เครื่องแยกน้ำตะกอน: ประเภท หลักการทำงาน และคู่มือการเลือก

อะไรนะ เครื่องแยกน้ำตะกอน ทำและเหตุใดจึงสำคัญ

เครื่องบำบัดน้ำเสียแบบตะกอนจะช่วยลดปริมาณน้ำในตะกอนที่เกิดจากการบำบัดน้ำเสีย กระบวนการทางอุตสาหกรรม และระบบเทศบาล โดยเปลี่ยนสารละลายที่สูบได้ให้เป็นเค้กกึ่งแข็งที่สามารถขนส่ง ฝังกลบ หมักปุ๋ย หรือเผาด้วยต้นทุนเพียงเล็กน้อยในการจัดการตะกอนของเหลว วัตถุประสงค์หลักคือการลดปริมาณตะกอนทั้งหมดให้รุนแรงที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ เนื่องจากโดยทั่วไปแล้วปริมาณน้ำจะเป็นสาเหตุ 95–99% ของตะกอนดิบโดยน้ำหนัก ก่อนที่จะแยกน้ำออก

การลดปริมาณตะกอนจะช่วยลดต้นทุนการกำจัดปลายน้ำได้โดยตรง โรงบำบัดน้ำเสียชุมชนที่ผลิตกากตะกอน 10,000 ตันต่อปีที่ความชื้น 97% สามารถลดปริมาณดังกล่าวให้เหลือต่ำกว่า 1,500 ตันของเค้กที่ความชื้น 75% — ลดค่าขนส่ง ค่าธรรมเนียมทิปฝังกลบ และปริมาณการใช้เชื้อเพลิงจากการเผาได้มากกว่า 80% ตัวขับเคลื่อนทางเศรษฐกิจนี้คือเหตุผลว่าทำไมอุปกรณ์บำบัดน้ำเสียจึงเป็นหนึ่งในการลงทุนที่มี ROI สูงสุดในโครงสร้างพื้นฐานการจัดการตะกอน

เครื่องจักรทำงานทั่วทั้งระบบบำบัดน้ำเสียชุมชน การผลิตอาหารและเครื่องดื่ม โรงงานกระดาษและเยื่อกระดาษ การจัดการกากแร่จากเหมือง การผลิตยา และการแปรรูปทางเคมี ไม่ว่าในกรณีใดก็ตามที่ต้องการการแยกของแข็งและของเหลวในระดับต่างๆ

ประเภทหลักของเครื่องแยกน้ำตะกอน

มีการใช้งานเทคโนโลยีการแยกน้ำหลายชนิด โดยแต่ละเทคโนโลยีทำงานบนหลักการทางกายภาพที่แตกต่างกัน และเหมาะสมกับประเภทของตะกอนที่แตกต่างกัน ข้อกำหนดปริมาณงาน และเป้าหมายความแห้งของเค้กขั้นสุดท้าย

เครื่องกรองสายพาน

เครื่องกรองสายพานใช้สายพานที่มีรูพรุนสองตัวที่เคลื่อนที่อย่างต่อเนื่องเพื่อประกบกากตะกอนที่ปรับสภาพแล้วค่อยๆ บีบตะกอนผ่านชุดลูกกลิ้งที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางลดลง กระบวนการนี้มีสามโซน: การระบายน้ำด้วยแรงโน้มถ่วงซึ่งมีน้ำอิสระไหลผ่านสายพานด้านล่าง โซนลิ่มซึ่งสายพานมาบรรจบกันและเริ่มออกแรงกด และโซนแรงดันที่กากตะกอนไหลผ่านโครงลูกกลิ้งรูปตัว S ที่ใช้แรงเฉือนและแรงอัดพร้อมกัน โดยทั่วไปความแห้งของเค้กจะมีของแข็งแห้งถึง 18–25% สำหรับสารชีวภาพชุมชน เครื่องรีดสายพานเหมาะอย่างยิ่งสำหรับการทำงานในปริมาณมากอย่างต่อเนื่องและมีการใช้พลังงานค่อนข้างต่ำ แต่ต้องใช้น้ำล้างจำนวนมากเพื่อรักษาสายพานให้สะอาด และไวต่อกากตะกอนที่มีเส้นใยหรือมีฤทธิ์กัดกร่อนซึ่งเร่งการสึกหรอของสายพาน

