低温干化联合叠螺脱水技术在处理机械加工含油污泥中的应用

金 武

（宁波市态宝环保科技有限公司，浙江 宁波 315204）

1 项目概况

某轴承生产企业在产品机械加工过程中会产生热处理废水、废乳化液、液抛废水等含油废水，含油废水经隔油、撇油预处理后，依次采用混凝沉淀、高效混凝气浮、水解酸化、生物接触氧化、沉淀和高效混凝气浮法进行处理，处理过程中产生的混凝沉淀污泥、气浮浮渣以及生化剩余污泥，统称为机械加工含油污泥，该污泥含水率在98.5%以上，产生量约为6 t/d（其中混凝沉淀污泥约为5 t/d，气浮浮渣约为0.6 t/d，生化剩余污泥约为0.4 t/d）。由于该含油废水中热处理废水排放量占比达40%以上（因为对产品质量要求高、产量大，所以热处理油槽更换快、热处理废水排放量大），而且热处理废水中含油量很高，虽经过隔油、撇油处理去除了95%以上（撇出的油脂作为含油危险废物直接委外安全处置），但是进入后续处理系统的废水中含油量还是远高于一般的含油废水，因此形成的含油污泥的含油量也非常高，导致污泥脱水用滤布（原采用板框压滤机进行污泥脱水）经常性堵塞，无法正常运行，而且脱水后的污泥含水率仍在90%以上，污泥量大，委外处置费用高昂。因此该企业决定改造其机械加工含油污泥处理工艺及备，以达到能正常顺利处理污泥、减少污泥量、降低处置费用的目标。

2 改造工艺的选择

含油污泥处理的最终目的是以减量化、资源化、无害化为原则。常用的处理方法有：机械脱水法、自然干化法、浓缩法、稳定法、焚烧法、机械干化法和物理化学分水—化学固化法等。

2.1 机械脱水法

该方法主要靠离心机、板框式压滤机、带式压滤机、叠螺脱水机等设备，脱出含油污泥中的水分（主要是去除污泥颗粒间的毛细水），使污泥含水率降低到80～85%之间。其原理一般都是以过滤介质两面的压力差或固液密度差等作为推动力，使污泥中的固体颗粒与水分离。该方法脱水效果好，运行可靠，不受气候影响，工作周期短，占地面积少等，缺点是脱水后污泥含水量仍然较高。

2.2 自然干化法

该方法是一种简单经济的污泥脱水方法，主要依靠渗透、蒸发与撇除等三种方式脱除水分。但随着污泥的性质与当地气象条件的不同，由渗透、蒸发与撇除所脱除的水分比例也不同。污泥干化场的脱水效果受当地降雨量、蒸发量、气温、湿度等的影响。这种方法脱水时间长，维护管理工作量大，且由于污泥腐败产生的恶臭气体和苍蝇会影响周围环境卫生，因而一般适宜于在干燥、少雨、沙质土壤地区采用。

2.3 浓缩法

污泥浓缩是指去除污泥颗粒间的间隙水，浓缩后的污泥含水率为95%～98%，呈流体状。目前污泥浓缩最常用的方法有重力浓缩、气浮浓缩、离心浓缩和水力旋流浓缩等。该类方法电耗低、无药耗、运行成本低，缺点是浓缩后污泥仍呈流体状，只能作为污泥处理前端的预处理。

2.4 稳定法

稳定法是指去除污泥中的部分有机物质或将不稳定有机物质转化为较稳定的物质，使污泥的有机物含量减少40%以上，不再散发异味。污泥稳定方法包括厌氧消化、好氧消化和堆肥等方法。其缺点为处理周期长，易产生二次污染。

2.5 焚烧法

该方法是利用焚烧炉在有氧条件下对污泥中的有机物进行高温氧化，使污泥完全矿化为少量灰烬的处置方式。其优点是处理快速、量大、减量明显，缺点是灰渣中的重金属不易浸出，且设备维护成本高，易产生强致癌物质二噁英，且一次性投资成本高，处理成本高。

2.6 机械干化法

机械干化法是利用热能去除污泥颗粒间的吸附水和内部水，是污泥与热媒之间的传热过程。干化后的污泥呈颗粒状或粉末状，含水率可降至10%。机械干化按照温度的不同分为低温干化（温度＜150 ℃）和高温干化（温度＞150 ℃）；高温干化会增加尾气处理，且能源损耗大；低温干化具有效率高、效果好的特点，而且经济效益能达到最优[1]。

