水處理污泥泵送小型試驗

蔣家安，徐 兵，王棟毅

（寶武集團環(huán)境資源科技有限公司，上海 201900）

0 引言

寶武集團環(huán)境資源科技有限公司(以下簡稱寶武環(huán)科）承擔著寶鋼二次資源和固廢的處置利用工作。寶鋼水處理污泥屬于固廢，主要來自寶鋼電廠水處理、中水水處理、冷軋水處理等水處理系統(tǒng)，經(jīng)板框壓濾脫水產(chǎn)生的污泥（如電廠水處理污泥等）含水60%左右，帶式壓濾脫水產(chǎn)生的污泥（如連鑄水處理污泥等）含水60%左右，離心或疊螺脫水產(chǎn)生的污泥（如冷軋生物污泥等）含水80%左右。為進一步減少委外處置量和環(huán)保風險，可考慮利用寶鋼余熱蒸汽等對寶鋼水處理污泥進行干化等預處理。無論采用哪種預處理方式，都需要關(guān)注一個問題即如何控制從污泥接收料斗至預處理設備輸送過程中的環(huán)保風險。

目前污泥輸送方式主要有皮帶輸送、螺旋輸送和泵送3種方式。皮帶輸送是常用的一種輸送方式，但只適用于板框壓濾脫水污泥等固含量較高的污泥，且受制于輸送角度，往往占地較大，轉(zhuǎn)運過程中也易形成二次污染。隨著無軸螺旋輸送機的改進和推廣應用，污泥螺旋輸送也得到大量應用，但也只適用于短距離輸送。污泥泵送設備主要有單柱塞泵和單螺桿泵2種，泵送可實現(xiàn)污泥從進口到出口全程密閉長距離輸送，在泵送系統(tǒng)輸入端和輸出端間不會形成二次污染，且輸送管道可靈活轉(zhuǎn)向、提升，有利于工程設計和上下工序設備布置銜接。柱塞泵具有輸送距離遠、污泥提升高度高和輸送穩(wěn)定性好的特點，但其設備投資較高，維護成本也較螺桿泵高。螺桿泵雖然輸送距離和提升高度不如柱塞泵，但其設備投資較小，適用于含水量較高、提升高度要求較低、中距離輸送的工況。寶鋼水處理污泥固含物以無機物為主，離心或疊螺脫水污泥泵送性高于板框壓濾脫水污泥，為此寶武環(huán)科針對寶鋼水處理污泥分別進行螺桿泵和柱塞泵泵送試驗，為污泥預處理中污泥輸送工藝選擇提供參考。試驗設備以及試驗過程具體參數(shù)不在本文闡述。

1 螺桿泵和柱塞泵簡介

1.1 螺桿泵

單螺桿泵是20世紀20年代法國工程師莫諾發(fā)明的。螺桿泵是一種回轉(zhuǎn)式容積泵，流量與轉(zhuǎn)速基本成正比，可以通過調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速實現(xiàn)計量，可采用不同材料滿足輸送不同介質(zhì)的要求。單螺桿泵一般由定子、轉(zhuǎn)子、驅(qū)動裝置等部件組成，如帶有喂料器的BTI-35型單螺桿泵，需要時也可增設污泥破拱進料裝置。單螺桿泵轉(zhuǎn)子和定子間連續(xù)過盈接觸，吸入端和排出端間形成可靠的密封線，從而使螺桿泵不但有較高的壓力，還有一定的自吸能力[1]。蔡芝斌等[2]介紹了紹興污水處理廠、杭州水務集團祥符水廠、蕭山錢塘污水處理廠采用單螺桿泵進行市政污泥（含水約80%）輸送的實績情況。?？藙賉3]介紹了淄博市污水處理公司采用單螺桿泵替代皮帶輸送機遠距離脫水污泥。徐興華等[4]研究表明，螺桿泵可作為含水率為80%左右的濕污泥的輸送計量設備。