เครื่องหมุนเหวี่ยงขวดเหล้า

ขวดใส่เครื่องปั่นเหวี่ยงใช้ความเร็วในการหมุนสูง — โดยทั่วไป 2,000–4,000 รอบต่อนาที สร้างแรงเหวี่ยง 1,500–3,000 × g — เพื่อเร่งการตกตะกอน กากตะกอนจะถูกป้อนลงในชามหมุนตามแนวนอน ของแข็งที่หนักกว่าจะเคลื่อนตัวไปที่ผนังโถและลำเลียงอย่างต่อเนื่องไปยังช่องระบายโดยสกรูลำเลียงภายในที่หมุนด้วยความเร็วที่แตกต่างกันเล็กน้อย (ความเร็วส่วนต่าง) ศูนย์กลางที่ชัดเจนออกจากฝั่งตรงข้าม เครื่องหมุนเหวี่ยงทำให้เค้กแห้งได้สูงกว่าเครื่องอัดสายพานในตะกอนหลายประเภท — ของแข็งแห้ง 22–30% สำหรับของแข็งชีวภาพที่ถูกย่อย — และจัดการความเข้มข้นของฟีดที่แปรผันได้ดี มีขนาดกะทัดรัดเมื่อเทียบกับปริมาณงาน ปิดสนิท (สำคัญสำหรับการควบคุมกลิ่น) และต้องการความสนใจจากผู้ปฏิบัติงานน้อยที่สุด แต่มีการใช้พลังงานสูงกว่าและการบำรุงรักษาที่ซับซ้อนมากกว่าระบบที่ใช้สายพาน

สกรูกด

เครื่องกดสกรูจะป้อนกากตะกอนลงในตะกร้าตะแกรงทรงกระบอก โดยที่สกรูเกลียวจะหมุนช้าๆ — โดยทั่วไปจะอยู่ที่ 2–5 รอบต่อนาที . เมื่อตะกอนเคลื่อนตัวไปตามสกรู ระยะพิทช์จะลดลงและแรงดันต้านกลับเพิ่มขึ้น โดยจะอัดตะกอนเข้ากับแผ่นต้านทานปลายรูปทรงกรวย กรองระบายออกอย่างต่อเนื่องผ่านตะแกรง เครื่องอัดเกลียวทำงานที่ความเร็วการหมุนต่ำมาก ซึ่งส่งผลให้มีเสียงรบกวนต่ำ ใช้พลังงานต่ำ และสึกหรอน้อยที่สุด พวกเขาได้รับความนิยมมากขึ้นสำหรับการติดตั้งขนาดเล็กถึงขนาดกลาง โดยเฉพาะอย่างยิ่งในการแปรรูปอาหาร โรงงานกระดาษ และโรงงานบำบัดบรรจุภัณฑ์ ซึ่งความเรียบง่ายและต้นทุนการดำเนินงานต่ำมีค่ามากกว่าความแห้งของเค้กปานกลาง (โดยทั่วไปคือของแข็งแห้ง 15–22%) เมื่อเทียบกับเครื่องหมุนเหวี่ยง

เครื่องกรองแบบกด (เพลทและเฟรม)

