在荷蘭，污水廠的污泥目前主要通過離心機和帶式壓濾機脫水，但這些技術(shù)消耗大量的化學(xué)品（絮凝劑）和能量，成本不菲，并不是可持續(xù)發(fā)展的長遠之計。2008年荷蘭頒布過一份多年能效協(xié)議（MJA3），這份協(xié)議為荷蘭制定了一系列在2020年前提高荷蘭工業(yè)能效的措施建議，改善污水處理的能效也在其中。因此，在確保處理質(zhì)量的前提下，荷蘭各地的水委會也一直在尋找更節(jié)能、化學(xué)品消耗更少的污泥脫水技術(shù)。早在五年前，Rijnland水委會提出了一種新型污泥脫水技術(shù)，并得到了荷蘭水應(yīng)用研究基金會STOWA的資助。荷蘭水處理公司Tauw負責執(zhí)行，由Nieuw Weme團隊提供設(shè)備，對這項技術(shù)的污泥處理處置效率和可靠性進行測試。

　　這個新型污泥脫水裝置是一個帶毛刷的離心機。顧名思義，這是一個基于離心作用和刷子的污泥固液分離設(shè)備。項目團隊稱它為旋轉(zhuǎn)毛刷分離器（Rotating Brush Separator，簡稱RBS）。這個設(shè)備獨一無二之處在于無需添加任何絮凝劑。單從就理論而言，它給大家提供了污泥脫水的新思路——因為它免去了絮凝劑的存儲空間要求，而且可以省去濃縮直接進行脫水，結(jié)合荷蘭的國情，這也許對一些小型污水廠特別有吸引力。為了驗證其應(yīng)用潛力，2013年Rijnland水委會對一套小型毛刷離心機開展了測試。測試結(jié)果得到了水委會的認可，這促使STOWA擴大了對研究的資助，并于2017年對一套更大型的中試系統(tǒng)進行耐力測試，地點位于阿姆斯特丹西邊的Zwanenburg污水廠和Haarlem Waarderpolder污水廠。

　　工藝原理

　　如下圖1所示，這個旋轉(zhuǎn)毛刷分離器的外形像一個內(nèi)部帶有毛刷、垂直放置的滾筒離心機。

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圖1. 毛刷離心機

　　一個脫水循環(huán)如下圖2所示，主要由四部分組成。首先滾筒開始轉(zhuǎn)動（左一），然后污泥從底部進料。污泥顆粒通過沿著刷毛的層流移動到滾筒的內(nèi)側(cè)，并逐漸形成泥餅，水被甩出。當滾筒充滿污泥的時候，機器停止進料，離心機借慣性繼續(xù)轉(zhuǎn)動直到滾筒靜止。此時滾筒向上移動（左二），接著刷子重新啟動，刷子上的泥餅就被拋向擋泥板（右二），最后通過向下運動的刮泥刀從擋泥板上取下泥餅（右一），再用傳送帶移去污泥。

圖2. 脫水循環(huán)的四個階段

　　分析參數(shù)

　　中試測試的監(jiān)控參數(shù)和分析對象如下：

· 裝置的穩(wěn)定性和對故障的敏感度 (查閱數(shù)據(jù)日志)

· 毛刷離心機的設(shè)置

· 流量

· 每日運行時間

· 污泥脫水前后的含固率

· 分離率

· 能耗

· 污泥類型對脫水和分離效率的影響

· 峰值進料的影響

圖3. 安裝在WWTPZwanenburg污水廠的中試裝置和毛刷污泥積聚效果

　　測試期間，他們在污泥進料管和濃縮物排放管中放置了在線流量計(Promagx2)和含固率測量計(Endress+Hauserx2) ，另外還安裝了一個電量儀表(kwh)來監(jiān)控離心機的能耗，進料泵也連接到該表。毛刷離心機自身也有各種傳感器（速度、溫度、平衡等），數(shù)據(jù)自動記錄在機器中。

　　耐力測試

　　第一階段的測試對象是Zwanenburg污水廠的剩余污泥。這些污泥的平均含固率為1.5%。測試為期一個月（2017年7月11日至8月11日）。理論上這套設(shè)備是可以無人化操作的，但測試剛開始的時候，出現(xiàn)了各種技術(shù)問題。經(jīng)過一段時間的檢測修理，問題得到了解決，離心機最終實現(xiàn)自動化運行。

圖4. 位于Zwanenburg污水廠的測試裝置(左)和脫水后的污泥(右)

　　第二階段的測試對象是Haarlem Waarderpolder污水廠的消化污泥。與第一階段的剩余污泥不同，這些污泥的含固率約3%。在這段測試期間，由于該污水廠的預(yù)處理效果不佳，導(dǎo)致后續(xù)的產(chǎn)生污泥含有纖維和其他污染物，毛刷離心機也因此遇到了許多故障。原本計劃12天的運行期(2017年10月5-17日)只運行了6天。在經(jīng)過調(diào)整后，在11月10-16日期間也只運行了4天。

