当前位置： 输送机 >> 输送机前景 >> 技术交流脱水污泥输送工艺研究与设计
1脱水污泥的特性
污泥是城镇污水处理厂物理沉淀及生化反应产物，一般需要浓缩脱水进行减容减量，而后进一步处理，如干化焚烧、填埋等。脱水污泥的含水率取决于脱水的方式，如采用带式脱水机或离心脱水机进行脱水，脱水后污泥含水率在78%~83%；如采用板框脱水机，脱水后污泥含水率在60%~65%。脱水污泥的特点是颗粒细、粘度高、流动性差，含有一定量的纤维，为絮状胶体结构，属于均匀高固多相流体的范畴。脱水污泥输送方式的选择取决于其特性，通常采用含水率来判断污泥的物理状态和流动性。2脱水污泥的输送工艺
脱水污泥的输送可以分为无压输送和有压输送。无压输送系统有带式输送机、螺旋输送机、链板输送机、抓斗输送、卡车运输等，有压输送有螺杆泵和柱塞泵等管道输送。2.1皮带输送皮带输送机的原理是：由驱动装置拉紧输送带，中部构架和托辊作为承载构件，利用污泥与物料之间的摩擦力，通过皮带传输来连续输送散碎物料。皮带输送机可分为直行皮带机和爬坡皮带机。皮带传输机结构简单，运行可靠，占地面积大。（1）适用泥质：用于输送含水率小于85%的污泥。（2）输送能力：单台设备最大输送能力可达m3/h。（3）输送距离、高度及角度：输送距离宜小于m，扬程宜小于20m，皮带的输送倾角应小于20°。（4）操作环境：敞开式输送，有臭味逸散问题。（5）运行能耗：需要克服污泥与皮带之间的摩擦阻力，对于含水率为80%的污泥，单位能耗为0.～0.kW/(m·t)。（6）投资与运行成本：设备投资比泵送等方式低。维护维护费用低，运行成本低。2.2螺旋输送螺旋输送是一种利用螺旋叶片回转，向前推移污泥。使物料不与螺旋输送机叶片一起旋转的力是物料自身重量和螺旋输送机机壳对物料的摩擦阻力。螺旋输送机在输送形式上分为有轴螺旋输送机和无轴螺旋输送机两种；在外型上分为U型螺旋输送机和管式螺旋输送机；在螺旋数量上，可以分为单螺旋输送机和双螺旋输送机。有轴螺旋输送机适用于无粘性的干粉物料和小颗粒物料（如干污泥、污泥焚烧后的灰渣等）。而无轴螺旋输送机适合输送机有粘性的和易缠绕的物料（如脱水污泥、生物质等）。螺旋输送机能水平或倾斜，具有结构简单、横截面小、密封性好、操作简便、维修容易、便于封闭运输等优点。螺旋输送机结构如图1所示。图1螺旋输送机结构（1）适用泥质：无轴螺旋输送机可用于输送含水率为60%～85%的污泥。（2）输送能力：单台单螺旋输送机的输送能力可达40m3/h，单台双螺旋输送机的输送能力可达m3/h。（3）输送距离、高度及角度：输送距离宜小于25m，扬程宜小于8m，输送倾角宜小于30°。（4）操作环境：封闭式（进、出料口为封闭式）或半封闭式设计（进、出料口为开放式），封闭式操作环境好，半封闭式略差。（5）运行能耗：对于含水率为80%左右的污泥，单位能耗为0.1～0.2kW/(m·t)。（6）投资与运行成本：设备投资省，运行成本较低。2.3链板输送机链板输送机的原理是：由驱动装置带动链条移动，链条上安装有刮板，由刮板刮走污泥。上升的刮板与机壳之间的空隙小于5mm。链板输送机适用于垂直提升污泥，要求污泥的含水率不高，有一定可塑性，粘性不大。它具有占地面积小，操作简单等特点，其结构如图2所示。进料口一般通过螺旋输送机配合。韩国大邱市污泥干化焚烧工程采用链板输送脱水污泥，将含水率80%的污泥从储泥坑提升至干化设备，提升高度18m。图2链板输送机结构（1）适用泥质：用于输送含水率为70%～83%的污泥，污泥有一定的可塑性，粘性不大。