螺桿泵專家SEEPEX開發(fā)了一款定制系統(tǒng)解決方案，它結(jié)合了兩種輸送技術(shù)的優(yōu)勢，以一種特別節(jié)能的方式實(shí)現(xiàn)大量脫水污泥的長距離輸送。老式氣動系統(tǒng)可說是這一開創(chuàng)性技術(shù)的鼻祖。新技術(shù)采用智能空氣注射(SAI)將污泥壓縮成柱塞，然后使用壓縮空氣不斷推進(jìn)長達(dá)1000米管道。這種傳統(tǒng)工藝的新替代方案已經(jīng)在許多歐洲工廠安裝，并很快為廢水處理公司帶來回報。
由于新技術(shù)的出現(xiàn)，長管道不再是缺點(diǎn)。當(dāng)涉及到處理脫水污泥時，這一點(diǎn)尤其重要。許多應(yīng)用場合，例如磷酸鹽回收廠，越來越需要長距離運(yùn)輸污泥。眾多的優(yōu)勢使新系統(tǒng)成為私有和市政污水處理廠的一個有吸引力的選擇。該系統(tǒng)不僅滿足最遠(yuǎn)距離為1000米的最新要求，而且非常經(jīng)濟(jì)，因?yàn)榭偼顿Y成本、后續(xù)費(fèi)用和運(yùn)行成本都相對較低。
壓力下的污泥
對于這種系統(tǒng)解決方案，開發(fā)商采用了螺桿泵輸送和密相氣力輸送相結(jié)合的方式。新工藝只需使用由塑料制成的低成本管道系統(tǒng)，該系統(tǒng)不僅在采購時投資較小，而且還能降低維護(hù)和操作成本等運(yùn)行費(fèi)用。得益于低能耗、兩年維護(hù)周期以及更便宜的備件，該方案的運(yùn)行成本顯著較低。維護(hù)所需的時間只需幾小時，并且由于部件重量較輕，通常可由單人完成，不需要額外的起重機(jī)/吊車設(shè)備。由于原位維護(hù)的設(shè)計(jì)，不需要拆卸管道。較低的壓力水平還確保了部件使用壽命的延長和泵占地面積的減小。此外，自動化系統(tǒng)解決方案以及過程監(jiān)控可以通過傳統(tǒng)的總線接口集成到現(xiàn)有的自動化和控制系統(tǒng)中。所有功能部件、傳感器和執(zhí)行器一并打包提供，并集成到控制軟件中。
對于廢水處理公司來說，SAI系統(tǒng)是傳統(tǒng)系統(tǒng)的高能效、高性能替代方案。作為定制的輸送解決方案，它旨在滿足工廠的要求，在現(xiàn)場實(shí)現(xiàn)參數(shù)化，并優(yōu)化能耗。
挑戰(zhàn)
長距離輸送脫水污泥是廢水處理設(shè)備面臨的主要挑戰(zhàn):介質(zhì)的高粘度和磨損性意味著需要克服輸送管道中的巨大壓力損失。在某些情況下，需要使用順序泵送解決方案，如帶多驅(qū)動裝置的帶式輸送機(jī)或螺旋輸送機(jī)。由于它們具備多個驅(qū)動單元，通常會帶來高能耗和高維護(hù)要求。此外，它們經(jīng)常暴露在環(huán)境中，可能帶來令人不快的氣味及被雨水沖開，并且垂直或復(fù)雜的輸送會導(dǎo)致低效。另外一種方法是封閉管道與多級螺桿泵或某些情況下與活塞泵結(jié)合使用，這些泵特別適用于高粘度介質(zhì)和高壓。然而，由于反壓較大，它們需要相對較高的耐壓管道投資成本(在某些情況下超過PN100)。尤其是活塞泵還具有很高的維護(hù)要求和成本，維護(hù)停機(jī)時間長，以及相對較高的驅(qū)動功率和能量消耗。
新的泵送解決方案
