兴源视界

简介： 文章讨论了中水回用工艺中膜生物反应器污泥膨胀的控制方法，通过实际运行发现，原水中氮的缺乏是污泥膨胀的主要愿因。MBR工艺在污泥膨胀期，可以采用硫酸亚铁作为应急投加混凝剂，但根本的解决方法是在增加有机负荷的同时调整营养物质的比例。工程实践证明，采取以上措施控制污泥膨胀是成功的。
关键字：膜生物反应器 污泥膨胀 污水处理 污水回用

　　在膜生物反应器中，由于膜的高效截留在作用使微生物全部留在反应器中，而不存在由于污泥膨胀导致的微生物大量流失的问题，因此MBR工艺被普遍认为能很好的应对污泥膨胀。但在实际使用中一旦发生污泥膨胀，将对MBR工艺的运行产生很大的影响。本文以天津大学洗浴水处理工艺为研究对象，研究了MBR反应器中污泥膨胀的现象及解决方法。

　　1处理设施概况

　　该工程原水主要为天津大学学生公寓排放的洗浴废水，废水水质及处理要求见表1。

　　表1 污水水质及中水回用标准

　　该中水回用工程采用新型淹没式复合膜生物反应器——生物接触氧化和膜生物反应器结合的处理工艺，工艺流程见图1。

　　

　　MBR反应器主要设计参数：处理水量为120m³/d，水力停留时间（HRT）为6h，MLSS的质量浓度为5000mg/L，容积负荷（以COD_Cr计）为0.57-1.59kgCOD/（m³·d）。

　　2 污泥膨胀的状况及危害

　　在膜生物反应器中，随着运行时间的推移，膜内外表面都会受到不同程度的污染，致使膜过滤压力上升，膜运行周期缩短。

　　近年来，许多研究认为，胞外聚合物是膜污染众多因素中最重要的生物因素；尤其在污泥发生非丝状菌膨胀时，胞外聚合物的浓度急剧上升，严重影响膜组件的正常运行，而且使膜组件的更换周期缩短^[4]。

　　

　　图 2 膜过滤压力随时间的变化

　　从图2我们可以明显的看出，在发生污泥膨胀的第65天至95天，膜的过滤压力从0.01Mpa迅速上升至0.05Mpa。在采取控制措施后，继续运行了60天，膜的过滤压力只上升了0.015Mpa，达到了0.065Mpa而进行膜清洗。由于污泥膨胀的发生，膜的清洗周期从300天（膜的生产厂家提供的数据）缩短至150天左右。

　　从以上的分析我们可以看出，污泥膨胀对膜的污染的影响很大，直接导致膜的正常运行周期缩短，进而缩短了膜的更换周期，使该工程的经济效益大打折扣（在本工程中膜组件的投资约占总投资的百分之三十）。

　　该工程运行过程中，经测定原水中BOD₅，N，P的平均质量比为100：3：4，在没有采取任何措施的情况下，污泥的SVI值逐渐上升直至220mL/g，发生污泥膨胀，在SVI值逐渐上升的整个过程中，活性污泥的微生物种群发生了变化，变化可分为两个阶段。

　　第一阶段，在SVI从刚开始的80mL/g上升到170mL/g。这一过程中，丝状菌数量逐渐增加并成为活性污泥中的优势菌种。丝状菌之间的架桥作用干扰了污泥絮体的凝聚和压实，使得污泥的沉降性能恶化，SVI值上升。但是，这一阶段持续时间较短，污泥膨胀并不严重，危害较小。

　　第二阶段，随着运行时间的增加，SVI值从170mL/g上升到220mL/g，并且不再继续上升，SVI值维持在200 mL/g以上。这一过程中，丝状菌的数量逐渐减少，出现了高含水率的粘性菌胶团大量生长的现象。当SVI上升到220mL/g左右时，镜检时已观察不到或只有少量丝状菌。菌胶团细菌分泌的大量粘性物质使污泥连成均匀的一片，阻碍了污泥絮凝体的下沉和压缩，污泥的沉降性能严重恶化，发生了非丝状菌膨胀^[1]。

　　当发生污泥膨胀时，反应池中可见云浪状的污泥上浮，并陆续蔓延至全池。为此采取了一系列的诊断措施：测试了反应池混合液出流的pH值以及混合液中的DO。测试结果显示：混合液pH值稳定在7.6左右，DO的质量浓度约为2.73mg/L，均在正常范围内。

　　如前所述，进水中BOD，N，P的平均质量比为100：3：4，属氮缺乏状态。根据以上观察到的现象及文献综述^[3]，我们认为导致污泥高粘性膨胀的原因与氮缺乏有关。

　　3污泥膨胀的控制

　　3.1絮凝法

　　膨胀活性污泥的密度一般比水小，作为应急处理措施，可考虑投加混凝剂，以改善其沉降性能。我们初步选择了常用的高分子混凝剂——阳离子型聚丙烯酰胺和无机混凝剂——硫酸亚铁进行对比试验^[2]。

　　3.1.1聚丙烯酰胺投加量与污泥沉降性能的关系

　　在处理水量为50L/h的小试装置中投加阳离子型聚丙烯酰胺，使其浓度分别达到10 、20 、30 、40 、50和60 mg/L，污泥的SV值变化见图3。

　　从图3中可以看出，聚丙烯酰胺的投加对于污泥的沉降性能的改善有一定的效果，且存在一个最佳投加量，但是，效果不是很理想。笔者分析后认为，该中水回用系统采用新型淹没式复合膜生物反应器，曝气量大、水力搅拌强烈，聚集起来的絮体颗粒容易遭到破坏，从而导致混凝效果不理想；当投加量高于最佳投加量时，絮凝体除中和胶体的负电荷以外，过多的正电荷又使胶体离子带上正电荷而重新稳定。

　　

　　3.1.2硫酸亚铁投加量与污泥沉降性能的关系

　　在处理水量为50L/h的小试装置中投加硫酸亚铁溶液，使其质量浓度在10至180 mg/L之间变化，污泥的SV值变化见图4；投药前后菌胶团状态分别见图5、图6。

　　