2.7 物理化学分水—化学固化法

该方法是在离心脱水的基础上先进行化学分水，再利用不同性质的化学药剂进行物理化学固化。其特点是固化成本较低，便于机械化施工，固化物有一定的机械强度，处理能力大。

综上所述，结合企业需要及该机械加工含油污泥的性质，改造单个采用某类处理方法不能完全达到的最终目标，因此采用叠螺脱水+低温干化的组合工艺进行处理，可以克服单类处理工艺的局限性。

3 工艺流程

各排入污泥浓缩池中的含油污泥经过污泥浓缩后通过污泥螺杆泵和管道进入叠螺脱水机的絮凝混合反应槽，利用一体化加药装置投加阳离子聚丙烯酰胺并与含油污泥进行絮凝反应，将小颗粒、小分子污泥团聚成大颗粒，提高了絮体的强度，实现了固液分离；絮凝反应后的污泥自流进入叠螺装置，经机械挤压，将水分从污泥中挤出，实现了污泥脱水；脱水后的含油污泥含水率降低至83%左右；挤出的脱水污泥通过重力作用掉落至低温干化机的进料仓内，低温干化机的切条装置将污泥切成条状，然后进入低温干化机的网带上，利用除湿热泵提供干燥的热空气，同污泥进行接触，将污泥干化，热湿空气进入除湿热泵系统，采用自来水进行冷凝，冷凝产生的冷凝水排入收集调节池进行再处理，冷凝过后的空气通过加热形成热空气，再对污泥进行干化。干化后的污泥颗粒掉入出料口，再经螺旋输送机输送至吨袋内暂存，最后定期委外完成安全处置。

4 技术原理

4.1 叠螺脱水机的技术原理

叠螺脱水是运用螺杆挤压原理，将污泥的浓缩和脱水在一个装置内完成[2]。前段为浓缩段，后段为脱水段。当螺旋轴旋转时，螺旋轴外围的多个固定和活动叠片相对移动。在重力作用下，污水从相对移动的叠片间隙中过滤出来，实现快速浓缩。浓缩污泥随着螺旋轴的旋转向前移动；沿泥饼出口方向，螺旋轴节距逐渐减小，环间间隙也逐渐减小，螺旋腔体积不断缩小；在出口背压板的作用下，内部压力逐渐升高。由螺旋传动轴依次连续运转带动，使污泥中的水分被挤压排出，且滤饼的固体含量不断增加，最终实现污泥的连续脱水，同时螺旋轴的旋转促进游动环的持续旋转。该设备依靠固定环和移动环之间的运动实现连续自清洗过程，巧妙地避免了传统脱水设备常见的堵塞问题。叠螺脱水机主要由叠螺体、螺旋轴、驱动装置、滤液槽和混合系统等组成，同时配置一套加药装置。

4.2 低温干化机技术原理

该项目采用的低温干化机为热泵低温干化机，是利用除湿热泵对污泥进行热风循环冷凝的除湿烘干技术工艺[3]。通过对流热风干燥的方式对网带上的湿料污泥进行污泥干化减量，该类型设备为全封闭式设计，干燥热风无热损。除湿热泵利用制冷系统将来自干燥室的湿空气降温脱湿，同时回收水分凝结的潜热再次加热干燥空气，是除湿（去湿干燥）与热泵（能量回收）的结合，是干燥过程中能量的循环利用[4]。除湿热泵作为干化机的动力源，不需要额外的热源，因而实现了节能的目的。低温干化机主要由除湿热泵、压缩机、网带、蒸发器、冷凝器、风机、干燥箱、电柜等组成。

5 技术特点

（1）不堵塞，有效、稳定、连续地处理含油污泥。

（2）高效减量。可将98.5%以上含水率的含油污泥干化至30%以下，含油污泥减量率可达95%以上。

（3）节能。采用热泵热回收技术，密闭式干化模式无任何废热排放。每1度电可除水4 kg（除湿性能比4:1kg·H2O/kw·h）。

（4）安全无危害。在全封闭 40～75 ℃低温下工作，无需充氮运行；干化过程氧气含量＜12%，粉尘浓度＜60 g/m3，颗粒温度＜70 ℃，无扬尘和爆炸隐患；污泥静态摊放，与接触面无机械静电摩擦；干料为颗粒状，无粉尘危险；出料温度低（＜50 ℃），无需冷却，直接储存。

