重慶某污水廠離心脫水機(jī)節(jié)能降耗方案研究
技術(shù)支持
污泥脫水的目的是將污泥中15%～25%的水分分離出來(lái)，減小污泥體積以便降低處置難度。污泥與吸附水和毛細(xì)水之間存在結(jié)合力，實(shí)現(xiàn)固液分離必須克服這種結(jié)合力。應(yīng)根據(jù)各種形式的結(jié)合力，制定有針對(duì)性的處理措施，以取得更好的脫水效果。研究表明，污水處理工藝選擇的差異、脫水方式差異等都可能導(dǎo)致污泥脫水效果不同。
重慶某污水處理廠原有的帶式濃縮一體機(jī)脫泥效率低，且污泥含水率偏高。該廠于2021年8月完成了離心脫水機(jī)改造工程，將帶式濃縮一體機(jī)改為兩臺(tái)安德里茨離心脫水機(jī)。然而該廠污泥有機(jī)物含量較高，導(dǎo)致該設(shè)備負(fù)荷率偏低，調(diào)試運(yùn)行期間發(fā)現(xiàn)離心脫水機(jī)藥耗和電耗都偏高，需要進(jìn)行運(yùn)行管理的優(yōu)化。
1 離心脫水機(jī)工作現(xiàn)狀
1.1 離心脫水機(jī)結(jié)構(gòu)及工作原理
差速系統(tǒng)、螺旋輸送器、轉(zhuǎn)鼓及控制系統(tǒng)等是離心脫水機(jī)的主要組成部分。其工作原理是污泥在高速旋轉(zhuǎn)的離心力下，利用固體和液體的密度差實(shí)現(xiàn)固液分離。
1.2 影響離心脫水機(jī)脫水效果的因素
影響脫水效果的主要機(jī)械因素包括離心脫水機(jī)的轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速、差速系統(tǒng)、控制系統(tǒng)等自身性能。同時(shí)，污泥齡、污泥濃度、污泥中有機(jī)物含量及絲狀菌長(zhǎng)度等污泥本身的特點(diǎn)都對(duì)污泥的脫水效果有影響。
1.2.1 機(jī)械因素
（1）轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速。離心分離效果與脫水機(jī)的分離因素有關(guān)，分離因素與轉(zhuǎn)鼓的轉(zhuǎn)速有關(guān)，要想保證一定的離心效果，則轉(zhuǎn)速越快，分離效果越好，越容易實(shí)現(xiàn)泥餅含固率提高的目標(biāo)。但如果轉(zhuǎn)速過(guò)快，將會(huì)對(duì)污泥絮凝體造成一定程度的破壞，從而對(duì)脫水效果產(chǎn)生極其不利的影響。另外，轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速的加快會(huì)需要品質(zhì)更好的材料，以避免高轉(zhuǎn)速對(duì)機(jī)器的磨損。同時(shí)，高轉(zhuǎn)速對(duì)動(dòng)力的消耗也更大，機(jī)器運(yùn)行時(shí)的噪聲和震動(dòng)也隨之增大，所以需要將轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速控制在合適的范圍內(nèi)，以降低該污水廠的運(yùn)行能耗。
（2）速差。污泥泥餅干度、離心脫水機(jī)排渣能力、脫水濾液質(zhì)量和速差大小有直接關(guān)系。速差大，則會(huì)導(dǎo)致沉渣脫水時(shí)間縮短，導(dǎo)致脫水后的泥餅含水率較高，同時(shí)澄清區(qū)的液體受到螺旋較大的擾動(dòng)，降低了絮凝效果，濾液質(zhì)量也隨之下降。但是速差越大，固環(huán)層污泥越容易排出，意味著離心脫水機(jī)排渣能力隨速差增大而提高。速差小，則會(huì)導(dǎo)致沉渣脫水時(shí)間加長(zhǎng)，導(dǎo)致脫水后泥餅含水率有所降低，同時(shí)澄清區(qū)固體受螺旋的擾動(dòng)較小，濾液質(zhì)量也隨之提高。但是速差越小，沉渣越容易堆積，厚度也會(huì)更大。
因此應(yīng)結(jié)合廠區(qū)采購(gòu)的離心脫水機(jī)結(jié)構(gòu)參數(shù)、物料性質(zhì)、運(yùn)行單位的處理要求、污水廠污泥處理量大小等來(lái)確定速差的大小。結(jié)合離心脫水機(jī)性質(zhì)，泥餅在干燥區(qū)脫水的時(shí)間如果過(guò)長(zhǎng)，對(duì)出泥效果的提高并不明顯，通常認(rèn)為4～6s是泥餅在干燥區(qū)脫水較為合理的時(shí)間。