　　 

　　图5 投药前污泥菌胶团状态（100倍） 图6 投药后污泥菌胶团状态（100倍）

　　从图4、图5和图6中可以看出，投加硫酸亚铁溶液后污泥沉降性能得到明显改善，SV值下降了约百分之十五。但是超过60mg/L后污泥沉降性能没有进一步的改善，所以确定实际运行时硫酸亚铁的投加量为60mg/L。按照市售硫酸亚铁的价格估算，在投加应急混凝剂期间，每吨污水的处理成本增加约0.05元。

　　在投加硫酸亚铁（60mg/L）前后，测量混合液PH值从7.63降至7.07，对污泥活性的负面影响很小。

　　综上所述，阳离子型聚丙烯酰胺的投加效果受水力条件等因素的限制不是十分理想，同时其单体有毒性、难降解，存在二次污染问题，经济效益较投加硫酸亚铁差。

　　硫酸亚铁价格便宜、使用简单，对膜及污泥没有负面影响，其对污泥密度的影响是有效的，但其不能从根本上解决营养比例失调的问题，所以只能作为应急控制措施。

　　3.2营养盐调整法

　　在污泥膨胀问题的研究中，对污泥膨胀的恢复与控制是一个十分重要的环节。在该中水回用工程的运行过程中发现，投加硫酸亚铁后，沉降性能一度改善的活性污泥在原有有机负荷条件下如停止投加，继续进行处理，则活性污泥的沉降性能就会逐渐恶化，三日后恢复到投加前的状态。所以需要寻找一种在活性污泥膨胀后行之有效的恢复控制方法。

　　运行过程中我们对正在同时运行的两组膜生物反应器进行对比试验：第一组投加了充足的氮源，使其BOD₅，N平均质量比约为100：5；第二组在投加了充足的氮源的情况下，我们同时提高了进水有机负荷，有机负荷（以COD_Cr计）提高到2.0kgCOD/m³·d以上。我们发现，中污泥的SVI值降低到150mL/g以下时，第一组当反应器运行的时间为一周左右；第二组反应器运行的时间仅为三至四天。

　　实际运行经验表明：第一、解决因氮的缺乏引起的污泥膨胀的根本的解决方法是调整营养物质的比例。第二、在保持营养物比例适当的情况下提高有机负荷，可以缩短污泥的沉降性能恢复正常的时间。

　　3.3其他控制方法

　　在污泥粘性膨胀最严重的情况下（用容器装一些污泥，无论用什么方法污泥始终粘附在容器的表面），可考虑适当排掉一些膨胀的污泥，再重新取一些新泥，以减少多糖类物质对污泥的覆盖；同时增加水力停留时间，使没有被完全氧化的有机物有足够的时间被消耗掉。

　　由于原水中洗涤剂含量很高，加之曝气强度较大，经常出现白色、粘稠的泡沫，并且越积越多，当污泥发生膨胀时，危害较大。2002年12月29日夜，由于泡沫积累成为高达一米多高的泡沫山，致使污泥大量流失。经过这次事故以后，我们除投加消泡剂以外，采取了水力消泡的方法。在反应池上方安装喷头，用MBR反应器的出水对反应池上部进行喷淋，以控制膨胀污泥和泡沫对反应器的危害，并已取得良好的效果。

　　4 结论

　　 通过对中水回用工程近一年来运行状况的观查与分析，总结起来有以下几点值得注意：

　　①以洗浴水为主要原水的MBR工艺在污泥膨胀期，可以采用硫酸亚铁作为应急投加混凝剂，最佳投加量为60mg/L，但因其不能从根本上解决营养比例失调的问题，所以只能作为应急控制措施。

　　②对于该中水回用工程运行过程中出现的污泥膨胀，根本的解决方法是调整营养物质的比例；同时我们发现，在保证营养物比例合适的前提下，提高有机负荷可以加速污泥沉降性能的恢复。工程实践证明，通过以上措施我们成功的控制了污泥的高粘性膨胀。同时我们发现，增加排泥以及增加水力停留时间也是有效的辅助措施。

污泥是污水处理厂和污水处理的必然产物。未经恰当处理处置的污泥进入环境后，直接给水体和大气带来二次污染，不但降低了污水处理系统的有效处理能力，而且对生态环境和人类的活动构成了严重的威胁。存在的主要环境问题如下：

（1）污泥含水率高。未脱水污泥含水率大于90%，初步脱水污泥含水率也高达80%，造成运输成本高、堆放面积大，挤压垃圾填埋场库容，堵塞垃圾渗滤液管等问题；

（2）细菌滋生。不仅造成视觉污染，而且为其他有害生物的滋生提供了场所；

（3）大气污染。污泥堆放在露天散发出臭气和异味，日晒风刮，污染物颗粒会造成大气污染；

（4）污染水体。经水浸泡、溶解，污染物伴随污水流入河道，会污染地表水，进入地下水；

（5）含有重金属。如不加以控制，则可能污染土地。

将流态的原生、浓缩或消化污泥脱除水分，转化为半固态或固态泥块的一种污泥处理方法。经过脱水后，污泥含水率可降低到55～80％，视污泥和沉渣的性质和脱水设备的效能而定。污泥的进一步脱水则称污泥干化，干化污泥的含水率低于10％。脱水的方法，主要有自然干化法、机械脱水法和造粒法。自然干化法和机械脱水法适用于污水污泥。造粒法适用于混凝沉淀的污泥。

目前，我国城市污水处理厂普遍采用污泥脱水机进行脱水，形成含水率80～75%的脱水污泥，目前的市污水处理厂脱水污泥处置方法中，污泥农用占44.8%、陆地填埋占31%、其他处理约10.5%、没有处理约13.7%。

简介： 本文系统介绍了高碑店污水处理厂，污泥处理设计过程中，如何有效地回收利用沼气发电系统的余热作为污泥中温消化的热源。达到节约能源，减少电耗和降低污水处理成本的目的。
关键字：沼气发电 能源利用 余热回收 热平衡

