一種疏浚淤泥快速脫水工藝及模塊式裝備開發(fā)

周偉春

（湖南奇思環(huán)保設(shè)備制造有限公司，湖南 岳陽 410500）

0 引言

近年來，隨著工業(yè)化進程的加快和城鎮(zhèn)化水平的提高，很多城市內(nèi)河、排水管網(wǎng)的淤泥淤積情況日益嚴重。一方面嚴重制約了河道與管網(wǎng)的防洪排澇能力；另一方面嚴重影響了人民的生活環(huán)境[1]。目前，相應(yīng)清淤方式多種多樣并日益成熟，但由此產(chǎn)生的大量疏浚淤泥如何“減量化、無害化、穩(wěn)定化、資源化”處理成為了環(huán)保清淤工程順利實施的關(guān)鍵[2]。

疏浚淤泥通常含有大量的有機物、病原微生物、重金屬以及氮、磷等物質(zhì)，其本身含水率高且黏粒含量高、滲透性差、固結(jié)困難[3，4]。目前常用的脫水方法主要有自然脫水法、真空預壓法、土工管袋法及傳統(tǒng)機械法，各脫水工藝比較見表1[2-4]。自然脫水法、真空預壓法與土工管袋法都需要占用大面積的場地，處理效率低，不可避免二次污染；傳統(tǒng)機械法則一般采用單一的離心或壓濾方式，脫水效果一般，處理后的土方難于資源化利用。因此，設(shè)計開發(fā)了一種疏浚淤泥快速脫水工藝及模塊式裝備，其占地面積較小、地理環(huán)境受限小、脫水固化高效。

表1 目前常用的脫水工藝比較

1 工藝路線

通過實地調(diào)研與充分比較，確定疏浚淤泥快速脫水的工藝路線如圖1所示。具體流程為：淤泥來料→滾筒粗分→旋流濃縮→振動脫水→藥劑混合→絮凝沉降→壓濾脫水→螺旋排料→填埋處理。

圖1 疏浚淤泥快速脫水工藝路線圖

工藝路線可分解為三大工序：一工序：來料粗分；二工序：旋流濃縮與振動脫水；三工序：絮凝沉降與壓濾脫水。各工序的工作原理與實現(xiàn)效果分別如下：

1.1 來料粗分工序

來料粗分工序主要是對疏浚淤泥來料中大于5 mm粒徑的大顆粒物或軟性帶狀物進行清洗分離，并保證后續(xù)處理工況的穩(wěn)定運行。本工序主要利用大顆粒物或帶狀物的翻轉(zhuǎn)跌落與高壓沖洗相結(jié)合將其沖洗干凈并脫水分離。來料中大于5 mm的污物主要為輕質(zhì)垃圾、卵石、樹枝、塑料、瓶罐等，處理后排料的含水率＜40%，達到轉(zhuǎn)運填埋要求。經(jīng)粗分后混合有5 mm及以下粒徑顆粒物的污泥水則由吸污泵泵送至二工序進行旋流濃縮與振動脫水。

1.2 旋流濃縮與振動脫水工序

旋流濃縮與振動脫水工序主要是對上一工序粗分后的混有5 mm及以下粒徑顆粒物的污泥水進行處理。旋流濃縮是利用顆粒物的不同粒度差，在其受到離心力、向心浮力、流體曳力等大小不同時產(chǎn)生的離心沉降原理，讓相對大粗顆粒經(jīng)旋流器的沉砂口排出，而相對細小顆粒由溢流口排出，從而達到分離分級目的[5]。振動脫水是利用往復旋型振動和回轉(zhuǎn)振動相結(jié)合的聯(lián)合復型振動對旋流濃縮后的混合物進行固相的過程[6]。大于振動篩目數(shù)（顆粒度＞0.074 mm）的較粗固相顆粒留在篩面上并沿斜面從一端排出。此工序排料主要為含水率＜35%的細砂和含水率＜40%的輕質(zhì)有機物。其中細砂經(jīng)加裝篩分工藝可以實現(xiàn)資源化利用；輕質(zhì)有機物則轉(zhuǎn)運填埋處理。粒徑小于振動篩目數(shù)的微細固態(tài)顆粒和泥漿液一起通過篩孔流至污水池，再經(jīng)泵送至三工序進行絮凝沉降與壓濾脫水。

1.3 絮凝沉降與壓濾脫水工序

絮凝沉降與壓濾脫水工序主要是處理二工序處理后含有0.074 mm粒徑以下顆粒物的污水。此工序污水中含有的顆粒物粒徑很小，工藝利用相應(yīng)絮凝劑使污水中的懸浮微粒集聚變大并形成絮團，從而加速污水中粒子的聚沉[7]。絮團在自重的作用下沉降至濃縮池底部后經(jīng)泵送至壓濾機進行壓濾。壓濾機利用特殊過濾介質(zhì)對絮團施加一定壓力，使得絮團中的水體滲析出來達到固-液分離的目的。經(jīng)壓濾后的泥餅含水率＜60%，可與其他排料混合填埋；絮凝后溢流的清水可循環(huán)利用或直接排放市政污水管網(wǎng)；壓濾水則循環(huán)用于第一工序的來料粗分，實現(xiàn)資源化利用。

