陳 鋒 薛國(guó)新

(1.浙江理工大學(xué)，浙江杭州，310018;2.上海恒力水處理材料有限公司，上海，201803)

我國(guó)造紙廠中所用的污泥脫水機(jī)械種類很多，多數(shù)以帶式壓濾機(jī)為主。在帶式壓濾機(jī)的使用過(guò)程中，會(huì)遇到各種各樣的問(wèn)題影響其運(yùn)行的穩(wěn)定性［1］，筆者在生產(chǎn)實(shí)踐中對(duì)帶式壓濾機(jī)的運(yùn)行情況進(jìn)行不斷的摸索總結(jié)，得出了一些經(jīng)驗(yàn)，并針對(duì)性地采取措施保證了帶式壓濾機(jī)的運(yùn)行，取得了很好的效果，筆者對(duì)此作一簡(jiǎn)單介紹，以供同行參考。

1 造紙廠污泥的性質(zhì)及特點(diǎn)

1.1 造紙廠污泥的性質(zhì)

造紙廠產(chǎn)生的污泥一般含水率高，一般達(dá)到95%～99%，污泥量比較大，其中含有大量的纖維。按造紙廠污泥的來(lái)源可分為生物污泥、堿回收白泥和脫墨污泥。在造紙廢水處理過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生許多沉淀物質(zhì)，這些沉淀物質(zhì)被稱為生物污泥，其組成一般為細(xì)小纖維、木素及其衍生物和一些有機(jī)物質(zhì);堿回收白泥來(lái)源于堿回收車(chē)間的白泥回收工段，是苛化反應(yīng)的產(chǎn)物，即沉淀CaCO3，主要來(lái)源于利用木材、草類等原料進(jìn)行制漿的制漿造紙廠;脫墨污泥來(lái)源于廢紙脫墨過(guò)程，脫墨污泥的成分很復(fù)雜，主要是纖維素纖維以及原來(lái)紙中的填料和涂料，另外還有一些短纖維、粗渣和大粒子。制漿造紙污泥成分隨原料的不同而變化，化學(xué)漿、脫墨漿和經(jīng)過(guò)二次處理產(chǎn)生的活性污泥成分稍有差異。造紙廢水處理后的污泥主要有細(xì)小纖維、填料和化學(xué)藥品的混合物，與市政污泥相比，造紙廠污泥中的N、P含量低，而Ca2+和Al3+含量要高得多，且漂白化學(xué)漿廢水處理后的污泥中含有聚氯聯(lián)苯化合物和二惡英。

1.2 造紙廠污泥的回收利用

廢水處理過(guò)程中產(chǎn)生的污泥具有容量大、易腐爛的特點(diǎn)，大量未穩(wěn)定處理的污泥沒(méi)有正常出路，已成為造紙廠的沉重負(fù)擔(dān)，并對(duì)周?chē)h(huán)境造成嚴(yán)重的二次污染，故必須對(duì)污泥進(jìn)行處理和處置。污泥脫水是污泥處理的主要過(guò)程，將含水率為98%～99%左右的稀污泥經(jīng)機(jī)械脫水后成為含水率為70%～80%的較干污泥，所占體積大大減少，有利于進(jìn)一步處置與利用。污泥的最終處置可根據(jù)本地實(shí)際情況選擇適合的污泥利用方案，污泥利用要滿足嚴(yán)格的環(huán)境衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)，不能造成新的環(huán)境危害。可以選擇燃燒，既可回收熱量、又可減少堆放廢棄物的面積。

2 帶式壓濾機(jī)運(yùn)行中的措施

2.1 污泥輸送方式的合理選擇

經(jīng)過(guò)氣浮或過(guò)濾、沉淀池濃縮后的污泥，需經(jīng)貯泥池輸送至帶式壓濾機(jī)進(jìn)行脫水，在實(shí)際生產(chǎn)中常見(jiàn)各廠采用離心泵等直接向壓濾機(jī)投加污泥，但因?yàn)槠淞髁?、壓力很難穩(wěn)定控制，經(jīng)常導(dǎo)致后續(xù)與絮凝劑的化學(xué)調(diào)質(zhì)不能正常穩(wěn)定進(jìn)行，無(wú)法達(dá)到最佳的處理效果，會(huì)出現(xiàn)絮凝效果不穩(wěn)定的現(xiàn)象。目前常用的輸送泵的優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比見(jiàn)表1［2］。

