Máy khử nước bùn: Loại, nguyên lý làm việc và hướng dẫn lựa chọn

Thật là một Máy khử nước bùn Có và Tại sao Nó Quan trọng

Máy khử nước bùn làm giảm hàm lượng nước trong bùn được tạo ra từ quá trình xử lý nước thải, quy trình công nghiệp và hệ thống đô thị - chuyển đổi bùn có thể bơm thành bánh bán rắn có thể vận chuyển, chôn lấp, ủ phân hoặc đốt với một phần chi phí xử lý bùn lỏng. Mục tiêu cốt lõi là giảm tổng khối lượng bùn càng nhiều càng tốt, vì hàm lượng nước thường chiếm 95–99% bùn thô tính theo trọng lượng trước khi khử nước.

Giảm khối lượng bùn trực tiếp làm giảm chi phí xử lý ở hạ lưu. Một nhà máy xử lý nước thải đô thị sản xuất 10.000 tấn bùn mỗi năm ở độ ẩm 97% có thể giảm khối lượng đó xuống dưới 1.500 tấn bánh ở độ ẩm 75% - cắt giảm vận chuyển, phí đổ rác và mức tiêu thụ nhiên liệu đốt hơn 80%. Động lực kinh tế này là lý do tại sao thiết bị khử nước là một trong những khoản đầu tư vốn có ROI cao nhất vào cơ sở hạ tầng quản lý bùn.

Các máy này hoạt động trong các lĩnh vực xử lý nước thải đô thị, sản xuất thực phẩm và đồ uống, nhà máy giấy và bột giấy, quản lý chất thải khai thác, sản xuất dược phẩm và xử lý hóa chất - bất cứ nơi nào cần tách chất lỏng rắn ở quy mô lớn.

Các loại máy khử nước bùn chính

Một số công nghệ khử nước đang được sử dụng tích cực, mỗi công nghệ hoạt động theo nguyên lý vật lý khác nhau và phù hợp với các loại bùn khác nhau, yêu cầu về công suất và mục tiêu làm khô bánh cuối cùng.

Máy ép lọc đai

Máy ép lọc đai sử dụng hai đai xốp chuyển động liên tục để kẹp bùn đã điều hòa và ép dần dần qua một loạt con lăn có đường kính giảm dần. Quá trình này có ba vùng: thoát nước trọng lực, nơi nước tự do rơi qua vành đai phía dưới; một vùng hình nêm, nơi các đai hội tụ và bắt đầu tạo áp lực; và vùng áp suất, nơi bùn đi qua các cấu hình con lăn hình chữ S áp dụng lực cắt và lực nén đồng thời. Độ khô của bánh thường đạt 18–25% chất rắn khô đối với chất rắn sinh học đô thị. Máy ép đai rất phù hợp với hoạt động liên tục với khối lượng lớn và tiêu thụ năng lượng tương đối thấp, nhưng cần lượng nước rửa đáng kể để giữ cho đai sạch và rất nhạy cảm với bùn dạng sợi hoặc mài mòn làm tăng tốc độ mòn của đai.

Máy ly tâm

Máy ly tâm sử dụng tốc độ quay cao - thường 2.000–4.000 vòng/phút , tạo ra lực ly tâm 1.500–3.000 × g - để tăng tốc độ lắng. Bùn được đưa vào thùng quay nằm ngang; các chất rắn nặng hơn di chuyển đến thành bát và liên tục được chuyển đến cổng xả bằng một băng tải trục vít bên trong quay với tốc độ hơi khác một chút (tốc độ vi sai). Phần trung tâm đã được làm rõ sẽ thoát ra từ đầu đối diện. Máy ly tâm đạt được độ khô bánh cao hơn so với máy ép đai ở nhiều loại bùn — 22–30% chất rắn khô cho chất rắn sinh học được tiêu hóa — và xử lý tốt nồng độ thức ăn thay đổi. Chúng nhỏ gọn so với thông lượng, được bao bọc hoàn toàn (quan trọng đối với việc kiểm soát mùi) và cần ít sự chú ý của người vận hành nhưng có mức tiêu thụ năng lượng cao hơn và bảo trì phức tạp hơn so với các hệ thống dựa trên dây đai.

