Prasa ślimakowa do osadów: jak działa odwadnianie za pomocą prasy śrubowej, rodzaje i wybór

Co to jest Prasa ślimakowa do osadu ?

A prasa śrubowa osadu to ciągła mechaniczna maszyna odwadniająca, która usuwa wodę z osadów poprzez przepuszczenie jej przez stopniowo zwężającą się spiralną śrubę zamkniętą w cylindrycznym sicie filtra. Gdy ślimak się obraca, przesuwa osad w kierunku końca wylotowego, jednocześnie zwiększając ciśnienie sprężania — wypychając wodę wolną i śródmiąższową przez otwory sita i zagęszczając pozostałe ciała stałe w półsuchy placek do wyładunku.

W przeciwieństwie do urządzeń działających wsadowo, prasa śrubowa działa w sposób ciągły i wymaga minimalnej interwencji operatora po ustaleniu warunków podawania. Filtrat (woda z prasy) spływa grawitacyjnie przez sito do rynny zbiorczej znajdującej się pod urządzeniem, podczas gdy odwodniony placek jest odprowadzany na końcu ślimaka przy kontrolowanym przeciwciśnieniu ustawionym za pomocą regulowanego stożka wylotowego lub płyty dławiącej.

Odwadniające maszyny śrubowe są obecnie standardowym wyposażeniem w oczyszczalniach ścieków komunalnych, przetwórstwie żywności, produkcji celulozy i papieru, gospodarce odchodami zwierzęcymi i oczyszczaniu ścieków przemysłowych – wszędzie tam, gdzie osady o dużej objętości muszą zostać zmniejszone i ustabilizowane przed utylizacją, kompostowaniem lub odzyskiem energii.

Jak działa odwadnianie za pomocą prasy śrubowej: zasada działania

Mechanizm odwadniający w prasie śrubowej łączy w sobie trzy siły fizyczne: drenaż pod wpływem grawitacji, ściskania mechanicznego i ścinania . Zrozumienie interakcji tych sił pomaga inżynierom wybrać właściwą konfigurację prasy i zoptymalizować parametry operacyjne.

Strefa karmienia i kondycjonowania

Kondycjonowany osad — zazwyczaj wstępnie oczyszczony flokulantem polimerowym w celu agregacji drobnych cząstek w większe, dające się przefiltrować kłaczki — wchodzi do prasy przez wlot surowca. Początkowa część ślimaka (strefa drenażowa lub grawitacyjna) umożliwia szybki odpływ wolnej wody przez sito przy minimalnym przyłożonym ciśnieniu, osiągając znaczną redukcję objętości, zanim osad przedostanie się do strefy sprężania.

Strefa Kompresji i Odwadniania

W miarę przemieszczania się osadu zmniejsza się skok ślimaka i/lub zwiększa się średnica wału ślimaka, co zmniejsza wydajność objętościową każdego ślimaka i stopniowo zwiększa ciśnienie sprężania. Taka konstrukcja pozwala uniknąć nagłych skoków kompresji, które mogłyby oślepić ekran lub uszkodzić delikatną strukturę kłaczków. Szczytowe ciśnienia sprężania w przemysłowych prasach śrubowych zwykle wahają się od 0,3 MPa do 1,5 MPa , w zależności od rodzaju osadu i docelowej suchości placka.

Kontrola tłoczenia i przeciwciśnienia

Po stronie wylotowej korek stożkowy, stożek sprężynowy lub sterowana hydraulicznie płyta dławiąca wywiera przeciwciśnienie na placek, zapewniając całkowite sprężenie osadu przed jego wypłynięciem. Zwiększanie ciśnienia wstecznego zazwyczaj zwiększa suchość placka kosztem zmniejszonej wydajności – jest to kompromis, który należy skalibrować dla każdego rodzaju osadu podczas uruchamiania.

