污泥脫水用離心機的絮凝劑耗用量調(diào)試研究
技術(shù)支持
中山市污水處理有限公司凈水二廠位于中山市火炬開發(fā)區(qū)濠四村，分三期建設(shè)，污水處理規(guī)模為35×104m3/d，已建成一期工程處理規(guī)模為10×104m3/d，于2009年3月開始正式投產(chǎn)。工程采用A2/O工藝，處理居民生活污水，暫不接納工業(yè)廢水。
凈水二廠使用阿法拉伐G2-60型臥螺沉降離心機對剩余污泥進行脫水，脫水過程中需要投加絮凝劑。該廠每年耗用近4600kg的絮凝劑，絮凝劑價格按42.00元/kg計算，則每年的絮凝劑投入成本約為19萬元。為節(jié)省絮凝劑用量，節(jié)約運行成本，凈水二廠開展了離心脫水機的絮凝劑耗用量調(diào)試研究。
1 試驗部分
1.1 試驗用污泥與絮凝劑
試驗污泥采用凈水二廠的剩余污泥。凈水二廠日常接納的污水COD約為92mg/L，BOD約為55mg/L，SS約為45mg/L，經(jīng)對比，凈水二廠的剩余污泥顏色偏黑，有機質(zhì)含量為35%～39%，比一般的褐黃色污泥的有機質(zhì)含量（30%～36%）略高。
試驗用絮凝劑選用該廠日常生產(chǎn)用的絮凝劑，包括兩種進口的（型號分別為7650、7652）和一種國產(chǎn)的。
1.2 臥螺沉降離心機
凈水二廠有兩臺污泥脫水用臥螺沉降離心機，其處理量為45m3/h，轉(zhuǎn)速為3250r/min，主電機功率為55kW，變頻電機功率為15kW。工作時，剩余污泥與絮凝劑混合液從空心的螺旋輸送器中央的進料管直通到機器轉(zhuǎn)鼓圓錐體和圓柱體的交匯部分。物料在進入轉(zhuǎn)鼓后，其中的液體分布在轉(zhuǎn)鼓中形成內(nèi)層水環(huán)，并平穩(wěn)地加速到全轉(zhuǎn)速。固相物在離心力的作用下被沉降在轉(zhuǎn)鼓內(nèi)壁。螺旋輸送器連續(xù)地將固體從轉(zhuǎn)鼓的圓柱體部分通過圓錐體部分輸送到圓錐體小端，形成泥餅排出。固液分離發(fā)生在轉(zhuǎn)鼓的整個圓柱部分，在轉(zhuǎn)鼓的大端有4塊可更換/可調(diào)節(jié)的堰板，澄清的上清液通過堰板在轉(zhuǎn)鼓的大端溢出。
1.3 試驗方案
影響絮凝劑耗用量的因素有污泥特性、脫水設(shè)備類型及運行參數(shù)、絮凝劑調(diào)配濃度等。針對上述影響因素，在2010年6月10日-8月初開展了如下試驗：
（1）配制不同濃度（0.16%～0.2%）的進口7650型絮凝劑2kg，測定不同絮凝劑濃度下的污泥處理量、出泥含水率、上清液含水率，以此來確定絮凝劑的較佳配制濃度。
（2）在相同的絮凝劑配制濃度、污泥處理量、絮凝劑投配率下，測定不同的離心機轉(zhuǎn)速下的出泥含水率、上清液含水率，以此來確定較佳轉(zhuǎn)速。
（3）換用國產(chǎn)絮凝劑，配制2kg，測定其在不同濃度、不同轉(zhuǎn)速下的污泥處理量、出泥含水率、上清液含水率。
（4）換用進口7652型絮凝劑，配制2kg，測定其在不同濃度、不同轉(zhuǎn)速下的污泥處理量、出泥含水率、上清液含水率。
（5）更換離心機出水堰板，配制2kg絮凝劑，測定不同出水堰板下的污泥處理量、出泥含水率、上清液含水率。
（6）在選定較佳絮凝劑和配制濃度、較佳出水堰板后，改變污泥處理量，調(diào)整絮凝劑投加泵速率，測定2kg絮凝劑的污泥處理量。
（7）在設(shè)定較佳絮凝劑和配制濃度、較佳出水堰板和較佳污泥處理量參數(shù)后，每日處理300m3污泥，測定出泥含水率、上清液含水率、每噸干污泥的絮凝劑耗用量。
2 調(diào)試結(jié)果
2.1 絮凝劑配制濃度
絮凝劑配制濃度越高，越容易達到出水清、出泥干的效果；但是當(dāng)絮凝劑配制濃度過高時，絮凝劑和水完全混合所需時間很長，且達不到節(jié)省絮凝劑用量的目的。而絮凝劑配制濃度較低時，即使加大投配率，也較難達到良好的出水和出泥效果。經(jīng)多次調(diào)試，發(fā)現(xiàn)絮凝劑濃度在0.2%時處理效果較好。
2.2 離心機轉(zhuǎn)速
