Kalový skrutkový lis: Ako funguje odvodňovanie skrutkového lisu, typy a výber

Čo je a Skrutkový lis na kal ?

A kalový závitovkový lis je kontinuálny mechanický odvodňovací stroj, ktorý odstraňuje vodu z kalu jej dopravovaním cez postupne sa zužujúcu špirálovitú závitovku uzavretú vo valcovom filtračnom site. Keď sa skrutka otáča, posúva kal smerom k vypúšťaciemu koncu, pričom súčasne zvyšuje kompresný tlak – vytláča voľnú a intersticiálnu vodu von cez otvory sita a zhutňuje zostávajúce pevné látky do polosuchého koláča na vypustenie.

Na rozdiel od dávkovacieho zariadenia pracuje závitovkový lis nepretržite a vyžaduje minimálny zásah operátora, keď sú vytvorené podmienky podávania. Filtrát (lisová voda) odteká samospádom cez sito do zberného žľabu pod agregátom, pričom odvodnený koláč je odvádzaný na konci závitovky pri riadenom protitlaku nastavenom nastaviteľným výtlačným kužeľom alebo škrtiacou doskou.

Odvodňovacie stroje so závitovkovým lisom sú v súčasnosti štandardným vybavením v oblasti čistenia komunálnych odpadových vôd, spracovania potravín, celulózy a papiera, hospodárenia s maštaľným hnojom a spracovania priemyselných odpadových vôd – všade tam, kde je potrebné pred likvidáciou, kompostovaním alebo energetickým zhodnotením zmenšiť objem a stabilizovať veľkoobjemový kal.

Ako funguje odvodňovanie pomocou závitovkového lisu: Princíp činnosti

Odvodňovací mechanizmus v závitovkovom lise kombinuje tri fyzikálne sily: drenáž pod gravitáciou, mechanická kompresia a šmyk . Pochopenie toho, ako tieto sily interagujú, pomáha inžinierom vybrať správnu konfiguráciu lisu a optimalizovať prevádzkové parametre.

Zóna kŕmenia a kondicionovania

Upravený kal – zvyčajne vopred upravený polymérnym flokulantom na agregáciu jemných častíc do väčších, filtrovateľných vločiek – vstupuje do lisu na vstupe. Počiatočná časť závitovky (odvodňovacia alebo gravitačná zóna) umožňuje rýchlej odtoku voľnej vody cez sito s minimálnym aplikovaným tlakom, čím sa dosiahne významné zníženie objemu predtým, ako kal vstúpi do kompresnej zóny.

Kompresná a odvodňovacia zóna

Ako kal postupuje, stúpanie závitovky sa zmenšuje a/alebo sa zväčšuje priemer hriadeľa závitovky – čím sa znižuje objemová kapacita každého závitovkového ramena a postupne sa vytvára kompresný tlak. Tento dizajn zabraňuje náhlym kompresným špičkám, ktoré by oslepili sito alebo poškodili krehkú štruktúru vločiek. Špičkové kompresné tlaky v priemyselných závitovkových lisoch sa zvyčajne pohybujú od 0,3 MPa do 1,5 MPa v závislosti od typu kalu a cieľovej suchosti koláča.

Regulácia vypúšťania a spätného tlaku

Na výstupnom konci kužeľová zátka, pružinový kužeľ alebo hydraulicky ovládaná doska sýtiča vytvára protitlak na koláč, čím zaisťuje, že kal je pred výstupom úplne stlačený. Zvýšenie protitlaku vo všeobecnosti zvyšuje suchosť koláča za cenu zníženej kapacity prietoku – kompromis, ktorý sa musí kalibrovať pre každý typ kalu počas uvádzania do prevádzky.

Typy strojov na odvodňovanie kalu: Skrutkový lis vs. kalolis a iné technológie

Trh lisov na odvodňovanie kalov zahŕňa niekoľko konkurenčných technológií. Výber správneho stroja vyžaduje prispôsobenie charakteristík zariadenia vlastnostiam kalu, požadovanej suchosti koláča, dostupnej ploche, energetickému rozpočtu a úrovni prevádzkového personálu.