1 污泥处理及能源利用概况

　　高碑店污水处理厂二期工程设计水量50万m³／d，初沉泥和二沉池的混合污泥量为4417m³／d，污泥含水率97％，污泥处理工艺采用重力浓缩，二级中温消化带式压滤机脱水，并利用消化产生的沼气发电并入城市电网，发电机产生的余热作为一级消化热源，锅炉房蒸汽为补充热源。 
　　高碑店污水处理厂二期工程设置八座消化池，四座为一个系列，共两个系列，每一系列有一级消化池三座，二级消化池一座，消化池产沼气2.2～2.6万m³／d。其中甲烷含量占57％～62％，热值5000Kcal／m³，消化池产气总热量为540万Kcal／h。三台沼气发电机总发电量2000KW，所发电量并入市政公用电网。
　　为维持污泥中温消化所需的温度，需要对污泥进行加热。加热污泥的热量需要由外部热源提供，高碑店污水处理厂利用污泥消化产生的沼气进行发电，沼气发电系统运行中产生的大量余热，作为加热污泥的热源，这将节约大量的热能，达到节省能源，降低能耗的目的。图1为能源利用流程图。

2 能源利用途径

　　高碑店污水处理厂工程沼气发电系统选用三台奥地利JMS316－BL型沼气发电机，发电机总容量约2000KW，单台发电机容量为625KW。该系统在运行过程中有三个部分产生的热能可回收利用，它们是：燃气混合热能、缸套水热能和润滑油热能及尾气释放的热能。表1所示为各部分热能回收量与回收率，图2为沼气发电机组热能回收系统，图3为单台沼气发电机组能量平衡图。

 

沼气发电系统热能回收量与回收率 单位：kw（万kcal） 表1

序号	项目	回收量	回收率	备注
1	燃气混合热能	98（8.4）	5.8%
2	缸套水和润滑油热能	283(24.3)	16.6%
3	尾气热能	475(40.9)	27.9%	总输入热能1703(146.5)
4	总回收热能	856(73.6)	50.3%

 

　　由图2可知，进入发电机的冷水，流量39.4m³／h，温度为70℃，吸收沼气发电机的热能后流量不变，温度升为90℃，进入余热利用系统。由图3可知由沼气产生的总能量中有40％转变为机械能，60％转变为热能。其中40％机械能中的38.3％转换为电能；60％热能中的50.3％作为余热可回收利用，总能量回收效率可达88.6％。该回收率高于一般的沼气发电机。

3 热平衡系统

　　该热平衡是通过某种调节手段，使供热系统提供的热量恰好与需热系统所需热量相同。供热系统的热量为沼气发电系统产生的余热和蒸汽锅炉补充热量的总和；需热系统的热量是指消化池正常运行时所需热量。
　　3.1 供热系统运行工况
　　3.1.1 沼气发电机
　　沼气发电系统余热热量计算，
　　　　Q＝CA△t （1）
　　其中，Q－供（需）热量（Kcal／h）
　　　　　C－介质的传热系数（Kcal／m³℃）
　　　　　A－介质流量（m³／h）
　　　　　△t－介质温度的变化（℃）
　　如前所述，余热利用了燃气混合、缸套水、润滑油及尾气四部分热能，单台发电机组热能总值为856KW（73.6万Kcal／h）。单台机组在不同负荷情况下所提供的热量是变化回收的，见表2。同样，沼气发电系统供热量也随机组台数的变化而变化。

单台机级能量随负荷变化表 单位kw(万kcal) 表2

沼气发电系统热能回收量与回收率 单位：kw（万kcal） 表1

项目	100%负荷	75%负荷	50%负荷
总输入能量	1703 (146.5)	1321 (113.6)	969 (83.3)
总回收热能	856 (73.6)	675 (58.0)	491 (42.2)
其中:
燃气混合热能	98 (8.4)	40 (3.4)	2 (0.2)
缸套水和润滑油热能	283 (24.3)	271 (23.3)	233 (20.0)
尾气热能	475 (40.9)	364 (31.3)	256 (22.0)

 

　　从能量分配得知，三台发电机满负荷运行时，沼气进气总能量为3×1703＝5109KW（439.4万Kcal／h，100％），总发电量为3×652＝1956KW（168.2万Kcal／h，38.3％），热回收总量为3×856＝2568KW（220.8万Kcal／h，50％），尾气损失能量为3×139＝417KW（35.9万Kcal／h，8.1％），机组辐射损失能量为3×56＝168KW（14.4万Kcal／h，3.3％）。三台机组满负荷运行时可利用的最大热能为2568KW（220.8万Kcal／h，50.3％）。
　　3.1.2 蒸汽锅炉汽水交换
　　沼气发电系统所产生的余热随其运行台数与负荷的不同而变化，加热污泥所需热量相对较稳定，当余热提供热量不能满足消化池所需热量时，可利用蒸汽锅炉作为补充热源。补充热源是由蒸汽锅炉产生的蒸汽，通过汽水热交换器产生热水供给泥水热交换器使用，以补充热量不足部分。补充热量为消化池污泥全年最冷月需热量226.8万Kcal／h。（见表6）
　　3.2 需热系统工况
　　加热是污泥中温厌氧消化的重要条件，为保证消化池在35℃条件下正常运行，采用污泥池外间接加热法。螺旋板式泥水热交换器对污泥加热。
　　3.2.1 加热污泥的耗热量计算
　　新鲜污泥温度变化。如图4。

按照消化池的投泥次数，每天投泥4次，每次1小时，每次投泥量90m³／h，得出单池新鲜污泥平均耗热量Q泥。如表3所示。

单位:1000Kacl/h 表3

沼气发电系统热能回收量与回收率单位：kw（万kcal） 表1

月份	1	2	3	4	5	6
泥耗热量	309	287	276	263	228	217
月份	7	8	9	10	11	12
泥耗热量	204	197	213	254	270	281

 

　　3.2.2 消化池池体耗热量计算
　　根据北京市气温及地温的变化，按照公式：
　　　　Q_池＝FK（T_D－T_A） （2）
　　其中，Q_池：消化池池体耗热量（Kcal／h）
　　　　　F：池盖、池壁及池底的散热面积（m²）
　　　　　K：池盖、池壁及池底的散热系数（Kcal／m²·h·℃）
　　　　　T_D：消化温度（℃） 
　　　　　T_A：池外介质温度（℃）
　　得出消化池池体耗热量，见表4。

