張曉玲,劉 劍
(1.湖州職業(yè)技術(shù)學(xué)院,浙江 湖州 313000;2.浙江宜可歐環(huán)??萍加邢薰?,浙江 湖州 313000)
在“雙碳”背景下,必須進(jìn)行能源轉(zhuǎn)型。我國(guó)的頁(yè)巖氣存量為世界第一[1]。頁(yè)巖氣在開(kāi)采過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量的油基巖屑。油基巖屑屬于危險(xiǎn)固廢,需經(jīng)過(guò)處理后才能利用。由于油基巖屑的成分復(fù)雜,需采用高效集成熱解技術(shù)對(duì)油基巖屑進(jìn)行處理才能符合國(guó)家排放標(biāo)準(zhǔn)。本設(shè)計(jì)是通過(guò)熱解噴淋水處理一體化設(shè)備,實(shí)現(xiàn)水的循環(huán)利用[2-3],處理過(guò)程中可回收大量的污油,滿足不同工況下的熱解噴淋水的處理需求。
目前常規(guī)水處理流程如圖1所示。
圖1 水處理工藝流程圖
當(dāng)噴淋水進(jìn)入處理設(shè)備中,污泥沉降在底部,設(shè)備的上部為油液層,箱體的中間為水層,底泥通過(guò)泵打入污泥濃縮罐中,在罐中對(duì)底泥進(jìn)行再次的泥水分離,濃縮后的底泥打入疊螺中脫水。箱體中的油層可通過(guò)收油機(jī)將油回收,箱體中部的水一部分作為噴淋循環(huán)水使用,一部分通過(guò)初級(jí)水處理系統(tǒng)處理后外排。
設(shè)計(jì)優(yōu)化的工藝流程如圖2所示。
圖2 優(yōu)化水處理工藝流程圖
通過(guò)對(duì)噴淋水處理箱體的優(yōu)化改進(jìn),增加了脫水功能。優(yōu)化后的水處理設(shè)備可直接將噴淋含泥污水濃縮脫水,省去了附加的污泥濃縮、脫水流程,簡(jiǎn)化了大量的污泥處理設(shè)備,創(chuàng)新設(shè)計(jì)了脫水、沉淀、收油為一體的水處理設(shè)備。
目前通用的水處理設(shè)備如圖3所示。
1.噴淋水箱;2.收油箱;3.收油機(jī);4.噴淋水入口;5.沉淀箱體;6沖洗管。
噴淋水進(jìn)入沉淀池,經(jīng)過(guò)一定時(shí)間的沉淀后,污泥沉入沉淀池底部。當(dāng)噴淋水的含泥量較大時(shí),就需要不斷的增大沉淀腔,這樣水處理設(shè)備就需要做的較大,才能夠?qū)崿F(xiàn)污水沉淀效果。沉淀后的較為干凈的污水進(jìn)入循環(huán)噴淋水箱,噴淋水箱體中的水用于噴淋循環(huán)使用,但沉淀的污泥還需通過(guò)污泥濃縮管罐濃縮(如圖4所示),再經(jīng)過(guò)疊螺機(jī)濃縮脫水,外排污水再通過(guò)初級(jí)水處理設(shè)備進(jìn)行處理(如圖5所示)。
圖4 污泥濃縮罐
圖5 初級(jí)水處理設(shè)備
本設(shè)計(jì)解決了目前水處理設(shè)備只能作為沉淀設(shè)備的缺陷問(wèn)題,增加了壓濾脫水功能,實(shí)現(xiàn)了脫水、沉淀、收油為一體的水處理設(shè)備(如圖6所示)。箱體內(nèi)部為過(guò)濾腔、沉淀腔、收油箱及噴淋循環(huán)水箱。過(guò)濾腔的作用是通過(guò)壓濾機(jī)構(gòu)將污泥脫水。脫水后的泥餅通過(guò)泥餅螺旋機(jī)外輸。過(guò)濾后的污水進(jìn)入二次沉淀腔。二次沉淀腔中上部的油,可通過(guò)收油機(jī)將所含的污油收集在收油箱,經(jīng)過(guò)排油泵將污油外輸;中間污水溢流進(jìn)入噴淋水箱。噴淋水箱中的水用于噴淋循環(huán)使用,如需污水外排,可再通過(guò)初級(jí)水處理設(shè)備進(jìn)一步處理,如圖5所示。
