黃志洋，王 婷，管玉君，蔣月霞，戴 敏，李小銀

（1.江蘇博一環(huán)?？萍加邢薰?，江蘇 揚州 225000；2.揚州億邁科尼機電科技有限公司，江蘇 揚州 225000；3.揚州大學(xué)，江蘇 揚州 225127）

0 引言

在過去的幾十年里，由于城市和工業(yè)用水凈化活動的增加，污泥產(chǎn)量急劇增加。如此大量的污泥如果得不到有效地處理，將對環(huán)境造成極大的危害。超高的含水率導(dǎo)致污泥流動性大、體積大，給后續(xù)運輸、烘干、焚燒、填埋、回收和資源化利用帶來極大不便，現(xiàn)有的脫水方法主要是采用過濾離心的機械分離技術(shù)，例如帶式或離心式壓濾機，然而，脫水后污泥的含水量通常在60%～80%。因此，開發(fā)高效的深度脫水技術(shù)已成為環(huán)保界的重要課題。污泥深度脫水技術(shù)包括機械過濾、電滲、熱干燥等。與熱干燥和焚燒相比，污泥的機械壓濾脫水作為一種節(jié)能方法被廣泛采用。本文對海井鉆采廢棄物的處理從源頭抓起，防重于治，通過一體化集成技術(shù)，利用均質(zhì)調(diào)節(jié)快速沉降系統(tǒng)，具有自動糾偏系統(tǒng)的智能化高效高壓立式壓濾機及智能化控制系統(tǒng)實現(xiàn)固相達標(biāo)排放，解決海洋石油鉆采廢棄物循環(huán)處理的難題。

1 均質(zhì)調(diào)節(jié)沉降系統(tǒng)研究

鉆井廢棄物是石油鉆采過程中產(chǎn)生的一種多相穩(wěn)定膠態(tài)懸浮物體系，含黏土、加重材料、各種化學(xué)處理劑、污水、污油及鉆屑等。絮凝劑的絮凝能力和液體廢棄物的化學(xué)特性是影響泥漿廢棄物沉降的重要因素，因此對于不同絮凝劑的絮凝能力，在研究絮凝劑的絮凝能力和液體廢棄物的化學(xué)特性的基礎(chǔ)上，開發(fā)石油鉆采廢棄泥漿中液體廢棄物均質(zhì)調(diào)節(jié)快速沉降系統(tǒng)，均質(zhì)調(diào)節(jié)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)由加藥罐和攪拌罐組成，加藥罐采用不銹鋼材料，設(shè)有增壓泵和流量計。攪拌罐分為兩倉，底部采用錐形結(jié)構(gòu)便于排盡混合物。由長桿泵輸送過來的混合物，輸送到進口管，進口管設(shè)有2個手動閥門，可選擇性進入攪拌倉，可實現(xiàn)節(jié)約控制。均質(zhì)調(diào)節(jié)快速沉降系統(tǒng)三維圖如圖1所示。

圖1 均質(zhì)調(diào)節(jié)沉降系統(tǒng)三維圖

主要采用超聲高壓多點絮凝劑自動添加技術(shù)，借助超聲波技術(shù)使絮凝劑粉劑快速、完全溶解從而實現(xiàn)絮凝劑的快速配置；融合光敏傳感檢測技術(shù)與絮凝劑自動添加技術(shù)，利用光敏傳感器檢測懸浮物沉降速度，給出絮凝劑添加量的大小，通過高壓泵送完成多點添加，從而實現(xiàn)懸浮物快速絮凝快速沉降的目的。結(jié)合上述研究內(nèi)容，設(shè)計開發(fā)一種氣凝膠式重金屬離子回收裝置，通過探索原料種類、修飾劑類型、pH值、pH值調(diào)節(jié)劑、溫度、濃度、配比、溶劑類型等因素對氣凝膠的形貌、比表面積、純度等因素的影響，并分析氣凝膠常壓制備過程中的表觀基團構(gòu)筑機制，找出制備因素與雜化氣凝膠吸附性能之間的關(guān)系，從而實現(xiàn)廢棄物中重金屬離子回收率≥90%。圖2為重金屬回收的原理。

圖2 氣凝膠式重金屬離子回收過程

2 智能化高效高壓立式壓濾機技術(shù)研究

本文基于表面仿形結(jié)構(gòu)設(shè)計的增濾高承壓濾板研究，采用高頻脈沖振動和刮板技術(shù)相結(jié)合的脫餅工藝，開發(fā)快速自清洗系統(tǒng)，通過優(yōu)化整個工藝流程來實現(xiàn)大型智能化高壓高效立式壓濾裝備效率的協(xié)同優(yōu)化。分析濾板結(jié)構(gòu)、布置方案、濾板材料、密封材料和方式的匹配設(shè)計，同時研究入料、壓榨、濾板開啟與合攏、脫餅、濾布清洗等工藝流程的效率協(xié)同優(yōu)化方法，最終達到規(guī)格齊全（最大過濾面積196 m2），過濾介質(zhì)溫度最高80℃，最高工作壓力1.6 MPa的使用要求。

