水處理污泥泵送小型試驗(yàn)

蔣家安，徐 兵，王棟毅

（寶武集團(tuán)環(huán)境資源科技有限公司，上海 201900）

0 引言

寶武集團(tuán)環(huán)境資源科技有限公司(以下簡稱寶武環(huán)科）承擔(dān)著寶鋼二次資源和固廢的處置利用工作。寶鋼水處理污泥屬于固廢，主要來自寶鋼電廠水處理、中水水處理、冷軋水處理等水處理系統(tǒng)，經(jīng)板框壓濾脫水產(chǎn)生的污泥（如電廠水處理污泥等）含水60%左右，帶式壓濾脫水產(chǎn)生的污泥（如連鑄水處理污泥等）含水60%左右，離心或疊螺脫水產(chǎn)生的污泥（如冷軋生物污泥等）含水80%左右。為進(jìn)一步減少委外處置量和環(huán)保風(fēng)險(xiǎn)，可考慮利用寶鋼余熱蒸汽等對寶鋼水處理污泥進(jìn)行干化等預(yù)處理。無論采用哪種預(yù)處理方式，都需要關(guān)注一個(gè)問題即如何控制從污泥接收料斗至預(yù)處理設(shè)備輸送過程中的環(huán)保風(fēng)險(xiǎn)。

目前污泥輸送方式主要有皮帶輸送、螺旋輸送和泵送3種方式。皮帶輸送是常用的一種輸送方式，但只適用于板框壓濾脫水污泥等固含量較高的污泥，且受制于輸送角度，往往占地較大，轉(zhuǎn)運(yùn)過程中也易形成二次污染。隨著無軸螺旋輸送機(jī)的改進(jìn)和推廣應(yīng)用，污泥螺旋輸送也得到大量應(yīng)用，但也只適用于短距離輸送。污泥泵送設(shè)備主要有單柱塞泵和單螺桿泵2種，泵送可實(shí)現(xiàn)污泥從進(jìn)口到出口全程密閉長距離輸送，在泵送系統(tǒng)輸入端和輸出端間

不會形成二次污染，且輸送管道可靈活轉(zhuǎn)向、提升，有利于工程設(shè)計(jì)和上下工序設(shè)備布置銜接。柱塞泵具有輸送距離遠(yuǎn)、污泥提升高度高和輸送穩(wěn)定性好的特點(diǎn)，但其設(shè)備投資較高，維護(hù)成本也較螺桿泵高。螺桿泵雖然輸送距離和提升高度不如柱塞泵，但其設(shè)備投資較小，適用于含水量較高、提升高度要求較低、中距離輸送的工況。寶鋼水處理污泥固含物以無機(jī)物為主，離心或疊螺脫水污泥泵送性高于板框壓濾脫水污泥，為此寶武環(huán)科針對寶鋼水處理污泥分別進(jìn)行螺桿泵和柱塞泵泵送試驗(yàn)，為污泥預(yù)處理中污泥輸送工藝選擇提供參考。試驗(yàn)設(shè)備以及試驗(yàn)過程具體參數(shù)不在本文闡述。

1 螺桿泵和柱塞泵簡介

1.1 螺桿泵

單螺桿泵是20世紀(jì)20年代法國工程師莫諾發(fā)明的。螺桿泵是一種回轉(zhuǎn)式容積泵，流量與轉(zhuǎn)速基本成正比，可以通過調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速實(shí)現(xiàn)計(jì)量，可采用不同材料滿足輸送不同介質(zhì)的要求。單螺桿泵一般由定子、轉(zhuǎn)子、驅(qū)動裝置等部件組成，如帶有喂料器的BTI-35型單螺桿泵，需要時(shí)也可增設(shè)污泥破拱進(jìn)料裝置。單螺桿泵轉(zhuǎn)子和定子間連續(xù)過盈接觸，吸入端和排出端間形成可靠的密封線，從而使螺桿泵不但有較高的壓力，還有一定的自吸能力[1]。蔡芝斌等[2]介紹了紹興污水處理廠、杭州水務(wù)集團(tuán)祥符水廠、蕭山錢塘污水處理廠采用單螺桿泵進(jìn)行市政污泥（含水約80%）輸送的實(shí)績情況。牛克勝[3]介紹了淄博市污水處理公司采用單螺桿泵替代皮帶輸送機(jī)遠(yuǎn)距離脫水污泥。徐興華等[4]研究表明，螺桿泵可作為含水率為80%左右的濕污泥的輸送計(jì)量設(shè)備。

