环保设备原理与设计--§41排泥设备及其设计(XXXX版

©BIPT环保设备原理与设计多媒体教案陈家庆教授©BIPT第四章污泥集运、处理技术与设备§4.1排泥设备及其设计§4.2污泥输送设备§4.3污泥浓缩设备§4.4污泥消化稳定设备§4.5污泥机械脱水设备§4.6污泥热干化与焚烧设备©BIPTNO.20讲授提纲§4.1排泥设备及其设计2014/1/3©BIPT〇、本章引言一、平流式沉淀池用行车式吸泥机二、平流式沉淀池用刮泥机(行车式提耙刮泥机、链条牵引式刮泥机)三、中心传动刮(吸)泥机(垂架式中心传动刮泥机、悬挂式中心传动刮泥机、垂架式中心传动吸泥机)四、周边传动刮(吸)泥机(周边传动刮泥机、周边传动吸泥机)本节内容提要©BIPT来源处理目的栅渣、沉砂池沉渣化学污泥初沉污泥、二沉污泥腐殖污泥(生物膜法)富含有机物，容易腐化、破坏环境，必须妥善处置降低含水率，使其变流态为固态，同时减少数量(减量化)；稳定有机物，使其不易腐化，避免对环境造成二次污染(无害化)。城市污水处理厂所产生污泥量通常占污水处理量的0.3%～0.5%(体积)或者约为污水处理量的1%～2%(质量)，含水率为99.2%左右。©BIPT污泥是污水处理的副产品，是一种由有机残叶、细菌菌体、无机颗粒、胶体等组成的极其复杂的非均质体，按其来源可分为初沉污泥、二沉池剩余污泥(好氧活性污泥法)、腐殖污泥(生物膜法)、厌氧污泥和化学污泥等。污泥量通常占污水处理量的0.3%～0.5%(体积)或者约为污水处理量的1%～2%(质量)；如果属于深度处理，污泥量会增加0.5～1倍。污水处理效率的提高，必然导致污泥数量的增加。按照当前较为明确规范的定义，污泥处理(sludgehandlingorsludgetreatment)是指，污泥经过单元工艺组合处理，达到“减量化、稳定化、无害化”目的的全过程；污泥处置(sludgedisposal)是指，将处理后的污泥弃置于自然环境中(地面、地下、水中)或再利用，能够达到长期稳定并对生态环境无不良影响的最终消纳方式。©BIPT©BIPT20世纪60年代，由于我国污水处理厂较少且处理量不大，污泥量不多且成分简单，可简单处理作为农肥。从20世纪80年代至21世纪初期，我国城市污水处理事业获得了跳跃性发展，但这一时期污水处理事业的重点主要集中在城市污水厂的建设上，未能对污泥处理处置进行详细的规划和设计。污泥的有机质、氮/磷/钾都高于动物粪便©BIPT2009年2月，国家住房和城乡建设部、国家环境保护部、国家科学技术部等三部联合发布《城镇污水处理厂污泥处理处置及污染防治技术政策》。2010年3月，国家环境保护部制定了国家环境保护标准《城镇污水处理厂污泥处理处置技术规范》(征求意见稿)。2000年5月，建设部、环境保护总局、科技部等三部委联合出台《城市污水处理及污染防治技术政策》。2002年12月，国家环保总局颁布《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002），除了规定出水水质标准之外，还对污泥脱水、污泥稳定提出了控制指标，对农用污泥中的重金属和有机污染物提出了限值。但对污泥稳定化指标缺乏测试手段相配合，从而实际上无法检验，对上游污染源的重金属污染物排放缺乏有效的管理。©BIPT北京大兴庞各庄污泥消纳场工程是与北京高碑店50万t污水处理厂配套的国债项目，采用SACT-A污泥堆肥系统──污泥高温好氧发酵/堆肥处理技术。日处理脱水污泥300t(其中一期、二期各150t)，年产有机肥30000t。项目一期2002年投入使用，二期2006年投入使用。污泥高温好氧发酵是指污泥在人工控制条件下，通过调节原料的水分、氧气含量和温度变化，利用好氧微生物的发酵作用，使污泥达到稳定化、无害化和减量化的过程。稳定化指污泥中的有机物在微生物的作用下，分解转化为稳定的腐殖质的过程；无害化指随着发酵反应的进行，堆体温度上升到60℃左右并保持一定时间，致使堆体中的大量病原菌和寄生虫卵死亡，同时消除臭味的过程；减量化指污泥原料中的水分随着温度的上升被蒸发，部分有机物被分解，使堆体体积减小、重量减轻的过程。