 

单位:万Kcal/h 表4

月份	1	2	3	4	5	6
池体耗热理	35182	34602	29224	22960	17414	13762
月份	7	8	9	10	11	12
池体耗热量	11933	12942	15896	21462	27567	33401

 

　　污泥平均耗热量与池体耗热量之和，同事考虑10%的管道损耗，得出六座一级消化池所需热量。见表5及图5。

 

单位:万Kcal/h 表5

月份	1	2	3	4	5	6
消化池所需热量	226.8	212.0	201.4	188.5	162.0	152.7
月份	7	8	9	10	11	12
消化池所需热量	142.5	138.3	151.1	181.6	196.4	207.3

 

　　消化池冬季所需最大加热量为226.8万Kcal／h。夏季最小加热量为138.3万Kcal／h。
　　3.3 热平衡系统的联接
　　3.3.1 供热系统能量传递
　　图5表示污泥处理热平衡系统。
　　冬季三台发电机组满负荷运行，余热量基本满足消化池所需热量。若发电机组未满负荷运行，可通过汽水热交换器补充热量。当夏季发电机组提供的余热量大于消化池所需热量时，发电机组启动自身保护系统－紧急风冷器，将余热释放。以下为四种典型的加热系统流程。 
　　（1）全部利用发电机组余热加热污泥系统（见图6）。
　　沼气发电机产生的余热可满足加热消化污泥所需的热能，而无需外界补充热源，即消化池加热系统与沼气发电机热交换系统相联。
　　（2）沼气发电机未运行的加热污泥系统（见图7）。
　　当运行初期沼气发电机未运行或未正常运行时，消化污泥需要加热，需使用外界补充热源，用汽水热交换器提供热水至泥水热交换器加热污泥，即消化池加热系统与汽水热交换器热交换系统相联。
　　当产气量少或消化池检修时，沼气发电机未满负荷运行（50％或70％），台数减少以及冬季最冷的情况下，单凭沼气发电机产生的余热不能满足加热消化污泥所需的热能时，需加用外界补充热源，即消化池加热系统与沼气发电机热交换系统和汽水热交换器串联系统相联。

　　(3) 利用发电机组余热和补充热源的加热污泥系统(见图8)。

　　（4）污泥消化非正常运行的加热污泥系统（见图9）。

　　当沼气发电机余热热水经泥水热交换器回至发电机冷却水人口处，其温度大于70℃，不满足发电机冷却要求或消化池本身污泥系统未运行时，需用发电机自身配套水水热交换器，通过紧急风冷器冷却。
　　3.3.2供需热系统内部能量调节
　　从能量的需求看，沼气发电机系统产生的余热能够满足污泥加热的要求，但由于泥水热交换器对进水温度有特殊要求：
　　① 进水温度不大于75℃。若大于75℃，污泥易结垢，影响传热效率。
　　② 进、出水温差不宜大于8℃，否则热交换器传热效率降低。
　　而沼气发电系统冷却水出水温度为90℃，两者之间差别见表6。

 

设备对温度及流量的要求 表6

项目	泥水热交换器	沼气发电机组
进水温度(℃)	75	70
出水温度（℃）	68.7	90
流量（m3/h）	60*6	39.4*3
热量（万Kcal/h）	226.8	236

 

　　沼气发电系统所产生的高温热水不能对污泥直接进行加热。因此，需要设置温度和流量调节控制系统，见图10。通过该系统将泥水热交换器出口较低温度的水与发电机组较高温度的冷却水混合，达到泥水热交换器进口水温的要求。按式（3）、（4）、（5）可以算出不同条件下进出水的温度和流量。这一过程可全部自控完成。

　　　　q₂＝q₁＋q₃ （3）
　　　　Q＝q₂＊1000 （t_w1－t_w2） （4）
　　　　q₂t_w2＝q₁t_e＋q₃t_w1 （5）
　　其中，　q₁：发电机出水流量（m³／h）
　　　　　　q₂：泥水热交换器进水流量（m³／h）
　　　　　　q₃：回流量（m³／h）
　　　　　　t_w1：泥水热交换器出水温度（℃）
　　　　　　t_w2：泥水热交换器进水温度（℃）
　　　　　　t_e：发电机出水温度（℃）
　　　　　　Q：泥水热交换器的供热量（Kcal／h）
　　采用上述方法无需特殊设备，节省投资，自动调节，管理方便。
　　3.4 热平衡系统的特点
　　①在正常运行情况下，发电机产生的余热能满足消化池污泥加热的热量，节能综合利用率高，总能量回收率达到88.6％，热能回收50.3％。
　　②热平衡系统既相对独立又相互补充，可以满足各种工况下污泥加热的要求，组合灵活。
　　③泥水热交换器采用螺旋板式换热器，传热系数为1000Kcal／m²·h·℃。传热效率高，检修管理方便。对热交换器进水口温度进行控制，防止过热结垢现象。
　　④在消化池需热及发电系统余热供热之间水量或水温不匹配的情况下，设置简单的调节装置（回流阀），即满足热量转换又满足泥水热交换器及发电机组进水口水温的要求，使得热能有效合理利用，并便于操作管理。
　　⑤连续污泥加热，运行简便。

4 设计中应注意的问题

　　①作好消化池及热循环系统管道的保温，减少热量损失。
　　②控制泥水热交换器进水温度，控制温度在75℃以下，以防止过热结垢。
　　③污泥中挥发性固体的种类及在消化池的分解程度，直接影响甲烷含量及产气率，影响能量利用。 
　　④沼气发电机的电力并人市政电网，其负荷可以平稳运行。沼气系统中设有贮气柜，可调节产气率的变化，也为沼气发电机提供平稳运行条件。因此应控制每台发电机，尽量在100％高负荷条件下运行，从而提高总能量回收率。
　　⑤消化池运行初期未产生沼气时，需使用外热源蒸汽锅炉，通过汽水热交换器用热水加热污泥。

