水处理污泥泵送小型试验

2018-12-07蒋家安王栋毅

设备管理与维修 2018年11期

蒋家安，徐兵，王栋毅

（宝武集团环境资源科技有限公司，上海 201900）

0 引言

宝武集团环境资源科技有限公司(以下简称宝武环科）承担着宝钢二次资源和固废的处置利用工作。宝钢水处理污泥属于固废，主要来自宝钢电厂水处理、中水水处理、冷轧水处理等水处理系统，经板框压滤脱水产生的污泥（如电厂水处理污泥等）含水60%左右，带式压滤脱水产生的污泥（如连铸水处理污泥等）含水60%左右，离心或叠螺脱水产生的污泥（如冷轧生物污泥等）含水80%左右。为进一步减少委外处置量和环保风险，可考虑利用宝钢余热蒸汽等对宝钢水处理污泥进行干化等预处理。无论采用哪种预处理方式，都需要关注一个问题即如何控制从污泥接收料斗至预处理设备输送过程中的环保风险。

目前污泥输送方式主要有皮带输送、螺旋输送和泵送3种方式。皮带输送是常用的一种输送方式，但只适用于板框压滤脱水污泥等固含量较高的污泥，且受制于输送角度，往往占地较大，转运过程中也易形成二次污染。随着无轴螺旋输送机的改进和推广应用，污泥螺旋输送也得到大量应用，但也只适用于短距离输送。污泥泵送设备主要有单柱塞泵和单螺杆泵2种，泵送可实现污泥从进口到出口全程密闭长距离输送，在泵送系统输入端和输出端间

不会形成二次污染，且输送管道可灵活转向、提升，有利于工程设计和上下工序设备布置衔接。柱塞泵具有输送距离远、污泥提升高度高和输送稳定性好的特点，但其设备投资较高，维护成本也较螺杆泵高。螺杆泵虽然输送距离和提升高度不如柱塞泵，但其设备投资较小，适用于含水量较高、提升高度要求较低、中距离输送的工况。宝钢水处理污泥固含物以无机物为主，离心或叠螺脱水污泥泵送性高于板框压滤脱水污泥，为此宝武环科针对宝钢水处理污泥分别进行螺杆泵和柱塞泵泵送试验，为污泥预处理中污泥输送工艺选择提供参考。试验设备以及试验过程具体参数不在本文阐述。

1 螺杆泵和柱塞泵简介

1.1 螺杆泵

单螺杆泵是20世纪20年代法国工程师莫诺发明的。螺杆泵是一种回转式容积泵，流量与转速基本成正比，可以通过调节转速实现计量，可采用不同材料满足输送不同介质的要求。单螺杆泵一般由定子、转子、驱动装置等部件组成，如带有喂料器的BTI-35型单螺杆泵，需要时也可增设污泥破拱进料装置。单螺杆泵转子和定子间连续过盈接触，吸入端和排出端间形成可靠的密封线，从而使螺杆泵不但有较高的压力，还有一定的自吸能力[1]。蔡芝斌等[2]介绍了绍兴污水处理厂、杭州水务集团祥符水厂、萧山钱塘污水处理厂采用单螺杆泵进行市政污泥（含水约80%）输送的实绩情况。牛克胜[3]介绍了淄博市污水处理公司采用单螺杆泵替代皮带输送机远距离脱水污泥。徐兴华等[4]研究表明，螺杆泵可作为含水率为80%左右的湿污泥的输送计量设备。

1.2 柱塞泵简介

1675年，英国御用机械师塞缪尔·莫兰爵士获得柱塞泵专利，20世纪80年代美国已规模化应用柱塞泵输送矿浆[5]，目前柱塞泵已在世界范围内得到广泛应用。轴向柱塞泵是利用与传动轴平行的柱塞在柱塞孔内往复运动所产生的容积变化来实现吸、压介质等工作过程[6]，如WNB-3型单柱塞泵。

柱塞泵泵送污泥具有出口压力大、输送距离远等优势，适合泥浆等黏稠类物质的长距离垂直输送[7]。应用于污泥泵送的轴向柱塞泵主要有单柱塞泵和双单柱塞泵。液压站作为柱塞泵的动力源，柱塞在污泥泵料缸里往复运动，将污泥以高压经较光滑（实现污泥的低阻力输送以及降低系统压损）且有一定耐磨性能（提高系统的作业效率）的管路泵送至污泥处置设备中。目前容积调速的泵控系统对泵的变量控制要求越来越高[8]，随着压力的提高和不同介质的影响，对密封的要求也不断提高[9]。2013年投运的苏州江远热电污泥干化综合利用项目是我国市政污泥干化焚烧样板工程之一，含水约80%的市政污泥采用柱塞泵泵送入干化设备，全程密闭输送。柱塞泵亦可泵送含水率≤60%的污泥，汪良贤[10]介绍了大流量油压驱动陶瓷柱塞泵在卫生陶瓷浓泥浆（含水＜28%）输送中的应用。