2.1 總體結(jié)構(gòu)設(shè)計

立式全自動超聲洗滌壓濾機是一種固液分離裝置，用于過濾高黏度、微細顆粒和懸浮顆粒的漿料。其集成了主體及其附屬設(shè)備，包括單獨的電氣控制柜、液壓站和水站、閥門和管道，以及過濾器實現(xiàn)程序控制所需的儀表。過濾機構(gòu)由濾板、濾框、濾布和一個擠壓隔膜組成。濾板兩側(cè)覆蓋有濾布。當(dāng)需要擠壓隔膜時，一組過濾板由隔膜板和側(cè)板組成。隔膜板的底板兩側(cè)覆蓋有橡膠隔膜，隔膜外側(cè)覆蓋有濾布。側(cè)板為普通濾板。物料從止推板上的物料孔進入過濾室。固體顆粒因其粒徑大于過濾介質(zhì)（濾布）的孔徑而被截留在濾室中，濾液從濾板下方的出口孔流出?；旧希瑝簽V機的設(shè)計是基于脫水量和泥漿類型。其主要由4個部件組成，分別為框架、濾板、歧管和濾布，如圖3所示。

圖3 智能化高效高壓立式壓濾機

2.2 壓濾機脫水系統(tǒng)設(shè)計

壓濾脫水有多種方式，應(yīng)用最廣泛的主要有兩種方法：一種是帶有壓濾機構(gòu)的機械壓濾脫水，另一種是液壓壓濾脫水。對于固定壓濾脫水系統(tǒng)，“進料壓力”與進料泵有關(guān)，相對固定，故不予考慮。鉆井的大小相對固定，黏度與濃度直接相關(guān)。因此，壓濾機優(yōu)化過程要考慮“進料濃度”和“壓榨壓力”兩個條件。因此，本文提出了一個使用現(xiàn)有數(shù)據(jù)樣本的壓濾脫水過程的精確ML模型。使用ML模型預(yù)測的結(jié)果來設(shè)計一種可靠的優(yōu)化方法，以獲得控制參數(shù)的最優(yōu)值。這種方式實現(xiàn)了壓濾機脫水過程的控制優(yōu)化。通過對實際情況的研究，我們提出如下合理的優(yōu)化原則。

（1）在保證得到合格含水量的濾餅的前提下，通過參數(shù)的優(yōu)化控制，獲得單位過濾面積的最大處理量；

（2）在保證單位過濾面積處理能力的前提下，通過參數(shù)的優(yōu)化控制，可以得到含水量最低的濾餅。

2.3 壓濾機污泥調(diào)理系統(tǒng)設(shè)計

在污泥過濾循環(huán)的最初時刻，污泥顆粒被一層預(yù)涂層材料和過濾介質(zhì)截留，污泥的液體部分通過介質(zhì)并以濾液的形式流出過濾板。脫水的有效性取決于形成污泥層的滲透率和孔隙率，因此從這一點來說，可通過調(diào)整污泥層的壓差和污泥的黏度來調(diào)整過濾速率。在某些情況下，待脫水污泥的特性是其自然滲透性足夠強，可以使其進行自然脫水，而無需對其進行任何進一步的處理，只需將其泵入合適的脫水裝置。當(dāng)污泥的滲透性不足以使脫水過程在有效的基礎(chǔ)上進行時，有必要改變這種滲透性，有時還需要降低污泥的黏度，這被稱為條件反射。

當(dāng)石灰用于提高污泥的pH值以實現(xiàn)電荷反轉(zhuǎn)時，通常會發(fā)現(xiàn)獲得所需污泥滲透性所需的石灰量超過產(chǎn)生pH值所需的石灰量，并且經(jīng)常會超過石灰在污泥中的溶解度，從而實現(xiàn)對污泥結(jié)構(gòu)的調(diào)理。在這種情況下，過量的石灰顆粒與污泥顆?；旌希⑼ㄟ^它們插入污泥顆粒之間，本身成為脫水助劑。

3 結(jié)語

本文采用超聲高壓力多點絮凝劑自動添加技術(shù)，研究氣壓、噴射結(jié)構(gòu)對絮凝劑粉劑快速、完全溶解效率的影響規(guī)律，實現(xiàn)絮凝劑的快速均勻配置，使一般沉降時間在5 h內(nèi)，固相含水率在30%以下；采用表面仿形結(jié)構(gòu)設(shè)計技術(shù)，研究壓濾機脫水系統(tǒng)和污泥條例系統(tǒng)的設(shè)計，實現(xiàn)大過濾面積196 m2，過濾介質(zhì)溫度最高80℃，最高工作壓力1.6 MPa。