　　測試結(jié)果

　　如上所述，對于Zwanenburg污水廠的剩余污泥，毛刷離心機已經(jīng)可以實現(xiàn)全自動運行。測試期內(nèi)，設(shè)備可以全天運行，8小時內(nèi)最多可運作16次（每次約30分鐘）。脫水后的污泥含固率升至13-16%，分離率超過95%。視乎運行速率和持續(xù)時間，毛刷離心機的單位能耗為4-7kWh/次（包括進料泵的能耗0.23kwh/次）。

Haarlem Waarderpolder污水廠的污泥經(jīng)毛刷離心機脫水后，含固率升至15-22%。但因為含固率測量計不起作用，所以無法確定其分離率。單位能耗為5-8kWh/次（包括進料泵的能耗0.23kwh/次）。

研究團隊在第一階段的測試結(jié)果的基礎(chǔ)上作了進一步估算：他們假設(shè)每次運行處理130kg，運行時間為23-30分鐘，那么該系統(tǒng)對干物質(zhì)的處理容量為87-113kg。按照中試測得的單位能耗計算（3.5-4.6kWh/次），處理每噸干物質(zhì)的能耗為194-253kWh。這個估算結(jié)果與普通離心機和帶式壓濾機相比，還是比較高的。研究團隊認為這可能跟目前試驗設(shè)備（RBS-500）的容量較小有關(guān)。他們正在開發(fā)新的型號，處理能力是目前的3-4倍。他們對新設(shè)備的能耗改善情況表示樂觀。

在能耗的基礎(chǔ)上，他們對毛刷離心機的成本效益也進行了估算，以便評估它在小型污水廠的應(yīng)用前景。研究團隊認為，對于荷蘭的小型污水廠而言，將經(jīng)重力濃縮后的污泥送到集中式的污泥處理廠脫水的成本可能很高，這種新型脫水設(shè)備也去可以為這些污水廠節(jié)省成本。他們對另一座污水廠（位于Haarlem南部的Heemstede污水廠）進行估算對比：該污水廠目前并沒有對污泥進行濃縮或脫水，如果安裝了這套毛刷離心機，每年可節(jié)省1.2-3.7萬歐元。與帶式壓濾機處理相比，毛刷離心機的年成本更低，因為無需使用絮凝劑，而且毛刷離心機可以達到更高的含固率，從而也減少了運輸成本。

圖5. RBS毛刷離心機的整體外觀

　　評估討論

　　研究團隊表示，Haarlem Waarderpolder污水廠由于狀況不斷，此次中試無法對毛刷離心機對消化污泥處理性能作有效評估。而在Zwanenburg污水廠的測試盡管在開始階段遇到各種問題，但經(jīng)過調(diào)整后，毛刷離心機已經(jīng)證明能對剩余污泥進行全自動脫水。然而根據(jù)目前的性能計算顯示，該系統(tǒng)的單位能耗較高，需要進一步的優(yōu)化。

　　研究團隊也坦誠指出，因為容量有限，目前這款毛刷離心機尚不能替代傳統(tǒng)的脫水設(shè)備（例如離心機和帶式壓濾機），而且脫水效果也沒有明顯的優(yōu)勢。但從長遠來說，他們認為這種設(shè)備對小型污水廠還是有吸引力的，因為它簡化了污泥的預(yù)處理工序，而且大大節(jié)省了運輸成本。他們再以Heemstede污水廠為例，使用毛刷離心機的話，每年的初級能量消耗為210,000MJ，遠低于目前濃縮污泥外運的能耗（500,000-750,000/年）。他們希望通過進一步的研究開發(fā)節(jié)能型的毛刷離心機，從而進一步提高能耗節(jié)省率。

　　最新進展

　　研究團隊認為，新型毛刷離心機若想更加實用，需要進行技術(shù)調(diào)整。他們在報告最后提了幾點建議：第一點是改進進料方式，使其不易堵塞；另一個建議是增加處理容量，從而減少能耗和改善脫水效果?；谶@些研究建議，設(shè)備供應(yīng)商Nieuw Weme已經(jīng)對進料口進行改進。他們在荷蘭西部的一間食品公司的污水處理廠安裝了一套改進后的毛刷離心機，目前已經(jīng)實現(xiàn)完全自動運行。由于啟動程序的優(yōu)化，能耗情況據(jù)稱比此前已經(jīng)減少18%。想了解這個中試研究更多細節(jié)的讀者，可以查閱STOWA官網(wǎng)搜索報告原文。https://www.stowa.nl/publicaties/slibontwatering-met-borstelcentrifuge

目前國內(nèi)要求新建污水廠污泥脫水后的含水率要小于60%。要達到此要求，目前國內(nèi)的常用技術(shù)是高壓板框壓榨、石灰調(diào)理或是帶低溫干化的脫水。但在實際操作中，也允許污水廠將污泥含水率降至80%，然后運至污泥處理廠作集中處理。顯然荷蘭這款毛刷離心機要滿足低于60%的含水率是不可能的，但如果下一步優(yōu)化成功，可能如其所說，也能適用于國內(nèi)一些小規(guī)模的污水廠。