Máy ép trục vít

Máy ép trục vít đưa bùn vào một giỏ sàng hình trụ, qua đó một trục vít xoắn ốc quay chậm - thường ở tốc độ 2–5 vòng/phút . Khi bùn di chuyển dọc theo trục vít, bước giảm và áp suất ngược tăng lên, nén bùn vào tấm cản hình nón. Lọc thoát nước liên tục qua màn hình. Máy ép trục vít hoạt động ở tốc độ quay rất thấp, giúp giảm tiếng ồn, tiêu thụ năng lượng thấp và mài mòn tối thiểu. Chúng ngày càng được ưa chuộng để lắp đặt ở quy mô vừa và nhỏ - đặc biệt là trong chế biến thực phẩm, nhà máy giấy và nhà máy xử lý bao bì - nơi tính đơn giản và chi phí vận hành thấp vượt trội hơn so với máy ly tâm.

Máy ép lọc (Tấm và Khung)

Máy ép lọc là một máy hoạt động theo mẻ bao gồm một loạt các tấm polypropylen lõm được gắn với vải lọc. Bùn được bơm vào các khoang giữa các tấm ở áp suất tăng dần - lên đến 15–16 thanh trong các phiên bản màng áp suất cao - buộc dịch lọc qua vải trong khi chất rắn tích tụ thành bánh. Khi các ngăn đã đầy, máy ép sẽ tự động mở ra và bánh sẽ rơi ra khỏi đĩa. Máy ép lọc đạt được độ khô bánh cao nhất so với bất kỳ công nghệ khử nước nào - có thể đạt được 35–50% chất rắn khô với thiết kế tấm màng - khiến chúng trở thành lựa chọn ưu tiên khi sấy nhiệt hoặc đốt ở hạ lưu yêu cầu độ ẩm tối thiểu. Chu kỳ theo mẻ và nhu cầu giặt và bảo trì vải là những sự cân bằng trong hoạt động chính.

Vai trò của điều hòa hóa học trong hiệu suất khử nước

Hầu như tất cả các máy khử nước cơ học đều hoạt động tốt hơn đáng kể khi bùn đã được xử lý hóa học trước đó. Bùn thô - đặc biệt là bùn hoạt tính từ quá trình xử lý sinh học - bao gồm các hạt keo mịn có điện tích bề mặt âm mạnh đẩy nhau và giữ nước trong một ma trận giống như gel ổn định. Nếu không được điều hòa, các hạt sẽ đi qua vật liệu lọc và nước liên kết không thể được loại bỏ một cách cơ học.

Chất keo tụ polyme - phổ biến nhất là polyacrylamide cation - được định lượng vào đường dẫn bùn phía thượng nguồn của máy khử nước. Polyme trung hòa điện tích bề mặt trên các hạt bùn, cho phép chúng kết tụ thành các khối lớn hơn giải phóng nước liên kết và được giữ lại bởi môi trường lọc. Liều polyme thường dao động từ 4 đến 12 kg polyme hoạt tính trên mỗi tấn chất rắn khô , tùy thuộc vào nguồn gốc bùn, hàm lượng chất rắn dễ bay hơi và công nghệ khử nước được sử dụng.

Tối ưu hóa điều hòa là một trong những đòn bẩy tiết kiệm chi phí nhất dành cho người vận hành nhà máy. Liều lượng thấp khiến bánh khô dưới mức tiềm năng; dùng quá liều sẽ gây lãng phí polyme và có thể tạo ra bánh dính làm suy giảm khả năng phóng điện của dây đai hoặc vít. Thử nghiệm bình và thử nghiệm khử nước thí điểm với các polyme ứng cử viên nên thực hiện trước bất kỳ quá trình lắp đặt quy mô đầy đủ nào để thiết lập đường cong phản ứng liều lượng tối ưu cho loại bùn cụ thể đang được xử lý.

Các thông số hiệu suất chính cần chỉ định và đo lường

Việc lựa chọn và đánh giá máy khử nước bùn đòi hỏi phải có sự rõ ràng về bộ số liệu hiệu suất cốt lõi. Các thông số này xác định xem máy có đáp ứng nhiệm vụ quy trình hay không và phải được chỉ định trong hợp đồng cho bất kỳ hoạt động mua sắm vốn nào.