從目前的泵型使用情況看，離心泵應(yīng)用范圍較廣，但其對(duì)輸送介質(zhì)的剪切力較大。隔膜泵多用于腐蝕性介質(zhì)和加藥系統(tǒng)。柱塞泵價(jià)格昂貴，多用于對(duì)壓力要求非常高的情況。螺桿泵能夠連續(xù)、均勻地輸送介質(zhì)，沒(méi)有湍流、攪動(dòng)、脈動(dòng)和剪切現(xiàn)象，特別適用于泵送濃縮污泥，最大程度地保持污泥性質(zhì)，保護(hù)絮體不被破壞，從而獲得最佳的脫水效果。用帶有變頻調(diào)速裝置的螺桿泵的輸送方式就可以很好地保證進(jìn)入壓濾機(jī)的污泥壓力、泥量穩(wěn)定，使生產(chǎn)過(guò)程穩(wěn)定，絮凝過(guò)程、出水及出泥都能達(dá)到較好的效果［3］。建議造紙廠污泥脫水工段采用螺桿泵類輸送裝置，以保證生產(chǎn)穩(wěn)定運(yùn)行。

在使用螺桿泵的同時(shí)，需要注意以下幾點(diǎn):①進(jìn)泥泵的流量、出口壓力應(yīng)滿足脫水機(jī)的使用要求。建議采用變頻調(diào)速，以便于根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)需要來(lái)調(diào)節(jié)污泥流量。②用螺桿泵輸送污泥時(shí)，介質(zhì)中的不同雜質(zhì)會(huì)對(duì)轉(zhuǎn)子和定子造成磨損，使泵的容積效率降低，所以必要時(shí)在進(jìn)螺桿泵前，增加污泥切割裝置或其他措施以減少雜質(zhì)對(duì)泵的磨損。③螺桿泵在沒(méi)有介質(zhì)空轉(zhuǎn)時(shí)，轉(zhuǎn)子和定子之間的干摩擦?xí)芸煸诙ㄗ颖砻娈a(chǎn)生過(guò)高的溫度，使定子橡膠過(guò)熱被燒毀，因此螺桿泵必須連續(xù)進(jìn)泥［2］。

2.2 絮凝劑的調(diào)質(zhì)處理

污泥在脫水前必須先加入絮凝劑進(jìn)行絮凝處理，通常根據(jù)造紙廠污泥的性質(zhì)，采用的絮凝劑為高分子陽(yáng)離子聚丙烯酰胺 (CPAM)。

CPAM具有很強(qiáng)的絮聚作用，可在粒子之間架橋，并且根據(jù)其離子性而具有不同的結(jié)合機(jī)理，同一個(gè)分子可以吸附若干個(gè)顆粒，引起聚沉［4］。絮凝效果的好壞直接影響脫水效果。對(duì)于不同的造紙廠，其生產(chǎn)紙種不同導(dǎo)致污泥的類型也有所不同，必須經(jīng)過(guò)燒杯沉降實(shí)驗(yàn)進(jìn)行篩選，確定最適合的絮凝劑，以及獲得最佳效果的絮凝劑用量，同時(shí)可以計(jì)算每噸干泥的處理成本。

在生產(chǎn)中一般采用燒杯沉降實(shí)驗(yàn)來(lái)確定絮凝劑的類型和用量，一般實(shí)驗(yàn)步驟為:

(1)溶解藥劑:把待實(shí)驗(yàn)的多種絮凝劑均按0.1%的質(zhì)量分?jǐn)?shù)溶解。這是由于一方面便于計(jì)算藥劑用量，另一方面可以較快地溶解稀釋。

(2)取500 mL或1000 mL的污泥，加入適量已溶解好的CPAM(絮凝劑)，通過(guò)反復(fù)倒杯實(shí)驗(yàn)，觀察絮凝效果及上清液，首先根據(jù)絮凝效果選擇最佳的絮凝劑，然后再分別進(jìn)行不同的加藥量實(shí)驗(yàn)，制出對(duì)比圖表。

