，同時提高了系統的安全性。

（6）該技術為二次脫水技術，可與現有常規脫水設備直接銜接，在不投加任何化學調理劑的情況下，不用配套龐大的加藥系統，工藝系統簡單、占地面積小、操作管理方便，并為污泥后續處理處置和利用提供了泥質保障。

示范工程運行良好，市場前景十分廣闊。

目前，污泥處置方式主要有焚燒、填埋和土地利用，其對污泥的含水率有一定的要求。實際上，污泥脫水也是現階段污泥減量化的難題，目前應用較多的脫水機有帶式、離心式、壓濾式等污泥脫水設備，以及污泥熱干化設備，均存在一些問題尚未解決。其中，帶式脫水機僅能將污泥含水率降至85%~80%；離心式、壓濾式脫水機在添加絮凝劑和石灰等調理劑的情況下，也才能將污泥含水率降至70%~60%，所產泥餅的熱值仍然較低，需要添加燃煤、燃油等輔助燃料方可維持正常的焚燒工況；熱干化設備雖能實現污泥高干度脫水，但水分蒸發需要消耗大量的熱能，故運行成本很高，同時由于國產設備尚處起步階段，故國內污泥干化項目大多依賴進口設備，因此投資居高不下。

2014年10月份，桑德集團建成投產了一套處理能力為25噸/天的示范工程，近1年來的穩定運行結果顯示，在不添加任何化學調理劑的情況下，脫水后的泥餅含水率可降至40%以下，低位熱值達到1000~1300kCal/kg，不僅可自持焚燒，而且可回收部分熱能，同時在成本上也明顯優于現有各類污泥干化脫水設備。

此項技術在湖北咸寧建有示范工程。工程突出了污泥處理首先要實現減量化、穩定化和無害化目標。運行以來，對經本技術干化前、后污泥中主要重金屬含量及壓濾出水進行了監測，符合設計指標和相關行業標準要求。同時，又充分體現了資源化利用原則，符合國家提倡的發展循環經濟要求。此技術路線極有可能會成為引導今后我國污泥處理處置的一個發展方向。

實踐出真知。安全環保、循環利用、節能降耗、因地制宜、穩妥可靠是國家政策對污泥干化脫水技術的基本要求，也是桑德集團的研發目標。他們堅信，電滲透污泥高干脫水技術一定會贏得市場，這對于有效解決當前我國城鎮污泥處理處置所面臨的困境，及實現污泥無害化、減量化和資源化有著重要意義。

目前，該套設備已經在三十多個污泥處置工程中得到應用。許多用戶反映，桑德集團為他們解了污泥之憂，除了污泥之患。目前他們正在加班加點組織生產，力爭讓這一設備在污泥處置中發揮更大的作用。

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