污泥高温好氧发酵后的产品，可用于土壤改良、园林绿化、垃圾填埋覆盖土等。工程案例©BIPT2009年6月，国家科技部组织启动了863计划资源环境技术领域重点项目“城市污水处理厂污泥处理与安全处置关键技术与设备”，财政专项经费控制额为3000万元。旨在针对我国当前城市污水处理厂污泥处理处置难题，重点研发污泥高效脱水、厌氧消化、污泥热解、安全堆肥的关键技术及设备，形成4套适合国情的城市污泥处理处置单元技术系统，并通过优化集成进行工程示范，为污泥处理处置及其产业化发展提供技术支撑。城市污泥高效脱水关键设备和工艺研发及示范(850万元+配套850万元)城市污泥分级分相厌氧消化组合技术研发及工程示范(650万元+配套650万元)城市污泥热解处置技术及设备(850万元+配套850万元)城市污泥高效生物堆肥与农林业安全利用技术设备研制及示范(650万元+配套650万元)科技动态©BIPT2010年10月北京首大环保工程有限公司、浙江绿治污泥处理技术有限公司与淮南首创水务有限责任公司成功签约淮南市第一污水厂污泥深化处理项目。淮南市第一污水处理厂主要处理淮南市城区东部的居民生活污水，污水处理规模为10万t/d，每天产生污泥100t。该污泥处理项目将污水处理厂缓冲池内的含水率约96%左右的污泥输送至污泥调质池内，对污泥进行调理改性，然后再通过隔膜压滤机压榨至含水率60%以下，实现污泥的减量化和无害化。=175&act=8工程案例©BIPT但总体来看，由于处理工艺不完善、处理技术单一、装备水平落后，污水处理厂即使对污泥进行了浓缩脱水处理，含水率也往往达不到要求，不但增加了运输难度，而且对运输路线周边环境带来威胁，更给后续污泥处置带来了极大不便。近些年来，污泥问题日益受到国家各部委和各大城市的重视，污泥处理处置方式正日趋朝多元化发展。2009年2月，国家住房和城乡建设部、国家环境保护部、国家科学技术部等三部联合发布《城镇污水处理厂污泥处理处置及污染防治技术政策》。2010年3月，国家环境保护部制定了国家环境保护标准《城镇污水处理厂污泥处理处置技术规范》(征求意见稿)。©BIPT2012年4月，国务院办公厅正式发布了《全国城镇污水处理及再生利用设施建设规划(2011～2015年)》，明确指出要按照“安全环保、节能省地、循环利用、经济合理”的原则，加快污泥处理处置设施建设，全国规划建设城镇污泥处理处置规模518万t/年。“十二五”期间，全国污水处理量大幅上升、污泥无害化处理率从不足10％提升至50％，将导致污泥处理需求大增。按照当前的污泥无害化处理率计算，全国污泥处理量将从223万t年上升至1829万t/年，增长空间高达720％。但我国即使在“十一五”期间，污水处理与污泥处理的投资比也只有1:0.4；国外大型污水处理厂在采用消化、机械脱水的情况下，污水处理与污泥处理的投资比约1:1.7。环保界未来必须给予重视©BIPT污泥预处理污染防治系统包括收集系统、浓缩系统、消化稳定系统、脱水系统、存储与输送系统、计量系统及相关辅助设施等。©BIPT显然，在污泥收集、污泥输送、污泥浓缩、污泥消化、污泥脱水、污泥热干化、污泥焚烧等诸多工艺单元中，污泥收集是第一步！©BIPT及时地收集并排除沉于反应器底部的污泥以便污泥回流或进一步脱水处理，是使各种生化或化学反应器正常工作，保证出水水质的一项重要措施。常用的排泥方式可分为机械排泥和静压排泥两大类。静压排泥主要靠反应器的净水压力来排除池底污泥。多斗式平流式沉淀池不用机械刮泥设备，每个贮泥斗单独设排泥管，各自独立靠净水压力排泥，能够互不干扰，保证沉淀浓度。机械排泥如下表：©BIPT©BIPT©BIPT一、平流式沉淀池用行车式吸泥机行车式吸泥机适用平流式(矩形)沉淀池的池宽一般不超过30m，主要由行车钢结构(行车架)、驱动机构(包括车轮、钢轨及端头立柱)、吸排泥系统、配电及行程控制装置等组成。