Máy khử nước bùn là gì và làm thế nào để bạn chọn đúng máy?

Khử nước bùn là một trong những quy trình có ý nghĩa kinh tế và vận hành nhất trong xử lý nước thải, xử lý công nghiệp và quản lý chất thải đô thị. Bùn được tạo ra bởi các hệ thống xử lý sinh học, thiết bị làm sạch và quy trình công nghiệp chứa một tỷ lệ lớn nước - thường từ 95% đến 99% trọng lượng - khiến cho việc vận chuyển trở nên tốn kém, khó xử lý và khó xử lý thêm mà không làm giảm độ ẩm trước tiên. Máy khử nước bùn sẽ tách nước này khỏi phần rắn một cách cơ học, tạo ra bánh bán rắn có khối lượng và trọng lượng giảm đáng kể, dễ xử lý hơn và phù hợp với các phương án xử lý ở hạ nguồn bao gồm chôn lấp, ủ phân, đốt hoặc sử dụng trên đất nông nghiệp. Việc lựa chọn máy khử nước phù hợp đòi hỏi sự hiểu biết thấu đáo về đặc tính bùn, công nghệ hiện có và các hạn chế vận hành của cơ sở được đề cập.

Tại sao việc khử nước bùn lại quan trọng trong xử lý nước thải

Việc giảm thể tích và khối lượng đạt được nhờ khử nước hiệu quả có tác động trực tiếp và có thể đo lường được đến tổng chi phí quản lý bùn. Dòng bùn đi vào máy khử nước với hàm lượng chất rắn là 2% và thoát ra dưới dạng bánh với hàm lượng chất rắn là 20% đã làm giảm thể tích của nó khoảng 90%. Mức giảm này tương ứng với chi phí vận chuyển thấp hơn, giảm phí lật bãi chôn lấp, yêu cầu lưu trữ nhỏ hơn và mức tiêu thụ năng lượng thấp hơn trong bất kỳ quy trình xử lý nhiệt nào được áp dụng ở hạ lưu. Đối với các cơ sở xử lý hàng trăm hoặc hàng nghìn mét khối bùn mỗi ngày, ngay cả một sự cải thiện khiêm tốn về độ khô của bánh - được đo bằng điểm phần trăm của tổng chất rắn - cũng có thể tiết kiệm hàng chục nghìn đô la hàng năm.

Ngoài kinh tế, khử nước thường là một yêu cầu pháp lý. Nhiều khu vực pháp lý áp đặt giới hạn độ ẩm đối với bùn dành cho xử lý tại bãi chôn lấp hoặc sử dụng trên đất, khiến việc khử nước đầy đủ trở thành nghĩa vụ tuân thủ thay vì chỉ đơn giản là mục tiêu hiệu quả. Các cơ sở không đáp ứng ngưỡng hàm lượng chất rắn tối thiểu sẽ phải đối mặt với các hạn chế xử lý, tăng cường giám sát theo quy định và có thể bị phạt. Sự kết hợp giữa khuyến khích kinh tế và áp lực pháp lý này khiến việc lựa chọn và tối ưu hóa thiết bị khử nước bùn trở thành mối quan tâm vận hành ưu tiên hàng đầu của các nhà quản lý nhà máy cũng như kỹ sư.

Các loại máy khử nước bùn chính

Một số công nghệ cơ học khác nhau về cơ bản được sử dụng để khử nước trong bùn, mỗi công nghệ áp dụng các nguyên lý vật lý riêng biệt để tách nước khỏi chất rắn. Công nghệ phù hợp cho một ứng dụng nhất định phụ thuộc vào loại bùn, độ khô bánh cần thiết, khối lượng thông lượng, dấu chân sẵn có, ngân sách năng lượng và mức độ nhân viên vận hành.

Máy ép lọc đai

Máy ép lọc đai là một trong những công nghệ khử nước được lắp đặt rộng rãi nhất trong xử lý nước thải đô thị trên toàn thế giới. Nó hoạt động bằng cách kẹp bùn đã được điều hòa vào giữa hai đai xốp căng đi qua một loạt con lăn. Quá trình này xảy ra ở ba vùng riêng biệt: vùng thoát trọng lực nơi nước tự do chảy qua đai dưới sức nặng của chính nó, vùng áp suất thấp nơi đai bắt đầu ép bùn và vùng áp suất cao nơi bánh bùn được nén giữa các con lăn có đường kính nhỏ dần để loại bỏ độ ẩm còn lại. Máy ép lọc đai là máy hoạt động liên tục có khả năng xử lý khối lượng bùn lớn và yêu cầu năng lượng đầu vào tương đối thấp so với các giải pháp thay thế ly tâm. Tuy nhiên, chúng yêu cầu điều hòa hóa học nhất quán với chất keo tụ polyme, rửa dây đai thường xuyên với mức tiêu thụ nước đáng kể và sự chú ý của người vận hành thường xuyên để duy trì hiệu suất.