5 经济效益和环境效益

　　沼气是污泥消化的副产品，若剩余气体直接排放，会污染环境；沼气发电机尾气是发电时的副产品，若直接排放，会造成热污染。因此，利用沼气发电余热回收利用，可减少空气污染和热污染。通过能源利用，可节电、节煤、降低污水处理成本，达到综合利用的目的。

6 结论

　　①利用沼气发电系统产生的余热加热污泥的方法在一定规模的污水处理厂中非常适用。
　　②通过建立热平衡系统，分析需热与供热之间的矛盾，使得沼气发电系统所产生的余热获得充分的利用。每年可节约燃煤约5100吨。
　　③在发电机发电量为2000KW的条件下：
　　电能利用率达38.3％；
　　热能利用率达50.3％；
　　能量总回收率达88.6％；
　　每年可节约用电1750万度。通过沼气发电机余热利用，可节省全厂30％以上的用电量。
　　④通过沼气发电和余热利用，降低污水处理成本。

滚压式污泥脱水机工作原理与传统的带机、板框压滤机及离心机不同。其工作原理是湿态污泥（含固量0.5%～5%）进入污泥通道。通道两旁各有一片圆形的钻有小孔的不锈钢栅格，栅格每分钟转动0.5～3转，把污泥带进脱水机内，滚压机圆形脱水道的前一半0－180°是浓缩区，污泥水份开始由两旁的栅格的出水孔挤出，并由脱水机下的污水槽排出。污泥水份脱出后，流动缓慢，承受的压力越来越大，使更多水份被挤出达到更好的脱水效果。格筛利用摩擦力把污泥中的固体推到出口闸门，出口闸门是挤压区，闸门开关压力受电脑控制。污泥固体在闸门前挤压，形成含水率低的泥饼。处理的污泥有一级化学增强污泥、活性污泥、消化污泥、生物处理及人畜粪便、造纸等污泥。

滚压式污泥脱水机用途

滚压式污泥脱水机可适用于城市污水厂混合污泥的脱水，脱水后泥饼含固率可达到74.49%～81.11%，尤其适用于粪便污泥、造纸污泥等高纤维含量污泥的脱水，脱水后污泥含固率可达到52.6%～66.5%。

滚压式污泥脱水机具有浓缩－脱水一体化的功能。可对不经浓缩的污泥（含水率98%以上）进行脱水，并取得较好的脱水效果。

滚压式污泥脱水机运行噪声较低，小于84dB；耗电量低，为6.65～18.84kwh/吨干固体。可连续操作，工作场所卫生条件好。

存在问题与建议

1. 滚压式污泥脱水机具有浓缩－脱水一体化的功能。可对不经浓缩的污泥进行脱水。但未浓缩的污泥脱水存在药剂投加量大，产量低的问题。脱水机可适用于A2/O工艺，能够克服浓缩池中污泥释磷的问题。

2. 由于污水厂每天只排泥8小时，试验时间有限，脱水机未能进行长时间的连续运行试验。

3. 进泥含固量高时，建议配制较低浓度的絮凝剂使用。

4. 由于污水厂进泥浓度变化大，对滚压式脱水机的运行及试验造成一定的影响。

1、带式污泥脱水机容易堵塞。在固液分离过程中，不管是带式和离心式的脱水机，板框式的脱水机，都存在着容易堵塞的现象。多年以来，一直无根本性的创新办法出现，这似乎成为行业不可能解决的问题。为了防止堵塞，上述各种机型都只能用大量的水来进行冲洗，这不仅造成水源浪费，而且大量的冲洗水增加了污水处理内循环的负担。而且一旦堵塞，就必须停机检修，造成脱水机不能连续运行，影响了企业或社会的正常生产运作。而富产机械的叠螺污泥脱水机采用多重叠片螺旋压滤的设计原理。过滤装置由固定环和游动环组成，通过螺旋轴的旋转来推动游动环转动，从而不断清理间隙中的污物，彻底防止了堵塞。

2、带式污泥脱水机运行成本太高。也许真正活跃在污水处理厂第一线的人都知道，建一个污水处理厂并不算太难，但是要保证其每天的正常运作，并不是件容易的事，因为在使用传统机型的污泥脱水机时，它的运行成本实在是太高了。这里面除了包括巨额水电费之外，还有人工费管理和维护等费用。而叠螺污泥脱水机低速工作运行，对电能的消耗甚微，即使最大的机型运行时每小时耗电也不超过2度。并且，实现了连续无人运行，省了许多人工费。

3、传统机型的污泥脱水机的正常运行要求操作人员具有较强技术水平，要事先对操作人员进行较长时间的系统业务培训指导，故对操作人员的技能水平要求较高。叠螺污泥脱水机，在操作上安全简单，实行全自动化控制，非常省心，只要现场技术人员进行简单的培训，就可以轻松驾驭。

4、传统观念认为低浓度污泥脱水必须经过浓缩后才能脱水，这就要求必须建设浓缩和贮存池来对低浓度污泥进行浓缩，这似乎也是个“常识”。但是叠螺污泥脱水机推翻了这个“常识”，让人们知道原来低浓度的污泥可以不经浓缩就能直接脱水，这样就省去了建设浓缩和贮存池，大大减少了污水处理厂的建设成本和土地空间。叠螺污泥脱水机可以对浓度2000ml/L以上的泥都能够直接脱水，这不仅仅是减少了建设成本，更重要的是在实现氧化沟直接脱水的情况下，可以减少磷的释放和臭气的产生。

离心的比传统的好操作，但是对污泥浓度的要求比叠螺污泥脱水机的高。

1.前言

带式浓缩压滤污泥脱水机是依据化学絮凝接触过滤和机械挤压原理而制成的高效固液分离设备，因其具有工艺流程简单、自动化程度高、运行连续、控制操作简便和工作过程可调节等一系列优点，并且省却了污泥浓缩池、在一定程度上节省了建设资金，正得到越来越广泛的应用。

