基于污泥脱水与干化一体化系统设计的工程实践与优化

基于污泥脱水与干化一体化系统设计的工程实践与优化

钱筱瑜

大金氟化工（中国）有限公司

摘要：本论文旨在探讨基于污泥脱水与干化一体化系统设计的工程实践与优化。首先，介绍了污泥处理的背景和需求，以及设计一体化系统的动机和意义。其次，对现场条件、污泥特性、要求干化后的指标以及公用工程条件对系统运行的影响进行了分析。然后，根据研究背景和工艺要求，提出了系统整体设计原则，并详细阐述了污泥脱水与干化一体化工艺流程的建设框架和具体流程，包括叠式污泥脱水系统设计和双向自净干化系统设计。最后，根据各设备的运行负荷分析和成本核算，提出了系统优化的策略与建议，旨在提高系统的运行效率和经济性，实现污泥处理的高效、节能、环保。

关键词：脱水与干化；污泥处理；一体化系统设计；运行成本核算

引言

污泥处理是污水处理领域中的关键环节，其有效处理与处置对环境保护和资源利用具有重要意义[1]。针对污泥处理需求，本文以某石化污水处理场为例，探讨了基于污泥脱水与干化一体化系统设计的工程实践与优化。通过分析现场条件、污泥特性以及工艺参数，结合系统整体设计原则和技术方案设计，提出了基于运行负荷与成本核算的优化建议，旨在为污泥处理领域的实际工程应用提供参考和指导。

1研究背景与动机

1.1污泥处理需求的背景介绍

污泥是在污水处理过程中产生的含有固体颗粒的混合物，其处理对环境保护和资源利用至关重要。随着城市化进程的加快和工业化水平的提高，污泥的产生量不断增加，传统的处理方法已经难以满足日益增长的处理需求。此外，污泥中可能含有有机物、重金属等对环境和人体健康有害的物质，因此需要高效、安全、经济的处理方式来减少对环境的影响。

1.2一体化系统设计的动机和意义

通过一体化系统设计，可以优化污泥处理过程，减少处理步骤，提高处理效率，降低废物排放，实现资源的最大化利用。同时，一体化系统设计也能够简化运营管理，提高系统的稳定性和可靠性，降低运营成本，符合可持续发展的要求。

2系统技术方案设计与工艺流程——以某石化污水处理场项目为例

2.1现场条件和工艺参数分析

2.1.1现场条件概述

某石化污水处理场位于南方地区，属于Ⅱ级防爆区，平均湿度为77%，环境常年处于常温状态。这些现场条件需要在系统设计中考虑，以确保系统能够在特定环境下安全、稳定地运行。

2.1.2污泥特性及要求干化后的指标分析

剩余活性污泥的处理水量为3m³/h，含水率高达99%。对干化后的指标要求是含水率不得超过35%。

2.1.3公用工程条件及对系统运行的影响

本次系统所需新鲜水温度常温，压力为0.4MPa，每小时需用2m³；电源电气为380V AC，50Hz，仪表电压为24VDC；蒸汽压力为0.5Mpa，每小时需用200kg。这些参数直接影响了系统的运行效率和稳定性。特别是对于水和蒸汽的供应参数，它们是系统正常运行的关键因素。

2.2系统整体设计原则

在设计污泥脱水与干化一体化系统时，需要遵循一系列原则，以确保系统能够高效、稳定地运行。首先，系统各个组件的布局应合理紧凑，以最小化占地面积，提高场地利用率。其次，应该确保装置运行能耗低，优化能源利用，提高热量利用率。此外，设计需确保装置运行安全稳定，并考虑到系统维护的便捷性，以降低维护成本。最后，制造的标准和非标设备需符合国家或行业相关标准，例如石油化工污水处理设计规范GB50741-2012、机械设备安装工程施工及验收通用规范GB50231-2009等，确保系统质量和安全。

2.3污泥脱水与干化一体化工艺流程

2.3.1建设框架

本次研究采用了"叠式脱水+双向自净干化"污泥减量工艺，在污泥处理领域这是一种常见的设计。这种工艺结合了叠式脱水和双向自净干化两种技术，能够高效地减少污泥量，达到资源化、无害化处理的目的。通过脱水和干化过程，污泥中的水分和有机物质得以去除，从而减少了污泥的体积和重量，降低了处理和处置的成本。其具体工艺流程如图2-1所示。

图2-1工艺流程框图

2.3.2具体流程

浓缩污泥首先经过叠螺脱水机，并添加PAM作为絮凝剂，促使悬浮颗粒聚集成大颗粒，便于沉降和分离。然后利用螺旋压榨将污泥中的水分分离，得到较干燥的污泥饼，接着通过螺旋输送机输送污泥等物料，推动物料向前移动。随后，污泥进入干化机，通过加热或通风进一步降低污泥含水率，使其完全干燥，便于后续处置或资源化利用。在此步骤之后，污泥流向出泥螺旗和喷淋塔。喷淋塔通过喷淋增加水中氧气含量，促进生物处理过程，而活性炭罐则利用活性炭吸附有机污染物和部分重金属，进一步净化水质。最终，经过这些步骤处理后的污水达到排放标准，可以安全排放到环境中。