(3)根據(jù)上述對(duì)比圖表，可以計(jì)算出每噸絕干泥所需絮凝劑用量，從而計(jì)算出生產(chǎn)每噸絕干泥所需成本。

根據(jù)CPAM的主要指標(biāo)可以比較有針對(duì)性的進(jìn)行污泥脫水藥劑篩選，CPAM的主要指標(biāo)有:固含量、相對(duì)分子質(zhì)量、陽(yáng)離子度、溶解時(shí)間、粒徑等，其中最能影響絮凝效果的指標(biāo)為相對(duì)分子質(zhì)量與陽(yáng)離子度:①相對(duì)分子質(zhì)量:CPAM的相對(duì)分子質(zhì)量一般在500萬(wàn)～1000萬(wàn)之間 (烏式黏度計(jì)法測(cè)量)，在絮凝過(guò)程中主要影響絮團(tuán)的大小。②離子度:CPAM的離子度規(guī)格在5% ～70%(質(zhì)量百分比)，在絮凝過(guò)程中主要影響絮團(tuán)的緊度及強(qiáng)度。在很多造紙廠污泥絮凝及脫水的藥劑選擇中，CPAM的相對(duì)分子質(zhì)量會(huì)成為造紙廠的優(yōu)先考慮因素，這實(shí)際上是有一定誤區(qū)的。經(jīng)大量實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)藥劑選型及上機(jī)試驗(yàn)，陽(yáng)離子度更是決定聚凝效果的主要因素。從機(jī)理上來(lái)看，陽(yáng)離子度決定絮團(tuán)的強(qiáng)度及緊度，如果陽(yáng)離子度不合適，即使相對(duì)分子質(zhì)量指標(biāo)高，由于離子度的吸附影響，也不一定能形成大的絮團(tuán)，即使能形成大的絮團(tuán)，若絮團(tuán)的強(qiáng)度不足也容易在輸送及脫水過(guò)程中，絮團(tuán)破碎導(dǎo)致絮凝效果不佳。就一般國(guó)內(nèi)的造紙廠污泥絮凝實(shí)驗(yàn)結(jié)果來(lái)看:①CPAM的陽(yáng)離子度在20%～40%，是造紙廠污泥絮凝效果最佳的電荷分布范圍。如果CPAM陽(yáng)離子度過(guò)高，形成的絮團(tuán)較緊，則絮團(tuán)小;陽(yáng)離子度如果偏低，形成的絮團(tuán)強(qiáng)度則不夠，在輸送及脫水過(guò)程中易碎，導(dǎo)致絮凝效果不佳;②CPAM的相對(duì)分子質(zhì)量一般在600萬(wàn)～800萬(wàn)即可，可獲得較好的絮凝效果。如果一方面溶解時(shí)間延長(zhǎng)，另一方面如果相對(duì)分子質(zhì)量過(guò)高，絮凝反應(yīng)速度偏慢，可能由于反應(yīng)不充分導(dǎo)致絮凝效果不佳;如果相對(duì)分子質(zhì)量偏低也會(huì)使絮凝的絮團(tuán)偏小，導(dǎo)致效果不理想。

2.4 帶式壓濾機(jī)的調(diào)節(jié)

圖1為帶式壓濾機(jī)的工作原理圖。

帶式壓濾機(jī)的運(yùn)行效率主要由以下幾個(gè)指標(biāo)來(lái)衡量［2］:

(1)壓榨后泥餅的含水率。

(2)壓榨濾液的固含量。

(3)單位時(shí)間的污泥產(chǎn)量。

設(shè)備運(yùn)行的優(yōu)劣主要由以下幾種因素決定:污泥的性質(zhì)、設(shè)備自身的狀況及藥劑的性質(zhì)?，F(xiàn)主要從帶式壓濾機(jī)設(shè)備的調(diào)節(jié)來(lái)提高污泥脫水運(yùn)行效率。

圖1 帶式壓濾機(jī)工作原理圖

(1)濾帶的選擇:不同編織方式所產(chǎn)生的紋理結(jié)構(gòu)不同，也就決定了濾帶的透氣性能和對(duì)污泥顆粒的攔截性能不同。近年來(lái)為提高濾帶脫水性能和對(duì)污泥的捕集能力，多采用1層和2層網(wǎng)編織，上層的絲徑較細(xì)、結(jié)構(gòu)較緊密，下層由絲徑較粗、強(qiáng)度高的材料構(gòu)成，在增強(qiáng)脫水性能的同時(shí)對(duì)污泥具有良好的攔截作用。進(jìn)口設(shè)備中，有些廠家采用了四綜雙層濾網(wǎng)結(jié)構(gòu)，透水性能很好而污泥不易隨水流失，重力脫水的效果非常良好。但無(wú)論哪一種濾帶，都需要加大濾帶的沖洗強(qiáng)度，否則深層殘留的污泥不易清除，影響脫水效果。

