การบำบัดน้ำเสียจากตะกอนเป็นกระบวนการที่มีความสำคัญเชิงปฏิบัติและประหยัดมากที่สุดกระบวนการหนึ่งในการบำบัดน้ำเสีย การแปรรูปทางอุตสาหกรรม และการจัดการขยะในชุมชน กากตะกอนที่เกิดจากระบบบำบัดทางชีวภาพ บ่อพักน้ำ และกระบวนการทางอุตสาหกรรมประกอบด้วยน้ำเป็นสัดส่วนจำนวนมาก ซึ่งมักจะอยู่ระหว่าง 95% ถึง 99% โดยน้ำหนัก ทำให้การขนส่งมีราคาแพง กำจัดยาก และท้าทายในการประมวลผลต่อไปโดยไม่ลดปริมาณความชื้นลงเสียก่อน เครื่องแยกน้ำแบบตะกอนจะแยกน้ำนี้ออกจากส่วนที่เป็นของแข็งโดยอัตโนมัติ ทำให้เกิดเค้กกึ่งแข็งซึ่งมีปริมาตรและน้ำหนักลดลงอย่างมาก ง่ายต่อการจัดการ และเหมาะสำหรับตัวเลือกการกำจัดขั้นปลายน้ำ รวมถึงการฝังกลบ การทำปุ๋ยหมัก การเผา หรือการใช้ที่ดินทางการเกษตร การเลือกเครื่องแยกน้ำที่เหมาะสมต้องอาศัยความเข้าใจอย่างถ่องแท้เกี่ยวกับลักษณะของตะกอน เทคโนโลยีที่มีอยู่ และข้อจำกัดในการดำเนินงานของโรงงานที่เป็นปัญหา
การลดปริมาณและมวลที่เกิดจากการบำบัดน้ำเสียอย่างมีประสิทธิผลมีผลกระทบโดยตรงและวัดผลได้ต่อต้นทุนรวมในการจัดการตะกอน กระแสตะกอนที่เข้าสู่เครื่องแยกน้ำที่มีปริมาณของแข็งทั้งหมด 2% และออกมาเป็นเค้กที่มีของแข็งทั้งหมด 20% ได้ลดปริมาตรลงประมาณ 90% การลดลงนี้แปลตามสัดส่วนเป็นต้นทุนการขนส่งที่ลดลง ลดค่าธรรมเนียมการฝังกลบ ลดความต้องการในการจัดเก็บ และการใช้พลังงานที่ลดลงในกระบวนการบำบัดด้วยความร้อนใดๆ ที่ใช้ขั้นปลายน้ำ สำหรับโรงงานแปรรูปกากตะกอนหลายร้อยหรือหลายพันลูกบาศก์เมตรต่อวัน การปรับปรุงความแห้งของเค้กเพียงเล็กน้อย ซึ่งวัดเป็นเปอร์เซ็นต์ของของแข็งทั้งหมด ก็สามารถประหยัดเงินได้หลายหมื่นดอลลาร์ต่อปี
นอกเหนือจากเศรษฐศาสตร์แล้ว การแยกน้ำออกมักเป็นข้อกำหนดทางกฎหมาย เขตอำนาจศาลหลายแห่งกำหนดขีดจำกัดปริมาณความชื้นในกากตะกอนที่กำหนดไว้สำหรับการกำจัดแบบฝังกลบหรือการใช้ที่ดิน ทำให้การแยกน้ำอย่างเพียงพอเป็นข้อผูกพันในการปฏิบัติตามข้อกำหนด แทนที่จะเป็นเพียงเป้าหมายด้านประสิทธิภาพ โรงงานที่ไม่ผ่านเกณฑ์ปริมาณของแข็งขั้นต่ำต้องเผชิญกับข้อจำกัดในการกำจัด การตรวจสอบตามกฎระเบียบที่เพิ่มขึ้น และบทลงโทษที่อาจเกิดขึ้น การผสมผสานระหว่างแรงจูงใจทางเศรษฐกิจและแรงกดดันด้านกฎระเบียบทำให้การเลือกและการเพิ่มประสิทธิภาพอุปกรณ์บำบัดน้ำเสียจากตะกอนกลายเป็นข้อกังวลในการดำเนินงานที่มีลำดับความสำคัญสูงสำหรับผู้จัดการโรงงานและวิศวกร
มีการใช้เทคโนโลยีทางกลที่แตกต่างกันโดยพื้นฐานหลายประการเพื่อแยกตะกอนจากน้ำ โดยแต่ละเทคโนโลยีใช้หลักการทางกายภาพที่แตกต่างกันเพื่อแยกน้ำออกจากของแข็ง เทคโนโลยีที่เหมาะสมสำหรับการใช้งานที่กำหนดนั้นขึ้นอยู่กับประเภทของตะกอน ความแห้งของเค้กที่ต้องการ ปริมาณปริมาณงาน ปริมาณการปล่อยก๊าซที่มีอยู่ งบประมาณด้านพลังงาน และระดับพนักงานในการปฏิบัติงาน