• Hàm lượng chất khô dạng bánh (%DS): Phần trăm chất rắn trong bánh đã tách nước theo khối lượng. %DS cao hơn có nghĩa là trọng lượng và khối lượng bánh cần xử lý thấp hơn. Các giá trị mục tiêu phụ thuộc vào quy trình tiếp theo - bãi chôn lấp thường yêu cầu >20% DS, đồng đốt thường yêu cầu >25% DS và một số hoạt động ủ phân chấp nhận 18–22% DS.
• Tỷ lệ thu giữ chất rắn (%): Tỷ lệ phần trăm chất rắn thu vào kết thúc ở dạng bánh chứ không phải ở phần cô đặc hoặc dịch lọc. Giá trị dưới 90–95% cho thấy tổn thất chất rắn quá mức đối với dòng hồi lưu, làm tăng tải cho quá trình xử lý ngược dòng. Bùn được xử lý tốt trên máy ly tâm vận hành đúng cách sẽ đạt được hiệu suất thu giữ là 95–98%.
• Công suất (kg DS/giờ): Khối lượng chất rắn khô được xử lý đồng thời trong một giờ ở tốc độ thu giữ và độ khô bánh quy định. Đây là cơ sở thiết kế để xác định kích thước thiết bị và phải phản ánh lượng bùn thải ra cao nhất chứ không phải tải trọng trung bình.
• Tiêu thụ polyme (kg polyme/tấn DS): Một trình điều khiển chi phí hoạt động trực tiếp. Nên đo trong điều kiện trạng thái ổn định ở công suất định mức, không phải trong điều kiện phòng thí nghiệm thuận lợi.
• Tiêu thụ năng lượng (kWh/tấn DS): Đặc biệt quan trọng đối với máy ly tâm và máy ép lọc áp suất cao. Chi phí năng lượng trong vòng đời có thể vượt quá chi phí vốn trong vòng đời máy 15–20 năm.

Cách chọn máy khử nước phù hợp cho ứng dụng của bạn

Không có công nghệ khử nước nào là tối ưu cho tất cả các loại bùn và bối cảnh hoạt động. Việc lựa chọn phải được thúc đẩy bởi sự đánh giá có cấu trúc của các yếu tố sau.

Đặc tính bùn

Nguồn gốc bùn xác định khả năng khử nước. Bùn sơ cấp (chất rắn thô lắng) tách nước dễ dàng hơn bùn hoạt tính (sinh học), do đó bùn hoạt tính (sinh học) tách nước dễ dàng hơn so với bùn phân hủy hỗn hợp có chất rắn dễ bay hơi cao. Bùn công nghiệp rất khác nhau - bùn dầu từ các quá trình hóa dầu, bùn sợi từ nhà máy giấy và bùn vô cơ từ chất thải khai thác mỏ đều hoạt động khác nhau dưới áp suất cơ học và lực ly tâm. Các thử nghiệm khử nước ở quy mô bàn thí nghiệm trên các mẫu bùn đại diện là rất cần thiết trước khi hoàn tất việc lựa chọn thiết bị.

Độ khô bánh cần thiết

Nếu có kế hoạch sấy khô bằng nhiệt hoặc đồng đốt ở hạ lưu, việc tối đa hóa độ khô của bánh sẽ mang lại lợi ích trực tiếp về chi phí nhiên liệu - cứ tăng 1% lượng bánh DS sẽ làm giảm năng lượng sấy khoảng 2–3% . Trong trường hợp này, vốn và chi phí vận hành cao hơn của máy ép màng lọc có thể hoàn toàn hợp lý. Khi bùn đi vào đất nông nghiệp để rải hoặc ủ phân ở các mục tiêu có độ khô thấp hơn, máy ép trục vít hoặc máy ép đai có thể mang lại hiệu suất phù hợp với chi phí thấp hơn.

Các ràng buộc về dấu chân và cài đặt có sẵn

Máy ly tâm và máy ép trục vít có kích thước nhỏ gọn và rất phù hợp với việc lắp đặt trong container hoặc mô-đun. Máy ép lọc đai đòi hỏi nhiều diện tích sàn và khoảng trống phía trên cho hệ thống rửa và theo dõi đai. Máy ép lọc có số lượng tấm lớn có thể có chiều dài đáng kể - lên tới 15–20 mét đối với các thiết bị có công suất cao - và yêu cầu khả năng chịu tải kết cấu đáng kể trên sàn tòa nhà.

Kỹ năng vận hành và năng lực bảo trì

Máy ly tâm và máy ép lọc có yêu cầu bảo trì phức tạp hơn máy ép trục vít hoặc máy ép đai. Các địa điểm có số lượng nhân viên bảo trì hạn chế hoặc các địa điểm ở xa được hưởng lợi từ sự đơn giản và mạnh mẽ của công nghệ máy ép trục vít tốc độ chậm, có ít bộ phận hao mòn hơn và không yêu cầu cân bằng chính xác hoặc bảo trì vòng bi tốc độ cao.