(2)濾帶的清洗:濾帶的清潔程度很大一部分影響到濾水的效果。常見(jiàn)的帶式壓濾機(jī)分別在上、下濾帶兩側(cè)安裝清洗水管 (見(jiàn)圖1)，清洗水管上噴嘴的沖洗水壓力約0.4～0.5 MPa，以清除濾帶上殘留的污泥顆粒，保證濾帶良好的脫水效果。筆者在實(shí)際生產(chǎn)中發(fā)現(xiàn)有的造紙廠使用扇形噴嘴，有的使用固定式的針式噴嘴。

扇形噴嘴的沖洗面積雖然比較大，能夠橫向沖洗整片濾帶，但是其沖洗的力量比較小，不能夠徹底將污泥從濾帶中清除，從而影響了脫水效果。建議采取以下措施改善:提高沖洗壓力，由常用的0.4～0.5MPa提高到1 MPa左右，可顯著提高沖洗效果，從而提高濾帶的濾水性。

而針式噴嘴的局部壓力足夠，但大部分造紙廠沒(méi)有使用偏移裝置，只能固定沖洗部分的縱向?yàn)V帶，造成其他部分的濾帶易被細(xì)小纖維及污泥顆粒堵塞。建議采用偏移裝置，在運(yùn)行過(guò)程中盡量沖洗到整條濾帶面。

同時(shí)建議在進(jìn)入重力脫水區(qū)前加裝一道沖洗水管，沖洗水流方向與濾帶前進(jìn)方向相反，即迎面沖洗濾帶，經(jīng)過(guò)沖洗后進(jìn)入重力脫水區(qū)時(shí)，濾帶表面及內(nèi)部殘留的污泥可以很大程度地被清除干凈，取得良好的脫水效果。

(3)濾帶張力:加入CPAM經(jīng)絮凝后的污泥，通過(guò)重力脫水段后，隨著濾帶的移動(dòng)首先進(jìn)入楔形加壓段，通過(guò)預(yù)壓縮脫水，然后進(jìn)入由多根壓榨輥組成的“S”型壓榨段，由于污泥隨著濾帶在多個(gè)輥間的變相彎曲產(chǎn)生的剪切力，進(jìn)一步脫去污泥內(nèi)部的游離水，使污泥成為泥餅。在這一階段，濾帶張力對(duì)脫水效果也有一定的影響，濾帶的張力與壓榨輥間隙決定了污泥在壓榨脫水區(qū)所承受壓力的大小。在壓榨輥間隙不變的情況下，濾帶的張力越大出泥的含水率越低，對(duì)于不同的壓濾機(jī)在使用過(guò)程中要根據(jù)實(shí)際使用時(shí)的車(chē)速、污泥性質(zhì)、產(chǎn)泥量等調(diào)整濾帶張力大小，使之達(dá)到最佳效果。另外上下濾帶張力差對(duì)脫水效果也會(huì)有比較顯著的影響，當(dāng)上下濾帶存在張力差時(shí)，污泥所承受的壓力不平衡，壓力大的一方會(huì)將泥餅壓向小的一方，在試驗(yàn)中，調(diào)解下濾帶的張力使之小于上濾帶的張力，可以極大限度地增加下濾帶自由剝離的出泥量，提高出泥成餅率［5］。在實(shí)際生產(chǎn)使用中，一般建議調(diào)節(jié)上、下濾帶張緊輥，將上濾帶的張力調(diào)整為 (0.5±0.1)MPa，下濾帶的張力調(diào)整為(0.4±0.1)MPa。

3 結(jié)論

造紙廠的污泥脫水用帶式壓濾機(jī)，在實(shí)際生產(chǎn)中可以采取下列措施提高其運(yùn)行效果。

3.1 進(jìn)入帶式壓濾機(jī)的污泥輸送最好采用螺桿泵方式輸送。

3.2 污泥的絮凝調(diào)質(zhì)應(yīng)根據(jù)燒杯沉降實(shí)驗(yàn)來(lái)確定藥劑的類型及加藥量，然后計(jì)算最終的污泥處理成本。

3.3 選擇合適的濾帶。

3.4 根據(jù)帶式壓濾機(jī)的結(jié)構(gòu)選擇最佳的濾帶沖洗方式，提高濾帶的濾水效果。

3.5 通過(guò)調(diào)整上、下濾帶的張力，使下濾帶的張力略小于上濾帶的張力，可以提高壓榨及出泥的效果。

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