（3）液環(huán)層厚度。離心脫水機(jī)的干燥區(qū)長(zhǎng)度及有效沉降容積均和液環(huán)層厚度有直接關(guān)系，可以通過(guò)攔液板的調(diào)節(jié)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)液環(huán)層厚度的控制。
液環(huán)層厚度增加，會(huì)導(dǎo)致沉降面積增大，物料在機(jī)內(nèi)停留時(shí)間也會(huì)相應(yīng)增加，濾液的質(zhì)量就有所提高，泥餅含固率下降。反之，液環(huán)層厚度太薄，離心脫水機(jī)干燥區(qū)的長(zhǎng)度增加，會(huì)導(dǎo)致濾液的含固量增大，使得分離液渾濁。
1.2.2 工藝因素
（1）絮凝劑。絮凝劑用量和濃度不足時(shí)，污水中的膠體和細(xì)小懸浮物難以聚集形成絮體，影響濾液質(zhì)量。絮凝劑濃度太大時(shí)，活性基團(tuán)緊密聚集，使得許多活性基團(tuán)吸附效果減弱。如果絮凝體再次分散開(kāi)，也會(huì)降低絮凝效果，因?yàn)榉珠_(kāi)絮凝體已經(jīng)不夠穩(wěn)定，對(duì)提高處理效果沒(méi)有明顯的作用，還導(dǎo)致絮凝劑用量太大，造成了浪費(fèi)，不符合污水廠節(jié)能降耗的運(yùn)行目標(biāo)。針對(duì)重慶某污水廠的節(jié)能降耗，應(yīng)對(duì)絮凝劑投配比進(jìn)行研究，確定適合該廠的投配比。
（2）污泥性質(zhì)。實(shí)踐表明污泥的性質(zhì)會(huì)對(duì)臥螺離心脫水機(jī)的分離性能產(chǎn)生影響。
污泥絮凝體表面的菌膠團(tuán)對(duì)污水中的有機(jī)物有較強(qiáng)的吸附性能，而污泥中的碳水化合物、脂肪、蛋白質(zhì)等有機(jī)物對(duì)水分具有很強(qiáng)吸附性能，且在菌膠團(tuán)表面的大分子胞外聚合物也對(duì)水分有較強(qiáng)的吸附性能，因此，降低污泥中蛋白質(zhì)、碳水化合物、脂肪等有機(jī)物含量能夠有效增強(qiáng)離心脫水機(jī)的泥水分離能力。
2 降低能耗試驗(yàn)結(jié)果分析
2.1 研究?jī)?nèi)容
結(jié)合上述對(duì)離心脫水機(jī)脫水效果影響因素的分析，確定從以下4個(gè)方面進(jìn)行研究。
（1）不同進(jìn)藥量下的脫水效果研究。
（2）不同轉(zhuǎn)速下的脫水效果研究。
（3）不同污泥濃度下的脫水效果。
（4）不同季節(jié)、不同溫度下的脫水效果。
2.2 試驗(yàn)方案
擬采用控制變量法進(jìn)行試驗(yàn)研究，具體方案如下。
（1）將每日絮凝劑使用量對(duì)剩余污泥處理量的比率定義為投配比。測(cè)定聚丙烯酰胺絮凝劑不同投配比下的污泥含水率，以此來(lái)確定絮凝劑的較佳配制濃度。
（2）在較佳絮凝劑配制濃度、平均污泥處理量下測(cè)定不同的離心脫水機(jī)轉(zhuǎn)速2000～3100r/min的出泥含水率，以此來(lái)確定較佳轉(zhuǎn)速。
（3）通過(guò)稀釋或濃縮調(diào)整污泥濃度，在較佳絮凝劑配制濃度、較佳轉(zhuǎn)速下，測(cè)定出泥含水率，以此評(píng)估污泥濃度對(duì)脫水效果的影響。
（4）收集日常污泥脫水時(shí)的室內(nèi)溫度，分析其與出泥含水率的關(guān)系，以此評(píng)估溫度對(duì)脫水效果的影響。
2.3 試驗(yàn)結(jié)果分析
2.3.1 不同進(jìn)藥量下的脫水效果
在污泥濃度為4500～5000mg/L的條件下，測(cè)得污泥含水率投配比的關(guān)系。
隨著投配比的增加，污泥含水率呈下降趨勢(shì)。究其根本原因是隨著投配比的增加，污泥原液的絮凝速度加快，絮凝體的緊密度增加，有效地提高了泥餅的含固率。當(dāng)絮凝劑配制濃度過(guò)高時(shí)，絮凝劑和水完全混合所需時(shí)間很長(zhǎng)，且達(dá)不到節(jié)省絮凝劑用量的目的。
較佳運(yùn)行工況點(diǎn)應(yīng)同時(shí)滿足處理效果要求及投藥量節(jié)約的雙重目的，本次研究中取75g/m3左右。
2.3.2 不同轉(zhuǎn)速下的脫水效果
通過(guò)觀察重慶某污水廠的運(yùn)行數(shù)據(jù)，當(dāng)離心脫水機(jī)轉(zhuǎn)速下降至2100r/min時(shí)，離心脫水機(jī)運(yùn)行不穩(wěn)定，振動(dòng)和噪聲較大。
為了觀察出泥效果，本文通過(guò)固定離心脫水機(jī)轉(zhuǎn)速，對(duì)離心脫水機(jī)差速、進(jìn)泥污泥濃度、絮凝劑投配比、污泥處理量等運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)，得到了污泥含水率與離心脫水機(jī)轉(zhuǎn)速的關(guān)系。