1.2 柱塞泵簡介

1675年，英國御用機械師塞繆爾·莫蘭爵士獲得柱塞泵專利，20世紀80年代美國已規(guī)?；瘧弥幂斔偷V漿[5]，目前柱塞泵已在世界范圍內(nèi)得到廣泛應用。軸向柱塞泵是利用與傳動軸平行的柱塞在柱塞孔內(nèi)往復運動所產(chǎn)生的容積變化來實現(xiàn)吸、壓介質(zhì)等工作過程[6]，如WNB-3型單柱塞泵。

柱塞泵泵送污泥具有出口壓力大、輸送距離遠等優(yōu)勢，適合泥漿等黏稠類物質(zhì)的長距離垂直輸送[7]。應用于污泥泵送的軸向柱塞泵主要有單柱塞泵和雙單柱塞泵。液壓站作為柱塞泵的動力源，柱塞在污泥泵料缸里往復運動，將污泥以高壓經(jīng)較光滑（實現(xiàn)污泥的低阻力輸送以及降低系統(tǒng)壓損）且有一定耐磨性能（提高系統(tǒng)的作業(yè)效率）的管路泵送至污泥處置設備中。目前容積調(diào)速的泵控系統(tǒng)對泵的變量控制要求越來越高[8]，隨著壓力的提高和不同介質(zhì)的影響，對密封的要求也不斷提高[9]。2013年投運的蘇州江遠熱電污泥干化綜合利用項目是我國市政污泥干化焚燒樣板工程之一，含水約80%的市政污泥采用柱塞泵泵送入干化設備，全程密閉輸送。柱塞泵亦可泵送含水率≤60%的污泥，汪良賢[10]介紹了大流量油壓驅(qū)動陶瓷柱塞泵在衛(wèi)生陶瓷濃泥漿（含水＜28%）輸送中的應用。

2 污泥泵送小型試驗

2.1 單螺桿泵泵送小型試驗

2.1.1 試驗系統(tǒng)簡介

試驗場地設于某廠區(qū)，單螺桿泵小型試驗系統(tǒng)（圖1）主要設備為國內(nèi)某螺桿泵企業(yè)提供。單螺桿泵進料口法蘭連接污泥受料斗，單螺桿泵進料區(qū)帶初級破拱裝置（圖2）。污泥采用鏟車上料進入污泥受料斗，在污泥自身重力形成的壓力以及單螺桿泵一定自吸力的作用下，污泥不斷進入泵吸入端，并泵送出輸出端。在泵送過程中，初級破拱裝置可對泵進料區(qū)上方污泥進行初步破拱，以利于污泥不斷進入泵進料區(qū)。

2.1.2 試驗結(jié)果

周邦衛(wèi)等[11]認為螺桿泵適合含水率為80%左右的濕污泥的輸送，這一點在試驗中也得到驗證。雖然寶鋼大部分水處理污泥與市政污泥有很大差別，但經(jīng)離心或疊螺脫水產(chǎn)生的冷軋生物污泥含水率含有約15%有機物，與市政污泥接近。采用冷軋生物污泥進行試驗時發(fā)現(xiàn)泵送料流持續(xù)穩(wěn)定，可以判定經(jīng)離心或疊螺脫水產(chǎn)生的寶鋼水處理污泥可以通過單螺桿泵進行泵送，且從污泥受料后入泵至泵后管路出口間全程密閉輸送，環(huán)保風險可控。

圖1 單螺桿泵試驗系統(tǒng)（部分）

圖2 初級破拱裝置

經(jīng)清理試驗裝置后，采用板框壓濾脫水污泥進行試驗時發(fā)現(xiàn)泵送料流不穩(wěn)定，經(jīng)檢查分析是主要是由于污泥架橋引起，雖然經(jīng)過人工破拱后污泥可在一段時間內(nèi)順利泵送，但不可持續(xù)穩(wěn)定?？梢娫囼炗脝温輻U泵雖然自帶初級破拱裝置，仍不適用于含水60%左右的寶鋼股份水處理污泥。如采用單螺桿泵送含水60%左右的寶鋼股份水處理污泥，還需要增設破拱喂料裝置后進行試驗驗證；此外，污泥受料斗壁應調(diào)整為垂直豎壁，以防止污泥粘壁。

