เครื่องบำบัดน้ำเสียแบบตะกอน: วิธีการ หลักการทำงานของเครื่องหมุนเหวี่ยง และแนวทางอุตสาหกรรม

ก.คืออะไร เครื่องแยกน้ำตะกอน ?

เครื่องบำบัดน้ำเสียจากตะกอนเป็นอุปกรณ์ทางอุตสาหกรรมที่ออกแบบมาเพื่อลดปริมาณความชื้นของตะกอน ซึ่งเป็นผลพลอยได้กึ่งของแข็งจากการบำบัดน้ำเสีย กระบวนการผลิต และการดำเนินงานทางอุตสาหกรรมอื่นๆ ด้วยการแยกน้ำออกจากของแข็ง เครื่องจักรเหล่านี้จะช่วยลดปริมาณตะกอนได้อย่างมาก ลดต้นทุนในการกำจัด และทำให้วัสดุที่เหลือง่ายต่อการขนส่ง บำบัด หรือนำกลับมาใช้ใหม่

ผลลัพธ์ของกระบวนการ — ตะกอนน้ำเสีย — โดยทั่วไปจะมีปริมาณของแข็งแห้งอยู่ที่ 15% ถึง 45% ขึ้นอยู่กับวิธีการและวัสดุป้อน การได้รับปริมาณของแข็งแห้งที่สูงขึ้นส่งผลให้ต้นทุนการขนส่งและการฝังกลบลดลง การปล่อยก๊าซเรือนกระจกจากการขนส่งน้อยลง และปรับปรุงประสิทธิภาพการประมวลผลขั้นปลายน้ำ

อุตสาหกรรมที่ต้องอาศัยเครื่องแยกน้ำแบบตะกอน ได้แก่ การบำบัดน้ำเสียชุมชน การผลิตอาหารและเครื่องดื่ม การผลิตกระดาษและเยื่อกระดาษ การทำเหมือง การตกแต่งโลหะ และการพ่นสีรถยนต์

วิธีการแยกน้ำออกจากตะกอน: ภาพรวมเปรียบเทียบ

ไม่มีวิธีแก้ปัญหาที่เป็นสากลเพียงวิธีเดียวสำหรับการบำบัดน้ำเสียจากตะกอน วิธีการที่ถูกต้องขึ้นอยู่กับองค์ประกอบของตะกอน ความแห้งของผลผลิตที่ต้องการ ปริมาณการปล่อยก๊าซที่มีอยู่ งบประมาณด้านพลังงาน และข้อกำหนดด้านกฎระเบียบ วิธีการบำบัดน้ำเสียแบบตะกอนอุตสาหกรรมที่ใช้กันอย่างแพร่หลายที่สุดคือ:

การแยกน้ำแบบแรงเหวี่ยง

เครื่องหมุนเหวี่ยงแบบขวดเหล้าใช้แรงหมุนสูง โดยทั่วไปคือ 1,500 ถึง 4,000 × g เพื่อแยกของแข็งออกจากของเหลวอย่างรวดเร็ว เป็นเครื่องป้อนต่อเนื่องที่เหมาะสำหรับการทำงานในปริมาณมากและสามารถบรรลุผลสำเร็จได้ ความแห้งของเค้ก 20–35% สำหรับตะกอนชุมชนและอุตสาหกรรมส่วนใหญ่ เครื่องหมุนเหวี่ยงมีขนาดกะทัดรัดเมื่อเทียบกับปริมาณงาน และต้องการการแทรกแซงจากผู้ปฏิบัติงานเพียงเล็กน้อย

เครื่องกรองสายพาน

สายพานจะอัดตะกอนที่ปรับสภาพแล้วป้อนระหว่างสายพานที่มีรูพรุนสองเส้น บีบน้ำออกผ่านการระบายน้ำตามแรงโน้มถ่วงและแรงดันเชิงกล พวกมันประหยัดพลังงานและเป็นที่ยอมรับในโรงบำบัดของเทศบาล ซึ่งโดยทั่วไปแล้วจะผลิตเค้กใน ช่วงของแข็งแห้ง 15–25% . อย่างไรก็ตาม พวกเขาต้องการน้ำล้างเพื่อทำความสะอาดสายพาน และต้องการการบำรุงรักษาตัวกลางของสายพานเป็นประจำ