（5）可全自动运行。设备可全自动运行，节约了大量人工成本；“PLC+触摸屏”智能控制，可实现远程集中控制；出料含水率可任意调节（10%～50%）。

（6）稳定耐用。低温干化机的使用寿命长，可达15年以上；无易损、易耗件，使用管理方便。

（7）有效杀菌。采用巴斯德（巴氏）灭菌方法—低温加热杀菌，干化温度70 ℃以上时间达90～120 min，有效杀菌率高达 90%以上。

（8）干化过程环保无臭气。设备系统采用密闭式设计，无臭气外溢，无需安装复杂的除臭装置；采用低温干化过程，H2S、NH3析出量很少。

（9）干化后污泥可进行气化、掺烧、堆肥或作为建材原料等无害资源化处置。

6 设计选型

6.1 设计选型计算

每日湿泥量为6 t/d，湿泥含水率为98.5%，将板框压滤机更换为叠螺脱水机，叠螺脱水机出泥含水率为83%，泥量约为530 kg/d，烘干后含水率要降至30%以下，污泥低温干化的去水量约为400 kg/d，干泥量（30%含水率）为130 kg/d，以10小时工作制计算，平均每小时去水量为40 kg。

综上所述，设计采用1台201型叠螺脱水机，运行功率为0.55 kw，配套1台一体化加药装置，运行功率为1.3 kw，1台加药计量泵，运行功率为0.25 kw。1台1200SL型低温干化机，运行功率14 kw，配套1台螺旋输送机，运行功率为2.2 kw。

6.2 叠螺脱水机性能参数

叠螺脱水机1台，型号为201型，处理量为15～20 kgds/h，进泥浓度10 000～50 000 mg/L，整机功率0.55 kw，出泥含水率为75～85%，防护等级IP55 F级，高分子絮凝剂添加率（对DS）0.2～1%，叠螺主体规格为Φ200 mm，冲洗水量为32 L/h，叠螺主体材质为304不锈钢，既可自动又可手动运行，外观尺寸为2.5 m×0.9 m×1.5 m。配套一体化加药装置性能参数：数量1套，干粉投加量为0.2～2 kg/h，配制能力为200 L/h，总功率为1.3 kw。

6.3 低温干化机性能参数

低温干化机1台，型号为1200SL，标准去水量50 kg/h，冷却方式为水冷，总功率14 kw，冷却水流量（△t=15 ℃）0.6 m3/h，干燥温度48～56 ℃，湿泥含水率适用范围40%～85%，干料含水率10%～60%（变频调节，进泥含水率不同干料含水率调整范围不同），成型方式切条，外观尺寸为3.3 m×1.9 m×2.3 m。

7 运行效果

投入运行后，每天运行约10 h，运行稳定，每天6 t的湿含油污泥处理后干泥量约为125 kg，干泥含水率为28%左右，解决了该企业含油污泥处理的难题，实现了预期目标。

8 经济效益

本改造项目总投资62万元。装机及运行功率均为18.3 kw。运行费用为201元/d，其中电费147元/d（低温干化机运行电费112元/d，配套输送系统运行电费18元/d，叠螺脱水机及配套系统运行电费17元/d），水费34元/d（冷却水用水24元/d，配套系统用水10元/d），药剂费用20元/d，不增加人工费用。

改造前每天含油污泥委外处置量约为900 kg，改造后每天含油污泥委外处置量约为125 kg，含油污泥委外处置费用为4 000元/t。经计算，每天可减少委外处置费用3 100元/d，减去每天201元/d的运行费用，每天可节约2 899元，214个工作日后即相当于全部收回该改造项目的投资成本。考虑折旧和维修所需费用，采用叠螺脱水机脱水+低温干化机干化处理该含油污泥每年可节约费用约80万元，产生了显著的经济效益。

9 结语

（1）采用叠螺脱水机+低温干化机处理含油污泥是可行、可靠、稳定的，解决了企业含油污泥处理难的问题。

（2）可有效减少含油污泥量。改用叠螺脱水机+低温干化机处理该含油污泥后，每天需委外的处置量从900 kg减少到125 kg。

（3）取得了良好的经济效益。运行214个工作日后节约的费用即相当于全部收回该改造项目投资成本。每年可节约含油污泥处置费用约80万元。

（4）实现了全自动化运行，极大地降低了操作人员的劳动强度。