Tomo-e高效型离心脱水机及采用2液添加法时脱水污泥的特性与实例

巴工业株式会社 平松达生

1．前言

　　伴随着下水道普及率的提高、深度处理的采用，下水处理厂中的污泥发生量逐渐增加，因此，污泥处理的负担越来越大。污泥处理的目的在于使污泥减量化、稳定化和固体化，脱水可以大幅度减少容量，而使污泥固体化则是污泥处理中的中心任务。
　　所谓污泥的有效处理，就是在脱水过程中充分降低滤饼含水率，这对以后的处理是非常重要的。本文将介绍最近开发的降低脱水滤饼含水率的脱水设备Tomo-e高效型离心脱水机及采用2液添加法（添加两种絮凝剂的方法）进行污泥脱水的情况。

2．污泥用脱水机

　　用于污泥脱水的脱水机有真空脱水机、加压脱水机、带压脱水机和离心脱水机。前三种脱水机均为用滤布进行过滤的脱水机，真空脱水机利用减压而形成的吸引力进行脱水，加压脱水机利用挤压力进行脱水，带压脱水机利用重力和挤压力进行脱水。而离心脱水机则利用离心力进行脱水。
　　在对污泥进行机械脱水时，为了使污泥粒子絮凝化，需使用絮凝剂，絮凝剂有无机絮凝剂和高分子絮凝剂。真空脱水机、加压脱水机使用无机絮凝剂（氯化铁+石灰），带压脱水机和离心脱水机使用高分子絮凝剂。近年来，由于下列理由，使用高分子絮凝剂的带压脱水机和离心脱水机被大量采用。
　　1）脱水滤饼量几乎没有因添加絮凝剂而增加，最终处理负担小。
　　2）加药设备体积小，构造简单。
　　3）脱水滤饼发热量高，有利于后工段的焚烧。
　　4）消石灰引起的滤液配管、滤布的堵塞少。
　　在使用高分子絮凝剂的带压脱水机和离心脱水机中，最近，由于下列原因，离心脱水机受到了好评，被许多污水处理厂采用。
可以自动化，维修管理简便。
　　1）结构紧凑，占地面积小。
　　2）可以实现大型化，单台处理量大。
　　3）密闭的构造，气味小。

3．高效型离心脱水机

　　由于深度处理的采用等， 脱水性差的污泥逐渐增加，考虑到脱水滤饼焚烧等后处理工段，应进一步降低滤饼的含水率。在原来的离心脱水机的基础上，以进一步降低滤饼含水率为目的，开发了高效型离心脱水机。
　　高效型离心脱水机的外观见照片1，脱水机构造图见图1。高效型离心脱水机的分离液层比原来的离心机的薄，污泥层比原来的厚。因此，加大了转鼓内的固结力，并且延长了污泥的滞留时间。

　　由于积蓄在转固内的污泥量增加，螺旋输送器间的挤压力增大，并且由于圆锥部的倾斜度比原来的大，因此滑动的剪切力加强。另外，离心力也比原来的有所增加。
　　加药方式采用了本公司独自的技术絮凝管方式。絮凝管方式见图2。污泥供给管由双重管构成，高分子絮凝剂和污泥通过不同的管路被送入转鼓内，在进入离心力场的时候，污泥和高分子絮凝剂发生冲撞，进行反应，从而能够有效地形成絮凝团。

　　在运转控制当中，有图3所示的微小差速控制及自动扭矩控制。微小差速控制就是以0.1转的精度控制差速，差速最小可以调控到1转，能够使污泥的输送速度比原来的离心机慢。而自动扭矩控制，通过将污泥输送扭矩控制在一定数值，这样可以将滤饼含水率维持在目的值。

　　如图4所示，高效型离心脱水机设有将螺旋输送器输送固体时发生的能量作为电力进行回收的电力回收装置，采取了节能对策。

　　作为螺旋输送器叶片外缘的耐磨对策，巴工业采用了独自开发的支撑板方式，在外缘上安装了高硬度的烧结碳化钨瓷片，以防止磨损。

4．2液添加法

　　除只添加阳离子聚合物的加药方式以外，作为最近的技术，还有同时添加无机絮凝剂和两性聚合物的2液添加法。两性聚合物就是同时具有阳离子性和阴离子性的聚合物，有在同一分子内具有阳离子基和阴离子基的分子内两性聚合物及调配离子性不同的聚合物而形成的两性聚合物。
　　2液添加法的基本原理如下。向污泥中添加PAC和聚氯化铁这样的无机絮凝剂，彻底进行粘性物质的电荷中和。但是，由于电荷中和使液体中的阴离子物质消失，因此，阳离子聚合物的絮凝效果不良。而两性聚合物的阴离子基替代液体中的阴离子物质，可以形成致密、较大的难以破碎的絮凝团。因此，采用2液添加法进行调质比单独使用阳离子聚合物进行调质更能降低滤饼含水率。