เครื่องกรองแบบกดเป็นเครื่องจักรที่ทำงานเป็นกลุ่มซึ่งประกอบด้วยชุดแผ่นโพลีโพรพีลีนแบบฝังที่ติดตั้งผ้ากรอง กากตะกอนจะถูกสูบเข้าไปในห้องระหว่างแผ่นเปลือกโลกด้วยความดันที่สูงขึ้นเรื่อยๆ — สูงสุดถึง 15–16 บาร์ ในรุ่นเมมเบรนแรงดันสูง — บังคับให้กรองผ่านผ้าในขณะที่ของแข็งก่อตัวเป็นเค้ก เมื่อโถเต็ม เครื่องกดจะเปิดโดยอัตโนมัติ และเค้กจะตกลงมาจากจาน เครื่องกรองกดทำให้เค้กแห้งสูงสุดในบรรดาเทคโนโลยีการแยกน้ำออก — ของแข็งแห้ง 35–50% สามารถทำได้ด้วยการออกแบบแผ่นเมมเบรน — ทำให้เป็นตัวเลือกที่ต้องการในกรณีที่การอบแห้งด้วยความร้อนขั้นปลายน้ำหรือการเผาต้องใช้ปริมาณความชื้นขั้นต่ำ วงจรแบทช์และความจำเป็นในการซักและบำรุงรักษาผ้าถือเป็นข้อเสียหลักในการปฏิบัติงาน

บทบาทของการปรับสภาพสารเคมีต่อประสิทธิภาพการแยกน้ำ

เครื่องแยกน้ำเชิงกลแทบทุกเครื่องทำงานได้ดีขึ้นอย่างมากเมื่อตะกอนถูกปรับสภาพทางเคมีล่วงหน้า กากตะกอนดิบ — โดยเฉพาะตะกอนเร่งจากการบำบัดทางชีวภาพ — ประกอบด้วยอนุภาคคอลลอยด์ละเอียดที่มีประจุที่พื้นผิวเป็นลบรุนแรง ซึ่งจะผลักกันและกักเก็บน้ำไว้ภายในเมทริกซ์คล้ายเจลที่เสถียร หากไม่มีการปรับสภาพ อนุภาคจะผ่านตัวกลางกรอง และน้ำที่เกาะอยู่จะไม่สามารถกำจัดออกโดยกลไกได้

สารตกตะกอนโพลีเมอร์ ซึ่งโดยทั่วไปคือโพลีอะคริลาไมด์ประจุบวก จะถูกจ่ายลงในท่อป้อนตะกอนที่อยู่ต้นน้ำของเครื่องแยกน้ำ โพลีเมอร์จะทำให้ประจุที่พื้นผิวเป็นกลางบนอนุภาคของตะกอน ทำให้พวกมันรวมตัวกันเป็นก้อนขนาดใหญ่ขึ้นซึ่งจะปล่อยน้ำที่เกาะติดกันและถูกกักไว้โดยตัวกลางกรอง โดยทั่วไปปริมาณโพลีเมอร์จะอยู่ในช่วงตั้งแต่ 4 ถึง 12 กิโลกรัมของโพลีเมอร์ที่ออกฤทธิ์ต่อตันของของแข็งแห้ง ขึ้นอยู่กับแหล่งกำเนิดของตะกอน ปริมาณของแข็งที่ระเหยได้ และเทคโนโลยีการแยกน้ำที่ใช้

การเพิ่มประสิทธิภาพการปรับสภาพเป็นหนึ่งในเครื่องมือที่คุ้มค่าที่สุดสำหรับผู้ปฏิบัติงานในโรงงาน การให้ยาเกินขนาดจะทำให้เค้กแห้งต่ำกว่าศักยภาพ การใช้ยาเกินขนาดจะสิ้นเปลืองโพลีเมอร์ และสามารถสร้างเค้กเหนียวๆ ที่ทำให้สายพานหรือสกรูคลายตัวได้ การทดสอบขวดโหลและการทดลองนำร่องการแยกน้ำออกด้วยโพลีเมอร์ที่เหมาะสมควรดำเนินการก่อนการติดตั้งเต็มรูปแบบใดๆ เพื่อสร้างเส้นโค้งการตอบสนองต่อปริมาณรังสีที่เหมาะสมที่สุดสำหรับตะกอนเฉพาะที่กำลังดำเนินการ