1.2 柱塞泵簡介

1675年，英國御用機(jī)械師塞繆爾·莫蘭爵士獲得柱塞泵專利，20世紀(jì)80年代美國已規(guī)模化應(yīng)用柱塞泵輸送礦漿[5]，目前柱塞泵已在世界范圍內(nèi)得到廣泛應(yīng)用。軸向柱塞泵是利用與傳動軸平行的柱塞在柱塞孔內(nèi)往復(fù)運(yùn)動所產(chǎn)生的容積變化來實(shí)現(xiàn)吸、壓介質(zhì)等工作過程[6]，如WNB-3型單柱塞泵。

柱塞泵泵送污泥具有出口壓力大、輸送距離遠(yuǎn)等優(yōu)勢，適合泥漿等黏稠類物質(zhì)的長距離垂直輸送[7]。應(yīng)用于污泥泵送的軸向柱塞泵主要有單柱塞泵和雙單柱塞泵。液壓站作為柱塞泵的動力源，柱塞在污泥泵料缸里往復(fù)運(yùn)動，將污泥以高壓經(jīng)較光滑（實(shí)現(xiàn)污泥的低阻力輸送以及降低系統(tǒng)壓損）且有一定耐磨性能（提高系統(tǒng)的作業(yè)效率）的管路泵送至污泥處置設(shè)備中。目前容積調(diào)速的泵控系統(tǒng)對泵的變量控制要求越來越高[8]，隨著壓力的提高和不同介質(zhì)的影響，對密封的要求也不斷提高[9]。2013年投運(yùn)的蘇州江遠(yuǎn)熱電污泥干化綜合利用項(xiàng)目是我國市政污泥干化焚燒樣板工程之一，含水約80%的市政污泥采用柱塞泵泵送入干化設(shè)備，全程密閉輸送。柱塞泵亦可泵送含水率≤60%的污泥，汪良賢[10]介紹了大流量油壓驅(qū)動陶瓷柱塞泵在衛(wèi)生陶瓷濃泥漿（含水＜28%）輸送中的應(yīng)用。

2 污泥泵送小型試驗(yàn)

2.1 單螺桿泵泵送小型試驗(yàn)

2.1.1 試驗(yàn)系統(tǒng)簡介

試驗(yàn)場地設(shè)于某廠區(qū)，單螺桿泵小型試驗(yàn)系統(tǒng)（圖1）主要設(shè)備為國內(nèi)某螺桿泵企業(yè)提供。單螺桿泵進(jìn)料口法蘭連接污泥受料斗，單螺桿泵進(jìn)料區(qū)帶初級破拱裝置（圖2）。污泥采用鏟車上料進(jìn)入污泥受料斗，在污泥自身重力形成的壓力以及單螺桿泵一定自吸力的作用下，污泥不斷進(jìn)入泵吸入端，并泵送出輸出端。在泵送過程中，初級破拱裝置可對泵進(jìn)料區(qū)上方污泥進(jìn)行初步破拱，以利于污泥不斷進(jìn)入泵進(jìn)料區(qū)。

2.1.2 試驗(yàn)結(jié)果

周邦衛(wèi)等[11]認(rèn)為螺桿泵適合含水率為80%左右的濕污泥的輸送，這一點(diǎn)在試驗(yàn)中也得到驗(yàn)證。雖然寶鋼大部分水處理污泥與市政污泥有很大差別，但經(jīng)離心或疊螺脫水產(chǎn)生的冷軋生物污泥含水率含有約15%有機(jī)物，與市政污泥接近。采用冷軋生物污泥進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)泵送料流持續(xù)穩(wěn)定，可以判定經(jīng)離心或疊螺脫水產(chǎn)生的寶鋼水處理污泥可以通過單螺桿泵進(jìn)行泵送，且從污泥受料后入泵至泵后管路出口間全程密閉輸送，環(huán)保風(fēng)險(xiǎn)可控。

圖1 單螺桿泵試驗(yàn)系統(tǒng)（部分）

圖2 初級破拱裝置

經(jīng)清理試驗(yàn)裝置后，采用板框壓濾脫水污泥進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)泵送料流不穩(wěn)定，經(jīng)檢查分析是主要是由于污泥架橋引起，雖然經(jīng)過人工破拱后污泥可在一段時(shí)間內(nèi)順利泵送，但不可持續(xù)穩(wěn)定。可見試驗(yàn)用單螺桿泵雖然自帶初級破拱裝置，仍不適用于含水60%左右的寶鋼股份水處理污泥。如采用單螺桿泵送含水60%左右的寶鋼股份水處理污泥，還需要增設(shè)破拱喂料裝置后進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證；此外，污泥受料斗壁應(yīng)調(diào)整為垂直豎壁，以防止污泥粘壁。