5．高效型离心脱水机与原来型离心脱水机的比较

　　高效型离心脱水机与原来型离心脱水机的处理性能比较见表1。高效型和原来型的处理量都是标准处理量。高效型的离心力为2,000～2,500G，原来型的离心力为1,800～3,500G,平均起来其离心力基本相同。

高效型与原来型的处理性能 表1

处理场 处理场1 处理场2 处理场3 处理场4 污泥种类 混合生污泥 混合生污泥 混合生污泥 消化污泥 混合生污泥 脱水机 高效型 原来型 高效型 原来型 高效型 原来型 高效型 原来型 高效型 原来型 标准处理量（m³/h） 2.5 3.0 2.5 3.0 2.5 1.0 4 4 4 4 离心力（G） 2,100 1,800 2,100 2,300 2,500 3,500 2,000 2,000 2,000 2,000 差速（rpm） 2 6 1 6 1 7 2 5 3 5 加药率（%） 0.4 0.4 1.03 0.82 0.74 0.8 1.05 1.41 0.9 0.99 滤饼含水率（%） 76.2 80.2 78.0 83.3 72.8 80.0 76.0 81.3 76.8 79.9

　　高效型的差速为1～3rpm , 原来型的差速为5～8rpm , 高效型的差速较小。这是由于采用了微小差速控制装置，可以将差速控制得很小。在不同的处理场，加药率存在着差别，但在同一个处理场，高效型和原来型的数值基本相同。关于滤饼含水率，高效型比原来型降低了3.1～7.2%（平均为5.0%）。
　　因此，将高效型和原来型进行比较，虽然离心力和加药率基本相同，但高效型的滤饼含水率能够降低5%左右。
　　高效型的离心力可以比原来型的大一些， 但在对下水污泥进行离心脱水时，一般离心力控制在2000G左右比较适当，提高离心力不一定能够降低滤饼含水率。

6．高效型离心脱水机与带压脱水机的比较

　　用高效型离心脱水机（标准处理量50m³/h）和带压脱水机（滤布宽3m）对处理场5的混合生污泥进行脱水时，高效型的加药率为0.51%，带压的加药率为0.50%，基本相同，但滤饼含水率不同，高效型脱水机为74.6%，带压脱水机为77.4%，高效型脱水机低3%左右。
　　用高效型离心脱水机（标准处理量30m³/h）和带压脱水机（滤布宽3m）对处理场6的混合生污泥进行脱水时，高效型离心脱水机和带压脱水机的加药率均为0.8～1.0%，但滤饼含水率不同，高效型离心脱水机为75～77%，带压脱水机为79～81%，高效型离心脱水机的滤饼含水率低约4%。

7．高效型离心脱水机的运转状况

　　在处理场6的约1年期间的供给污泥浓度和滤饼含水率的变化如图5所示。供给污泥的浓度为3.8～4.9%，滤饼含水率为74.7～79.0%（平均为76.5%）。

4月 5月 6月 7月 8月 9月 10月 11月 12月 1月 2月 3月 滤饼含水率（％） 74.9 76.5 76 76.2 76 78.9 78.2 79 76 76 75.8 75 供给污泥浓度（％） 5 4.5 4.5 4 4.2 3.8 3.8 4.2 4 3.9 4.5 3.8

8．2液添加法的效果

　　2液添加法是在污泥供给管途中添加无机絮凝剂（PAC、聚氯化铁）之后，通过絮凝管方式（机内加药）添加两性聚合物的方法。下面介绍采用2液添加法给离心脱水机的处理性能带来的效果。
　　（1） 滤饼含水率
　　1液添加法和2液添加法时的运转状况见表2。溢流堰的号码越小，液体深度越浅。高效型离心脱水机和原来型离心脱水机在采用2液添加法时，滤饼含水率均有所降低。

1液加药方式和2液添加法 表2

处理场 处理场7 处理场8 处理场9 处理场10 污泥种类 消化污泥 混合生污泥 混合生污泥 混合生污泥 脱水机 原来型 原来型 高效型 高效型 加药方式 1液 2液 1液 2液 1液 2液 1液 2液 离心力（G） 2,100 2,100 2,100 2,100 2,100 2,100 2,100 2,100 溢流堰号码（-） 6．1/2 6．1/2 7．4/1 7．4/1 7 6．2/1 7 7 差速（rpm） 3 2 4 3 2 1.5 3 2 高分子加药率（%） 1.02 1.47 1.51 1.48 0．67 0.72 0.92 0.90 无机加药率（%） - 33 - 38 - 18 - 9 滤饼含水率（%） 78.5 75.1 84.3 81.2 79.1 77.4 77.5 75.0