（2）输送能力：单台链板输送机的输送能力可达40m3/h。（3）输送距离、高度及角度：适合于垂直输送，单机输送高度宜小于20m，如需更高的高度需要多级串联。（4）操作环境：封闭式操作，输送环境好。（5）运行能耗：对于含水率为80%左右的污泥，单位能耗为0.05～0.1kW/(m·t)。（6）投资与运行成本：设备投资中等，投资高于带式输送和螺旋输送，链条的更换周期1～2年，运行成本中等。2.4污泥螺杆泵输送污泥螺杆泵是一种单螺杆式输运泵，它的主要工作部件是偏心螺旋体的螺杆（称转子）和内表面呈双线螺旋面的螺杆衬套（称定子）。其工作原理是当电动机带动泵轴转动时，螺杆一方面绕本身的轴线旋转，另一方面它又沿衬套内表面滚动，于是形成泵的密封腔室。螺杆每转一周，密封腔内的液体向前推进一个螺距，随着螺杆的连续转动，污泥螺旋形从一个密封腔压向另一个密封腔，最终挤出泵体。单螺杆泵属于容积式泵，转子用不锈钢或者40Cr，定子用耐磨橡胶制作。螺杆泵实际工作压力应控制在泵的额定工作压力的1/2～2/3为宜，留有一定余量。考虑停运后，重启泵时管道内干泥局部结块，再次启动时阻力大大增加。泵的易损件定子每半年左右更换1次，转子每1年左右更换一次。每年更换易损件的维护成本约为泵投资额的30%左右。螺杆泵具有结构简单、性能安全可靠、压力稳定、出泥均匀连续、维护方便等优点。（1）适用泥质：适用于含水率大于75%的污泥。（2）输送能力：单台螺杆泵的输送能力为05～40m3/h。（3）输送压力：最大输送压力为4MPa。（4）操作环境：封闭式操作，输送环境好。（5）运行能耗：对于含水率为80%左右的污泥，单位能耗为0.08～0.15kW/(m·t)。（6）投资与运行成本：设备投资中等，投资高于带式输送和螺旋输送，低于柱塞泵输送。定期更换定子和转子，导致运行成本较高。2.5柱塞泵输送污泥柱塞泵最常用的是S摆型柱塞泵，它是依靠液压驱动双缸柱塞作往复运动，S摆管配合切换，使得污泥在高压柱塞的推动下连续不断地被强力输送出去。污泥柱塞泵具有额定压力高、结构紧凑、效率高和流量调节方便等优点，但柱塞泵结构较复杂，占地面积较大，设备投资大。占地面积相比带式输送要小。适用于长距离、大流量、输送压力高、连续精确输送污泥的场合。（1）适用泥质：适用于含水率大于75%的污泥。（2）输送能力：单台污泥柱塞泵的最大输送能力为40m3/h。（3）输送压力：最大输送压力可达几十MPa。（4）操作环境：封闭式操作，输送环境好。（5）运行能耗：对于含水率为80%左右的污泥，单位能耗为0.1～0.2kW/(m·t)。（6）设备投资：设备投资高，投资高于螺杆泵，因不存在更换定子和转子的费用，维护成本低于螺杆泵。3污泥干化焚烧工程脱水污泥输送设计
孟加拉国达卡市达舍甘地污水处理厂日处理规模50万m3/d，日产含水率78%的脱水污泥t/d，配套建设t/d污泥干化焚烧工程，设置两条t/d干化焚烧生产线。污泥输送系统流程如图3所示。图3污泥输送系统流程3.1工艺设计考虑的主要问题3.1.1污泥储存系统的设置达舍甘地污水处理厂脱水污泥产量是t/d（含水率78%），该脱水污泥的比重约为1.07t/m3，每天产生的脱水污泥的体积为.8m3，设置两座容积均为m3污泥低位储罐，储存时间为7d，有利于确保系统的稳定运行，即使在干化焚烧系统检修期间，也有足够的储存容积。设置两条生产线，一般一条生产检修时，另外一条生产线继续运行。