เครื่องกรองแบบสายพานเป็นหนึ่งในเทคโนโลยีการบำบัดน้ำเสียที่ได้รับการติดตั้งอย่างกว้างขวางที่สุดในการบำบัดน้ำเสียชุมชนทั่วโลก มันทำงานโดยการประกบตะกอนที่มีการปรับสภาพระหว่างสายพานที่มีรูพรุนสองเส้นซึ่งผ่านชุดลูกกลิ้ง กระบวนการเกิดขึ้นในสามโซนที่แตกต่างกัน ได้แก่ โซนระบายน้ำตามแรงโน้มถ่วงซึ่งมีน้ำอิสระระบายผ่านสายพานตามน้ำหนักของมันเอง โซนแรงดันต่ำที่สายพานเริ่มบีบตะกอน และโซนแรงดันสูงที่ก้อนตะกอนถูกบีบอัดระหว่างลูกกลิ้งที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางเล็กลงเรื่อยๆ เพื่อบีบความชื้นที่เหลืออยู่ออก เครื่องอัดตัวกรองแบบสายพานเป็นเครื่องจักรที่ทำงานต่อเนื่องซึ่งสามารถประมวลผลตะกอนปริมาณมาก และต้องการพลังงานที่ค่อนข้างต่ำเมื่อเทียบกับทางเลือกแบบหมุนเหวี่ยง อย่างไรก็ตาม พวกเขาต้องการการปรับสภาพทางเคมีอย่างสม่ำเสมอด้วยสารตกตะกอนโพลีเมอร์ การล้างสายพานบ่อยครั้งโดยใช้น้ำจำนวนมาก และความเอาใจใส่ของผู้ปฏิบัติงานเป็นประจำเพื่อรักษาประสิทธิภาพ
เครื่องหมุนเหวี่ยงแบบขวดเหล้าใช้แรงเหวี่ยงหนีศูนย์ ซึ่งโดยปกติแล้วจะมากกว่าแรงโน้มถ่วง 1,500 ถึง 4,000 เท่า เพื่อเร่งการแยกของแข็งออกจากของเหลว กากตะกอนที่ผ่านการปรับสภาพแล้วจะถูกป้อนลงในชามหมุน โดยที่แรงเหวี่ยงจะผลักอนุภาคของแข็งที่มีความหนาแน่นมากขึ้นไปยังผนังโถ สกรูลำเลียงแบบเกลียวที่หมุนด้วยความเร็วที่แตกต่างกันเล็กน้อยจะเคลื่อนของแข็งที่สะสมอยู่อย่างต่อเนื่องไปยังปลายระบายของโถ โดยที่พวกมันจะออกมาเป็นเค้กที่แยกน้ำออก ในขณะที่ของเหลวที่ใสสะอาดล้นจากปลายด้านตรงข้าม เครื่องหมุนเหวี่ยงมีขนาดกะทัดรัดเมื่อเทียบกับกำลังการผลิต โดยทำงานเป็นระบบปิดเต็มที่ซึ่งควบคุมกลิ่นและการปล่อยละอองลอย และสามารถรองรับการป้อนตะกอนที่มีความแปรผันสูงโดยไม่ต้องไวต่อความผันผวนของอินพุตที่ส่งผลต่อการกดสายพาน ข้อเสียเปรียบหลักคือการใช้พลังงานที่สูงขึ้น ข้อกำหนดในการบำรุงรักษาที่ซับซ้อนมากขึ้น และต้นทุนเงินทุนที่สูงขึ้นเมื่อเทียบกับเครื่องอัดตัวกรองแบบสายพาน
เครื่องอัดเกลียวได้รับส่วนแบ่งการตลาดที่สำคัญในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา โดยเฉพาะอย่างยิ่งในโรงงานขนาดเล็กของเทศบาล โรงงานแปรรูปอาหารและการใช้งานทางอุตสาหกรรม ทำงานโดยการลำเลียงตะกอนผ่านตะแกรงทรงกระบอกโดยใช้สกรูหมุนที่มีระยะพิทช์ลดลงเรื่อยๆ ซึ่งจะบีบอัดตะกอนอย่างต่อเนื่องกับกรวยแรงดันต้านหรือวาล์วระบายแบบปรับได้ที่ทางออก น้ำจะถูกแสดงผ่านช่องตะแกรงและรวบรวมไว้ด้านล่าง ในขณะที่เค้กที่แยกน้ำออกจากปลายท่อระบาย เครื่องอัดสกรูทำงานที่ความเร็วการหมุนต่ำมาก — โดยทั่วไปคือ 1 ถึง 10 รอบต่อนาที — ซึ่งช่วยลดการใช้พลังงาน ลดการสึกหรอ และช่วยให้เครื่องทำงานโดยไม่มีใครดูแลเป็นระยะเวลานานโดยที่ผู้ปฏิบัติงานน้อยที่สุด เหมาะอย่างยิ่งสำหรับการใช้งานที่มีปริมาณงานต่ำและตะกอนที่มีปริมาณอินทรีย์สูงซึ่งอาจทำให้สายพานของเครื่องกรองสายพานมองไม่เห็น