经絮凝的污泥首先进入重力脱水区，大部分游离水在重力作用下通过滤带被滤除；随着滤带的运行，污泥进入由两条滤带组成的楔形区，两条滤带对污泥实施缓慢加压，污泥逐渐增稠，流动性降低，过渡到压榨区；在压榨区，污泥受到递增的挤压力和两条滤带上下位置交替变化所产生的剪切力的作用，大部分残存于污泥中的游离水和间隙水被滤除，污泥成为含水率较低的片状滤饼；上下滤带经卸料辊分离，凭借滤带曲率的变化并利用刮刀将滤饼刮落，实现物料的固液分离，而上、下滤带经冲洗后重新使用，进行下一周期的浓缩压滤。

带式压滤机在实际工程应用中所涉及的主要技术经济指标有：

①处理能力，

②泥饼含水率，

③化学药剂投加量，

④动力消耗，

⑤冲洗水耗量，

⑥带张力，

⑦有效带宽，

⑧滤带运行速度

⑨气源压力等主要指标。

其中处理能力是评价带式压滤机综合性能的首要指标。影响带式压滤机处理能力的因素很多，但主要体现在重力脱水区、压榨区及其滤带运行速度、滤带张力、辊径(大小、包角和中心距)、滤带(透气量)选择、加药调理效果等方面，也是带式压滤机结构设计、生产制造等质量的综合体现。所以了解带式压滤机处理能力的计算方法对带式压滤机的优化设计、运行参数的选择、合理投加药剂量等选择具有一定的指导意义。

2、处理能力的计算

以带式压滤机产出湿泥饼厚度为主要计算参数，根据算出的湿泥饼产量，再计算出进料量（即处理能力），其计算公式如下：

Q湿泥饼=B•ξ•δ•v•s•γ•β

式中：Q湿泥饼——湿泥饼产出量t/h

B——滤带宽度m

ξ——滤带宽度利用系数，一般取0.85～0.9

δ——湿泥饼厚度m，一般取6～10mm（0.006～0.01m）

v——压滤带带实际工作速度m/min，一般取3～6m/min

s——单位时间60min/h

γ——湿泥饼比重t/m3，一般取1.03t/m3

β——固相回收率，一般取≥95%

Q进料量=（湿泥饼含固率/进料含固率）×Q湿泥饼（t/h）

从以上计算公式可以看出，该计算方法是以带式压滤机产出湿泥饼厚度为主要计算参数，而湿泥饼厚度的形成一方面与带式压滤机的运行参数如滤带运行速度、过滤压力有很大关系；另一方面还与污泥的性质如固体浓度、粘度、加药调理后污泥的比阻等也有很大关系；湿泥饼厚度的形成关键还取决于压滤机的结构设计如浓缩段的长度、浓缩段的容量、压滤时间和压滤周期、滤带透气量的选择等。计算公式中Q湿泥饼与湿泥饼厚度δ成线性关系，湿泥饼厚度选择范围3～10mm，并且许多带式压滤机实际运行中形成的湿泥饼的厚度在滤带宽度范围内也不均匀。

所以该种计算方法没有与浓缩段、压榨段的主要技术参数及污泥的主要性质参数相结合，没有反映出污泥加药调理效果、压滤机结构参数设计、运行参数的变化等因素对带式压滤机处理能力的影响，且计算出的Q湿泥饼数值范围较大，一般适用于带式压滤机的设计选型，对带式压滤机的优化结构设计、指导运行等意义不大。

对于城市污水厂污泥脱水系统，污泥经加药调理后，污泥的比阻r控制在（1～4）×1012m/kg（实验室就是通过测定r值确定较经济的加药量），其中对于带式压滤机，实验室一般通过加药调理后污泥的比阻抗r在(1～3)×1012m/kg（离心脱水r=(2～4)×1012m/kg）。按环境温度20℃时，污泥的运动粘度μ=0.001Pa•s。

对于压榨段，压力P通过滤带张力、压榨滚与滤带接触面积计算，进入压榨段的浓度C0即为出浓缩段污泥浓度（8～10%），Ck即最终滤饼浓度（25%～20%），压滤时间t=m/T，m=ts/T（即t=ts/T2），ts为实际压滤时间（压榨段滤带与压榨滚接触长度、压榨段滤带运行速度求得），T为压滤周期（压榨段运行时间）。
浓缩段与压榨段的处理量的和即为带式压滤机的处理量。因在计算中未考虑过滤介质滤带的阻抗Rf，而滤带的阻抗Rf与滤带的材质、通气量[一般选8000～10000m3/(h•m2)]等有关，所以最终的处理量应是上述计算的处理量乘以一个系数K（K一般取0.9～0.95）即为带式压滤机的处理量。

3、结论

上述第二种算法较第一种算法虽为复杂，但该计算方法中包含了带式压滤机结构设计参数，污泥性质参数，运行参数等对处理量的影响，对优化带式压滤机的结构设计，合理投加药剂量、运行参数的选择对提高带式压滤机的处理量具有一定的指导意义。并通过实例计算，浓缩段的处理量对带式压滤机处理能力起主要作用。来源：谷腾水网

离心式污泥脱水机的使用效果，其机械部分带来的影响分为可调节因素和不可调节因素，现分别进行说明，首先了解了其作用原理，就能够在使用中对其进行有效的掌控。

1不可调节的机械因素

A 转鼓直径和有效长度

转鼓直径越大，有效长度越长，其有效沉降面积越大，处理能力也越大，物料在转鼓内的停留时间也越长，在相同的转速下，其分离因数就越大，分离效果越好。但受到材料的限制，离心机的转鼓直径不可能无限制地增加，因为随着直径的增加可允许的最大速度会随材料坚固性的降低而降低，从而离心力也相应降低。通常转鼓直径在200～1000mm之间，长径比在3～4之间。现在的离心式污泥脱水机的发展有倾向于高转速的大长径比的趋势，这种设备更加能够适应低浓度污泥的处理，泥饼干度更好。

另外，在相同处理量的情况下，大转鼓直径的离心机可以以较低的差速度运行，原因是大转鼓直径的螺旋输渣能力较大，要达到相同的输渣能力，小转鼓直径的离心机必须靠提高差速度来实现。