Rodzaje maszyn do odwadniania osadów: Prasa śrubowa a prasa filtracyjna i inne technologie

Na rynku pras do odwadniania osadów istnieje kilka konkurencyjnych technologii. Wybór odpowiedniej maszyny wymaga dopasowania charakterystyki sprzętu do właściwości osadu, wymaganej suchości placka, dostępnej powierzchni, budżetu energetycznego i poziomu personelu operacyjnego.

The prasa filtracyjna do odwadniania osadów osiąga najwyższą suchość placka spośród wszystkich metod odwadniania mechanicznego – często 35–50% suchej masy – co czyni go preferowanym w przypadku strumieni osadów przeznaczonych na składowiska (gdzie obowiązują opłaty wagowe/objętościowe) lub spalenia (gdzie wilgoć bezpośrednio wpływa na wartość opałową). Jednakże działanie wsadowe, duże rozmiary i większe zapotrzebowanie na siłę roboczą ograniczają jego konkurencyjność w zastosowaniach, w których priorytetem jest ciągła przepustowość i automatyzacja.

The odwadnianie osadu w prasie śrubowej podejście zapewnia najlepszą równowagę pomiędzy niskim zużyciem energii, niskim zużyciem wody do mycia, zamkniętą pracą i zautomatyzowaną ciągłą pracą – co czyni go domyślnym wyborem dla komunalnych oczyszczalni ścieków, zakładów przetwórstwa spożywczego i hodowli zwierząt, gdzie wymagana jest całodobowa praca bez nadzoru.

Kluczowe parametry wydajności odwadniania w prasie śrubowej

Ocenianie śrubowa prasa odwadniająca wymaga zrozumienia wzajemnych zależności pomiędzy kilkoma mierzalnymi wynikami w zakresie wydajności. Parametry te należy określić i zagwarantować w umowie przy zakupie sprzętu.

Suchość ciasta (DS%)

Zawartość suchej masy w ciastku jest głównym miernikiem wydajności każdej prasy do odwadniania osadu. W przypadku pras śrubowych pracujących na osadzie czynnym z odpadów komunalnych (WAS) typowa suchość placka wynosi od 18% do 30% suchej masy w zależności od dawki polimeru, prędkości ślimaka, ustawienia przeciwciśnienia i odwadniania osadu (mierzonej czasem ssania kapilarnego, CST). Przefermentowany osad mieszany zazwyczaj osiąga 22–35% suchej masy. Osady z odpadów spożywczych, charakteryzujące się dużą zawartością substancji organicznych, często odwadniane do 20–28% sm.

Szybkość wychwytywania ciał stałych

Szybkość wychwytywania ciał stałych (zwany także odzyskiem substancji stałych) mierzy procent napływających suchych substancji stałych, które wydostają się z placka, a nie z filtratu. Dobrze zoptymalizowany system odwadniania osadu w prasie śrubowej zazwyczaj osiąga taki efekt Wychwytywanie 95–99% cząstek stałych przy odpowiednim kondycjonowaniu polimeru. Wychwytywanie małej ilości cząstek stałych zwiększa ładunek zawieszonych ciał stałych zawracany do ciągu oczyszczania cieczy, podnosząc koszty operacyjne w całej instalacji.

Wydajność przepustowa

Wydajność prasy śrubowej jest znamionowa kg sm/godz (kilogramy suchej masy na godzinę), a nie przepływ objętościowy, ponieważ stężenie osadu paszowego jest bardzo zróżnicowane (zwykle 0,5–6% sm). Pojedynczy ślimak o średnicy sita 200 mm może wytrzymać 30–80 kg sm/godz.; jednostki o dużej średnicy (350–500 mm) mogą przetworzyć 200–600 kg sm/godz. Konfiguracje wielowałowe lub wielojednostkowe są standardem w instalacjach o dużej wydajności powyżej 1000 kg DS/godz.

Zużycie polimeru

Kondycjonowanie polimeru (flokulant) jest niezbędne dla wydajności prasy śrubowej. Typowe dawki polimeru do odwadniania osadów komunalnych wahają się od 3 do 10 kg aktywnego polimeru na tonę suchej masy . Koszt polimeru często stanowi największy pojedynczy wydatek operacyjny w odwadnianiu za pomocą prasy śrubowej, dlatego porównanie g polimeru/kg suchej masy w konkurencyjnych maszynach i produktach polimerowych podczas testów pilotażowych ma kluczowe znaczenie dla analizy kosztów całego cyklu życia.