SAI系統(tǒng)解決了上述問題。在該系統(tǒng)中，首先通過料斗泵在壓力管線中壓縮和壓實(shí)污泥柱塞，[見圖1.a)和1.b)]，然后通過脈沖壓縮空氣噴射向前輸送[見圖1.c)]。空氣注射通過針對應(yīng)用優(yōu)化的算法進(jìn)行壓力控制(見圖2)。氣動輸送的污泥柱塞也封裝在聚合物溶液中。這減少了管道中的摩擦，從而提高了整個系統(tǒng)的能效。
泵輸送和密相氣力輸送的結(jié)合永久地將整個輸送管道中的壓力降低到非常低的水平(見圖2，最大壓力約4 Bar)。它直接來源于最初壓縮污泥柱塞運(yùn)動所需的能量。一旦靜摩擦力被克服，污泥柱塞被其后面流動的膨脹壓縮空氣加速，這再次降低了管道中的壓力水平(見圖2)。現(xiàn)場調(diào)整系統(tǒng)參數(shù)，如聚合物流量和空氣流量，可以設(shè)定工廠特定的能量優(yōu)化操作點(diǎn)。
圖1:采用聚合物注入和密相氣力輸送的污水污泥輸送系統(tǒng)流程示意圖。a)壓縮污泥柱塞，直到b)在管道中達(dá)到最佳壓縮水平。c)打開壓縮空氣閥，使用壓縮空氣將污泥柱塞推進(jìn)料倉。d)輸送管道中壓力下降。
較低的管道壓力允許使用更薄、更便宜的管道(PN10至PN16)，從而顯著降低投資成本，長距離輸送尤其顯著。此外，更小的單級漏斗泵可以與優(yōu)化的專利維護(hù)技術(shù)一起使用，這將維護(hù)需求降至最低(轉(zhuǎn)子/定子更換不到一小時)，并且能耗相對較低。
圖2:污泥管道注入點(diǎn)的壓力曲線示意圖。當(dāng)達(dá)到預(yù)定的壓力水平時，注入壓縮空氣幾秒鐘，ΔTinj，之后污泥管道中的壓力下降Δp。然后使用螺桿泵幾分鐘，Δt，將新的污泥栓塞泵入管道，直到進(jìn)行另一次壓縮空氣注入。標(biāo)記的時間a)...d)對應(yīng)于圖1所示的條件。
整體系統(tǒng)
新系統(tǒng)解決方案的核心是集成控制系統(tǒng)，它負(fù)責(zé)調(diào)節(jié)整個系統(tǒng)的所有功能。使用激光距離傳感器或通過測壓元件記錄污泥泵的供應(yīng)料斗中的填充水平，并根據(jù)填充水平調(diào)節(jié)污泥泵的輸送能力。為了使聚合物溶液消耗最小化，它會根據(jù)當(dāng)前的污泥流量調(diào)整聚合物流量。此外，該系統(tǒng)還配備了溫度、過壓和變頻監(jiān)控器，實(shí)現(xiàn)三種安全功能，確保整個系統(tǒng)平穩(wěn)安全運(yùn)行。根據(jù)輸送路徑的情況，可能需要在多點(diǎn)將壓縮空氣和聚合物溶液注入管道(參見圖3中的兩個注入點(diǎn))。用于注入空氣的閥門也可以通過帶有顯示器的控制裝置手動控制，該控制裝置為交貨標(biāo)配。這尤其適用于在系統(tǒng)長時間停機(jī)之前清潔管道，或清除輸送管道中的堵塞物。
可以用兩種不同的方式設(shè)置系統(tǒng)參數(shù)。一方面，可以從控制中心通過現(xiàn)場總線執(zhí)行(遠(yuǎn)程)控制，或者另一方面，可以通過控制設(shè)備本地修改系統(tǒng)參數(shù)。此外，壓縮空氣和聚合物溶液的流量被測量并顯示在控制面板的本地顯示器上，旁邊還有其他重要的系統(tǒng)信息，例如系統(tǒng)狀態(tài)和泵操作參數(shù)。
圖3:具有兩個聚合物溶液和壓縮空氣注入點(diǎn)的新系統(tǒng)三維模型。