低溫真空脫水干化車間設計

范 通 達

(中國市政工程中南設計研究總院有限公司安徽分院，安徽 安慶　246001)

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低溫真空脫水干化車間設計

范 通 達

(中國市政工程中南設計研究總院有限公司安徽分院，安徽 安慶246001)

闡述了低溫真空脫水干化的基本原理及成套設備系統(tǒng)組成,從建筑與工藝兩方面，介紹了某污水處理廠低溫真空脫水干化車間的設計方法，總結了設計中需要注意的問題，達到了預期的污水處理效果。

污水處理廠，污泥，低溫真空脫水干化，車間設計

1　工程概況

某工業(yè)園區(qū)位于長江南岸，規(guī)劃建設以金屬冶煉及加工延伸產業(yè)為主導產業(yè)，同時發(fā)展港口物流業(yè)的現代化工業(yè)園區(qū)?，F狀入園企業(yè)主要分布在金屬冶煉、建材等行業(yè)，即將入園企業(yè)還包括造紙、船舶制造、紡織等工業(yè)企業(yè)。污水處理廠設計近期規(guī)模為1.0萬m3/d，其中工業(yè)廢水約占65%，工程占地面積為2.34 hm2，污水處理廠遠期規(guī)模為5.0萬m3/d，工程總占地面積為5.94 hm2。根據污水處理廠環(huán)境評價報告，要求脫水后污泥含水率要不大于40%。

當前國內城鎮(zhèn)污水處理廠產生的污泥，一般通過帶式污泥濃縮脫水機、離心脫水機或者板框壓濾機等設備進行處理。污泥經帶式污泥濃縮脫水機、離心脫水機處理后，泥餅含水率約為80%。污泥添加大量無機混凝劑，并采用板框壓濾機處理，泥餅含水率可降低至60%左右，污泥量增加約30%。

上述幾種常見的處理工藝均難以保證脫水后污泥含水率不大于40%的要求。項目可行性研究報告中經多方案比較論證后，剩余污泥處理推薦采用低溫真空脫水干化成套設備。污泥低溫真空脫水干化成套技術是近年來興起的污泥深度脫水技術，它將物料的脫水、洗滌(可選)、壓濾與干化工序合成一體，在同一設備上連續(xù)完成[1]，能將污泥含水率穩(wěn)定降低至30%以下，具有效率高、占地小、運行費用低等特點。

2　低溫真空干化的基本原理和系統(tǒng)組成

2.1板框壓濾機的過濾機理

板框壓濾機過濾機理是用進料泵將調質后的污泥送入由濾板組成的各密封濾室，利用進料泵的壓力作為過濾動力使濾液通過過濾介質排出，完成固液兩相分離。

剛開始進料時，濾布潔凈，過濾阻力小，泵入壓濾機的污泥量大，速度快。隨著過濾時間的增加，附著在濾布表面的污泥逐漸增加，泥餅慢慢變厚，過濾阻力變大，泵入壓濾機的污泥量變小。當濾室被物料充滿后，進料停止，進料過濾期結束，轉入密實成餅期。密實成餅是通過壓榨水泵泵入的高壓水產生的壓力，壓密泥餅，減少污泥顆粒間的空隙，脫除空隙水。密實成餅結束后，壓濾機通過壓縮空氣對泥餅進行強氣流吹掃，脫除污泥顆粒間的毛細水，進一步降低泥餅含水率。

2.2低溫真空脫水干化工藝原理

低溫真空脫水干化工藝在板框壓濾機的基礎上增加了真空干化模塊。該模塊利用“熱間歇泉”效應和真空熱干化原理，進一步降低了濾餅含水率。

1)“熱間歇泉”效應。在“壓榨脫水階段”的同時，由加熱系統(tǒng)向加熱板內注入流體熱介質，“強氣吹掃”結束后，隔膜持續(xù)擠壓濾餅，真空系統(tǒng)對過濾腔室抽真空，“壓榨、加熱、真空”三者結合，在短時間內使靠近加熱板加熱面的濾餅的毛細管內的水因熱傳導而汽化，當汽化的水蒸氣壓力大于相應的毛細管壓力時，所產生的蒸汽急劇膨脹噴爆，受高壓蒸汽取水的濾餅的毛細管遠端的水以液態(tài)的形式噴出，類似于自然界的“熱間歇泉”效應，完成了物料的毛細水脫除。濾餅毛細管中的這部分水分的去除不是靠汽化，而是噴爆去除，消耗的能量大大少于傳統(tǒng)的直接加熱蒸發(fā)，節(jié)約了濾餅干化消耗的能源。