Rodzaje osadów odpowiednie do odwadniania w prasie śrubowej

Nie wszystkie rodzaje osadów reagują jednakowo na odwadnianie w prasie śrubowej. Następujące kategorie osadów mają dobrze udokumentowaną historię działania technologii prasy śrubowej:

• Miejskie osady ściekowe — odpadowy osad czynny (WAS), osad pierwotny oraz osad mieszany lub przefermentowany; najpopularniejsze zastosowanie na całym świecie
• Szlam z przetwórstwa żywności i napojów — odpady z przetwórstwa owoców i warzyw, osady ściekowe z mleczarni, biosubstancje stałe z browarów i gorzelni; wysoka zawartość substancji organicznych dobrze reaguje na prasowanie śrubowe
• Zwierzęta gospodarskie i odchody zwierzęce — gnojowicę świńską, obornik bydlęcy i ścieki z kurników; Prasy śrubowe są dominującą technologią odwadniania w procesie wstępnej obróbki biogazu rolniczego
• Szlam z celulozowni i papierni — osady z włókien pierwotnych i osady z biologicznego oczyszczania ścieków z papierni; zawartość włókien wspomaga tworzenie się ciasta i drenaż
• Szlam z akwakultury — substancje stałe ścieki z hodowli ryb, osady RAS (recyrkulacyjny system akwakultury); Kompaktowe prasy śrubowe doskonale nadają się do mniejszych rozmiarów i odległych lokalizacji, typowych dla hodowli ryb
• Biomasa z alg i bioreaktorów — zbiór mikroalg do celów biopaliwa, paszy dla zwierząt lub nawozów; delikatna kompresja zachowuje integralność struktury komórkowej tam, gdzie dalsze przetwarzanie wymaga nienaruszonej biomasy

Szlam o dużej zawartości piasku, żwiru lub minerałów ściernych jest generalnie mniej odpowiedni do odwadniania w prasie śrubowej — cząstki ścierne przyspieszają zużycie sit i znacznie zwiększają częstotliwość konserwacji. Prasy filtracyjne lub dekantery wirówkowe są zazwyczaj lepiej przystosowane do strumieni osadów zawierających duże ilości minerałów z kamieniołomów, górnictwa lub przetwórstwa ceramiki.

Cechy konstrukcyjne maszyny prasy śrubowej do oceny

Pomiędzy producentami występują znaczne różnice konstrukcyjne maszyny do tłoczenia osadu . Poniższe elementy konstrukcyjne mają największy wpływ na długoterminową wydajność, koszty konserwacji i niezawodność działania.

Materiał ekranu i projekt przysłony

Sito filtra jest elementem najbardziej ulegającym zużyciu w każdej maszynie odwadniającej z prasą śrubową. Ekrany są dostępne w konfiguracjach z drutu klinowego (drut profilowany), perforowanej płyty ze stali nierdzewnej i tkanej tkaniny drucianej. Sita drutowe klinowe — z drutem o profilu V zorientowanym tak, aby miał wąski otwór szczelinowy — zapewniają doskonałą odporność na zatykanie i dłuższą żywotność niż płyta perforowana do osadów włóknistych lub lepkich. Rozmiar otworu sita (zwykle szerokość szczeliny 0,2–1,0 mm) należy dopasować do rozmiaru kłaczków wytwarzanych w wyniku kondycjonowania polimeru.

Napęd o zmiennej prędkości i kontrola prędkości ślimaka

Nowoczesne prasy odwadniające śrubowe są wyposażone w napędy o zmiennej częstotliwości (VFD), które umożliwiają regulację prędkości obrotowej ślimaka w zakresie około 1–5 obr./min. Niższa prędkość ślimaka zwiększa czas przebywania i kompresję, poprawiając suchość placka kosztem przepustowości. Automatyczne sterowanie VFD połączone ze sprzężeniem zwrotnym momentu obrotowego umożliwia prasie samooptymalizację prędkości ślimaka w odpowiedzi na zmiany stężenia osadu wsadowego — jest to cecha krytyczna w przypadku zakładów, w których zmienność paszy jest duża.