สกรูกด

เครื่องอัดสกรูใช้สกรูเกลียวหมุนช้าๆ ภายในตะแกรงทรงกระบอกเพื่อลำเลียงและอัดตะกอน โดยทำงานที่ความเร็วต่ำ (1–10 RPM) ใช้พลังงานน้อยกว่าเครื่องหมุนเหวี่ยง และเหมาะอย่างยิ่งสำหรับกากตะกอนที่มีเส้นใยหรือมัน ความแห้งของผลผลิตโดยทั่วไปมีตั้งแต่ 18–30% . การออกแบบแบบปิดทำให้เป็นที่นิยมสำหรับการใช้งานที่ไวต่อกลิ่น

เครื่องกรองแบบกด (เพลทและเฟรม)

เครื่องอัดตัวกรองทำงานในรอบแบทช์ โดยบรรจุช่องระหว่างแผ่นกรองภายใต้แรงดันสูง (สูงสุด 15 บาร์หรือสูงกว่า) พวกเขาผลิตเค้กที่แห้งที่สุดในบรรดาวิธีเชิงกลทั้งหมด — ของแข็งแห้ง 30–55% — การทำให้สิ่งเหล่านี้เหมาะสมที่สุดในการลดปริมาณตะกอนเพื่อการกำจัดแบบฝังกลบถือเป็นสิ่งสำคัญสูงสุด การแลกเปลี่ยนคือการดำเนินการแบบแบตช์และต้นทุนเงินทุนที่สูงขึ้น

เครื่องหมุนเหวี่ยงแยกน้ำแบบตะกอนทำงานอย่างไร

เครื่องหมุนเหวี่ยงแยกน้ำแบบตะกอน - โดยทั่วไปคือเครื่องหมุนเหวี่ยงขวดเหล้าแนวนอน - ทำงานโดยใช้ประโยชน์จากความแตกต่างในความหนาแน่นระหว่างอนุภาคของแข็งและน้ำ นี่คือหลักการทำงานทีละขั้นตอน:

1. การแนะนำฟีด: ตะกอนที่ผ่านการปรับสภาพแล้ว (มักจะได้รับการบำบัดล่วงหน้าด้วยสารตกตะกอนโพลีเมอร์) จะถูกสูบเข้าไปในโซนป้อนของโถหมุนผ่านท่อทางเข้าที่อยู่นิ่ง
2. การแยกแบบแรงเหวี่ยง: ชามหมุนด้วยความเร็วสูง (โดยทั่วไปคือ 1,500–3,500 RPM) ทำให้เกิดแรงเหวี่ยงมากกว่าแรงโน้มถ่วงหลายเท่า อนุภาคของแข็งที่หนาแน่นขึ้นจะเคลื่อนที่อย่างรวดเร็วไปยังผนังโถ ทำให้เกิดชั้นเค้กที่อัดแน่น
3. การลำเลียง: สกรูลำเลียงแบบเกลียวภายใน (สโครล) หมุนด้วยความเร็วที่แตกต่างกันเล็กน้อยจากโถ (ความเร็วต่างกัน 5–30 RPM) ส่วนต่างนี้ขับเคลื่อนของแข็งที่ตกตะกอนไปยังปลาย "ชายหาด" ทรงกรวยของโถเพื่อระบายออก
4. การปล่อยของเหลว: เฟสของเหลวใส (ศูนย์กลาง) จะไหลล้นที่ปลายด้านตรงข้าม (ทรงกระบอก) ของโถผ่านแผ่นฝายแบบปรับได้ ซึ่งควบคุมความลึกของบ่อและประสิทธิภาพในการแยกสารด้วย
5. การปล่อยของแข็ง: เค้กที่แยกน้ำออกจากช่องที่ปลายทรงกรวยในลักษณะของแข็งกึ่งแห้ง พร้อมสำหรับการบำบัดหรือกำจัดต่อไป

ตัวแปรหลักในการดำเนินงานที่ส่งผลต่อประสิทธิภาพได้แก่ ความเร็วของโถ ความเร็วส่วนต่าง ปริมาณโพลีเมอร์ และอัตราการป้อน . เครื่องหมุนเหวี่ยงสมัยใหม่ใช้ไดรฟ์ความถี่แปรผัน (VFD) เพื่อให้สามารถปรับพารามิเตอร์เหล่านี้ได้แบบเรียลไทม์ ช่วยให้สามารถปรับเปลี่ยนลักษณะของตะกอนได้อย่างเหมาะสม