污泥低位储罐置于地面（标高±0.0m），污泥喷雾干化塔的污泥喷头距地面32m。若直接从低位储罐输送污泥至污泥喷头，高差较大。考虑系统的运行，设置了2座污泥高位储罐作为中转，每座容积m3，从高位储罐再输送污泥至污泥喷头，保障了喷头进泥的可靠性。3.1.2污泥输送设备的选择污泥干化焚烧工程有2个喷雾干化塔，每个干化塔有5个污泥喷头，共计10个喷头，污泥喷头的高程为32m。为了保证每个喷头的稳定出泥，一个小流量污泥输送设备对应一个喷头。污泥喷头是一个双流体喷头，污泥被高压空气雾化成污泥液滴后喷入干化塔。柱塞泵压力波动大，因此10个喷头匹配10个螺杆泵比较合理，出泥带压，压力稳定不波动，同时单台设备占地面积较小。若不设置污泥高位储罐，污泥从低位储罐直接输送至喷头，经计算阻力损失较大，螺杆泵扬程较大，且需要10根污泥管道，从地面至干化塔喷头处，管道也较多。同时，本工程污泥无机物含量约52%，污泥含沙量高，若选择高扬程的螺杆泵，定子和转子的磨损严重，更换频率高，维修工作量大，运行成本高。设置高位污泥储罐可以降低螺杆泵的扬程，这也是一个重要的原因。低位污泥储罐的污泥输送至高位污泥储罐顶部的进料口，高差32m。通过实地考察了使用链板输送的韩国大邱污泥干化焚烧工程，本工程若使用链板输送需要分两级提升，运行过程中如果出现刮板磨损或链条断裂，维护比较困难，最终选择高扬程污泥柱塞泵。两个低位污泥储罐各对应1台柱塞泵，还有1台柱塞泵两线共用，共计3台柱塞泵，单台流量为40m3/h。高位污泥储罐有一定的储存功能，因此柱塞泵只需间歇工作。3.1.3污泥输送管道的设计（1）材质的选择。管道材质分为钢管、塑料管、内衬塑料管道等，考虑到管道压力较高，不建议采用塑料管道，而内衬塑料管道虽然摩阻相对较低，但是污泥含沙量高，长期运行，内衬层容易磨损，因此本次设计采用钢管，材质为不锈钢，避免普通碳钢的生锈问题。（2）管径大小的选择。污泥输送管道的直径过小，流速过大，引起的阻力增加；管径过大，安装维护不方便。污泥输送管道的直径不宜小于DN，流速宜为0.06~0.16m/s。本工程中，从低位污泥储罐至高位污泥储罐之间的管道直径为DN，污泥流速为0.12m/s。每个污泥喷头的流量为3.5m3/h，流量较小，这时高位污泥储罐至喷头的管径优先满足管道不宜小于DN这个要求，采用DN的管道，虽然污泥流速较低仅为0.m/s，通过国内多个污泥喷雾干化焚烧工程的输送管路运行表明，是稳定可靠的。（3）管道的敷设与连接。管道与储罐、柱塞泵、螺杆泵之间的连接采用法兰连接，有利于检修。《室外排水设计标准》规定：管道输送污泥，弯头的转弯半径不应小于5倍管径。本工程弯头也参照规范执行，采用大曲率弯头，降低阻力损失。（4）流量计的安装。在低位污泥储罐至高位污泥储罐之间的管道上安装有电磁流量计，监测柱塞泵流量，流量计安装的位置在直管段，前后距弯头的距离均不小于5倍管径。由于DN的管道中污泥流速偏低（0.2m/s），影响了电磁流量计的准确性，因此在安装流量计的管道管径通过前后加装变径缩小为DN，但会因此增加管道的阻力损失。3.1.4污泥过滤器的设置本工程中，污泥喷头进泥口的直径为DN40，在污泥喷头内部渐缩为DN25，为防止大颗粒杂质堵塞喷头，需要在脱水污泥的输送管道上增加污泥过滤器。污泥过滤器内置不锈钢圆形滤筒，滤筒上分布直径20mm滤孔。滤孔的直径考虑了防止喷头堵塞，同时也避免因滤孔过小，导致阻力过大。