可边行走边吸泥，并依据泥量的多少来确定排泥次数，排泥效率高，操作方便。©BIPT©BIPT1234©BIPT1.1行车钢机构吸泥机的行车架为钢结构，由主梁、端梁、水平桁架及其他构件焊接而成。主梁通常分为型钢梁、板式梁、箱式梁、L形梁和组合梁等5种。主梁在设计时有一定的上拱度，要承受钢架自重以及驱动机构等设备的重量。对主梁需要应用材料力学的知识进行梁的强度/刚度计算以及桁架的内力计算。©BIPT吸泥机行车的车轮跨距L与主从动轮距B应根据矩形沉淀池的池宽来确定，池宽L池为8~30m；行车的车轮跨距L应比池宽L池大400～600mm，即单边各大200～300mm。主从动轮轮距B与跨距L之比为B/L=1/8～1/6，跨距较小时通常可取较大的比值，跨距较大时应取小的比值。©BIPT1.2驱动机构及功率计算(1)驱动方式行车驱动机构指的是行车车轮的驱动，其驱动方式一般有分别驱动(双边驱动)和集中驱动(长轴驱动)两种。集中驱动在行车式吸泥机中应用得较为普遍．通常由电动机、减速器、传动长轴、轴承座和联轴器等组成。驱动机构传递的扭矩应位于长轴的跨中位置，以保证两侧驱动轴的扭转角相同，避免车轮走偏。传动长轴轴径、轴承间距的确定主要是根据许用扭转角来进行计算。分别驱动是行车两侧的驱动轮分别由独立的驱动装置驱动，两侧驱动装置均以相同的机件组成，并且要求同步运行；一般在行车跨距较大或者行驶阻力较大时采用。©BIPT吸泥机行车的车轮踏面可采用圆柱形双轮缘铸钢车轮或铁芯实心橡胶车轮两种类型。使用有轮缘的铸钢车轮时，应同时配置钢轨。轮缘的作用是导向和防止脱轨，使用单轮缘车轮时，当两侧车轮运行不同步，它可起到自动调整的安全保护作用。铸钢车轮的直径按车轮的工作轮压来计算。使用无轮缘实心橡胶轮时，应在吸泥机行车两侧的前、后设置水平橡胶靠轮，沿池壁滚动时起到限位导向作用。实心胶轮有压配式、螺栓连接式和固定式三种。©BIPT(2)设计计算设计计算包括驱动功率的确定、吸泥机行车倾覆力矩的确定、驱动车轮打滑验算等。驱动功率的确定应按吸泥机在工作时所受的各项阻力来计算，如齿轮行驶阻力P驶、道面坡度阻力P坡、风压阻力P风、集泥阻力P泥、水下拖曳阻力P曳等。行车式吸泥机在工作时，由于受到污泥的阻力，对吸泥机行车产生倾覆力矩，因此由吸泥机重力对前进车轮作为支点而产生的力矩必须大于倾覆力矩，才能保证吸泥机行车不致倾覆。©BIPT吸泥机的行驶靠驱动车轮与轨道之间的粘着力工作。运行的条件必须是使驱动轮的驱动力小于粘着力，如果铸钢车轮与钢轨间或胶轮与混凝土面间的粘着力不够时，则出现驱动轮的打滑现象。因此，当粘着力不足时，应在车轮承压条件许可的前提下增加压重，或采取其他增加阻力系数的措施。驱动轮打滑验算工况，应在吸泥机自重不受外来荷载，而且处于驱动阻力最大的条件下计算。对主梁需要应用材料力学的知识进行强度/刚度计算以及桁架的内力计算，计算载荷原则上按照静荷载考虑，其中钢架结构自重为均布静荷载，驱功机构等设备重量为集中静荷载。从排泥机械总体来看，均按均布荷载计算影响不大。©BIPT1.3排泥管路系统设计吸泥机排泥的方式有虹吸、泵吸和水位差式等三种，在行车式吸泥机中主要采用虹吸排泥与泵吸排泥两种形式。(1)虹吸排泥吸泥机的虹吸管路一般由吸口、排泥直管、弯头、阀门等管配件组成，从吸泥口到排泥口均以单管组成系统，管材可选用镀锌水煤气管。©BIPT具有虹吸条件的沉淀池(出水堰与排泥口位差不小于3m)在潜污泵启动排污后切断电源，排泥方式即可由泵吸切换为虹吸；当要求停止排泥时，可打开断流阀，大量空气进入输泥管道，虹吸破坏，中断排泥。虹吸形成方式之一：©BIPT虹吸形成方式之二：运行前先把水位以上排泥管内的空气用真空泵＋气水分离罐或潜水泵＋水射器抽吸或压力水倒灌等方法排除，从而在大气压的作用下使泥水充满管道，形成虹吸连续排泥。©BIPTThesludgeremovalsystemissiphontypean