ข้อได้เปรียบหลักของการแยกน้ำแบบแรงเหวี่ยงคือความสามารถในการจัดการปริมาณมากในหน่วยปิดขนาดกะทัดรัดโดยผู้ปฏิบัติงานน้อยที่สุด ข้อเสียเปรียบหลักของมันคือการใช้พลังงานค่อนข้างสูง — โดยทั่วไป 0.5 ถึง 2.0 kWh ต่อลูกบาศก์เมตร ของตะกอนที่ผ่านกระบวนการ — เมื่อเปรียบเทียบกับการอัดสกรูหรือตัวกรองสายพาน

การแยกตะกอนสีออกจากน้ำ: ความท้าทายและวิธีแก้ปัญหาที่ไม่เหมือนใคร

กากตะกอนสีเป็นหนึ่งในวัสดุที่ท้าทายที่สุดในการบำบัดน้ำเสียจากตะกอนอุตสาหกรรม กากตะกอนสีจากห้องพ่นสีแบบเปียกสร้างขึ้นโดยโรงงานผลิตยานยนต์ การเคลือบอุตสาหกรรม และเฟอร์นิเจอร์เป็นหลัก โดยมีส่วนผสมของของแข็งของสี เรซิน ตัวทำละลาย น้ำ และสารเคมีในการตกตะกอน ทำให้มีความเหนียว ยึดเกาะ และแยกน้ำออกได้ยากโดยใช้วิธีการมาตรฐาน

ความท้าทายที่สำคัญในการบำบัดตะกอนสีแยกน้ำ ได้แก่:

• มีปริมาณเรซินสูง ที่ทำให้เกิดการตาบอดและการเปรอะเปื้อนของสื่อกรองในการกดสายพานและการกดตัวกรอง
• องค์ประกอบที่แปรผันได้ เนื่องจากประเภทของสีเปลี่ยนไปในระหว่างกะการผลิต
• การจำแนกประเภทที่เป็นอันตราย ในเขตอำนาจศาลหลายแห่ง จำเป็นต้องมีการจัดการและจัดทำเอกสารอย่างระมัดระวัง
• ความแตกต่างของความถ่วงจำเพาะต่ำ ระหว่างของแข็งของสีกับน้ำ ส่งผลให้ประสิทธิภาพในการปั่นเหวี่ยงลดลงสำหรับบางสูตร

วิธีการแยกตะกอนสีที่มีประสิทธิผลมากที่สุดคือ เครื่องอัดสกรูและเครื่องกรองแรงดันสูง มักนำหน้าด้วยการปรับสภาพทางเคมีด้วยสารตกตะกอนหรือตัวแยกเฉพาะ ระบบที่กำหนดค่าอย่างเหมาะสมสามารถลดปริมาณตะกอนสีลงได้ 60–80% ลดต้นทุนการกำจัดของเสียอันตรายได้อย่างมาก โรงงานยานยนต์บางแห่งมีระยะเวลาคืนทุนน้อยกว่า 18 เดือนจากการลงทุนในอุปกรณ์แยกน้ำด้วยค่าธรรมเนียมการกำจัดที่ลดลงเพียงอย่างเดียว

การแยกน้ำออกจากของแข็งในงานอุตสาหกรรม

นอกเหนือจากน้ำเสียชุมชนแล้ว การแยกน้ำแบบของแข็งยังมีบทบาทสำคัญในภาคอุตสาหกรรมต่างๆ ข้อกำหนดและข้อจำกัดแตกต่างกันไปตามการใช้งาน:

การทำเหมืองแร่และการแปรรูปแร่

สารเพิ่มความหนา ตัวกรองสายพานสุญญากาศ และตัวกรองแผ่นไฮเปอร์บาริก ใช้เพื่อนำน้ำในกระบวนการกลับมาใช้จากหางแร่และสารเข้มข้น บรรลุ >80% ของแข็งโดยน้ำหนัก เป็นเรื่องธรรมดาในการกรองแบบเข้มข้นสมัยใหม่ ช่วยให้สามารถเก็บหางแร่แบบกองแห้งและลดการใช้น้ำในพื้นที่ที่ขาดแคลนน้ำ