要想有較好的出泥效果，離心脫水機(jī)轉(zhuǎn)速應(yīng)控制在2600～2900r/min。當(dāng)取離心脫水機(jī)轉(zhuǎn)速為2700r/min時(shí)，差速越小，污泥的脫水時(shí)間就越長(zhǎng)，對(duì)澄清區(qū)的擾動(dòng)就越小，所以降低差速可以提高污泥脫水效果。
2.3.3 污泥濃度對(duì)脫水效果的影響
當(dāng)進(jìn)泥濃度較高時(shí)，則需在單位時(shí)間內(nèi)增加轉(zhuǎn)鼓上的固環(huán)層厚度，同時(shí)提高差速將泥層推出轉(zhuǎn)鼓，降低污泥在轉(zhuǎn)鼓內(nèi)的停留時(shí)間，增加污泥的含水率。
通過(guò)比較不同進(jìn)泥濃度下離心脫水機(jī)脫水效果與分析污泥含水率與污泥濃度的關(guān)系可知，隨著投藥量的降低，系統(tǒng)的可靠性及穩(wěn)定性也升高；隨著進(jìn)泥濃度升高，污泥產(chǎn)量明顯升高。在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，如果要保持離心脫水機(jī)穩(wěn)定高效地運(yùn)行，進(jìn)入離心脫水機(jī)的干污泥負(fù)荷需保持在承受范圍的60%～100%。
2.3.4 不同溫度對(duì)脫水效果的影響
根據(jù)實(shí)際運(yùn)行情況，夏季運(yùn)行的脫泥效果好，到了冬季，脫泥效果下降。污泥含水率與溫度的關(guān)系如下表所示：
溫度/℃ | 含水率/% |
5 | 84.00 |
10 | 81.70 |
15 | 80.60 |
25 | 78.90 |
30 | 78.80 |
35 | 78.65 |
40 | 78.50 |
當(dāng)氣溫低于10℃時(shí)，離心脫水機(jī)的絮凝效果會(huì)變差，需要增加絮凝時(shí)間來(lái)改變脫泥效果；當(dāng)溫度在25℃以上時(shí)，混凝效果的影響可忽略不計(jì)。
上述分析表明，污泥脫水在冬季運(yùn)行期間，收到低溫的影響，活性污泥本身的微生物種群變化。污泥構(gòu)成變化、絮凝劑的溶解性能，都會(huì)不利于污泥脫水。因此保持冬季污泥穩(wěn)定生產(chǎn)的前提是確保生化系統(tǒng)內(nèi)活性污泥的良好活性，應(yīng)采取相應(yīng)的加溫或保溫措施，以保證生產(chǎn)的穩(wěn)定有序開(kāi)展。
3 結(jié)語(yǔ)
通過(guò)研究不同工況條件下的離心脫水機(jī)運(yùn)行效率，找到了較佳運(yùn)行工況點(diǎn)，能夠較大化利用離心脫水機(jī)，實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗的目標(biāo)。
根據(jù)對(duì)重慶某污水廠污泥脫水系統(tǒng)絮凝劑投配比、轉(zhuǎn)速差、進(jìn)泥濃度及溫度等試驗(yàn)觀察，確定該廠污泥離心脫水機(jī)的較佳運(yùn)行參數(shù)如下：污泥濃度為4500～5000mg/L（平均濃度）的條件下，聚丙烯酰胺絮凝劑投配比75g/m3、離心脫水機(jī)轉(zhuǎn)速為2600～2800r/min，差速4～6r/min，能較穩(wěn)定地實(shí)現(xiàn)出泥含水率為80%～82%的處理效果。但由于采用化驗(yàn)檢測(cè)時(shí)雖然保證了準(zhǔn)確性，但及時(shí)性差，對(duì)調(diào)試的指導(dǎo)意義有限，很難準(zhǔn)確地將相關(guān)參數(shù)進(jìn)行量化。
污泥脫水是較為復(fù)雜的一項(xiàng)工作，不同情況處理方式不同。需要廠區(qū)取樣人員準(zhǔn)確記錄泥餅含水率、濾液含固量、泥餅的有機(jī)物含量以及脫水機(jī)絮凝劑投加位置及含量、轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速、差速、轉(zhuǎn)鼓扭矩、功率等相關(guān)運(yùn)行參數(shù)；應(yīng)結(jié)合相關(guān)運(yùn)行數(shù)據(jù)以及更加科學(xué)的分析方法，進(jìn)一步探索離心脫水機(jī)的較優(yōu)工況，節(jié)能降耗。
此外，還可采用物理法和生物法等預(yù)處理調(diào)理技術(shù)進(jìn)一步研究污泥深度脫水。