B转鼓半锥角

沉降在离心机转鼓内侧的沉渣沿转鼓锥端被推向出料口时，由于离心力的作用而受到向下滑移的回流力作用。转鼓半锥角是离心机设计中较为重要的参数。从澄清效果来讲，要求锥角尽可能大一些；而从输渣和脱水效果来讲，要求锥角尽可能小些。由于输渣是离心机正常工作的必要条件，因此最佳设计必须首先满足输渣条件。对于难分离的物料如活性污泥半锥角一般在6度以内，以便降低沉渣的回流速度。对普通一般物料半锥角在10度以内就能保证沉渣的顺利输送。

C螺距

螺距即相邻两螺旋叶片的间距，是一项很重要的结构参数，直接影响输渣的成败。在螺旋直径一定时，螺距越大，螺旋升角越大，物料在螺旋叶片间堵塞的机会就越大。同时大螺距会减小螺旋叶片的圈数，致使转鼓锥端物料分布不均匀而引起机器振动加大。因此对于难分离物料如活性污泥，输渣较困难，螺距应小些，一般是转鼓直径的1/5～1/6，以利于输送。对于易分离物料，螺距应大些，一般为转鼓直径的1/2～1/5，以提高沉渣的输送能力。

D螺旋类型

螺旋是离心式污泥脱水机的主要构件，它的作用是输送沉降在转鼓内侧的沉渣和顺利排掉沉渣，它不仅是卸料装置，也决定了生产能力、使用寿命和分离效果。

螺旋的类型根据液体和固体在转鼓内相对移动方式的不同分为逆流式和顺流式。逆流式离心机的加料腔在螺旋中部，也就是位于干燥区和沉降区之间的边界附近，以保证液相有足够的沉降距离，但固相仅能停留其通过圆锥部位所需的时间，因此要求有较高的离心力；物料由这里进入转鼓内会引起此区已沉降的固体颗粒因扰动再度浮起，还会产生湍流和附加涡流，使分离效果降低。

顺流式离心机由于进料口在转鼓端部，避免了逆流式的湍流，保证沉渣不受干扰，离心机全长都起到了沉降作用，扩大了沉降面积，悬浮液在机内停留时间增长，从而使分离效果得到提高。由于延长和没有干扰的沉降可有效地减少絮凝剂的使用量，使机内流体的流动状态得到很大改善，并且可通过加大转鼓直径来提高离心力，因此可显著降低转速，节省电力消耗，同时减少噪声，延长机器的寿命。

顺流式螺旋结构的离心机特别适用于固液密度差小，固相沉降性能差，固相含量低的难分离物料。但顺流式离心机的滤液是靠撇液管排出，滤液通过撇液管时未分离出的固相颗粒会再分离沉积在撇液管内，日久会堵塞撇液管通道，需定期冲洗。

近年来，随着对污泥脱水要求的日益提高，出现了高效型螺旋结构。如瑞典Alfa Laval公司的BD挡板技术，即在离心机锥段的螺旋出料端设置一个特殊挡板，可使离心机处于超深液池状态，以增加对泥饼的压渣力，并且只输送下部沉渣，而将上部含水率高的污泥截留在压榨锥段外侧，实现压榨脱水，使出泥更干。瑞典NOXON公司采用斜板沉淀原理的Lamella专利技术，则将离心机螺旋推料器叶片设计成最佳倾斜状态，其叶片倾角、螺距、叶片间距等参数均经过优化设计，处理能力提高，降低了絮凝剂的消耗量及泥饼含水率。

2 可调节的机械因素

A转鼓转速

转鼓转速的调节通常通过变频电机或液压马达来实现。转速越大，离心力越大，有助于提高泥饼含固率。但转速过大会使污泥絮凝体被破坏，反而降低脱水效果。同时较高转速对材料的要求高，对机器的磨损增大，动力消耗、振动及噪声水平也会相应增加。

B差速度（差数比）

差速度直接影响排渣能力、泥饼干度和滤液质量，是离心式污泥脱水机运行中重要的需要根据运行情况进行调节的参数之一。

提高差速度，有利于提高排渣能力，但沉渣脱水时间会缩短，脱水后泥饼含水率大，同时过大差速度会使螺旋对澄清区液池的扰动加大，滤液质量相对差一些（俗称“返混”）。
降低差速度，会加大沉渣厚度，沉渣脱水时间增长，脱水后泥饼含水率降低，同时螺旋对澄清区物料的扰动小，滤液质量也相对好些，但会增大螺旋推料的负荷，应防止排渣量减小造成离心机内沉渣不能及时排出而引起的堵料现象，防止滤液大量带泥，这时就必须减小进料量或提高差速度，一些型号的设备具有自动加快排渣的功能，既当设定扭矩达到某一限定值后，设备会自动降低进泥量和进药量，增加差速度，将堆积的泥环层快速推出，待扭矩降低到某一数值后，流量和差数度再自动恢复正常。这是一种有效保护设备的措施，但是，在长期运行中，应避免频繁出现这种情况，因为这样容易使设备经常处于不稳定流量和不稳定差数度状况，过程中的波动会影响处理效果和使处理能力下降。
因此，应根据物料性质、处理量大小、处理要求及离心机结构参数来确定差速度大小。就是说，在现场要根据情况寻找到最佳的处理量、处理效果需求的差速值范围，以实现满足泥饼干度的情况下尽可能高的处理能力。

简单地说就是：处理能力和处理效果存在矛盾，要提高处理能力，就要增加差速比，但可能会降低泥饼干度；要提高泥饼干度，就要降低差数度，从而降低了处理能力，所以，现场的调试工作就是要寻找到符合各自现场实际污泥性质条件时最佳的设备运行工况参数，以实现最高设备运行效率和最佳处理效果双重目的。这没有简单的数据可以计算，只有依靠长期的实际调试积累经验，并及时依照变化进行调整。