2)真空熱干化。由于水的沸點會隨著壓強變化而變化，公式如下：

T=100.00+0.036 7(P-760)-0.000 023(P-760)2。

其中，T為水的沸點溫度，℃；P為環(huán)境壓強，mmHg。

當環(huán)境壓強P減小時，水的沸點T會隨之降低。真空干化隔膜壓濾機就是利用該原理，通過真空系統(tǒng)將濾腔中的氣壓降低，從而導致濾腔中濾餅水的沸點降低(最多可降低至40 ℃)，同時與濾餅接觸的隔膜板和加熱板加熱面溫度為90 ℃～95 ℃，因此在一定真空度的環(huán)境中，溫差的驅動使濾餅中水分蒸發(fā)的速度會加快，比在常壓下加熱干化的效率更高。同時，隨著氣壓的降低，液體汽化的蒸發(fā)焓也隨之降低，干化時所需的熱量跟著減少。

2.3低溫真空脫水干化成套設備的系統(tǒng)組成

從功能上分，低溫真空脫水干化成套設備主要包括如下幾個部分：

1)污泥調質系統(tǒng)；

2)進料系統(tǒng)；

3)壓濾系統(tǒng)；

4)真空系統(tǒng)；

5)冷凝系統(tǒng)；

6)空壓系統(tǒng)；

7)加熱系統(tǒng)；

8)清洗系統(tǒng)。

3　車間設計

3.1建筑設計

污泥脫水干化車間土建按照遠期規(guī)模一次建成，主要設備按一期工程安裝。脫水車間建筑面積1 537.33 m2，框架結構。其泥棚為1層，建筑檐口高度5.0 m，其他部分為2層，建筑檐口高度15.0 m，1層為工具間、儲藥間、真空機組間、加藥及投配系統(tǒng)、進料系統(tǒng)及壓濾系統(tǒng)，2層為中控操作室、配電間，低溫真空脫水干化一體機以及加熱設備，脫水車間建筑外包尺寸為：40.14 m×22.64 m。車間平面圖見圖1，圖2。

3.2工藝設計

污泥低溫真空脫水干化車間按每天兩班，每班8 h運行。污泥低溫真空干化脫水成套設備運行周期為3.5 h～4.0 h，其主要設備見表1。

表1　主要設備選型表

4　設計中應注意的問題

1)低溫真空脫水干化設備選型與污泥性質密切相關，應該結合類似園區(qū)污水廠剩余污泥的性質，合理選定設備。

2)合理選擇熱源對降低運行成本具有重要意義，應優(yōu)先考慮周邊廢熱，降低工程投資和運行成本。

3)熱水鍋爐應根據鍋爐容量，滿足GB 50041—2008鍋爐房設計規(guī)范的相關要求，尤其是注意防爆安全設計。

[1]許太明，孫洪娟，曲獻偉，等.污泥低溫真空脫水干化成套技術[J].中國給水排水，2013,29(2)：106-108.

Design of low-temperature vacuum dehydration workshop

Fan Tongda

(AnhuiBranchofCentralandSouthernChinaMunicipalEngineeringDesign&ResearchInstituteCo.，Ltd，Anqing246001，China)

This paper described the basic principle and sets of equipment system composition of low-temperature vacuum dehydration, from the architecture and technology two aspects, introduced the design method of a sewage treatment plant low-temperature vacuum dehydration workshop, summarized the problems needing attention in design, achieved expected sewage treatment effect.

sewage treatment plant, sludge, low-temperature vacuum dehydration, workshop design

1009-6825(2016)19-0123-03

2016-04-20

范通達(1982- )，男，碩士，工程師

X703

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