เครื่องกรองแบบเพลทและเฟรมเป็นเครื่องแยกน้ำแบบกระบวนการแบทช์ ซึ่งกากตะกอนจะถูกปั๊มภายใต้แรงดันสูงเข้าไปในห้องที่สร้างขึ้นระหว่างแผ่นกรองแบบฝังที่บุด้วยผ้ากรอง แรงดันซึ่งอาจสูงถึง 7 ถึง 15 บาร์ในหน่วยแรงดันสูง จะทำให้น้ำไหลผ่านผ้ากรอง เหลือเพียงเค้กแข็งที่เต็มห้องไว้ เมื่อโถเต็มและเค้กแห้งถึงระดับสูงสุดแล้ว เครื่องกดจะเปิดโดยอัตโนมัติและเค้กจะถูกระบายออก เครื่องกรองแบบกดจะผลิตเค้กที่แห้งที่สุดในบรรดาเทคโนโลยีการแยกน้ำออกอย่างสม่ำเสมอ โดยมักจะได้ปริมาณของแข็งทั้งหมด 30–45% สำหรับตะกอนชีวภาพ ทำให้เป็นตัวเลือกที่ต้องการเมื่อคำนึงถึงความแห้งสูงสุดเป็นหลัก วงจรการทำงานของแบตช์ ต้นทุนเงินทุนที่สูงขึ้น และความต้องการปั๊มป้อนแรงดันสูงเป็นข้อจำกัดหลักเมื่อเทียบกับทางเลือกการทำงานต่อเนื่อง
การทำความเข้าใจช่วงประสิทธิภาพโดยทั่วไปของเทคโนโลยีแยกน้ำที่แตกต่างกันจะช่วยสร้างความคาดหวังที่สมจริง และสนับสนุนการตัดสินใจเลือกอุปกรณ์อย่างมีข้อมูล ตารางด้านล่างสรุปประสิทธิภาพหลักและพารามิเตอร์การดำเนินงานสำหรับเทคโนโลยีหลักทั้งสี่
| เทคโนโลยี | ความแห้งของเค้กทั่วไป (% TS) | การใช้พลังงาน | โหมดการทำงาน | เหมาะที่สุดสำหรับ |
| เครื่องกรองสายพาน | 18 – 28% | ต่ำ | ต่อเนื่อง | WWT เทศบาล ปริมาณมาก |
| เครื่องหมุนเหวี่ยงขวดเหล้า | 20 – 30% | ปานกลาง-สูง | ต่อเนื่อง | อุตสาหกรรม อาหารแปรผัน |
| สกรูกด | 15 – 25% | ต่ำมาก | ต่อเนื่อง | สิ่งอำนวยความสะดวกขนาดเล็ก, การแปรรูปอาหาร |
| เครื่องกรองแบบกด (เพลท & เฟรม) | 30 – 45% | ปานกลาง | แบทช์ | ความแห้งสูงสุด, กากตะกอนอุตสาหกรรม |
เครื่องบำบัดน้ำเสียแบบตะกอนส่วนใหญ่ทำงานได้ดีกว่าอย่างเห็นได้ชัด และในหลายกรณีไม่สามารถทำงานได้อย่างมีประสิทธิผลเลย หากไม่มีการปรับสภาพทางเคมีของการป้อนตะกอนเสียก่อน โดยทั่วไปการปรับสภาพเกี่ยวข้องกับการเติมสารตกตะกอนโพลีเมอร์ซึ่งทำให้ประจุไฟฟ้าบนอนุภาคของแข็งแขวนลอยไม่เสถียร ทำให้พวกมันรวมตัวเป็นตะกอนขนาดใหญ่ขึ้นซึ่งจะปล่อยน้ำที่เกาะติดไว้ได้ง่ายขึ้นภายใต้แรงกดดันทางกลหรือแรงเหวี่ยงหนีศูนย์ ประเภทของโพลีเมอร์ น้ำหนักโมเลกุล ความหนาแน่นประจุ และปริมาณจะต้องตรงกับลักษณะของตะกอนที่เฉพาะเจาะจง ซึ่งแตกต่างกันอย่างมากระหว่างตะกอนที่ถูกย่อยแบบไม่ใช้ออกซิเจน ตะกอนเร่งของเสียแบบใช้ออกซิเจน ตะกอนปฐมภูมิ และตะกอนในกระบวนการอุตสาหกรรม
