金海水廠污泥脫水系統(tǒng)運(yùn)行模式的研究與應(yīng)用
行業(yè)動(dòng)態(tài)
雖然自來水廠PLC控制在污泥脫水系統(tǒng)中的應(yīng)用遠(yuǎn)不及制水過程中的程度深，但在目前水廠運(yùn)行人員日益減少的大形勢(shì)下，自動(dòng)化運(yùn)行已是大勢(shì)所趨。水廠污泥處理系統(tǒng)運(yùn)行規(guī)模自動(dòng)化系統(tǒng)是基于PLC控制的分布式控制系統(tǒng)。設(shè)備的硬件、軟件和系統(tǒng)配置均按控制時(shí)無人值守、集中管理的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)。在滿足自控條件時(shí)，也要求濃縮污泥含固率達(dá)3%～4%左右，以滿足后續(xù)高效率污泥脫水需要。
1 項(xiàng)目情況
1.1 項(xiàng)目運(yùn)行情況
金海水廠于2010年12月正式投產(chǎn)，在投產(chǎn)初期，污泥脫水系統(tǒng)即同時(shí)投入使用。其主要流程為Multiflo高速澄清池根據(jù)設(shè)定的排泥間隔自動(dòng)排泥至污泥調(diào)節(jié)池，另外濾池反沖洗廢水在不投加任何藥劑的前提下經(jīng)過預(yù)濃縮池濃縮后底部濃度污泥經(jīng)人工手動(dòng)排入調(diào)節(jié)池，當(dāng)調(diào)節(jié)池達(dá)到設(shè)定液位后自動(dòng)開啟提升泵提升至污泥濃縮池，同時(shí)在提升泵管道的靜態(tài)混合器上按固定流量投加聚丙烯酰胺（PAM），污泥運(yùn)行工根據(jù)濃縮池泥位計(jì)所顯示泥位手動(dòng)排泥至污泥平衡池，通過離心機(jī)制干泥。
然而在該工藝流程條件下，污泥濃縮池經(jīng)常出現(xiàn)上清液出礬花甚至泥水，排放至污泥平衡池的濃縮污泥濃度較低，基本穩(wěn)定在20000mg/L左右，導(dǎo)致離心機(jī)出干泥含固率偏低，約為20%左右，更有甚者經(jīng)常出稀泥而導(dǎo)致離心機(jī)無法正常運(yùn)行，被迫停機(jī)。
2 工藝改造
由于Multiflo高速澄清池在制水運(yùn)行過程中，需要投加PAM，而目前對(duì)沉后及濾后濁度要求要高于原設(shè)計(jì)濾后濁度0.2NTU的合格要求。因此只能通過加大高速澄清池聚硫氯化鋁（PAC）及PAM加注率來滿足，隨之而來的問題就是澄清池中污泥濃度提高，在正常運(yùn)行泥位及回流量條件下可達(dá)到30000mg/L及以上。排泥進(jìn)入污泥調(diào)節(jié)池之后污泥濃度直線上升，導(dǎo)致污泥濃縮池泥位急速上升，上清液無法滿足排放要求。
因此就在污泥調(diào)節(jié)池進(jìn)泥總管之前增加一個(gè)電動(dòng)閥門，在該閥門之前增加三通，將支管增加電動(dòng)閥門并直通至污泥平衡池，稱該支管為“超越管”。使得高速澄清池高濃度排泥可以通過閥門切換直接排放至污泥平衡池后進(jìn)入離心機(jī)制泥。既避免了由于高濃度污泥進(jìn)入調(diào)節(jié)池后導(dǎo)致濃縮池?zé)o法正常濃縮污泥，上清液超標(biāo)排放，又可以減輕調(diào)節(jié)池及濃縮池的運(yùn)行負(fù)荷，大幅度減少上清液排放水量。
3 自控改造
3.1 加藥自控
即運(yùn)行工通過在參數(shù)設(shè)定中設(shè)置加注率，根據(jù)濃縮池進(jìn)泥流量反饋后通過PLC計(jì)算得出所需加注的藥劑量，再通過PID控制調(diào)節(jié)加藥泵變頻器頻率，使加藥量滿足設(shè)定需求。
3.2 預(yù)濃縮池濃度模式