Máy ly tâm

Máy ly tâm decanter sử dụng lực ly tâm - thường gấp 1.500 đến 4.000 lần lực hấp dẫn - để tăng tốc độ tách chất rắn khỏi chất lỏng. Bùn đã được điều hòa được đưa vào một cái bát quay, nơi lực ly tâm đẩy các hạt rắn đặc hơn vào thành bát. Một băng tải trục vít xoắn ốc quay với tốc độ hơi khác một chút liên tục di chuyển các chất rắn tích tụ về phía đầu xả của bát, nơi chúng thoát ra dưới dạng bánh đã khử nước trong khi chất lỏng đã được lọc tràn ra từ đầu đối diện. Máy ly tâm nhỏ gọn so với công suất thông lượng của chúng, hoạt động như các hệ thống khép kín hoàn toàn để kiểm soát mùi và khí thải, đồng thời có thể xử lý nguồn cấp bùn biến đổi cao mà không nhạy cảm với các biến động đầu vào ảnh hưởng đến máy ép đai. Hạn chế chính của chúng là tiêu thụ năng lượng cao hơn, yêu cầu bảo trì phức tạp hơn và chi phí vốn cao hơn so với máy ép lọc băng tải.

Máy ép trục vít

Máy ép trục vít đã giành được thị phần đáng kể trong những năm gần đây, đặc biệt là ở các cơ sở đô thị nhỏ hơn, nhà máy chế biến thực phẩm và các ứng dụng công nghiệp. Nó hoạt động bằng cách vận chuyển bùn qua một sàng lọc hình trụ sử dụng một vít quay có bước giảm dần, liên tục nén bùn theo hình nón áp suất ngược hoặc van xả có thể điều chỉnh ở đầu ra. Nước được thể hiện thông qua các lỗ sàng và được thu lại bên dưới, trong khi bánh đã khử nước thoát ra từ đầu xả. Máy ép trục vít hoạt động ở tốc độ quay rất thấp — thường là 1 đến 10 vòng/phút — giúp giảm thiểu mức tiêu thụ năng lượng, giảm mài mòn và cho phép chúng chạy không cần giám sát trong thời gian dài với sự can thiệp tối thiểu của người vận hành. Chúng đặc biệt phù hợp với các ứng dụng năng suất thấp và bùn có hàm lượng hữu cơ cao có thể làm tắc các dây đai của máy ép lọc băng tải.

Máy ép lọc (Tấm và Khung)

Máy ép lọc dạng tấm và khung là một máy khử nước theo quy trình hàng loạt, trong đó bùn được bơm dưới áp suất cao vào các khoang được hình thành giữa các tấm lọc lõm được lót bằng vải lọc. Áp suất - có thể đạt tới 7 đến 15 bar ở các thiết bị áp suất cao - đẩy nước qua vải lọc, để lại một lớp bánh rắn lấp đầy khoang. Khi các ngăn đã đầy và bánh đã đạt độ khô thực tế tối đa, máy ép sẽ tự động mở ra và bánh được xả ra. Máy ép lọc liên tục tạo ra các loại bánh khô nhất so với bất kỳ công nghệ khử nước nào, thường đạt được tổng hàm lượng chất rắn từ 30–45% đối với bùn sinh học, khiến chúng trở thành lựa chọn ưu tiên khi độ khô tối đa là ưu tiên hàng đầu. Chu kỳ vận hành theo mẻ, chi phí vốn cao hơn và nhu cầu bơm cấp liệu áp suất cao là những hạn chế chính so với các giải pháp thay thế hoạt động liên tục.

So sánh hiệu suất của các công nghệ khử nước thông thường

Hiểu được phạm vi hiệu suất điển hình của các công nghệ khử nước khác nhau giúp thiết lập những kỳ vọng thực tế và hỗ trợ các quyết định lựa chọn thiết bị sáng suốt. Bảng dưới đây tóm tắt các thông số vận hành và hiệu suất chính của bốn công nghệ chính.

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

Hầu hết các máy khử nước bùn đều hoạt động tốt hơn đáng kể - và trong nhiều trường hợp không thể hoạt động hiệu quả - nếu không có điều kiện hóa học trước cho nguồn cấp bùn. Quá trình điều hòa thường bao gồm việc bổ sung các chất keo tụ polyme làm mất ổn định điện tích trên các hạt chất rắn lơ lửng, cho phép chúng kết tụ thành các khối lớn hơn giúp giải phóng nước liên kết dễ dàng hơn dưới áp suất cơ học hoặc lực ly tâm. Loại polyme, trọng lượng phân tử, mật độ điện tích và liều lượng của nó đều phải phù hợp với các đặc tính bùn cụ thể, khác nhau đáng kể giữa bùn phân hủy kỵ khí, bùn hoạt tính chất thải hiếu khí, bùn sơ cấp và bùn quá trình công nghiệp.