實際生產(chǎn)過程中，發(fā)現(xiàn)當(dāng)離心機轉(zhuǎn)速下降至1800r/min時離心機振動較大，不適合穩(wěn)定處理污泥。當(dāng)離心機轉(zhuǎn)速固定時，為使出水、出泥效果好，通過調(diào)節(jié)處理前污泥濃度、污泥處理量、絮凝劑投配率、離心機差速等參數(shù)，得到不同轉(zhuǎn)速下的出泥含水率?？梢钥闯?，當(dāng)離心機轉(zhuǎn)速為2100～2300r/min時有較好的出泥效果。
2.3 絮凝劑型號
在相同的條件下，不同型號絮凝劑的污泥處理量會有所不同。在離心機出水堰板半徑為130mm、轉(zhuǎn)速為2200r/min、污泥處理量為25m3/h的條件下，當(dāng)保證上清液含水率為99.98%、出泥含水率為82%～83%時，國產(chǎn)型、進口7650和7652型絮凝劑的污泥處理量分別為50、41和62m3/kg，單位干污泥的絮凝劑耗用量分別為（4.4～6.3）、3.8、2.85kg/t。可以看出，進口7652型絮凝劑的污泥處理能力較強。
2.4 出水堰板的半徑
選用一定半徑的出水堰板對絮凝劑耗用量和污泥處理量至關(guān)重要。使用進口7652型絮凝劑，設(shè)定離心機轉(zhuǎn)速為2200r/min、污泥處理量為25m3/h，在保證上清液含水率為99.98%、出泥含水率為82%～83%的條件下，當(dāng)出水堰板半徑分別為132、130、128mm時，單位干污泥的絮凝劑耗用量分別為43、62、88m3/kg。可以看出，出水堰板半徑越小，則單位干污泥的絮凝劑耗用量越少，絮凝劑的污泥處理量越多。
2.5 污泥處理量
選用半徑為128mm的出水堰板，配制2kg進口7652型絮凝劑，改變污泥處理量和絮凝劑投配率，因該廠污泥輸送泵不能相互供料，受污泥輸送泵、絮凝劑投加泵本身輸送能力的限制，該廠污泥輸送流量約為35m3/h；另外，受污泥脫水系統(tǒng)高程的影響，實際生產(chǎn)時絮凝劑投配率需高于30%才有絮凝劑泵入。在保證上清液含水率為99.98%、出泥含水率為82%～83%時，采用不同的污泥輸送流量，對污泥的總處理量也不同，當(dāng)污泥輸送流量為25m3/h、絮凝劑投配率為35%時，絮凝劑的污泥處理量為108m3/kg，單位干污泥的絮凝劑耗用量為1.65kg/t；而當(dāng)污泥輸送流量為35m3/h、絮凝劑投配率為65%時，絮凝劑的污泥處理量為64m3/kg，單位干污泥的絮凝劑耗用量為2.91kg/t。
2.6 較佳生產(chǎn)參數(shù)下的處理效果
根據(jù)以上試驗結(jié)果，確定凈水二廠污泥脫水系統(tǒng)的較佳參數(shù)如下：進口7652型絮凝劑、絮凝劑投配率為35%～45%、離心機出水堰板半徑為128mm、污泥處理量為25m3/h，在離心機污泥處理量約為300m3/d的條件下，測定單位干污泥的絮凝劑耗用量及出泥含水率。結(jié)果表明，在較佳運行參數(shù)下，該廠單位干污泥的絮凝劑耗用量可降至2.23kg/t，與調(diào)試之前相比有大幅度下降；另外，通過調(diào)節(jié)離心機轉(zhuǎn)速和差速可達到上清液含水率為99.98%、出泥含水率為82%～83%的處理效果。
3 分析與討論
3.1 出水堰板半徑的影響
該臥螺沉降離心機分離后的上清液通過轉(zhuǎn)鼓大端的圓周分布的四個圓形出水孔流出，每個出水孔外裝有出水堰板，以出水堰板凹邊式圓弧半徑作為出水堰板的半徑，該離心機配有半徑為126～180mm的出水堰板。
出水堰板半徑的大小控制了轉(zhuǎn)鼓內(nèi)部水層的厚度，進而影響出水、出泥效果。半徑越小，即出水堰板遮擋出水口的面積越大，轉(zhuǎn)鼓內(nèi)的水層厚度就越大；半徑越大，即出水堰板遮擋出水口的面積越小，轉(zhuǎn)鼓內(nèi)的水層厚度就越小。待處理污泥的特性不同，則所需要的較佳出水堰板半徑也不同。設(shè)備調(diào)試時可分別采用不同半徑的出水堰板處理污泥，觀察出水、出泥效果以獲得適用半徑。
3.2 離心機其他參數(shù)的影響