อาหารและเครื่องดื่ม

โรงเบียร์ โรงงานผลิตนม และเครื่องแปรรูปผักสร้างกากตะกอนที่อุดมด้วยสารอินทรีย์และมีฤทธิ์ทางชีวภาพสูง เครื่องอัดเกลียวและเครื่องหมุนเหวี่ยงแบบขวดเป็นที่นิยมเนื่องจากความสามารถในการจัดการฟีดแปรผันและผลิตเค้กที่เหมาะสำหรับการย่อยแบบไม่ใช้ออกซิเจนหรือการใช้งานในที่ดินเพื่อเกษตรกรรม

กระดาษและเยื่อกระดาษ

โรงงานกระดาษสร้างตะกอนหลัก (อุดมด้วยไฟเบอร์) และตะกอนทุติยภูมิ (ทางชีวภาพ) ตะกอนหลักจะแยกน้ำออกได้อย่างง่ายดายและสามารถบรรลุผลสำเร็จ ของแข็งแห้ง 40–50% บนเครื่องกดสายพาน ตะกอนทุติยภูมิมีลักษณะเป็นวุ้นมากกว่า และโดยทั่วไปต้องมีการแยกน้ำแบบแรงเหวี่ยงเสริมด้วยการปรับสภาพโพลีเมอร์

การตกแต่งโลหะและการชุบด้วยไฟฟ้า

การดำเนินการเหล่านี้ทำให้เกิดตะกอนที่อุดมด้วยไฮดรอกไซด์ซึ่งมีปริมาณโลหะหนักสูง เครื่องกรองเป็นเทคโนโลยีที่โดดเด่น ทำให้ได้เค้กที่แห้งมาก ( ดีเอส 35–50% ) เหมาะสำหรับการนำโลหะกลับมาใช้ใหม่หรือฝังกลบของเสียอันตราย ความสามารถแรงดันสูงของการกดตัวกรองถือเป็นสิ่งสำคัญสำหรับของแข็งที่อัดตัวเป็นวุ้นและอัดตัวได้เหล่านี้

เกิดอะไรขึ้นกับตะกอนน้ำเสีย?

จุดหมายปลายทางสุดท้ายของตะกอนที่แยกน้ำออก ซึ่งมักเรียกว่า "กากตะกอน" ขึ้นอยู่กับองค์ประกอบของตะกอน ระดับการปนเปื้อน และกฎระเบียบท้องถิ่น แนวทางการกำจัดและนำกลับมาใช้ทั่วไป ได้แก่:

• การขอที่ดิน: ของแข็งชีวภาพชุมชนที่ตรงตามมาตรฐานการลดเชื้อโรคประเภท A หรือ B (EPA 503 ในสหรัฐอเมริกา) สามารถนำไปใช้กับพื้นที่เกษตรกรรมเป็นการปรับปรุงดินได้ แนวทางนี้มีความยั่งยืนและคุ้มค่าที่สุดเมื่อเป็นไปได้
• การอบแห้งด้วยความร้อนและการเผา: การลดความชื้นให้ต่ำกว่า 10% ด้วยเครื่องทำแห้งแบบใช้ความร้อนช่วยให้สามารถเผาร่วมในเตาเผาปูนซีเมนต์หรือโรงงานแปลงขยะเป็นพลังงาน และนำค่าความร้อนกลับมาใช้ใหม่ได้
• การกำจัดหลุมฝังกลบ: สำหรับกากตะกอนที่เป็นอันตรายหรือมีการปนเปื้อนอย่างมาก การฝังกลบเชิงวิศวกรรมยังคงเป็นตัวเลือกหลัก ความแห้งของเค้กที่สูงขึ้นจะช่วยลดค่าธรรมเนียมการฝังกลบและค่าขนส่งได้โดยตรง
• การทำปุ๋ยหมัก: กากตะกอนอินทรีย์จากอุตสาหกรรมอาหารและกระดาษสามารถนำมาหมักร่วมกับสารเพิ่มปริมาณเพื่อผลิตสารปรับปรุงดินที่วางตลาดได้
• วัสดุก่อสร้าง: กากตะกอนที่อุดมด้วยแร่ธาตุบางชนิดจากการบำบัดน้ำหรือการทำเหมืองสามารถรวมเข้ากับอิฐ เซรามิก หรือวัสดุฐานถนนได้หลังจากการทดสอบและการอนุมัติที่เหมาะสม

