污泥长距离输送方案

螺杆泵专家SEEPEX开发了一款定制系统解决方案，它结合了两种输送技术的优势，以一种特别节能的方式实现大量脱水污泥的长距离输送。老式气动系统可说是这一开创性技术的鼻祖。新技术采用智能空气注射(SAI)将污泥压缩成柱塞，然后使用压缩空气不断推进长达1000米管道。这种传统工艺的新替代方案已经在许多欧洲工厂安装，并很快为废水处理公司带来回报。

由于新技术的出现，长管道不再是缺点。当涉及到处理脱水污泥时，这一点尤其重要。许多应用场合，例如磷酸盐回收厂，越来越需要长距离运输污泥。众多的优势使新系统成为私有和市政污水处理厂的一个有吸引力的选择。该系统不仅满足最远距离为1000米的最新要求，而且非常经济，因为总投资成本、后续费用和运行成本都相对较低。

压力下的污泥
对于这种系统解决方案，开发商采用了螺杆泵输送和密相气力输送相结合的方式。新工艺只需使用由塑料制成的低成本管道系统，该系统不仅在采购时投资较小，而且还能降低维护和操作成本等运行费用。得益于低能耗、两年维护周期以及更便宜的备件，该方案的运行成本显著较低。维护所需的时间只需几小时，并且由于部件重量较轻，通常可由单人完成，不需要额外的起重机/吊车设备。由于原位维护的设计，不需要拆卸管道。较低的压力水平还确保了部件使用寿命的延长和泵占地面积的减小。此外，自动化系统解决方案以及过程监控可以通过传统的总线接口集成到现有的自动化和控制系统中。所有功能部件、传感器和执行器一并打包提供，并集成到控制软件中。

对于废水处理公司来说，SAI系统是传统系统的高能效、高性能替代方案。作为定制的输送解决方案，它旨在满足工厂的要求，在现场实现参数化，并优化能耗。

挑战
长距离输送脱水污泥是废水处理设备面临的主要挑战:介质的高粘度和磨损性意味着需要克服输送管道中的巨大压力损失。在某些情况下，需要使用顺序泵送解决方案，如带多驱动装置的带式输送机或螺旋输送机。由于它们具备多个驱动单元，通常会带来高能耗和高维护要求。此外，它们经常暴露在环境中，可能带来令人不快的气味及被雨水冲开，并且垂直或复杂的输送会导致低效。另外一种方法是封闭管道与多级螺杆泵或某些情况下与活塞泵结合使用，这些泵特别适用于高粘度介质和高压。然而，由于反压较大，它们需要相对较高的耐压管道投资成本(在某些情况下超过PN100)。尤其是活塞泵还具有很高的维护要求和成本，维护停机时间长，以及相对较高的驱动功率和能量消耗。

新的泵送解决方案
SAI系统解决了上述问题。在该系统中，首先通过料斗泵在压力管线中压缩和压实污泥柱塞，[见图1.a)和1.b)]，然后通过脉冲压缩空气喷射向前输送[见图1.c)]。空气注射通过针对应用优化的算法进行压力控制(见图2)。气动输送的污泥柱塞也封装在聚合物溶液中。这减少了管道中的摩擦，从而提高了整个系统的能效。

泵输送和密相气力输送的结合永久地将整个输送管道中的压力降低到非常低的水平(见图2，最大压力约4 Bar)。它直接来源于最初压缩污泥柱塞运动所需的能量。一旦静摩擦力被克服，污泥柱塞被其后面流动的膨胀压缩空气加速，这再次降低了管道中的压力水平(见图2)。现场调整系统参数，如聚合物流量和空气流量，可以设定工厂特定的能量优化操作点。




图1:采用聚合物注入和密相气力输送的污水污泥输送系统流程示意图。a)压缩污泥柱塞，直到b)在管道中达到最佳压缩水平。c)打开压缩空气阀，使用压缩空气将污泥柱塞推进料仓。d)输送管道中压力下降。

较低的管道压力允许使用更薄、更便宜的管道(PN10至PN16)，从而显著降低投资成本，长距离输送尤其显著。此外，更小的单级漏斗泵可以与优化的专利维护技术一起使用，这将维护需求降至最低(转子/定子更换不到一小时)，并且能耗相对较低。




图2:污泥管道注入点的压力曲线示意图。当达到预定的压力水平时，注入压缩空气几秒钟，ΔTinj，之后污泥管道中的压力下降Δp。然后使用螺杆泵几分钟，Δt，将新的污泥栓塞泵入管道，直到进行另一次压缩空气注入。标记的时间a)...d)对应于图1所示的条件。

整体系统
新系统解决方案的核心是集成控制系统，它负责调节整个系统的所有功能。使用激光距离传感器或通过测压元件记录污泥泵的供应料斗中的填充水平，并根据填充水平调节污泥泵的输送能力。为了使聚合物溶液消耗最小化，它会根据当前的污泥流量调整聚合物流量。此外，该系统还配备了温度、过压和变频监控器，实现三种安全功能，确保整个系统平稳安全运行。根据输送路径的情况，可能需要在多点将压缩空气和聚合物溶液注入管道(参见图3中的两个注入点)。用于注入空气的阀门也可以通过带有显示器的控制装置手动控制，该控制装置为交货标配。这尤其适用于在系统长时间停机之前清洁管道，或清除输送管道中的堵塞物。

可以用两种不同的方式设置系统参数。一方面，可以从控制中心通过现场总线执行(远程)控制，或者另一方面，可以通过控制设备本地修改系统参数。此外，压缩空气和聚合物溶液的流量被测量并显示在控制面板的本地显示器上，旁边还有其他重要的系统信息，例如系统状态和泵操作参数。



图3:具有两个聚合物溶液和压缩空气注入点的新系统三维模型。

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