2.4技术方案设计

2.4.1叠式污泥脱水系统设计

本研究通过叠式脱水机实现污泥的浓缩和脱水。首先，在浓缩阶段，螺旋推动轴的旋转推动固定环和游动环相对移动，使水分从间隙中滤出，快速浓缩污泥[2]。随后，在脱水阶段，浓缩后的污泥随着螺旋轴转动，螺距逐渐减小，螺腔体积收缩，内压增强，水分被挤压排出，形成滤饼，实现连续脱水。此外，系统设计巧妙地通过固定环和游动环之间的移动实现连续自清洗，避免了堵塞问题。此过程中运用到的设备参数如表2-1所示。

表2-1叠式污泥脱水系统设备

2.4.2双向自净干化系统设计

本研究采用蒸汽干化工艺，将脱水污泥导入干化机一端，并通过中空轴叶片推送至另一端，热介质在其中流过，将热能传递给污泥，使水分蒸发。产生的水蒸气和不可凝气体形成尾气，经引风机排出并进入尾气治理系统。同时，干化机内保持适当负压以防止臭气外逸。

（1）设备结构与工作原理：蒸汽传导式圆盘叶片干化设备的热传导部件由中空轴和内嵌的自净圆盘叶片构成，这种设计在占用较小空间的同时提供了大量的换热表面，使得设备结构紧凑。中空轴转速缓慢（约为2至15转/分钟），减少了磨损。叶片上有一些小的刮片，呈一定的倾角，既帮助污泥定向流动，又实现了搅拌作用。设备外壳静止不动，容纳着污泥和由污泥蒸发产生的水蒸气。

（2）设备特点与适应性：蒸汽传导式圆盘叶片干化设备采用安全性高、尾气处理简单的特点，污水产生量小，不会对环境造成二次污染。此干化机对污泥具有良好的适应性：采用蒸汽作为干化热源，工艺成熟且安全，可适应工况的快速变化；蒸汽与污泥不接触，冷凝后可回收再利用，节约能源；设置空气进口，顺畅排放尾气，减小系统负荷；运行稳定可靠，适用于长时间大处理量的干燥，且运行时安全性高[3]；辅助设备简单，系统运行成本低；采用低压蒸汽加热，污泥在停车时不会过热。

3基于运行负荷与成本核算的优化建议

3.1各设备运行负荷分析

本次研究系统的运行负荷如表4-1所示。

表4-1运行负荷表

通过此运行负荷表，可以了解到系统在实际运行中的负荷情况，帮助评估设备的使用效率和系统的运行稳定性。

3.2运行成本核算

本项目污泥脱水项目按3m3/h，每天运营24小时进行成本核算。

（1）电费E1：依据设计方案电耗计算，本项目实际运行负荷约为17.4W，功率因子取0.8，按每天24小时运营，综合电价暂取为0.6元/度。

（2）药剂费E2：本废水处理系统使用的药剂主要为PAM，PAM每天平均消耗量约为3.6kg，单价按30000元/吨计，药剂费用为：

（3）蒸汽费E3：经核算蒸汽（0.5MPa.G）耗量0.2 t/h，每吨蒸汽按200元计：

那么总费用为：

吨泥处理成本按3m3/h，每天运营24小时成本核算为：

3.3系统优化策略与建议

根据提供的运行负荷表和成本核算，可以得出以下优化建议：

（1）电能消耗优化：考虑降低设备的运行负荷，以减少电能消耗，通过调整设备运行参数或合理安排设备的启停时间来实现节能减排。

（2）药剂使用优化：分析药剂的实际消耗量，控制药剂的投加量，以降低药剂费用。可以通过调整药剂的浓度或优化投加方式来实现药剂使用的最佳化。

（3）蒸汽消耗优化：考虑优化蒸汽的使用方式，减少蒸汽的消耗量，通过优化设备的热能利用效率或改进工艺流程来降低蒸汽费用。

（4）设备性能考核：对污泥脱水-干化一体机的性能进行定期考核，确保设备在进泥稳定、加药稳定的情况下，能够达到规定的脱水效果，即出泥含水率小于等于35%。如有不达标情况，及时协商解决，以提高设备的稳定性和性能。

通过以上优化措施的实施，可以提高设备运行效率，降低运行成本，同时保证污泥处理效果符合要求，从而实现系统运行的优化和提升。

4结语

本研究通过对污泥脱水与干化一体化系统设计的工程实践与优化进行了深入探讨，以某污水厂处理项目为例，分析了现场条件和污泥特性，设计了适用于该石化污水处理场的一体化工艺流程，并提出了基于运行负荷与成本核算的优化建议。然而，本研究对某些技术细节的研究不够深入，以及在实践中可能遇到的挑战未能充分考虑。未来，研究将进一步完善系统设计方案，加强对关键技术细节的研究，同时结合实际运行情况不断优化系统性能，以期为污泥处理领域的工程实践提供更为有效的解决方案和技术支持。

参考文献

[1]张猛,火志明.叠螺式污泥脱水机在中水回用污泥脱水系统中的应用[J].氮肥与合成气,2023,51(07):34-36.

[2]魏立波,景红涛,郭慧鸽.叠螺式煤矿井下水煤分离系统的设计与应用[J].煤矿机械,2019,40(05):155-157.

[3]岳玉金,李彦,刘自力.叠螺式脱水机在某大型电厂的应用[J].华电技术,2018,40(03):27-29+78.

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