โพลีเมอร์ที่ใช้น้อยเกินไปส่งผลให้เกิดการก่อตัวของฟองไม่ดี การดักจับของแข็งต่ำ และเค้กเปียก การให้สารเคมีมากเกินไปจะสิ้นเปลืองรีเอเจนต์ราคาแพง และอาจลดประสิทธิภาพลงได้จริงด้วยการปรับความเสถียรของ floc การค้นหาและรักษาปริมาณโพลีเมอร์ที่เหมาะสมที่สุดจำเป็นต้องมีการทดสอบขวดเป็นประจำในระหว่างการทดสอบเดินเครื่องและการประเมินใหม่เป็นระยะ เนื่องจากลักษณะของตะกอนเปลี่ยนแปลงไปตามฤดูกาลหรือเพื่อตอบสนองต่อความแปรผันของกระบวนการต้นน้ำ โรงงานที่ลงทุนในระบบควบคุมการจ่ายสารโพลีเมอร์แบบอัตโนมัติ ซึ่งปรับขนาดยาตามเวลาจริงตามอัตราการไหลของตะกอนและความขุ่นที่ป้อนกลับ โดยทั่วไปแล้วจะให้ประสิทธิภาพการแยกน้ำที่สม่ำเสมอมากกว่าและการใช้โพลีเมอร์ต่ำกว่าการใช้การจ่ายสารด้วยตนเองแบบตายตัว
การเลือกเครื่องบำบัดน้ำเสียจากตะกอนที่เหมาะสมที่สุดสำหรับโรงงานจำเป็นต้องมีการประเมินปัจจัยที่พึ่งพาอาศัยกันหลายประการอย่างเป็นระบบ ไม่มีเทคโนโลยีใดที่เหนือกว่าในระดับสากล — ตัวเลือกที่เหมาะสมขึ้นอยู่กับการผสมผสานข้อจำกัดและลำดับความสำคัญเฉพาะในการติดตั้งแต่ละครั้ง
การบำรุงรักษาเชิงป้องกันอย่างสม่ำเสมอถือเป็นสิ่งสำคัญในการรักษาประสิทธิภาพ ความน่าเชื่อถือ และอายุการใช้งานของเครื่องบำบัดน้ำเสียจากตะกอน การบำรุงรักษาที่ละเลยนำไปสู่การลดประสิทธิภาพการทำงานแบบก้าวหน้า โดยค่อยๆ เพิ่มปริมาณความชื้นของเค้ก การใช้โพลีเมอร์ที่เพิ่มขึ้น และในที่สุดความล้มเหลวทางกลไกโดยไม่ได้วางแผน ซึ่งส่งผลให้เกิดการหยุดทำงานที่มีค่าใช้จ่ายสูงและค่าใช้จ่ายในการซ่อมแซมฉุกเฉิน
ที่ อุปกรณ์บำบัดน้ำเสียจากตะกอน ภาคส่วนต่างๆ ยังคงพัฒนาเพื่อตอบสนองต่อข้อกำหนดด้านประสิทธิภาพพลังงานที่เข้มงวดขึ้น ต้นทุนการกำจัดที่สูงขึ้น และความสนใจที่เพิ่มขึ้นในเรื่องตะกอนในฐานะทรัพยากรแทนที่จะเป็นกระแสของเสีย การแยกน้ำด้วยไฟฟ้าด้วยไฟฟ้าซึ่งใช้สนามไฟฟ้าข้ามกากตะกอนเพื่อขับเคลื่อนการอพยพของน้ำไปยังแคโทด กำลังได้รับความสนใจจากการวิจัยและเชิงพาณิชย์ในฐานะวิธีการบรรลุระดับความแห้งของเค้ก ซึ่งเหนือกว่าสิ่งที่สามารถทำได้ด้วยเครื่องจักรด้วยเทคโนโลยีทั่วไป โดยการติดตั้งนำร่องบางแห่งแสดงให้เห็นว่ามีปริมาณของแข็งรวมเกิน 40–50% ในตะกอนชีวภาพ
ที่rmal drying systems integrated downstream of mechanical dewatering machines are increasingly used at large facilities to produce granular or pelletized sludge products with total solids content above 90%, suitable for use as fertilizer, soil amendment, or fuel. The economics of integrated mechanical-thermal dewatering systems have improved markedly as energy recovery from biogas produced by anaerobic digestion is used to offset the substantial thermal energy demand of drying. As regulatory pressure on sludge disposal options intensifies and the value of recovered nutrients in dewatered sludge becomes more widely recognized, the role of the sludge dewatering machine continues to expand from a cost management tool into a central component of resource recovery infrastructure.