通过污泥过滤器去除大颗粒的杂质，避免杂质进入高位污泥储罐，有利于防止坚硬的杂质，如螺丝、沙石等进入螺杆泵磨损定子和转子，在转子表明形成划痕，甚至严重损坏。一旦损坏，需要立即更换，才能运行。该污泥过滤器为自主设计加工，在我国多个污泥喷雾干化焚烧工程已有应用，效果良好。工程实践表明，过滤器在无堵塞情况下，过滤含水率80%的污泥阻力损失约为0.15MPa，堵塞后阻力可增大至0.5MPa，堵塞物清除的频率一般为一周一次，在污泥为外部污水处理厂卡车输送至污泥干化焚烧工程时，杂物更多。清除出的杂物有小块石头，破碎的砖块，甚至小的金属物等等。可通过观察过滤器前后压力表的压差，判断是否需要清理过滤器。污泥过滤器上须配置泄压阀，每次打开过滤器之前先进行泄压。3.1.5污泥管道阻力损失计算由于目前有关污泥管道输送水力特性的研究较少，污泥水力特性的研究基本都集中在含水率90%以上的污泥，含水率较低的脱水污泥水力特性研究更少，因此脱水污泥管道的计算，目前主要是采用实验资料或者工程案例资料。《给水排水设计手册》（第5册城镇排水）：“表9-6泥饼通过DN管道水头损失”，初沉与二沉混合污泥经离心脱水后含水率70%～80%，流速为0.06m/s时，管路水头损失为0.45～0.68m/m。杭州萧山污泥焚烧工程，污泥管道输送系统设计输送流量40m3/h，采用DN高压无缝钢管，流速0.12m/s，污泥含水率80%，管路水头损失/长度值为0.6m/m。深圳某污水处理厂管道输送系统设计输送流量18m3/h，采用DN高压无缝钢管，流速为0.16m/s，污泥含水率75%～80%，管路水头损失/长度值为2.5m/m。绍兴污水处理厂脱水污泥输送工程，污泥含水率80%左右，设计流量8m3/h，采用DN钢管，流速0.07m/s，管路水头损失/长度值为1.4m/m。本工程污泥含水率为78%，结合以上相关资料数据，本工程采用管路水头损失/长度值为2.5m/m计算沿程阻力损失，阀门、流量计、弯头等局部阻力损失按沿程阻力损失的30%计算，喷头的局部损失单独按0.3MPa、污泥过滤器单独按0.5MPa计算。3.2主要工艺单元及设计参数3.2.1污泥低位储罐及柱塞泵输送系统污泥低位储罐的功能：储存调节污泥，满足污水处理厂脱水机械的检修和污泥干化焚烧生产线的检修期间的调节需求。污泥低位储罐2座，尺寸φ12×18m，单罐容积为m3，有效储存时间为7d。储罐顶部安装呼吸阀排除罐内气体，同时安装超声波泥位计检测污泥泥位。出泥管为DN高压无缝钢管，材质为不锈钢。主要设备：污泥柱塞泵3台，2用1备，间歇运行，流量Q=40m3/h，扬程H=13MPa，功率N=90kW；污泥过滤器3台，过滤精度20mm。3.2.2污泥高位储罐及螺杆泵输送系统污泥高位储罐的功能：储存调节污泥，满足喷雾干化塔污泥喷头的连续出泥要求。污泥高位储罐2座，尺寸φ5×5m，单罐容积为m3，有效储存时间为8h。配备呼吸阀和超声波泥位计。出泥管为DN高压无缝钢管，材质为不锈钢。主要设备：污泥螺杆泵10台，8用2备，连续运行，流量Q=3.5m3/h，扬程H=2.4MPa，功率N=11kW。2t的电动葫芦1台，功率N=3kW，用于定子和转子的更换。4结论
（1）脱水污泥等低含水率的污泥输送，需要根据后续的处理处置方式和工艺特点、输送距离和高度、投资和运行成本、占地面积、操作环境等方面因地制宜的选择输送设备。（2）污泥输送工程的设计中除了考虑输送设备选择，还需考虑储存单元的设置、管道管径及敷设、材质选择、阻力损失的计算，以及过滤器、流量计等附属设备仪表的配置等。