基于均質(zhì)調(diào)節(jié)沉降系統(tǒng)和智能化壓濾機(jī)的泥漿廢棄物處理研究

黃志洋，王 婷，管玉君，蔣月霞，戴 敏，李小銀

（1.江蘇博一環(huán)?？萍加邢薰?，江蘇 揚(yáng)州 225000；2.揚(yáng)州億邁科尼機(jī)電科技有限公司，江蘇 揚(yáng)州 225000；3.揚(yáng)州大學(xué)，江蘇 揚(yáng)州 225127）

0 引言

在過(guò)去的幾十年里，由于城市和工業(yè)用水凈化活動(dòng)的增加，污泥產(chǎn)量急劇增加。如此大量的污泥如果得不到有效地處理，將對(duì)環(huán)境造成極大的危害。超高的含水率導(dǎo)致污泥流動(dòng)性大、體積大，給后續(xù)運(yùn)輸、烘干、焚燒、填埋、回收和資源化利用帶來(lái)極大不便，現(xiàn)有的脫水方法主要是采用過(guò)濾離心的機(jī)械分離技術(shù)，例如帶式或離心式壓濾機(jī)，然而，脫水后污泥的含水量通常在60%～80%。因此，開發(fā)高效的深度脫水技術(shù)已成為環(huán)保界的重要課題。污泥深度脫水技術(shù)包括機(jī)械過(guò)濾、電滲、熱干燥等。與熱干燥和焚燒相比，污泥的機(jī)械壓濾脫水作為一種節(jié)能方法被廣泛采用。本文對(duì)海井鉆采廢棄物的處理從源頭抓起，防重于治，通過(guò)一體化集成技術(shù)，利用均質(zhì)調(diào)節(jié)快速沉降系統(tǒng)，具有自動(dòng)糾偏系統(tǒng)的智能化高效高壓立式壓濾機(jī)及智能化控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)固相達(dá)標(biāo)排放，解決海洋石油鉆采廢棄物循環(huán)處理的難題。

1 均質(zhì)調(diào)節(jié)沉降系統(tǒng)研究

鉆井廢棄物是石油鉆采過(guò)程中產(chǎn)生的一種多相穩(wěn)定膠態(tài)懸浮物體系，含黏土、加重材料、各種化學(xué)處理劑、污水、污油及鉆屑等。絮凝劑的絮凝能力和液體廢棄物的化學(xué)特性是影響泥漿廢棄物沉降的重要因素，因此對(duì)于不同絮凝劑的絮凝能力，在研究絮凝劑的絮凝能力和液體廢棄物的化學(xué)特性的基礎(chǔ)上，開發(fā)石油鉆采廢棄泥漿中液體廢棄物均質(zhì)調(diào)節(jié)快速沉降系統(tǒng)，均質(zhì)調(diào)節(jié)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)由加藥罐和攪拌罐組成，加藥罐采用不銹鋼材料，設(shè)有增壓泵和流量計(jì)。攪拌罐分為兩倉(cāng)，底部采用錐形結(jié)構(gòu)便于排盡混合物。由長(zhǎng)桿泵輸送過(guò)來(lái)的混合物，輸送到進(jìn)口管，進(jìn)口管設(shè)有2個(gè)手動(dòng)閥門，可選擇性進(jìn)入攪拌倉(cāng)，可實(shí)現(xiàn)節(jié)約控制。均質(zhì)調(diào)節(jié)快速沉降系統(tǒng)三維圖如圖1所示。

圖1 均質(zhì)調(diào)節(jié)沉降系統(tǒng)三維圖

主要采用超聲高壓多點(diǎn)絮凝劑自動(dòng)添加技術(shù)，借助超聲波技術(shù)使絮凝劑粉劑快速、完全溶解從而實(shí)現(xiàn)絮凝劑的快速配置；融合光敏傳感檢測(cè)技術(shù)與絮凝劑自動(dòng)添加技術(shù)，利用光敏傳感器檢測(cè)懸浮物沉降速度，給出絮凝劑添加量的大小，通過(guò)高壓泵送完成多點(diǎn)添加，從而實(shí)現(xiàn)懸浮物快速絮凝快速沉降的目的。結(jié)合上述研究?jī)?nèi)容，設(shè)計(jì)開發(fā)一種氣凝膠式重金屬離子回收裝置，通過(guò)探索原料種類、修飾劑類型、pH值、pH值調(diào)節(jié)劑、溫度、濃度、配比、溶劑類型等因素對(duì)氣凝膠的形貌、比表面積、純度等因素的影響，并分析氣凝膠常壓制備過(guò)程中的表觀基團(tuán)構(gòu)筑機(jī)制，找出制備因素與雜化氣凝膠吸附性能之間的關(guān)系，從而實(shí)現(xiàn)廢棄物中重金屬離子回收率≥90%。圖2為重金屬回收的原理。

圖2 氣凝膠式重金屬離子回收過(guò)程

2 智能化高效高壓立式壓濾機(jī)技術(shù)研究

本文基于表面仿形結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的增濾高承壓濾板研究，采用高頻脈沖振動(dòng)和刮板技術(shù)相結(jié)合的脫餅工藝，開發(fā)快速自清洗系統(tǒng)，通過(guò)優(yōu)化整個(gè)工藝流程來(lái)實(shí)現(xiàn)大型智能化高壓高效立式壓濾裝備效率的協(xié)同優(yōu)化。分析濾板結(jié)構(gòu)、布置方案、濾板材料、密封材料和方式的匹配設(shè)計(jì)，同時(shí)研究入料、壓榨、濾板開啟與合攏、脫餅、濾布清洗等工藝流程的效率協(xié)同優(yōu)化方法，最終達(dá)到規(guī)格齊全（最大過(guò)濾面積196 m2），過(guò)濾介質(zhì)溫度最高80℃，最高工作壓力1.6 MPa的使用要求。