即根據(jù)調(diào)節(jié)池內(nèi)在線污泥濃度儀，達(dá)到高濃度設(shè)定值時(shí)，預(yù)濃縮池自動(dòng)開閥排泥，調(diào)節(jié)池污泥濃度降至低設(shè)定值時(shí)，預(yù)濃縮池關(guān)閥停止排泥。
3.3 預(yù)濃縮池時(shí)間模式
即設(shè)定預(yù)濃縮池排泥間隔與單次排泥的時(shí)間，系統(tǒng)自動(dòng)控制排泥閥門的啟、閉。
3.4 濃縮池自動(dòng)排泥模式
即運(yùn)行工可通過參數(shù)設(shè)定中兩次排泥之間的時(shí)間間隔及每次排泥的持續(xù)時(shí)間實(shí)現(xiàn)自動(dòng)排泥。
3.5 超越管模式
該模式是基于預(yù)濃縮池濃度模式開發(fā)的運(yùn)行模式，以調(diào)節(jié)池內(nèi)在線污泥濃度儀為主控參數(shù)，根據(jù)設(shè)定值選擇啟、閉預(yù)濃縮池排泥至調(diào)節(jié)池電動(dòng)閥門、澄清池排泥至調(diào)節(jié)池電動(dòng)閥門以及超越管上電動(dòng)閥門。
4 運(yùn)行優(yōu)化
4.1 確定調(diào)節(jié)池濃度范圍
從澄清池取高濃度污泥樣品，稀釋得到不同濃度污泥樣品，而后通過攪拌實(shí)驗(yàn)投加固定量PAM綜合確定較佳調(diào)節(jié)池運(yùn)行所需污泥濃度范圍。
不同污泥濃度加藥沉降實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下：
樣品編號(hào) | 樣品濃度(mg/L) | 藥劑投加率(mg/L) | 沉降比/% | 上清液濃度/(mg/L) |
1# | ≈20000 | 4.5 | 90 | 無法取得 |
2# | ≈17000 | 80 | 無法取得 | |
3# | ≈13000 | 70 | 略帶礬花 | |
4# | ≈11000 | 70 | 略帶礬花 | |
5# | ≈9000 | 60 | 25 | |
6# | ≈6000 | 50 | 9 |
較低污泥濃度加藥沉降實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下：
樣品編號(hào) | 樣品濃度(mg/L) | 藥劑投加率(mg/L) | 沉降比/% | 上清液濃度/(mg/L) |
1# | ≈5300 | 4.5 | 30 | 4 |
2# | ≈4000 | 30 | 13 | |
3# | ≈3000 | 20 | 28 | |
4# | ≈1500 | / | 105 |
綜上兩個(gè)實(shí)驗(yàn)，調(diào)節(jié)池污泥濃度處于3000～9000mg/L范圍內(nèi)均可滿足上清液達(dá)標(biāo)排放要求，但基于運(yùn)行安全及節(jié)能綜合考慮，濃度范圍可控制在5000～7000mg/L為佳。
4.2 濃縮池排泥模式運(yùn)用
污泥濃縮池的泥位和排泥濃度是通過上位機(jī)參數(shù)設(shè)定中設(shè)置的兩次排泥時(shí)間間隔及單次排泥時(shí)間來控制。從控制排泥濃度及保證上清液達(dá)標(biāo)角度來說，濃縮池泥位需控制范圍0.5～2m，以達(dá)到排泥濃度控制范圍30000mg/L～50000mg/L的目標(biāo)，使進(jìn)離心機(jī)前的污泥平衡池污泥濃度穩(wěn)定在該范圍內(nèi)，已滿足離心機(jī)制泥較佳要求。若泥位或排泥濃度過高，需增加排泥頻率和單次排泥時(shí)間，反之則減少排泥頻率和時(shí)間。全過程均為自控程序自動(dòng)控制，運(yùn)行工只需根據(jù)泥位及排泥濃度設(shè)置排泥參數(shù)即可，大大減少了人工參與度及降低了因人的因素而造成的失誤幾率。
4.3 超越管模式下運(yùn)行方式