พารามิเตอร์ประสิทธิภาพหลักเพื่อระบุและวัดผล

การเลือกและการประเมินเครื่องแยกน้ำแบบตะกอนต้องใช้ความชัดเจนในชุดเมตริกประสิทธิภาพหลัก พารามิเตอร์เหล่านี้กำหนดว่าเครื่องจักรตรงตามหน้าที่ของกระบวนการหรือไม่ และควรระบุตามสัญญาสำหรับการจัดซื้อจัดจ้างทุนใดๆ

• ปริมาณของแข็งแห้งของเค้ก (%DS): เปอร์เซ็นต์ของของแข็งในเค้กที่แยกน้ำออกโดยมวล %DS ที่สูงขึ้นหมายถึงน้ำหนักเค้กและปริมาตรในการกำจัดลดลง ค่าเป้าหมายขึ้นอยู่กับกระบวนการปลายน้ำ โดยทั่วไปการฝังกลบต้องใช้ DS >20% การเผาร่วมมักจะต้องใช้ DS >25% และการดำเนินการทำปุ๋ยหมักบางอย่างยอมรับ DS 18–22%
• อัตราการดักจับของแข็ง (%): เปอร์เซ็นต์ของของแข็งที่เข้ามาซึ่งจบลงในเค้ก แทนที่จะอยู่ในศูนย์กลางหรือกรอง ค่าที่ต่ำกว่า 90–95% บ่งชี้ถึงการสูญเสียของแข็งที่มากเกินไปไปยังกระแสไหลย้อนกลับ ซึ่งจะเพิ่มภาระให้กับกระบวนการบำบัดต้นน้ำ ตะกอนที่มีการปรับสภาพอย่างดีบนเครื่องหมุนเหวี่ยงที่ทำงานอย่างเหมาะสมควรได้รับการดักจับ 95–98%
• ปริมาณงาน (กก. DS/ชม.): มวลของของแข็งแห้งที่ประมวลผลต่อชั่วโมงที่ความแห้งของเค้กที่ระบุและอัตราการจับพร้อมกัน นี่เป็นพื้นฐานการออกแบบสำหรับการกำหนดขนาดอุปกรณ์ และต้องสะท้อนถึงการผลิตตะกอนสูงสุด ไม่ใช่ปริมาณเฉลี่ย
• ปริมาณการใช้โพลีเมอร์ (กก. โพลีเมอร์/ตัน DS): ตัวขับเคลื่อนต้นทุนการดำเนินงานโดยตรง ควรวัดภายใต้สภาวะคงตัวที่ปริมาณงานที่กำหนด ไม่ใช่ภายใต้สภาวะห้องปฏิบัติการที่เอื้ออำนวย
• การใช้พลังงาน (kWh/ตัน DS): มีความสำคัญเป็นพิเศษสำหรับเครื่องหมุนเหวี่ยงและเครื่องกรองแรงดันสูง ต้นทุนพลังงานตลอดอายุการใช้งานอาจเกินต้นทุนเงินทุนตลอดอายุการใช้งานเครื่องจักร 15-20 ปี

วิธีเลือกเครื่องแยกน้ำที่เหมาะกับการใช้งานของคุณ

ไม่มีเทคโนโลยีการแยกน้ำแบบใดที่เหมาะสมที่สุดสำหรับตะกอนทุกประเภทและบริบทการปฏิบัติงาน การคัดเลือกควรขับเคลื่อนโดยการประเมินอย่างมีโครงสร้างของปัจจัยต่อไปนี้