The kalolis na odvodnenie kalu dosahuje najvyššiu suchosť koláča zo všetkých mechanických odvodňovacích metód – často 35 – 50 % DS – vďaka čomu sa uprednostňuje pre kalové prúdy určené na skládkovanie (kde sa uplatňujú poplatky za hmotnosť/objem) alebo spaľovanie (kde vlhkosť priamo ovplyvňuje výhrevnosť). Jeho dávková prevádzka, veľké rozmery a vyšší dopyt po pracovnej sile však obmedzujú jeho konkurencieschopnosť v aplikáciách, kde je prioritou nepretržitá priepustnosť a automatizácia.

The odvodňovanie kalu závitovkovým lisom prístup ponúka najlepšiu rovnováhu medzi nízkou spotrebou energie, nízkou spotrebou vody na umývanie, uzavretou prevádzkou a automatizovaným nepretržitým chodom – vďaka čomu je predvolenou voľbou pre komunálne čističky odpadových vôd, zariadenia na spracovanie potravín a chov dobytka, kde sa vyžaduje nepretržitá bezobslužná prevádzka.

Kľúčové výkonové parametre pre odvodňovanie závitovkového lisu

Vyhodnotenie a závitovkový odvodňovací lis vyžaduje pochopenie súhry medzi niekoľkými merateľnými výstupmi výkonnosti. Tieto parametre by mali byť špecifikované a zmluvne garantované pri obstarávaní zariadení.

Suchosť koláča (DS %)

Obsah sušiny v koláči je primárnym výstupným meradlom akéhokoľvek lisu na odvodňovanie kalu. Pre závitovkové lisy pracujúce s aktivovaným kalom komunálneho odpadu (WAS) sa typická suchosť koláča pohybuje od 18 % až 30 % DS v závislosti od dávky polyméru, rýchlosti závitovky, nastavenia protitlaku a odvodniteľnosti kalu (merané časom kapilárneho sania, CST). Digestovaný zmiešaný kal zvyčajne dosahuje 22–35 % DS. Potravinársky odpadový kal s vysokým obsahom organických látok sa často odvodňuje na 20–28 % DS.

Rýchlosť zachytávania pevných látok

Rýchlosť zachytávania pevných látok (tiež nazývaná regenerácia pevných látok) meria percento prichádzajúcich suchých pevných látok, ktoré opúšťajú koláč, a nie filtrát. Dobre optimalizovaný systém odvodňovania kalu zo závitovkového lisu zvyčajne dosahuje Zachytenie 95–99 % pevných látok so správnou úpravou polyméru. Nízke zachytávanie pevných látok zvyšuje množstvo nerozpustných látok, ktoré sa vracajú do vlaku na úpravu kvapalín, čím sa zvyšujú prevádzkové náklady v celom závode.

Priepustná kapacita

Kapacita skrutkového lisu je menovitá v kg DS/hod (kilogramy suchých pevných látok za hodinu) a nie objemový prietok, pretože koncentrácia vstupného kalu sa značne líši (zvyčajne 0,5–6 % DS). Jedna skrutka s priemerom sita 200 mm zvládne 30–80 kg DS/hod; veľkopriemerové jednotky (350–500 mm) dokážu spracovať 200–600 kg DS/hod. Konfigurácie s viacerými hriadeľmi alebo viacerými jednotkami sú štandardné pre vysokokapacitné inštalácie nad 1 000 kg DS/hod.

Spotreba polyméru

Kondicionovanie polyméru (flokulantu) je nevyhnutné pre výkon skrutkového lisu. Typické dávky polyméru na odvodňovanie komunálneho kalu sa pohybujú od 3 až 10 kg aktívneho polyméru na tonu sušiny . Náklady na polymér často predstavujú najväčšie jednotlivé prevádzkové náklady pri odvodňovaní závitovkovým lisom, takže porovnanie g polyméru / kg DS naprieč konkurenčnými strojmi a polymérnymi produktmi počas pilotného testovania je rozhodujúce pre analýzu nákladov na celý život.