轉(zhuǎn)鼓和螺旋輸送器是兩個單獨的動平衡單元，前者的轉(zhuǎn)速高于后者的，兩者的轉(zhuǎn)速之差叫做差速。差速是離心脫水機的一個重要操作參數(shù)，差速大則排泥速度快，差速小則排泥速度慢，其大小也會影響離心脫水機出泥的干度和上清液的澄清度。離心脫水機的污泥處理量受污泥投加系統(tǒng)的控制，污泥投加系統(tǒng)的處理量才是離心脫水機的實際處理量，當(dāng)然其污泥投加量不得超過離心機的處理量。
3.3 待處理污泥含水率的影響
行業(yè)內(nèi)常用每噸干污泥的絮凝劑耗用量對比各污水處理廠的污泥脫水成本。每噸干污泥的絮凝劑耗用量通過以下公式計算：每噸干污泥的絮凝劑耗用量=每噸待處理污泥的絮凝劑耗用量/（1-污泥含水率），可知，污泥含水率對每噸干污泥的絮凝劑耗用量影響很大。例如，測得某污水廠4、5、6三個月的污泥含水率分別為≥99.6%、（99.4%～99.5%）、（99.1%～99.3%），而其單位干污泥的絮凝劑耗用量分別為＞3、2、1.5kg/t。
3.4 絮凝劑配制操作的影響
操作人員在配制絮凝劑時的工作態(tài)度也十分重要。因凈水二廠的絮凝劑配制系統(tǒng)是分為四格攪拌、貯存的，其濃度由出粉速率和出水流量來控制，在配制絮凝劑過程中出粉機與出水是同步運行的，待出粉完結(jié)后需馬上停止出粉與出水，否則會出現(xiàn)絮凝劑濃度過稀且分布不均勻的情況，直接影響污泥處理效果。所以，在配制絮凝劑時，操作人員需要密切關(guān)注出粉情況。
4 經(jīng)濟效益
凈水二廠在2010年下半年的實際生產(chǎn)中運用了上述試驗得出的較佳生產(chǎn)條件。2010年全年凈水二廠的污泥處理情況見下表：
月份 | 污泥處理量/m3 | 絮凝劑用量/kg | 單位干污泥的絮凝劑用量/（kg/t） |
1月 | 22269 | 487 | 3.96 |
2月 | 17509 | 338 | 3.5 |
3月 | 16532 | 444.5 | 4.2 |
4月 | 18850 | 528.5 | 5.02 |
5月 | 9345 | 247.5 | 5.6 |
6月 | 11422 | 255.5 | 4.67 |
7月 | 9030 | 160.2 | 3.22 |
8月 | 14062 | 186.75 | 2.18 |
9月 | 6239 | 93 | 3.16 |
10月 | 7552.5 | 115.5 | 3.26 |
11月 | 13827 | 188 | 3.1 |
12月 | 18191 | 249 | 3.12 |
由上表可知，2010年上半年凈水二廠單位干污泥的絮凝劑耗用量平均為4.49kg/t，下半年采用較佳運行參數(shù)后，單位干污泥的絮凝劑耗用量平均值降為2.98kg/t。凈水二廠在2010年上半年共處理95927m3污泥，共耗用絮凝劑為2301kg，單位污泥的絮凝劑耗用量為0.024kg/m3，按這一比例計算，下半年共處理68901.56m3污泥，則需耗用絮凝劑為1652.74kg；而采用較佳運行參數(shù)后，該廠下半年實際的絮凝劑耗用量為992.45kg，節(jié)省了660kg絮凝劑，共節(jié)省絮凝劑成本為27732元。
5 結(jié)論
從污泥脫水耗用絮凝劑量大的生產(chǎn)運營實際出發(fā)，通過調(diào)整離心機參數(shù)、絮凝劑型號及配制濃度、離心機出水堰板半徑等，發(fā)現(xiàn)離心機的出水堰板半徑對污泥脫水耗用絮凝劑量有十分重要的影響。通過試驗確定凈水二廠污泥脫水系統(tǒng)的較佳參數(shù)如下：進口7652型絮凝劑、絮凝劑投配率為35%～45%、出水堰板半徑為128mm、污泥處理量為25m3/h，將此結(jié)果運用到實際生產(chǎn)中，在2010年下半年共減少絮凝劑耗用量為660kg，節(jié)約絮凝劑成本為27732元，經(jīng)濟效益可觀?？梢?，從污水廠自身設(shè)備入手開展調(diào)試研究，并把試驗成果應(yīng)用到生產(chǎn)運營中，以運營效果來驗證試驗成果，對污水廠改善污泥脫水效果、節(jié)約運營成本具有現(xiàn)實指導(dǎo)意義。
