一種油基巖屑熱解脫附水處理設備的優(yōu)化設計*

張曉玲，劉 劍

(1.湖州職業(yè)技術學院，浙江 湖州 313000；2.浙江宜可歐環(huán)?？萍加邢薰?，浙江 湖州 313000)

在“雙碳”背景下，必須進行能源轉型。我國的頁巖氣存量為世界第一[1]。頁巖氣在開采過程中會產(chǎn)生大量的油基巖屑。油基巖屑屬于危險固廢，需經(jīng)過處理后才能利用。由于油基巖屑的成分復雜，需采用高效集成熱解技術對油基巖屑進行處理才能符合國家排放標準。本設計是通過熱解噴淋水處理一體化設備，實現(xiàn)水的循環(huán)利用[2-3]，處理過程中可回收大量的污油，滿足不同工況下的熱解噴淋水的處理需求。

1 水處理基本工藝流程

1.1 目前工藝流程

目前常規(guī)水處理流程如圖1所示。

圖1 水處理工藝流程圖

當噴淋水進入處理設備中，污泥沉降在底部，設備的上部為油液層，箱體的中間為水層，底泥通過泵打入污泥濃縮罐中，在罐中對底泥進行再次的泥水分離，濃縮后的底泥打入疊螺中脫水。箱體中的油層可通過收油機將油回收，箱體中部的水一部分作為噴淋循環(huán)水使用，一部分通過初級水處理系統(tǒng)處理后外排。

1.2 優(yōu)化后的工藝流程

設計優(yōu)化的工藝流程如圖2所示。

圖2 優(yōu)化水處理工藝流程圖

通過對噴淋水處理箱體的優(yōu)化改進，增加了脫水功能。優(yōu)化后的水處理設備可直接將噴淋含泥污水濃縮脫水，省去了附加的污泥濃縮、脫水流程，簡化了大量的污泥處理設備，創(chuàng)新設計了脫水、沉淀、收油為一體的水處理設備。

2 水處理一體化設備結構

2.1 目前通用的結構

目前通用的水處理設備如圖3所示。

1.噴淋水箱；2.收油箱；3.收油機；4.噴淋水入口；5.沉淀箱體；6沖洗管。

噴淋水進入沉淀池，經(jīng)過一定時間的沉淀后，污泥沉入沉淀池底部。當噴淋水的含泥量較大時，就需要不斷的增大沉淀腔，這樣水處理設備就需要做的較大，才能夠實現(xiàn)污水沉淀效果。沉淀后的較為干凈的污水進入循環(huán)噴淋水箱，噴淋水箱體中的水用于噴淋循環(huán)使用，但沉淀的污泥還需通過污泥濃縮管罐濃縮(如圖4所示)，再經(jīng)過疊螺機濃縮脫水，外排污水再通過初級水處理設備進行處理(如圖5所示)。

圖4 污泥濃縮罐

圖5 初級水處理設備

2.2 優(yōu)化后的結構

本設計解決了目前水處理設備只能作為沉淀設備的缺陷問題，增加了壓濾脫水功能，實現(xiàn)了脫水、沉淀、收油為一體的水處理設備(如圖6所示)。箱體內部為過濾腔、沉淀腔、收油箱及噴淋循環(huán)水箱。過濾腔的作用是通過壓濾機構將污泥脫水。脫水后的泥餅通過泥餅螺旋機外輸。過濾后的污水進入二次沉淀腔。二次沉淀腔中上部的油，可通過收油機將所含的污油收集在收油箱，經(jīng)過排油泵將污油外輸；中間污水溢流進入噴淋水箱。噴淋水箱中的水用于噴淋循環(huán)使用，如需污水外排，可再通過初級水處理設備進一步處理，如圖5所示。

1.噴淋水入口；2.液壓缸；3.過濾腔；4.過濾網(wǎng)；5.振動機；6.插板閥；7.泥餅螺旋；8.沉淀腔；9.反沖洗水；10.過濾出水口；11.噴淋水箱；12.收油箱；13.刮油機。

3 水處理一體化設備的工作原理

設計的水處理一體化設備，通過噴淋水入口進入到過濾腔，在壓濾腔中通過液壓機構擠壓，將過濾腔中的含泥污水壓縮，達到污泥濃縮脫水效果。設備中兩個過濾腔交替工作，因此一體化設備可連續(xù)工作。與傳統(tǒng)的沉淀設備相比，一體化設備對噴淋水的含泥無要求，含泥量較大時同樣可處理，因此可適用于不同污水含泥的多種工況。擠壓后的污水經(jīng)過過濾網(wǎng)，進入二次沉淀的箱體。箱體上部通過刮油機將油回收到收油箱。二次沉淀后的污水溢流進入噴淋水箱。噴淋水箱中的水可用于噴淋循環(huán)使用，而擠壓過濾后的泥餅，如泥餅無法通過重力落入螺旋，需通過震動機震蕩掉落進入出料泥餅螺旋外輸。

4 水處理設備優(yōu)化前后尺寸對比

4.1 優(yōu)化前尺寸計算

目前采用沉淀水處理法，設計水處理量為 50 m3/h，Q=0.0138 m2/s，q′=2 m3/(m2·h)，t=1.5/h，v=2 mm/s，則：

沉淀有效水深：h2=q′t(m)

池長：L′=vt×3.6(m)

計算所需沉淀箱體的大小為：17 m×3 m×3 m。

4.2 優(yōu)化后尺寸計算

優(yōu)化設計的水處理一體化設備，只需計算過濾腔處理能力，選擇合適的液壓機構，可得出水處理設備的整體尺寸。設計單個過濾腔的大小為 1.5 m×1.5 m×1.5 m，則一次可處理的體積為 3.375 m3。

單個腔體的水壓為：F=ρghS；

式中：A1為活塞無桿側有效面積(m2)；A2為活塞有桿側有效面積(m2)；p為供油壓力(MPa)；D為活塞直徑(m)；d為活塞桿直徑(m)。

通過計算所得：單個過濾腔水壓為F=33075 N，選取液壓缸DG-J63C-E1推力為 43640 N、拉力為 30180 N，最大行程為 1.6 m，優(yōu)化后所需一體化設備的大小為 6 m×3 m×3 m(H)，箱體尺寸明顯減小，且不需要附加的底泥處理設備。由于壓濾后的污泥含水量更少，后期污泥回用熱解也更加節(jié)省能耗。

4.3 創(chuàng)新點

設計的水處理一體化設備，實現(xiàn)了傳統(tǒng)水處理工藝及設備的結構優(yōu)化，創(chuàng)新性的增加了液壓過濾機構；可單獨完成污泥脫水，不需要其它設備輔助脫水；實現(xiàn)脫水、沉淀、收油一體化，不僅節(jié)省大量的污泥處理成本，同時可滿足不同工況下噴淋污水的處理要求。

5 結語

本設計主要是針對油基巖屑熱解噴淋循環(huán)水的處理，實現(xiàn)了污水循環(huán)處理、底泥處理、污油回收為一體的水處理設備優(yōu)化設計，不僅實現(xiàn)水的循環(huán)使用，達到節(jié)約水資源目的，而且在處理過程中可以回收大量的污油，能夠實現(xiàn)不菲的經(jīng)濟價值。