污泥離心脫水機跑水現(xiàn)象研究
技術(shù)支持
1 概述
污泥是污水處理廠的副產(chǎn)品，按照環(huán)保要求，城鎮(zhèn)污水處理廠的污泥，應(yīng)進行污泥脫水處理，脫水后污泥含水率應(yīng)小于80%。目前絕大多數(shù)的城鎮(zhèn)污水處理廠污泥都是采用離心機脫水，在離心機脫水過程中，由于污泥性質(zhì)，藥劑種類等因素，導(dǎo)致離心機發(fā)生跑水現(xiàn)象，不僅污染廠內(nèi)環(huán)境，而且導(dǎo)致污泥含水率達不到有關(guān)要求，給環(huán)境帶來二次污染。因此，解決污泥脫水過程中離心機跑水現(xiàn)象，對保證污水處理廠穩(wěn)定運行，減輕污泥對環(huán)境的污染具有重要意義。
2 離心機跑水現(xiàn)象
沈陽南部污水處理廠設(shè)計規(guī)模為80×104m3/d，分兩期建設(shè)。其中一期60×104m3/d。污泥采用離心機脫水后外運處置。進入離心機脫水的污泥總量大約8000m3/d，來源兩部分：生化池的剩余污泥和高效沉淀池加藥除磷產(chǎn)生的化學(xué)污泥。這兩部分污泥在配泥井內(nèi)混合，經(jīng)過污泥緩沖池進入離心脫水系統(tǒng)，脫水后的污泥含水率小于80%，輸送至儲料倉內(nèi)，再外運到污泥公司統(tǒng)一處置。
污泥脫水采用的是美國圣騎士CS26-4型離心脫水機，參數(shù)如下：
序號 | 項目名稱 | 技術(shù)參數(shù) |
1 | 轉(zhuǎn)鼓直徑（mm） | 660 |
2 | 轉(zhuǎn)鼓長度（mm） | 800 |
3 | 轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速（r/min） | 2500 |
4 | 轉(zhuǎn)鼓工作轉(zhuǎn)速（r/min） | 2100～2400 |
5 | 轉(zhuǎn)鼓與螺旋差速 | 1.0～12.0 |
6 | 長徑比 | ≥4.3 |
7 | 水力負荷（m3/h） | 70 |
8 | 進泥濃度（%） | 1 |
9 | 轉(zhuǎn)鼓電機功率（kW） | 90 |
正常運行時，來自二沉池的剩余污泥和高效沉淀池的化學(xué)污泥在配泥井中混合，由污泥緩沖池，通過污泥切割機、污泥泵與PAM陽離子同時進入離心機轉(zhuǎn)鼓內(nèi)，在螺旋與轉(zhuǎn)鼓的高速旋轉(zhuǎn)和摩擦阻力作用下，污泥溶液在轉(zhuǎn)鼓內(nèi)壁形成一個液環(huán)層，密度較大的污泥顆粒在離心力的作用下沉積在轉(zhuǎn)鼓內(nèi)壁形成固環(huán)層。由于螺旋的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速不同，兩者之間有一定的相對轉(zhuǎn)速差，轉(zhuǎn)鼓腔體內(nèi)壁的污泥被螺旋推送到轉(zhuǎn)鼓的錐角端，污泥被脫水，從離心機固相段出口處排出。上清液從離心機液相端出口處排出。自2013年10月運行以來，單臺離心機的進泥量為50～60m3/h左右，PAM加藥量1.0～2.2m3/h，轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速2100～2400r/min，扭矩壓力80～140par，差轉(zhuǎn)速1.0～2.0rpm，出泥含水率均在80%以下。但在2017年8月～10月期間，離心機開始發(fā)生跑水現(xiàn)象：污泥緩沖池含水率99%的污泥，進入離心機后，不再形成含水率低于80%的泥餅，而是以泥漿的形式，從離心機的出口流出，大量的泥水積聚在離心機旁及地面，時長大約10～30min不等。嚴重時，單臺離心機一天能發(fā)生3～4次跑水現(xiàn)象，嚴重影響生產(chǎn)運行。
3 原因分析
針對離心機跑水現(xiàn)象，進行了為期2個多月的研究，初步分析原因主要有以下幾個方面：化學(xué)污泥排放量及泥質(zhì)頻繁變化、PAM藥劑種類不匹配、PAM熟化時間短等因素。
3.1 兩者性質(zhì)的污泥比例變動較頻繁
剩余污泥和化學(xué)污泥這兩種污泥的性質(zhì)不同，見下表：
類別 | 化學(xué)污泥 | 剩余污泥 |
SV30 | 99 | 85 |
污泥濃度 | 6682 | 9298 |
ORP（mV） | 324 | 189 |
電導(dǎo)率 | 836 | 866 |