　　在处理场7，采用1液添加法和2液添加法时的溢流堰是一样的，而采用2液添加法时，差速从3rpm减小为2rpm。差速越小滤饼含水率越低，但如果差速太小，使积蓄在转鼓内的固体量增加，不久会发生固体流到分离液中去的携带现象。因此，发生携带现象前的差速是降低滤饼含水率的最佳差速。在处理场7，采用2液添加法比采用1液添加法时的差速小，这是由于上面讲的2液添加法能够形成致密、强固的巨大絮凝团的缘故。处理场8和10也是由于与处理场7相同的理由，采用2液添加法时的差速降低了1rpm。
　　在处理场9，采用2液添加法时的差速比采用1液添加法时的差速小，从2rpm降低为1.5rpm，而溢流堰从7变成了6.1/2，稍浅了一些。溢流堰越浅，滤饼含水率越低，但如果溢流堰太浅，转鼓内的固体积蓄的有效容积会减少，与差速太小时的情况相同，也会产生固体流到分离液中去的携带现象。因此，也有必要将溢流堰设定在不发生携带现象的范围内。在处理场9，采取2液添加法时之所以能够将溢流堰设定得浅一些，是由于2液添加法提高了污泥的脱水性，固体在转鼓内所占的体积减小，螺旋输送器对固体的输送性提高所致。
　　通过添加两种药液，致使滤饼含水率下降，这是由于絮凝团变得致密、强固以后，絮凝团内含水量减少，污泥粒子和水的分离变得容易所致。不过，除此之外，在利用离心脱水机进行污泥脱水时，2液添加法之所以产生良好的效果，可以说是由于添加两种药液后所形成的絮凝团能够适应将溢流堰和差速按照降低滤饼含水率的需要进行设定。从这种观点来讲，高效型离心脱水机的有利之处在于设有微小差速控制装置，能够将差速调控到1 rpm。
　　（2）磷去除率
　　由于添加无机絮凝剂（PAC、聚氯化铁），污泥中的磷根据下式形成不溶性的磷酸二铁和磷酸铝，在脱水滤饼中被固定化。
　　　　PO₄^3- + Fe³⁺ → FePO₄
　　　　PO₄^3- + Al³⁺ → AlPO₄
　　因此，由于采用同时使用无机絮凝剂的2液添加法，一般脱水工程中的磷的去除率都非常高，达到了95%以上。
　　（3）臭气的减少
　　由于聚氯化铁中的副铁离子的作用，恶臭的主成分硫化氢、甲基硫醇根据下式，在脱水滤饼中被固定化。因PAC中的铝离子的作用而产生的Al₂S₃、(CH₃S)Al的溶解度很高，在滤饼中不能固定化。
　　　　3H₂S + 2Fe³⁺ → Fe₂S₃ + 6H⁺
　　　　3CH₃SH + Fe³⁺→ (CH₃S)³Fe + 3H⁺
　　因此，采用同时使用聚氯化铁的2液添加法，能够使臭气减少。
　　上面介绍了同时使用无机絮凝剂的各种效果，但由于添加无机絮凝剂，将会使污泥和分离液的PH值下降。因而有必要考虑机械本体和附属设备的材质。

9．经济性

　　高效型离心脱水机与原来型离心脱水机比较，脱水机价格高一些，并且原来型的维修管理费略低一些， 但两者基本没有什么差别。将折旧费和维修管理费综合起来进行比较，高效型的价格高一些。不过，根据计算结果，考虑到后工段的焚烧、填埋，由于高效型能够降低脱水滤饼含水率，这样助燃剂费和运输费将会减少，综合经济评价的结果是有利的。
　　2液添加法比1液添加法增加了无机絮凝剂的成本费用。无机絮凝剂的加药率为10~40%，根据不同的污泥略有差异，无法规定固定的比率。采用2液添加法，能够降低滤饼含水率。基于上述情况，应该对在后工段中减少的助燃剂费、运输费与无机絮凝剂的费用进行经济性的研究。

10．结束语

　　在污泥脱水重要性的提高、可望技术进步的形势下，巴工业成功地开发了高效型离心脱水机和2液添加法两项新的技术。为了最大限度降低滤饼含水率，同时采用高效型离心脱水机和2液添加法是最有效的。不过，应该首先考虑整个工艺的最佳含水率和经济性等，然后再作决定。
　　从上面介绍的新技术可以看出， 巴工业在设备的硬件方面和调质的软件方面，从不同的侧面进行了开发。不过，机械构造和调质常常有着因果关系。今后，综合考虑硬件和软件方面的问题，进一步进行污泥脱水领域的技术开发。

（杨绍清译）