ไม่ว่าเส้นทางการกำจัดจะเป็นอย่างไร ประสิทธิภาพการแยกน้ำที่สูงขึ้นจะช่วยลดต้นทุนตลอดอายุการใช้งานโดยรวม . แม้ว่าปริมาณของแข็งเค้กแห้งจะเพิ่มขึ้น 5 เปอร์เซ็นต์ก็สามารถลดปริมาณตะกอน รวมถึงต้นทุนการขนส่งและการกำจัดที่เกี่ยวข้องได้ 15–25% ขึ้นอยู่กับระดับความชื้นพื้นฐาน

การเลือกเครื่องแยกน้ำตะกอนที่เหมาะสมกับการใช้งานของคุณ

การเลือกอุปกรณ์บำบัดน้ำเสียจากตะกอนที่เหมาะสมจำเป็นต้องมีการประเมินอย่างเป็นระบบจากปัจจัยหลายประการ:

1. ลักษณะของตะกอน: ดำเนินการทดสอบแบบตั้งโต๊ะหรือนำร่องกับตัวอย่างตะกอนที่เป็นตัวแทน พารามิเตอร์หลักประกอบด้วยปริมาณของแข็งทั้งหมด การกระจายขนาดอนุภาค ความสามารถในการอัด ความสามารถในการกรอง (ความต้านทานจำเพาะต่อการกรอง) และความต้องการออกซิเจนทางเคมี (COD)
2. ความแห้งกร้านที่ต้องการ: กำหนดเป้าหมายของแข็งเค้กแห้งตามข้อกำหนดในการกำจัด กฎระเบียบเกี่ยวกับการฝังกลบในหลายภูมิภาคกำหนดให้ต้องมี DS อย่างน้อย 25–30% ก่อนที่จะยอมรับ
3. ปริมาณงาน: ขนาดอุปกรณ์ขึ้นอยู่กับอัตราการสร้างตะกอนสูงสุด ไม่ใช่ค่าเฉลี่ย คำนึงถึงการเปลี่ยนแปลงตามฤดูกาลในการผลิตตะกอนชีวภาพ
4. ข้อจำกัดด้านพื้นที่และการติดตั้ง: เครื่องหมุนเหวี่ยงและเครื่องอัดแบบสกรูมีขนาดกะทัดรัด เครื่องอัดสายพานและเครื่องกรองต้องใช้พื้นที่มากขึ้น แต่อาจเหมาะสมกว่าสำหรับตะกอนบางชนิด
5. ต้นทุนการเป็นเจ้าของทั้งหมด: พิจารณาพลังงาน การใช้โพลีเมอร์ ค่าแรงในการบำรุงรักษา การเปลี่ยนสื่อ (สายพาน ผ้ากรอง) และต้นทุนการกำจัดสารตกค้างในช่วง 10-15 ปี ไม่ใช่แค่ต้นทุนด้านทุน
6. การปฏิบัติตามกฎระเบียบ: ตรวจสอบให้แน่ใจว่าเทคโนโลยีและสภาวะการทำงานที่เลือกเป็นไปตามใบอนุญาตปล่อยในท้องถิ่นสำหรับคุณภาพการรวมตัว/การกรอง รวมถึงข้อกำหนดการจำแนกประเภทตะกอนสำหรับเส้นทางการกำจัดที่ต้องการ

สำหรับตะกอนที่ซับซ้อนหรือแบบผสม ระบบไฮบริด เช่น เครื่องหมุนเหวี่ยงสารทำให้ข้นก่อนตามด้วยการกรองแบบกดสำหรับการแยกน้ำขั้นสุดท้าย สามารถให้ประสิทธิภาพในระดับที่ไม่สามารถทำได้ด้วยเทคโนโลยีเดียวเพียงอย่างเดียว โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อ ความแห้งของเค้กเป้าหมายเกิน 40% DS .