當(dāng)澄清池污泥濃度較高（平均在30000mg/L以上）且污泥處理系統(tǒng)運(yùn)行負(fù)荷較高時(shí)，可選擇上位機(jī)一鍵啟用超越管模式。在該模式下，預(yù)濃縮池排泥至調(diào)節(jié)池電動(dòng)閥門、澄清池排泥至調(diào)節(jié)池電動(dòng)閥門以及超越管上電動(dòng)閥門均參與自控。觸發(fā)動(dòng)作的條件為調(diào)節(jié)池內(nèi)在線污泥濃度儀。且處于該工況下，預(yù)濃縮池排泥基本已無污泥，在此排泥的主要目的即為稀釋調(diào)節(jié)池內(nèi)污泥濃度已達(dá)到目標(biāo)值。假設(shè)控制預(yù)濃縮池排泥至調(diào)節(jié)池電動(dòng)閥門的污泥濃度參數(shù)為＞7000mg/L時(shí)開閥、＜5000mg/L時(shí)關(guān)閥，則控制澄清池排泥至調(diào)節(jié)池電動(dòng)閥門的污泥濃度參數(shù)為＞7000mg/L時(shí)關(guān)閥、＜5000mg/L時(shí)開閥，以此往復(fù)，即可保證調(diào)節(jié)池內(nèi)污泥濃度可穩(wěn)定在5000～7000mg/L之間。當(dāng)澄清池排泥至調(diào)節(jié)池電動(dòng)閥門處于關(guān)閉狀態(tài)時(shí)，澄清池的排泥可通過超越管直接進(jìn)入污泥平衡池。
在此模式下，由于污泥可不通過污泥調(diào)節(jié)池及污泥濃縮池處理，大大降低了這兩個(gè)處理設(shè)施的負(fù)荷，可選擇部分設(shè)備設(shè)施處于備用狀態(tài)，也大大減少了經(jīng)濃縮池處理后的上清液排放量。經(jīng)粗略估算，該模式較普通模式，該廠通過設(shè)備備用可每年節(jié)約用電約670000kW·h，每年減少排水量約5000000m3。
5 結(jié)語(yǔ)
在上述工藝管道、自控改造及運(yùn)行優(yōu)化條件下，離心機(jī)干泥含固率已較原先有很大的提升，年度含固率基本穩(wěn)定在25%以上，在原水條件較好的幾個(gè)月甚至可達(dá)到30%以上。但是離心機(jī)的運(yùn)行依舊存在較大的提升空間。比如現(xiàn)在共有4個(gè)污泥平衡池和4個(gè)離心機(jī)同時(shí)在用，且這4個(gè)平衡池出泥總管聯(lián)絡(luò)閥均處于開啟狀態(tài)，而由于平衡池污泥的主要來源為不同澄清池及不同濃縮池排泥，每個(gè)平衡池中污泥濃度可能存在較大偏差。也就是說進(jìn)入離心機(jī)處理的污泥濃度由于水力條件不同會(huì)出現(xiàn)較大波動(dòng)，離心機(jī)的扭矩、差速是通過PID控制，當(dāng)進(jìn)泥濃度出現(xiàn)變化時(shí)，扭矩就會(huì)變化，然后差速根據(jù)PID設(shè)置參數(shù)自動(dòng)調(diào)整，而離心機(jī)的PID設(shè)置參數(shù)是根據(jù)設(shè)備情況而定，該廠的離心機(jī)對(duì)應(yīng)的PID設(shè)置反應(yīng)速度并不快，會(huì)導(dǎo)致扭矩和差速大范圍波動(dòng)且持續(xù)時(shí)間過長(zhǎng)，出現(xiàn)出稀泥脫機(jī)或扭矩過高脫機(jī)的情況。
針對(duì)這一情況，將在部分離心機(jī)進(jìn)泥管上增設(shè)在線污泥濃度計(jì)，通過儀表監(jiān)測(cè)該工況下污泥濃度變化范圍，進(jìn)而根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)條件選擇對(duì)污泥平衡池與離心機(jī)進(jìn)行運(yùn)行優(yōu)化。