Typy kalu vhodné na odvodňovanie skrutkových lisov

Nie všetky typy kalov reagujú na odvodňovanie závitovkovým lisom rovnako. Nasledujúce kategórie kalov majú dobre zdokumentovanú históriu výkonu s technológiou skrutkového lisu:

• Kal z komunálnych odpadových vôd — odpadový aktivovaný kal (WAS), primárny kal a zmiešaný alebo vyhnívaný zmiešaný kal; celosvetovo najrozšírenejšia aplikácia
• Kaly zo spracovania potravín a nápojov — odpad zo spracovania ovocia a zeleniny, mliečny odpadový kal, biopevné látky z pivovarov a liehovarov; vysoký organický obsah dobre reaguje na skrutkové lisovanie
• Hospodárske zvieratá a živočíšny hnoj — prasačí hnoj, maštaľný hnoj a odpad z chovu hydiny; závitovkové lisy sú dominantnou technológiou odvodňovania v predspracovaní poľnohospodárskych bioplynových staníc
• Celulózový a papierenský kal — kal z primárnych vlákien a kal z biologického spracovania z odpadových vôd z papierní; obsah vlákniny napomáha tvorbe koláčov a odvodňovaniu
• Kal z akvakultúry — tuhé odpadové látky z rybích fariem, kal RAS (recirkulačný akvakultúrny systém); kompaktné skrutkové lisy sú vhodné pre menšie plochy a vzdialené miesta typické pre chov rýb
• Riasy a biomasa bioreaktorov — zber mikrorias na biopalivo, krmivo pre zvieratá alebo hnojivá; jemné stlačenie zachováva integritu bunkovej štruktúry tam, kde následné spracovanie vyžaduje neporušenú biomasu

Kal s vysokým obsahom piesku, piesku alebo abrazívnych minerálov je vo všeobecnosti menej vhodný na odvodňovanie závitovkovým lisom – abrazívne častice urýchľujú opotrebovanie sita a výrazne zvyšujú frekvenciu údržby. Filtračné lisy alebo odstredivkové dekantéry sú zvyčajne vhodnejšie pre prúdy nerastných kalov z ťažby, baníctva alebo spracovania keramiky.

Vlastnosti konštrukcie skrutkového lisu na vyhodnotenie

Medzi výrobcami existujú značné rozdiely v dizajne kalové lisovacie stroje . Nasledujúce konštrukčné prvky majú najväčší vplyv na dlhodobý výkon, náklady na údržbu a prevádzkovú spoľahlivosť.

Materiál obrazovky a dizajn clony

Filtračné sito je komponentom s najvyšším opotrebovaním v akomkoľvek odvodňovacom stroji so závitovkovým lisom. Sitá sú k dispozícii v konfiguráciách klinového drôtu (profilovaný drôt), perforovaného plechu z nehrdzavejúcej ocele a tkanej drôtenej tkaniny. Klinové drôtené sitá — s drôtom z V-profilu orientovaným tak, aby predstavoval úzky otvor štrbiny — ponúka vynikajúcu odolnosť voči oslepeniu a dlhšiu životnosť ako perforovaná doska pre vláknité alebo lepkavé typy kalov. Veľkosť otvoru sita (zvyčajne šírka štrbiny 0,2 – 1,0 mm) musí zodpovedať veľkosti vločiek vytvorených úpravou polyméru.