同时，在一定范围内，差数度的控制和絮凝剂投加量的控制互为补充，在要求达到一定泥饼干度情况下，当差数度降低时，可同时节省絮凝剂投加量。简单讲就是增加了设备处理压力也就减少了絮凝剂使用压力。所以说，适当地采用尽可能低的差数度可以在一定程度上减少絮凝剂的消耗，俗话讲叫做“设备运转好就省药、设备运转不好就费药”，设备的好坏不仅仅取决于设备本身的设计和加工精度问题，同时也涉及对设备运转工况参数的控制。

对于具有差数度自动调节功能的离心机，差数度的参数设定要结合长期的使用情况确定，并根据可能发生的各种变化随时修正。

C液环层厚度

液环层厚度是设备优化的一个重要参数，直接影响离心机的有效沉降容积和干燥区（岸区）长度，进而影响污泥脱水的处理效果。一般在停机状态下通过手动调节液位挡板的高低来实现，调整时必须确保各个液位挡板的高低一致，否则会导致离心机运行时剧烈振动，也有部分国外厂商的产品可以实现液环层厚度的自动调节。
液环层厚度增加，会使沉降面积增大，物料在机内停留时间也会相应增加，滤液质量提高，但同时机内的干燥区（岸区）长度缩短，导致泥饼干度降低。相反，调低液环层厚度可获得较高的泥饼含固率，但要以牺牲滤液质量为代价。

因此应合理地调节液位挡板的高低使泥饼干度与滤液质量达到最佳组合。一般情况下，很多设备供应商将液位挡板在设备出厂时预先进行了调节，但因不同的使用现场条件存在差异，若运行状态不理想，可请设备厂家工程师配合进行现场液位挡板的调整，使其更加满足实际需求。

2.3工艺因素

由于离心机是利用固液两相的密度差来实现固液分离的，因此污泥颗粒比重越大越易于分离。一般情况下，城市污水处理厂的初沉污泥较易脱水，剩余污泥较难脱水，而混合污泥的脱水性能介于两者之间，不同污水水质产生的污泥和采用不同水处理工艺得到的污泥会有较大的差异，因此在污泥脱水中会有不同的表现。

为改善污泥脱水性能，进行机械脱水前一般应均匀加入适量的有机高分子絮凝剂，如聚丙烯酰胺(PAM)，来降低污泥的比阻，使污泥固相和液相分离后更易于脱水，絮凝剂的种类必须和污泥特性相适应及与设备类型和运行工况相适应。很多情况下，在絮凝剂选型烧杯试验中表现较好的药剂，并没有在实际应用中有更好的表现，很重要的原因就是药剂特性虽然在一定程度上满足污泥特性，但是与设备的运行工况并不能完全满足。

根据实际运行情况表明，在絮凝剂（污泥脱水剂）投加量达到一定程度后，投加絮凝剂的多少对离心脱水的泥饼含固率的影响很小，对滤液的质量影响较大。因此进行污泥脱水时，在满足泥饼干度要求和上清液质量要求情况下，继续增加絮凝剂的使用量是完全没有必要的，也是现场造成絮凝剂浪费的主要原因。另外，随着絮凝剂用量的增加，上清液质量更好，但是，很多情况下过分追求上清液质量而多投加絮凝剂是得不偿失的，仅仅多增加了数个百分点的污泥回收率而消耗了更多的絮凝剂消耗是划不来的（就好像花费了10元购买了5元的商品）。只要将上清液固含量控制在某一指标范围内即可。

在一般情况下，设备能够适合的污泥浓度有一定的范围要求，污泥浓度过低或过高均会消耗更多的絮凝剂。在设备正常运转的污泥浓度情况下，絮凝剂的用量和待处理污泥的固含量近似成正比例关系，所以，在一定污泥流量的情况下，絮凝剂的投加量要根据污泥的浓度进行调整，很多时候，由于污泥浓度发生变化，而絮凝剂投加量没有及时调整而使现场运行表现不佳或产生药耗增加。

若污泥浓度增加了而絮凝剂投加量并没有增加就会影响了处理效果，会表现出泥饼干度降低，上清液浑浊；反之，若污泥浓度降低了，絮凝剂投加量没有降低就形成了絮凝剂的浪费，而处理效果增加并不明显。

另外，若絮凝剂溶解状况不好导致实际用量不足或絮凝剂配置浓度过低使药液有效成分供应不足，则难以形成相应干度的泥饼，影响上清液质量；而絮凝剂浓度太大，絮凝剂高分子链上的活性基团则会由于相互屏蔽、包裹而使有效成分难以充分发挥功效，从而造成药剂的浪费；由于絮凝剂投加量过量较多，絮凝体的再分散作用也会破坏絮体稳定性，絮凝效果同样不好。

絮凝剂用量太大，不仅造成浪费，而且处理效果没有显著提高。市政污泥处理中，有机高分子絮凝剂药液的配置浓度一般为1‰～5‰，絮凝剂用量一般3～5kg/TDS，某些工业污泥絮凝剂用量可能会达到或超过10kg/TDS，这取决于污泥性质和污泥脱水机性能。由于脱水机设备性能差异，同样性质的污泥在使用相同型号絮凝剂的情况下也会有不同的絮凝剂消耗表现。

影响离心式污泥脱水机脱水效果的因素很多，并且各个因素又互相影响，因此处理效果是以上所述各个因素综合作用的结果，离心机的选型应结合工程项目的实际情况进行，运行参数的调整应从脱水后泥饼最终处置方法所要求最佳泥饼含水率、固体回收率和经济性等因素综合考虑。

带式污泥浓缩机于浓缩、压榨于一体、具有处理效率高、脱水效果好、能耗低等优点。适用于化工、煤炭、冶金、食品、造纸、城市给排水等行业的工业生产和生活的各类污染脱水和部分工业物料的固液分离。使用该设备后可以省去污泥浓缩池的投资，减少占地面积，且污泥停留时间短，脱磷效果好，处理效率高。

带式压滤机广泛用于城市污水处理、化工、炼油、冶金、造纸、制革、食品、洗煤、印染等行业的污泥脱水，该机连续作业，自动化程度高、节能、高效、使用维护方便，是污泥脱水的理想设备。

污泥脱水机周边附属设备参考配置图