ลักษณะของตะกอน

แหล่งกำเนิดของตะกอนจะกำหนดความสามารถในการแยกน้ำออก ตะกอนปฐมภูมิ (ของแข็งดิบที่ตกตะกอน) จะแยกน้ำได้ง่ายกว่าตะกอนเร่ง (ทางชีวภาพ) ซึ่งจะแยกน้ำได้ง่ายกว่ากากตะกอนที่ผ่านการย่อยแบบผสมซึ่งมีของแข็งระเหยง่ายสูง กากตะกอนอุตสาหกรรมมีความแตกต่างกันอย่างมาก — กากตะกอนมันจากกระบวนการปิโตรเคมี กากตะกอนเส้นใยจากโรงงานกระดาษ และกากตะกอนอนินทรีย์จากหางแร่ในเหมือง ล้วนมีพฤติกรรมแตกต่างกันภายใต้แรงดันเชิงกลและแรงเหวี่ยงหนีศูนย์ การทดสอบการแยกน้ำออกในระดับตั้งโต๊ะกับตัวอย่างตะกอนที่เป็นตัวแทนถือเป็นสิ่งสำคัญก่อนที่จะตัดสินใจเลือกอุปกรณ์ขั้นสุดท้าย

ความแห้งของเค้กที่จำเป็น

หากมีการวางแผนการอบแห้งด้วยความร้อนขั้นปลายน้ำหรือการเผาร่วม การเพิ่มความแห้งของเค้กให้สูงสุดจะส่งผลดีต่อต้นทุนเชื้อเพลิงโดยตรง — เค้ก DS เพิ่มขึ้นทุกๆ 1% จะช่วยลดพลังงานในการอบแห้งประมาณ 2–3% . ในสถานการณ์สมมตินี้ เงินทุนที่สูงขึ้นและต้นทุนการดำเนินงานของเครื่องกรองเมมเบรนอาจสมเหตุสมผลอย่างสมบูรณ์ ในกรณีที่กากตะกอนถูกส่งไปยังพื้นที่เกษตรกรรมหรือการทำปุ๋ยหมักที่เป้าหมายความแห้งที่ต่ำกว่า เครื่องอัดแบบสกรูหรือแบบสายพานอาจให้ประสิทธิภาพที่เพียงพอด้วยต้นทุนที่ต่ำกว่า

ข้อจำกัดด้านรอยเท้าและการติดตั้งที่มีอยู่

เครื่องหมุนเหวี่ยงและเครื่องอัดแบบสกรูมีขนาดกะทัดรัดและเหมาะอย่างยิ่งสำหรับการติดตั้งแบบบรรจุภาชนะหรือแบบโมดูลาร์ เครื่องกดตัวกรองสายพานต้องการพื้นที่พื้นและระยะห่างเหนือศีรษะมากขึ้นสำหรับระบบการติดตามและล้างสายพาน เครื่องอัดตัวกรองที่มีจำนวนเพลทขนาดใหญ่สามารถมีความยาวได้มาก — สูงถึง 15–20 เมตรสำหรับยูนิตที่มีความจุสูง — และต้องการความสามารถในการรับน้ำหนักเชิงโครงสร้างที่สำคัญในพื้นอาคาร

ทักษะของผู้ปฏิบัติงานและความสามารถในการบำรุงรักษา

เครื่องหมุนเหวี่ยงและเครื่องกรองมีข้อกำหนดในการบำรุงรักษาที่ซับซ้อนมากกว่าเครื่องอัดเกลียวหรือเครื่องอัดสายพาน สถานที่ที่มีเจ้าหน้าที่บำรุงรักษาจำกัดหรือสถานที่ห่างไกลจะได้รับประโยชน์จากความเรียบง่ายและความทนทานของเทคโนโลยีการอัดสกรูความเร็วต่ำ ซึ่งมีส่วนประกอบที่สึกหรอน้อยกว่า และไม่ต้องการความสมดุลที่แม่นยำหรือการบำรุงรักษาตลับลูกปืนความเร็วสูง