試驗過程中也曾出現(xiàn)因為污泥中混有雜物造成設備出現(xiàn)異響的情況，對于單螺桿泵泵送系統(tǒng)而言，需要嚴格控制污泥中的雜物，所以需要對寶鋼水處理污泥從產(chǎn)生至運輸直至堆存的全過程管理，為污泥泵送提供保障。同時在設備選型時可考慮選用一定清雜功能的單螺桿泵，如西派克BTEX系列的螺桿泵。

2.2 單柱塞泵送小型試驗

2.2.1 試驗系統(tǒng)簡介

試驗場地設于某廠區(qū)，單柱塞泵小型試驗系統(tǒng)（圖3）包括污泥受料斗（自帶破拱喂料裝置）、污泥進料輸送設備、液壓站、單柱塞泵、管道系統(tǒng)(配有注膜系統(tǒng))等。由于單柱塞泵泵送性能優(yōu)于單螺桿泵，因此不再進行重復80%含水寶鋼水處理污泥試驗；重點驗證含水60%左右的寶鋼板框脫水污泥（圖4）泵送性能。污泥采用行車上料進入受料斗，受料斗下方破拱喂料裝置可對泵進料區(qū)上方污泥進行有效破拱，在污泥自身重力形成的壓力以及破拱喂料作用下，污泥不斷推入單缸柱塞泵，單缸柱塞泵加壓將污泥通過管道輸送出去，輸送管道做循環(huán)連接，污泥經(jīng)過直管、彎管回到料斗。系統(tǒng)設計最高壓力為24 MPa，24 h循環(huán)泵送，輸送管道直徑219 mm，長度約 20 m，高度約3 m，輸送量（2～3）m3/h 調(diào)整。

2.2.2 試驗結(jié)果

鑒于試驗過程中系統(tǒng)壓力較低，因此沒有啟用注膜系統(tǒng)。采用3個批次板框水處理污泥（含水分別為55%，60%和62%）進行試驗，試驗系統(tǒng)24 h循環(huán)未出現(xiàn)異?，F(xiàn)象，3個批次污泥采用單柱塞泵送具有可行性。從污泥受料后入泵至管路出口間全程密閉輸送，環(huán)保風險可控。單柱塞泵送系統(tǒng)管道出口污泥見圖5，泵送試驗完成后，前端管道內(nèi)壁情況見圖6。通過試驗可以判定板框脫水產(chǎn)生的寶鋼水處理污泥可以通過單柱塞泵進行泵送。

試驗過程中未發(fā)現(xiàn)污泥混有雜物，也沒有發(fā)生因雜物造成系統(tǒng)出現(xiàn)異響或故障的情況。雖然單柱塞泵對污泥中雜物的接受度相對大于單螺桿泵，但為保證整個泵送系統(tǒng)的順行，仍需要對寶鋼水處理污泥從產(chǎn)生至運輸直至堆存的全過程管理，以杜絕混入雜物。

圖3 單柱塞泵試驗系統(tǒng)

圖4 板框脫水污泥

圖5 單螺桿泵送管道出口污泥

圖6 前端管道內(nèi)壁

3 結(jié)論

（1）采用泵送污泥可實現(xiàn)污泥從泵送系統(tǒng)進口到泵送系統(tǒng)出口全程密閉輸送，環(huán)保風險可控。

（2）離心或疊螺脫水產(chǎn)生的寶鋼水處理污泥可以通過單螺桿泵進行泵送；如考慮單螺桿泵送板框脫水產(chǎn)生的寶鋼股份水處理污泥，還需要增設破拱喂料裝置后進行試驗驗證。

（3）單柱塞泵泵送性能優(yōu)于單螺桿泵，可應用于板框脫水產(chǎn)生的寶鋼股份水處理污泥。

（4）如采用泵送寶鋼水處理污泥，為保證泵送系統(tǒng)的順行，需要對污泥從產(chǎn)生至運輸直至堆存的全過程管理以杜絕混入雜物。

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