Liều lượng polymer thấp dẫn đến hình thành bông bùn kém, khả năng thu giữ chất rắn thấp và bánh ướt. Việc sử dụng quá liều sẽ gây lãng phí thuốc thử đắt tiền và thực sự có thể làm giảm hiệu suất bằng cách ổn định lại khối bông. Việc tìm kiếm và duy trì liều lượng polyme tối ưu đòi hỏi phải kiểm tra bình thường xuyên trong quá trình vận hành và đánh giá lại định kỳ vì các đặc tính của bùn thay đổi theo mùa hoặc để đáp ứng với các biến đổi của quy trình đầu nguồn. Các cơ sở đầu tư vào hệ thống kiểm soát liều lượng polymer tự động - điều chỉnh liều lượng theo thời gian thực dựa trên phản hồi về tốc độ dòng bùn và độ đục - thường đạt được hiệu suất khử nước ổn định hơn và mức tiêu thụ polymer thấp hơn so với những cơ sở dựa vào liều lượng thủ công cố định.

Các yếu tố chính cần đánh giá khi lựa chọn máy khử nước bùn

Việc lựa chọn máy khử nước bùn thích hợp nhất cho cơ sở đòi hỏi phải đánh giá một cách có hệ thống nhiều yếu tố phụ thuộc lẫn nhau. Không có công nghệ đơn lẻ nào vượt trội hoàn toàn — sự lựa chọn đúng đắn phụ thuộc vào sự kết hợp cụ thể giữa các ràng buộc và ưu tiên ở mỗi lần lắp đặt.

• Loại bùn và đặc điểm: Nguồn gốc của bùn - cho dù là quá trình sơ cấp, sinh học thứ cấp, phân hủy kỵ khí hay công nghiệp - đều quyết định về cơ bản khả năng khử nước của nó. Bùn đã được phân hủy thường dễ tách nước hơn so với bùn hoạt tính thải thô. Bùn công nghiệp chứa hàm lượng dầu, chất xơ hoặc chất rắn vô cơ cao có thể cần có thiết bị chuyên dụng hoặc các bước xử lý trước.
• Công suất thông lượng yêu cầu: Khối lượng bùn cần xử lý mỗi ngày kết hợp với số giờ vận hành sẵn có sẽ quyết định công suất máy cần thiết. Thiết bị quá khổ dẫn đến hoạt động kém hiệu quả và tốn kém vốn không cần thiết; kích thước dưới mức tạo ra tắc nghẽn trong hoạt động và hạn chế khả năng xử lý các sự kiện tải cao điểm của cơ sở.
• Độ khô bánh mục tiêu: Độ ẩm cần thiết trong bánh đã khử nước phụ thuộc vào mục đích xử lý hoặc cách sử dụng cuối cùng. Việc xử lý tại bãi chôn lấp có thể cần tối thiểu 20–25% tổng chất rắn, trong khi việc ủ phân hoặc đốt có thể cần 25–35% hoặc cao hơn để duy trì khả năng tự cung cấp nhiệt. Nếu không thể đạt được mục tiêu bằng công nghệ tiết kiệm nhất, thì có thể sử dụng phương án hiệu suất cao hơn nhưng tốn nhiều vốn hơn như máy ép lọc dạng tấm và khung.
• Các ràng buộc về dấu chân và cài đặt có sẵn: Máy ép lọc đai yêu cầu diện tích sàn đáng kể và khoảng trống trên cao cho hệ thống rửa đai. Máy ly tâm nhỏ gọn nhưng yêu cầu cách ly rung và tiếp cận để tháo rôto trong quá trình bảo trì. Máy ép trục vít có diện tích nhỏ nhưng yêu cầu lắp đặt có mái che, chịu được thời tiết ở vùng khí hậu lạnh.
• Cấp độ nhân sự vận hành: Máy ép lọc đai đòi hỏi sự chú ý của người vận hành liên tục hơn máy ly tâm hoặc máy ép trục vít. Các cơ sở có số lượng nhân viên hạn chế hoặc ưu tiên vận hành ít can thiệp nên cân nhắc kỹ yếu tố này khi đánh giá, vì chi phí thực sự của máy bao gồm cả lao động cần thiết để vận hành và bảo trì máy một cách đáng tin cậy.
• Chi phí vòng đời, không chỉ chi phí vốn: Tiêu thụ năng lượng, chi phí hóa chất polyme, khoảng thời gian thay thế bộ phận hao mòn, tiêu thụ nước giặt và số giờ lao động bảo trì đều góp phần tạo nên tổng chi phí sở hữu trong suốt vòng đời sử dụng của máy là 15–25 năm. Một công nghệ có giá mua ban đầu cao hơn nhưng chi phí vận hành thấp hơn có thể mang lại chi phí hiện tại ròng thấp hơn đáng kể trong suốt thời gian hoạt động của nó.