2.1 總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

立式全自動(dòng)超聲洗滌壓濾機(jī)是一種固液分離裝置，用于過(guò)濾高黏度、微細(xì)顆粒和懸浮顆粒的漿料。其集成了主體及其附屬設(shè)備，包括單獨(dú)的電氣控制柜、液壓站和水站、閥門和管道，以及過(guò)濾器實(shí)現(xiàn)程序控制所需的儀表。過(guò)濾機(jī)構(gòu)由濾板、濾框、濾布和一個(gè)擠壓隔膜組成。濾板兩側(cè)覆蓋有濾布。當(dāng)需要擠壓隔膜時(shí)，一組過(guò)濾板由隔膜板和側(cè)板組成。隔膜板的底板兩側(cè)覆蓋有橡膠隔膜，隔膜外側(cè)覆蓋有濾布。側(cè)板為普通濾板。物料從止推板上的物料孔進(jìn)入過(guò)濾室。固體顆粒因其粒徑大于過(guò)濾介質(zhì)（濾布）的孔徑而被截留在濾室中，濾液從濾板下方的出口孔流出。基本上，壓濾機(jī)的設(shè)計(jì)是基于脫水量和泥漿類型。其主要由4個(gè)部件組成，分別為框架、濾板、歧管和濾布，如圖3所示。

圖3 智能化高效高壓立式壓濾機(jī)

2.2 壓濾機(jī)脫水系統(tǒng)設(shè)計(jì)

壓濾脫水有多種方式，應(yīng)用最廣泛的主要有兩種方法：一種是帶有壓濾機(jī)構(gòu)的機(jī)械壓濾脫水，另一種是液壓壓濾脫水。對(duì)于固定壓濾脫水系統(tǒng)，“進(jìn)料壓力”與進(jìn)料泵有關(guān)，相對(duì)固定，故不予考慮。鉆井的大小相對(duì)固定，黏度與濃度直接相關(guān)。因此，壓濾機(jī)優(yōu)化過(guò)程要考慮“進(jìn)料濃度”和“壓榨壓力”兩個(gè)條件。因此，本文提出了一個(gè)使用現(xiàn)有數(shù)據(jù)樣本的壓濾脫水過(guò)程的精確ML模型。使用ML模型預(yù)測(cè)的結(jié)果來(lái)設(shè)計(jì)一種可靠的優(yōu)化方法，以獲得控制參數(shù)的最優(yōu)值。這種方式實(shí)現(xiàn)了壓濾機(jī)脫水過(guò)程的控制優(yōu)化。通過(guò)對(duì)實(shí)際情況的研究，我們提出如下合理的優(yōu)化原則。

（1）在保證得到合格含水量的濾餅的前提下，通過(guò)參數(shù)的優(yōu)化控制，獲得單位過(guò)濾面積的最大處理量；

（2）在保證單位過(guò)濾面積處理能力的前提下，通過(guò)參數(shù)的優(yōu)化控制，可以得到含水量最低的濾餅。

2.3 壓濾機(jī)污泥調(diào)理系統(tǒng)設(shè)計(jì)

在污泥過(guò)濾循環(huán)的最初時(shí)刻，污泥顆粒被一層預(yù)涂層材料和過(guò)濾介質(zhì)截留，污泥的液體部分通過(guò)介質(zhì)并以濾液的形式流出過(guò)濾板。脫水的有效性取決于形成污泥層的滲透率和孔隙率，因此從這一點(diǎn)來(lái)說(shuō)，可通過(guò)調(diào)整污泥層的壓差和污泥的黏度來(lái)調(diào)整過(guò)濾速率。在某些情況下，待脫水污泥的特性是其自然滲透性足夠強(qiáng)，可以使其進(jìn)行自然脫水，而無(wú)需對(duì)其進(jìn)行任何進(jìn)一步的處理，只需將其泵入合適的脫水裝置。當(dāng)污泥的滲透性不足以使脫水過(guò)程在有效的基礎(chǔ)上進(jìn)行時(shí)，有必要改變這種滲透性，有時(shí)還需要降低污泥的黏度，這被稱為條件反射。

當(dāng)石灰用于提高污泥的pH值以實(shí)現(xiàn)電荷反轉(zhuǎn)時(shí)，通常會(huì)發(fā)現(xiàn)獲得所需污泥滲透性所需的石灰量超過(guò)產(chǎn)生pH值所需的石灰量，并且經(jīng)常會(huì)超過(guò)石灰在污泥中的溶解度，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)污泥結(jié)構(gòu)的調(diào)理。在這種情況下，過(guò)量的石灰顆粒與污泥顆?；旌?，并通過(guò)它們插入污泥顆粒之間，本身成為脫水助劑。

3 結(jié)語(yǔ)

本文采用超聲高壓力多點(diǎn)絮凝劑自動(dòng)添加技術(shù)，研究氣壓、噴射結(jié)構(gòu)對(duì)絮凝劑粉劑快速、完全溶解效率的影響規(guī)律，實(shí)現(xiàn)絮凝劑的快速均勻配置，使一般沉降時(shí)間在5 h內(nèi)，固相含水率在30%以下；采用表面仿形結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)，研究壓濾機(jī)脫水系統(tǒng)和污泥條例系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)大過(guò)濾面積196 m2，過(guò)濾介質(zhì)溫度最高80℃，最高工作壓力1.6 MPa。