2 污泥泵送小型试验

2.1 单螺杆泵泵送小型试验

2.1.1 试验系统简介

试验场地设于某厂区，单螺杆泵小型试验系统（图1）主要设备为国内某螺杆泵企业提供。单螺杆泵进料口法兰连接污泥受料斗，单螺杆泵进料区带初级破拱装置（图2）。污泥采用铲车上料进入污泥受料斗，在污泥自身重力形成的压力以及单螺杆泵一定自吸力的作用下，污泥不断进入泵吸入端，并泵送出输出端。在泵送过程中，初级破拱装置可对泵进料区上方污泥进行初步破拱，以利于污泥不断进入泵进料区。

2.1.2 试验结果

周邦卫等[11]认为螺杆泵适合含水率为80%左右的湿污泥的输送，这一点在试验中也得到验证。虽然宝钢大部分水处理污泥与市政污泥有很大差别，但经离心或叠螺脱水产生的冷轧生物污泥含水率含有约15%有机物，与市政污泥接近。采用冷轧生物污泥进行试验时发现泵送料流持续稳定，可以判定经离心或叠螺脱水产生的宝钢水处理污泥可以通过单螺杆泵进行泵送，且从污泥受料后入泵至泵后管路出口间全程密闭输送，环保风险可控。

图1 单螺杆泵试验系统（部分）

图2 初级破拱装置

经清理试验装置后，采用板框压滤脱水污泥进行试验时发现泵送料流不稳定，经检查分析是主要是由于污泥架桥引起，虽然经过人工破拱后污泥可在一段时间内顺利泵送，但不可持续稳定。可见试验用单螺杆泵虽然自带初级破拱装置，仍不适用于含水60%左右的宝钢股份水处理污泥。如采用单螺杆泵送含水60%左右的宝钢股份水处理污泥，还需要增设破拱喂料装置后进行试验验证；此外，污泥受料斗壁应调整为垂直竖壁，以防止污泥粘壁。

试验过程中也曾出现因为污泥中混有杂物造成设备出现异响的情况，对于单螺杆泵泵送系统而言，需要严格控制污泥中的杂物，所以需要对宝钢水处理污泥从产生至运输直至堆存的全过程管理，为污泥泵送提供保障。同时在设备选型时可考虑选用一定清杂功能的单螺杆泵，如西派克BTEX系列的螺杆泵。

2.2 单柱塞泵送小型试验

2.2.1 试验系统简介

试验场地设于某厂区，单柱塞泵小型试验系统（图3）包括污泥受料斗（自带破拱喂料装置）、污泥进料输送设备、液压站、单柱塞泵、管道系统(配有注膜系统)等。由于单柱塞泵泵送性能优于单螺杆泵，因此不再进行重复80%含水宝钢水处理污泥试验；重点验证含水60%左右的宝钢板框脱水污泥（图4）泵送性能。污泥采用行车上料进入受料斗，受料斗下方破拱喂料装置可对泵进料区上方污泥进行有效破拱，在污泥自身重力形成的压力以及破拱喂料作用下，污泥不断推入单缸柱塞泵，单缸柱塞泵加压将污泥通过管道输送出去，输送管道做循环连接，污泥经过直管、弯管回到料斗。系统设计最高压力为24 MPa，24 h循环泵送，输送管道直径219 mm，长度约20 m，高度约3 m，输送量（2～3）m3/h 调整。

2.2.2 试验结果

鉴于试验过程中系统压力较低，因此没有启用注膜系统。采用3个批次板框水处理污泥（含水分别为55%，60%和62%）进行试验，试验系统24 h循环未出现异常现象，3个批次污泥采用单柱塞泵送具有可行性。从污泥受料后入泵至管路出口间全程密闭输送，环保风险可控。单柱塞泵送系统管道出口污泥见图5，泵送试验完成后，前端管道内壁情况见图6。通过试验可以判定板框脱水产生的宝钢水处理污泥可以通过单柱塞泵进行泵送。

试验过程中未发现污泥混有杂物，也没有发生因杂物造成系统出现异响或故障的情况。虽然单柱塞泵对污泥中杂物的接受度相对大于单螺杆泵，但为保证整个泵送系统的顺行，仍需要对宝钢水处理污泥从产生至运输直至堆存的全过程管理，以杜绝混入杂物。