1.噴淋水入口;2.液壓缸;3.過(guò)濾腔;4.過(guò)濾網(wǎng);5.振動(dòng)機(jī);6.插板閥;7.泥餅螺旋;8.沉淀腔;9.反沖洗水;10.過(guò)濾出水口;11.噴淋水箱;12.收油箱;13.刮油機(jī)。
設(shè)計(jì)的水處理一體化設(shè)備,通過(guò)噴淋水入口進(jìn)入到過(guò)濾腔,在壓濾腔中通過(guò)液壓機(jī)構(gòu)擠壓,將過(guò)濾腔中的含泥污水壓縮,達(dá)到污泥濃縮脫水效果。設(shè)備中兩個(gè)過(guò)濾腔交替工作,因此一體化設(shè)備可連續(xù)工作。與傳統(tǒng)的沉淀設(shè)備相比,一體化設(shè)備對(duì)噴淋水的含泥無(wú)要求,含泥量較大時(shí)同樣可處理,因此可適用于不同污水含泥的多種工況。擠壓后的污水經(jīng)過(guò)過(guò)濾網(wǎng),進(jìn)入二次沉淀的箱體。箱體上部通過(guò)刮油機(jī)將油回收到收油箱。二次沉淀后的污水溢流進(jìn)入噴淋水箱。噴淋水箱中的水可用于噴淋循環(huán)使用,而擠壓過(guò)濾后的泥餅,如泥餅無(wú)法通過(guò)重力落入螺旋,需通過(guò)震動(dòng)機(jī)震蕩掉落進(jìn)入出料泥餅螺旋外輸。
目前采用沉淀水處理法,設(shè)計(jì)水處理量為 50 m3/h,Q=0.0138 m2/s,q′=2 m3/(m2·h),t=1.5/h,v=2 mm/s,則:
沉淀有效水深:h2=q′t(m)
池長(zhǎng):L′=vt×3.6(m)
計(jì)算所需沉淀箱體的大小為:17 m×3 m×3 m。
優(yōu)化設(shè)計(jì)的水處理一體化設(shè)備,只需計(jì)算過(guò)濾腔處理能力,選擇合適的液壓機(jī)構(gòu),可得出水處理設(shè)備的整體尺寸。設(shè)計(jì)單個(gè)過(guò)濾腔的大小為 1.5 m×1.5 m×1.5 m,則一次可處理的體積為 3.375 m3。
單個(gè)腔體的水壓為:F=ρghS;
式中:A1為活塞無(wú)桿側(cè)有效面積(m2);A2為活塞有桿側(cè)有效面積(m2);p為供油壓力(MPa);D為活塞直徑(m);d為活塞桿直徑(m)。
通過(guò)計(jì)算所得:?jiǎn)蝹€(gè)過(guò)濾腔水壓為F=33075 N,選取液壓缸DG-J63C-E1推力為 43640 N、拉力為 30180 N,最大行程為 1.6 m,優(yōu)化后所需一體化設(shè)備的大小為 6 m×3 m×3 m(H),箱體尺寸明顯減小,且不需要附加的底泥處理設(shè)備。由于壓濾后的污泥含水量更少,后期污泥回用熱解也更加節(jié)省能耗。
設(shè)計(jì)的水處理一體化設(shè)備,實(shí)現(xiàn)了傳統(tǒng)水處理工藝及設(shè)備的結(jié)構(gòu)優(yōu)化,創(chuàng)新性的增加了液壓過(guò)濾機(jī)構(gòu);可單獨(dú)完成污泥脫水,不需要其它設(shè)備輔助脫水;實(shí)現(xiàn)脫水、沉淀、收油一體化,不僅節(jié)省大量的污泥處理成本,同時(shí)可滿足不同工況下噴淋污水的處理要求。
本設(shè)計(jì)主要是針對(duì)油基巖屑熱解噴淋循環(huán)水的處理,實(shí)現(xiàn)了污水循環(huán)處理、底泥處理、污油回收為一體的水處理設(shè)備優(yōu)化設(shè)計(jì),不僅實(shí)現(xiàn)水的循環(huán)使用,達(dá)到節(jié)約水資源目的,而且在處理過(guò)程中可以回收大量的污油,能夠?qū)崿F(xiàn)不菲的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。