試驗(yàn)過程中也曾出現(xiàn)因?yàn)槲勰嘀谢煊须s物造成設(shè)備出現(xiàn)異響的情況，對于單螺桿泵泵送系統(tǒng)而言，需要嚴(yán)格控制污泥中的雜物，所以需要對寶鋼水處理污泥從產(chǎn)生至運(yùn)輸直至堆存的全過程管理，為污泥泵送提供保障。同時(shí)在設(shè)備選型時(shí)可考慮選用一定清雜功能的單螺桿泵，如西派克BTEX系列的螺桿泵。

2.2 單柱塞泵送小型試驗(yàn)

2.2.1 試驗(yàn)系統(tǒng)簡介

試驗(yàn)場地設(shè)于某廠區(qū)，單柱塞泵小型試驗(yàn)系統(tǒng)（圖3）包括污泥受料斗（自帶破拱喂料裝置）、污泥進(jìn)料輸送設(shè)備、液壓站、單柱塞泵、管道系統(tǒng)(配有注膜系統(tǒng))等。由于單柱塞泵泵送性能優(yōu)于單螺桿泵，因此不再進(jìn)行重復(fù)80%含水寶鋼水處理污泥試驗(yàn)；重點(diǎn)驗(yàn)證含水60%左右的寶鋼板框脫水污泥（圖4）泵送性能。污泥采用行車上料進(jìn)入受料斗，受料斗下方破拱喂料裝置可對泵進(jìn)料區(qū)上方污泥進(jìn)行有效破拱，在污泥自身重力形成的壓力以及破拱喂料作用下，污泥不斷推入單缸柱塞泵，單缸柱塞泵加壓將污泥通過管道輸送出去，輸送管道做循環(huán)連接，污泥經(jīng)過直管、彎管回到料斗。系統(tǒng)設(shè)計(jì)最高壓力為24 MPa，24 h循環(huán)泵送，輸送管道直徑219 mm，長度約20 m，高度約3 m，輸送量（2～3）m3/h 調(diào)整。

2.2.2 試驗(yàn)結(jié)果

鑒于試驗(yàn)過程中系統(tǒng)壓力較低，因此沒有啟用注膜系統(tǒng)。采用3個(gè)批次板框水處理污泥（含水分別為55%，60%和62%）進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)系統(tǒng)24 h循環(huán)未出現(xiàn)異常現(xiàn)象，3個(gè)批次污泥采用單柱塞泵送具有可行性。從污泥受料后入泵至管路出口間全程密閉輸送，環(huán)保風(fēng)險(xiǎn)可控。單柱塞泵送系統(tǒng)管道出口污泥見圖5，泵送試驗(yàn)完成后，前端管道內(nèi)壁情況見圖6。通過試驗(yàn)可以判定板框脫水產(chǎn)生的寶鋼水處理污泥可以通過單柱塞泵進(jìn)行泵送。

試驗(yàn)過程中未發(fā)現(xiàn)污泥混有雜物，也沒有發(fā)生因雜物造成系統(tǒng)出現(xiàn)異響或故障的情況。雖然單柱塞泵對污泥中雜物的接受度相對大于單螺桿泵，但為保證整個(gè)泵送系統(tǒng)的順行，仍需要對寶鋼水處理污泥從產(chǎn)生至運(yùn)輸直至堆存的全過程管理，以杜絕混入雜物。

圖3 單柱塞泵試驗(yàn)系統(tǒng)

圖4 板框脫水污泥

圖5 單螺桿泵送管道出口污泥

圖6 前端管道內(nèi)壁

3 結(jié)論

（1）采用泵送污泥可實(shí)現(xiàn)污泥從泵送系統(tǒng)進(jìn)口到泵送系統(tǒng)出口全程密閉輸送，環(huán)保風(fēng)險(xiǎn)可控。

（2）離心或疊螺脫水產(chǎn)生的寶鋼水處理污泥可以通過單螺桿泵進(jìn)行泵送；如考慮單螺桿泵送板框脫水產(chǎn)生的寶鋼股份水處理污泥，還需要增設(shè)破拱喂料裝置后進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證。

（3）單柱塞泵泵送性能優(yōu)于單螺桿泵，可應(yīng)用于板框脫水產(chǎn)生的寶鋼股份水處理污泥。

（4）如采用泵送寶鋼水處理污泥，為保證泵送系統(tǒng)的順行，需要對污泥從產(chǎn)生至運(yùn)輸直至堆存的全過程管理以杜絕混入雜物。