Mechanizmy samoczyszczące ekranu

Zaślepienie sita — postępujące zatykanie otworów sita drobnymi cząsteczkami lub lepkimi substancjami organicznymi — zmniejsza drenaż filtratu i z czasem pogarsza skuteczność odwadniania. Wiodące konstrukcje pras śrubowych rozwiązują ten problem przerywane lub ciągłe systemy czyszczenia ekranu : listwy myjące z dyszami natryskowymi, obrotowe szczotki czyszczące lub oscylacyjne głowice natryskowe, które usuwają osady na powierzchni pomiędzy cyklami produkcyjnymi. Zdolność samooczyszczania bezpośrednio zmniejsza konieczność ręcznego zmywania i wydłuża okresy ciągłej pracy.

Zamknięta obudowa zatrzymująca zapachy i aerozole

Odwadnianie osadów powoduje powstawanie siarkowodoru, amoniaku i bioaerozoli, które stwarzają zagrożenie dla zdrowia w miejscu pracy i dolegliwości związane z nieprzyjemnym zapachem w miejskich oczyszczalniach. Całkowicie zamknięta obudowa prasy śrubowej z przyłączami wentylacji podciśnieniowej umożliwia wychwytywanie zanieczyszczonego powietrza i kierowanie go do biofiltra lub płuczki chemicznej – co jest coraz bardziej obowiązkowym wymaganiem projektowym w nowych miejskich instalacjach odwadniających.

Optymalizacja operacyjna i rozwiązywanie problemów

Nawet dobrze określony prasa ślimakowa do odwadniania osadów będzie działać gorzej, jeśli ustawienia kondycjonowania, przeciwciśnienia i prędkości nie zostaną zoptymalizowane dla aktualnie przetwarzanego osadu. Poniższe parametry operacyjne odpowiadają za większość problemów z wydajnością obserwowanych w instalacjach terenowych.

1. Rodzaj i dawka polimeru — kationowy poliakryloamid (PAM) jest standardem w przypadku osadów biologicznych; masa cząsteczkowa i gęstość ładunku muszą być dostosowane do właściwości osadu; przedawkowanie powoduje śliskie, niedostatecznie odsączone ciasto; niedostateczne dozowanie powoduje słabe wychwytywanie cząstek stałych i mokry placek
2. Rozcieńczenie polimeru i czas kontaktu — polimer należy rozcieńczyć do odpowiedniego stężenia roboczego (0,05–0,2%) i zapewnić mu odpowiedni czas mieszania z osadem przed wprowadzeniem do prasy; Stałe mieszalniki statyczne lub zbiorniki flokulacyjne o zdefiniowanym hydraulicznym czasie retencji zapewniają równomierne kondycjonowanie
3. Stężenie paszy — większość pras śrubowych najlepiej radzi sobie z osadami zasilającymi w zakresie 0,5–4% sm; zagęszczanie osadu nadawowego przed prasowaniem (za pomocą zagęszczaczy grawitacyjnych lub flotatorów z rozpuszczonym powietrzem) zmniejsza obciążenie prasy i poprawia suchość placka
4. Regulacja przeciwciśnienia — zwiększyć przeciwciśnienie, aby zwiększyć suchość placka, gdy dostępne są ciała stałe; zmniejszyć przeciwciśnienie, jeśli moment obrotowy śruby przekracza bezpieczne limity lub jeśli wydajność musi być maksymalizowana w okresach szczytowego przepływu
5. Częstotliwość kontroli ekranu — zaplanować cotygodniową kontrolę wizualną stanu ekranu; częściowe oślepienie w zlokalizowanych strefach jest często pierwszą oznaką zbyt małej dawki polimeru lub szlamu o podwyższonej zawartości frakcji drobnych cząstek