Thực hành bảo trì để bảo vệ hiệu suất của máy khử nước

Bảo trì phòng ngừa nhất quán là điều cần thiết để duy trì hiệu suất, độ tin cậy và tuổi thọ của bất kỳ máy khử nước bùn nào. Việc bỏ qua việc bảo trì dẫn đến sự suy giảm hiệu suất ngày càng tăng - độ ẩm của bánh tăng dần, mức tiêu thụ polymer tăng và cuối cùng là những hỏng hóc cơ học ngoài dự kiến ​​dẫn đến thời gian ngừng hoạt động tốn kém và chi phí sửa chữa khẩn cấp.

• Kiểm tra và thay thế đai (Máy ép bộ lọc đai): Dây đai lọc phải được kiểm tra hàng ngày để phát hiện hiện tượng chói mắt, rách, sai lệch theo dõi và hư hỏng cạnh. Các đai bịt kín nên được ngâm trong dung dịch axit loãng hoặc xút trong thời gian ngừng hoạt động theo lịch trình để khôi phục tính thấm. Việc thay dây đai phải được lên kế hoạch dựa trên sự suy giảm hiệu suất được ghi lại thay vì khoảng thời gian theo lịch.
• Bôi trơn vòng bi và phớt (Máy ly tâm): Vòng bi ly tâm hoạt động dưới tải ly tâm cao và phải được bôi trơn theo lịch trình của nhà sản xuất bằng cách sử dụng loại mỡ được chỉ định. Các phốt cơ khí ngăn chặn bùn làm nhiễm bẩn cụm ổ trục phải được kiểm tra tại mỗi kỳ bảo trì định kỳ và chủ động thay thế trước khi rò rỉ phát triển.
• Vệ sinh màn hình (Máy ép trục vít): Màn hình trụ của máy ép trục vít dễ bị che khuất bởi các hạt mịn hoặc sự phát triển sinh học. Chu trình rửa ngược theo lịch trình và kiểm tra thủ công định kỳ đảm bảo các lỗ sàng vẫn thông thoáng và khả năng thoát nước được duy trì ở mức thiết kế.
• Kiểm tra và thay thế vải lọc (Máy ép bộ lọc): Vải lọc bị giãn, bịt kín và phát triển các lỗ theo thời gian, dần dần làm giảm độ khô của bánh và tăng độ khó tách bánh. cáco dõi tình trạng vải thông qua giám sát hiệu suất thường xuyên — lưu ý những thay đổi về thời gian chu kỳ lọc và độ ẩm của bánh — cho phép chủ động thay thế vải trước khi hiệu suất giảm đáng kể.

Các công nghệ và xu hướng mới nổi trong khử nước bùn

The thiết bị khử nước bùn Ngành này tiếp tục phát triển để đáp ứng các yêu cầu thắt chặt về hiệu quả năng lượng, chi phí xử lý tăng cao và mối quan tâm ngày càng tăng đối với bùn như một nguồn tài nguyên chứ không phải là dòng chất thải. Khử nước bằng điện động học - sử dụng điện trường xuyên qua bùn để thúc đẩy sự di chuyển của nước về phía cực âm - đang thu hút sự chú ý về mặt thương mại và nghiên cứu như một phương pháp đạt được mức độ khô của bánh vượt xa mức có thể đạt được về mặt cơ học bằng các công nghệ thông thường, với một số cơ sở thí điểm cho thấy tổng hàm lượng chất rắn vượt quá 40–50% trong bùn sinh học.

Hệ thống sấy nhiệt tích hợp phía sau máy khử nước cơ học ngày càng được sử dụng nhiều tại các cơ sở lớn để sản xuất các sản phẩm bùn dạng hạt hoặc dạng viên có tổng hàm lượng chất rắn trên 90%, thích hợp sử dụng làm phân bón, cải tạo đất hoặc nhiên liệu. Tính kinh tế của các hệ thống khử nước nhiệt cơ học tích hợp đã được cải thiện rõ rệt khi việc thu hồi năng lượng từ khí sinh học được tạo ra từ quá trình phân hủy kỵ khí được sử dụng để bù đắp nhu cầu năng lượng nhiệt đáng kể của quá trình sấy khô. Khi áp lực pháp lý đối với các phương án xử lý bùn tăng lên và giá trị của các chất dinh dưỡng thu hồi trong bùn đã khử nước được công nhận rộng rãi hơn, vai trò của máy khử nước bùn tiếp tục mở rộng từ một công cụ quản lý chi phí thành một thành phần trung tâm của cơ sở hạ tầng phục hồi tài nguyên.