2 裝備開發(fā)

基于以上工藝路線，本疏浚淤泥快速脫水裝備采用模塊式設(shè)計，組合后的整體外形示意如圖2所示。主要由來料粗分模塊、旋流濃縮與振動脫水模塊、絮凝沉降與壓濾脫水模塊、螺旋輸送模塊及管路附件等模塊組成。如施工不要求現(xiàn)場處理含有0.074 mm粒徑及以下顆粒物的污水，則絮凝沉降與壓濾脫水模塊可以不選用。裝備動力源可根據(jù)實際施工情況選擇交流供電或柴油發(fā)電機組。各模塊間通過管路、油路及電纜連接，由吸污泵、清洗泵、藥劑泵、液壓泵等將相應(yīng)液體輸送至各模塊。裝備采用模塊式設(shè)計，確保了其適應(yīng)性強、拆裝便捷、運輸方便。

圖2 模塊式疏浚淤泥快速脫水裝備整體外形示意圖

整套裝備施工布局如圖3所示。施工場地只達到進出車輛方便、部分硬化處理即可，受地理環(huán)境影響較小。在實際應(yīng)用過程中，當采用全部模塊施工時，整套裝備所需作業(yè)面積為357 m2；當不采用絮凝沉降與壓濾脫水模塊時，裝備只需作業(yè)面積為197 m2。為卸料方便，裝備安裝時來料粗分模塊需沿工作地平下沉2.2 m。以下重點介紹來料粗分模塊、旋流濃縮與振動脫水模塊、絮凝沉降與壓濾脫水模塊三個主要模塊。

圖3 模塊式疏浚淤泥快速脫水裝備施工布局圖

2.1 來料組分模塊

來料粗分模塊整體結(jié)構(gòu)組成如圖4所示，外形尺寸（長×寬×高）為：7 m×2.5 m×3 m。其主要由進料斗、污泥池、粗分滾筒、防護罩、篩孔防堵裝置、驅(qū)動馬達、吸污泵、清洗水路等組成。粗分滾筒為核心部件，其上開有?5 mm的透水孔并配有防堵反沖裝置，設(shè)計最大轉(zhuǎn)速為20 r/min，實際運行轉(zhuǎn)速為6～10 r/min。來料污泥自傾至卸料斗后直接過渡到粗分滾筒內(nèi)，滾筒在驅(qū)動馬達的帶動下旋轉(zhuǎn)，進入滾筒的來料隨之翻轉(zhuǎn)跌落。在污物翻轉(zhuǎn)跌落的同時，利用高壓清洗水對其表面附著的污泥進行反復沖洗，沖洗后的污水通過滾筒上的透水孔進入污泥池。大于5 mm粒徑的顆粒物、帶狀物等由筒體內(nèi)的螺旋葉片連續(xù)送出并落至螺旋輸送機，最終被送至出料自卸車內(nèi)。而污泥池中含有5 mm及以下粒徑顆粒物的污水將由吸污泵泵送至旋流濃縮與振動脫水模塊。

圖4 來料組分模塊結(jié)構(gòu)組成

2.2 旋流濃縮與振動脫水模塊

旋流濃縮與振動脫水模塊整體結(jié)構(gòu)組成如圖5所示，外形尺寸（長×寬×高）為：7 m×2.8 m×2.6 m。其主要由旋流器、振動篩、液壓泵站、電控柜、污水池、清水池、工具箱、外圍防護、底架等組成，動力源柴油發(fā)電機組與該模塊一體化設(shè)計。旋流器和振動篩為模塊的核心部件。旋流器由進漿管、溢流管、圓柱蝸殼、錐體、沉砂口等組成。振動篩由振動器、篩箱、支承或懸掛裝置、傳動裝置等組成。一工序處理后的污水經(jīng)泵送進入旋流器進行濃縮后，其較大顆粒濃縮物通過旋流器底部的沉砂口排落至振動篩上。濃縮物中含有的間隙水在振動篩的不斷振動作用下透過篩網(wǎng)孔進入污水池。振動脫水后產(chǎn)生＞0.074 mm粒徑的排料通過螺旋輸送機被收集至出料自卸車內(nèi)。而含有0.074 mm及以下粒徑顆粒物的污水將被收集在振動篩正下方的污水池中，由吸污泵泵送至絮凝沉降與壓濾脫水模塊。