Regulácia rýchlosti pohonu a skrutky s premenlivou rýchlosťou

Moderné jednotky závitovkového odvodňovacieho lisu sú vybavené pohonmi s premenlivou frekvenciou (VFD), ktoré umožňujú nastavenie rýchlosti otáčania závitovky medzi približne 1–5 ot./min. Nižšia rýchlosť závitovky zvyšuje čas zotrvania a kompresiu, čím sa zlepšuje suchosť koláča za cenu priepustnosti. Automatické riadenie VFD spojené so spätnou väzbou krútiaceho momentu umožňuje lisu samočinne optimalizovať rýchlosť závitovky v reakcii na zmeny koncentrácie vstupného kalu – kritická vlastnosť pre zariadenia, kde je vysoká variabilita posuvu.

Samočistiace mechanizmy obrazovky

Zaslepovanie sita – progresívne upchávanie otvorov sita jemnými časticami alebo lepkavými organickými látkami – znižuje odvodňovanie filtrátu a časom znižuje výkon odvodnenia. Popredné skrutkové lisy to riešia systémy na prerušované alebo nepretržité čistenie obrazoviek : umývacie lišty rozprašovacích trysiek, rotačné čističe kief alebo oscilačné rozprašovacie hlavy, ktoré odstraňujú nánosy povrchového koláča medzi výrobnými cyklami. Schopnosť samočistenia priamo znižuje ručné umývanie a predlžuje nepretržité prevádzkové intervaly.

Uzavretý kryt na zachytávanie zápachu a aerosólu

Odvodňovanie kalu vytvára sírovodík, čpavok a bioaerosóly, ktoré spôsobujú zdravotné riziká pri práci a sťažnosti na zápach v mestských čistiarňach. Plne uzavretý kryt skrutkového lisu s podtlakovými ventilačnými prípojkami umožňuje zachytávanie vzduchu plného zápachu a jeho smerovanie do biofiltra alebo chemickej práčky – čo je čoraz záväznejšia konštrukčná požiadavka v nových komunálnych odvodňovacích zariadeniach.

Prevádzková optimalizácia a odstraňovanie problémov

Dokonca aj dobre špecifikovaný skrutkový lis na odvodňovanie kalu bude slabo fungovať, ak nastavenie kondicionovania, protitlaku a rýchlosti nie je optimalizované pre aktuálne spracovávaný kal. Nasledujúce prevádzkové parametre zodpovedajú za väčšinu výkonnostných problémov pozorovaných pri inštaláciách v teréne.

1. Typ a dávka polyméru — katiónový polyakrylamid (PAM) je štandardom pre biologický kal; molekulová hmotnosť a hustota náboja musia zodpovedať charakteristikám kalu; predávkovanie spôsobuje klzký, nedostatočne odvodnený koláč; nedostatočné dávkovanie má za následok slabé zachytávanie pevných látok a vlhký koláč
2. Riedenie polyméru a doba kontaktu — polymér sa musí pred vstupom do lisu zriediť na správnu pracovnú koncentráciu (0,05 – 0,2 %) a musí mu byť poskytnutý dostatočný čas na zmiešanie s kalom; inline statické miešačky alebo flokulačné nádrže s definovanou hydraulickou dobou zdržania zaisťujú konzistentnú úpravu
3. Koncentrácia krmiva — väčšina závitovkových lisov funguje najlepšie s privádzaným kalom v rozsahu 0,5 – 4 % DS; zahusťovanie vstupného kalu pred lisovaním (pomocou gravitačných zahusťovadiel alebo jednotiek flotácie rozpusteným vzduchom) znižuje zaťaženie lisu a zlepšuje suchosť koláča
4. Nastavenie protitlaku — zvýšiť protitlak na zvýšenie suchosti koláča, keď sú k dispozícii pevné látky; znížte protitlak, ak krútiaci moment skrutky prekročí bezpečné limity alebo ak sa musí počas období špičkového prietoku maximalizovať priepustnosť
5. Frekvencia kontroly obrazovky — naplánovať týždennú vizuálnu kontrolu stavu obrazovky; čiastočné oslepenie v lokalizovaných zónach je často prvým príznakom nedostatočného dávkovania polyméru alebo kalu so zvýšenou frakciou jemných častíc