圖5 旋流濃縮振動脫水模塊結(jié)構(gòu)組成

2.3 絮凝沉降與壓濾脫水模塊

絮凝沉降與壓濾脫水模塊整體結(jié)構(gòu)組成如圖6所示，主要由絮凝沉降罐、自動加藥機、藥劑混合池、底架、壓濾機、壓濾水池等組成。其中壓濾池及帶式壓濾機整體外形尺寸（長×寬×高）為：5.6 m×2.6 m×2.8 m；絮凝沉降罐外形尺寸（長×寬×高）為：2.6 m×2.8 m×4.85 m；藥劑混合池外形尺寸（長×寬×高）為：4.2 m×2.1 m×2.15 m。二工序處理后的污水經(jīng)泵送進入絮凝沉降罐，通過采集入水口的流量和溢流水的濁度信息，反饋給自動加藥機以控制絮凝的投加量。自動加藥機按設(shè)定配比和投加量加入適應(yīng)的絮凝劑以加速污水中細小顆粒物絮凝抱團，并在其自身重力的作用下自然沉降到絮凝沉降池底部，由此污水逐漸變清澈并通過絮凝沉降池的溢流口溢出。其中一部分溢流至清水池儲存，用于濾帶或污泥池的清洗；另一部分則溢流至藥劑混合池，用于稀釋絮凝劑；其他多余清水則可直接排放市政污水管網(wǎng)。含水絮團則經(jīng)泵送后至帶式壓濾機進行壓濾脫水，壓濾產(chǎn)生的泥餅由螺旋輸送機送至出料自卸車內(nèi)；壓濾水則經(jīng)壓濾水池流至一工序的污泥池以循環(huán)利用于來料粗分。

圖6 絮凝沉降與壓濾脫水模塊結(jié)構(gòu)組成

本裝備絮凝過程主要采用聚丙烯酰胺（polyacrylamide，PAM）高分子絮凝劑。多年來，聚丙烯酰胺作為絮凝劑在污水絮凝處理、污泥調(diào)質(zhì)脫水領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。根據(jù)來料成份與特性確定絮凝劑的種類與投加量，如來料含有機物較多，一般選應(yīng)陽離子聚丙烯酰胺（CPAM）；如來料含無機物較多，一般選用陰離子聚丙烯酰胺（APAM）。絮凝劑的投加量一般在2‰～3‰，可根據(jù)絮凝效果做適應(yīng)調(diào)整。綜合考慮處理效果與運行成本，在實際應(yīng)用過程中聚丙烯酰胺的投加量一般控制在≤5‰。應(yīng)用表明，因為當投加量超過5‰后，投加量與絮凝效果未必成正比，但運行成本則增加。為避免絮凝劑降解而影響處理效果，須當天配劑須當日使用[8-11]。

2.4 應(yīng)用與特點分析

本模塊式疏浚淤泥快速脫水裝備已實際生產(chǎn)并應(yīng)用，其實物組裝如圖7所示，經(jīng)產(chǎn)品測試與施工驗證，各參數(shù)滿足工藝流程與設(shè)計要求。裝備額定處理淤泥量為80 m3/h。按每日8 h作業(yè)時間計算，裝備日處理能力為640 m3/d。該裝備的主要技術(shù)參數(shù)見表1。

圖7 模塊式疏浚淤泥快速脫水裝備實物組裝圖

表1 模塊式疏浚淤泥快速脫水裝備主要技術(shù)參數(shù)

相較于原有沉淀或簡易壓濾等傳統(tǒng)處理方式而言，該工藝針對疏浚淤泥的特性，改進完善并有機結(jié)合了多種工業(yè)分級、高效脫水的方法，使得工藝與裝備很好地適應(yīng)于疏浚淤泥的快速脫水處理，既大大降低了淤泥的運輸成本，減少財政支出，又有效避免了二次污染，符合環(huán)保要求，為后續(xù)處理或資源化提供了有利條件。根據(jù)客戶的應(yīng)用反饋和項目的實際驗證，此工藝路線及應(yīng)用裝備具有如下技術(shù)特點：

（1）排料達標。裝備對市政疏浚淤泥可以快速脫水處理，現(xiàn)場實現(xiàn)固-液的有效分離。經(jīng)裝備處理后，固態(tài)排料的綜合含水率≤60%，達到填埋要求。

（2）效率較高。裝備額定處理來料淤泥的能力為80 m3/h，達到了對市政疏浚淤泥快速減量化的設(shè)計要求，滿足一定區(qū)域內(nèi)市政清淤施工的應(yīng)用需要。

（3）效益明顯。裝備的應(yīng)用大大節(jié)省了淤泥的轉(zhuǎn)運成本，有效避免了二次污染，且處理過程中資源得到循環(huán)利用，其經(jīng)濟效益與社會效益都較明顯。

（4）運營簡單。裝備采用模塊式設(shè)計，可以根據(jù)施工要求合理匹配模塊且轉(zhuǎn)場便捷。裝備地理受限較小、結(jié)構(gòu)簡單、操作方便、運營成本相對較低。

3 結(jié)語

基于疏浚淤泥快速脫水的工藝系統(tǒng)模塊式裝備設(shè)計滿足疏浚淤泥快速脫水處理的實際需要，大大降低了轉(zhuǎn)運費用，避免了二次污染，為高效、經(jīng)濟、環(huán)保的處理疏浚淤泥提供了參考。