一般情況下，來自二沉池的剩余污泥和高效沉淀池的化學(xué)污泥在配泥井中混合，其中剩余污泥的排放量占據(jù)大部分，化學(xué)污泥占據(jù)小部分，這兩部分的污泥在緩沖池中混合后，其性質(zhì)隨著兩種污泥的比例不同而發(fā)生相應(yīng)的變化。來自生化池的剩余污泥其性質(zhì)和成分相對穩(wěn)定，而高效沉淀池排放的化學(xué)污泥量成分和性質(zhì)變動較大，不同廠家來源、種類、質(zhì)量等因素的藥劑都會導(dǎo)致化學(xué)污泥數(shù)量、性質(zhì)和成分的改變。一旦化學(xué)污泥比例和性質(zhì)發(fā)生了改變，而運行方式、藥劑及設(shè)備等因素固定不變，就會影響污泥的脫水效果，導(dǎo)致離心機跑水。
3.2 PAM藥劑不匹配
污泥的成分性質(zhì)需要與PAM種類及陽離子度相匹配，才能使藥劑發(fā)揮更好的作用。兩種成分的污泥中，剩余污泥的成分和數(shù)量相對固定，而化學(xué)污泥的性質(zhì)受藥劑種類、投加濃度等因素影響，這就需要根據(jù)化學(xué)污泥和剩余污泥比例變動情況，在實驗室進行小試試驗，選擇不同泥質(zhì)情況下的對應(yīng)的PAM產(chǎn)品。如果污泥的性質(zhì)和PAM藥劑不匹配，不僅降低藥劑使用效果，也會導(dǎo)致離心機發(fā)生跑水問題發(fā)生。
3.3 PAM熟化時間不夠
在污泥脫水過程中，PAM都是配置成一定濃度的溶液使用，PAM只有充分溶解才能發(fā)揮其絮凝效果，但PAM由單體丙烯酰胺（AM）聚合而合成，AM含有雙鍵和酰胺鍵，具有不飽和烯烴和酰胺的特性，因此，充分溶解需要時間。PAM分子量越大，溶解于水，熟化時間就越長。如果PAM熟化時間不夠，則在水中得不到充分的溶解，甚至結(jié)塊，這樣的藥液進入離心機后，就難以與污泥充分混合均勻。一旦當(dāng)進入離心機的污泥量增大時，就會導(dǎo)致離心機跑水現(xiàn)象的發(fā)生。
4 解決方案
4.1 控制兩部分污泥的比例，尤其是控制化學(xué)污泥的比例
南部污水廠的化學(xué)污泥量占緩沖池的總污泥量一般比例都較小，約在6%～20%之間?；瘜W(xué)污泥的排放是通過調(diào)節(jié)污泥泵的運行方式實現(xiàn)的。以前運行時，高效沉淀池的10個污泥泵，每個泵排泥1小時后停止，間隔1小時后，再依次啟動其他污泥泵，這樣做不利之處是在間隔期間，污泥緩沖池沒有化學(xué)污泥，只有剩余污泥。而現(xiàn)在的運行方式調(diào)整為：每個泵運行一個小時后即行停止，同時立即自動啟動下一臺泵排泥，中間無間隔，這樣的好處是污泥緩沖池始終有化學(xué)污泥，且化學(xué)污泥的總量維持在1000m3/d左右，保證了進入離心機化學(xué)污泥總量和剩余污泥總量的相對穩(wěn)定。采取這樣的運行方式以后，污泥脫水效果得到明顯改善，離心機排水現(xiàn)象也得到消除。
4.2 實驗室小試確定合適的PAM藥劑選型
將不同比例的化學(xué)污泥和剩余污泥在實驗室做小試試驗，配制比例分別為0：10，1：9，2：8，3：7，4：6和5：5。然后分別用燒杯盛取200ml混合污泥樣品，加入一定量的絮凝劑溶液，做不同投加量的重復(fù)試驗。絮凝劑加入后，用燒杯傾倒20次，做濾水試驗，記錄數(shù)據(jù)。每個產(chǎn)品做3～4次不同投加量的濾水試驗，在保證濾水清澈的前提下，觀察前5秒鐘的濾水量，找到濾水量較大的那個投加量，然后繪制濾水曲線。濾水速度較快和濾液較好的產(chǎn)品即為較適產(chǎn)品。
不同陽離子度的絮凝劑產(chǎn)品參數(shù)如下：
絮凝劑 | 離子度（mole%） | 分子量（萬） |
4190SSH | 10% | 800-1000 |
4240SSH | 15% | 800-1100 |
4290SSH | 20% | 800-1100 |
4350SSH | 25% | 800-1100 |
4440SSH | 35% | 800-1100 |
（1）化學(xué)污泥和剩余污泥配比為0：10時，即不進化學(xué)污泥，只有剩余污泥時，選用陽離子度為20%的產(chǎn)品，即4290SSH藥劑有優(yōu)勢，表現(xiàn)較好。
（2）化學(xué)污泥和剩余污泥配比為2：8、3：7、4：6、5：5時，選用陽離子度為15%的產(chǎn)品，即4240SSH藥劑有優(yōu)勢，表現(xiàn)較好。其中的原因可能是生化剩余污泥主要是由活性污泥的細菌等微生物組成，細菌表面一般為負電荷。而化學(xué)污泥一般為藥劑中的金屬離子與水中的磷酸鹽結(jié)合后的沉淀物及部分懸浮物沉淀，這部分污泥含有金屬陽離子較多。當(dāng)化學(xué)污泥比例較低時，宜選用陽離子度較高的藥劑，反之，宜選用陽離子度較低的藥劑，這樣可以起到較好的電性中和作用，有利于污泥膠體的快速聚團沉淀。
南部污水廠的化學(xué)污泥一般比例都小于20%，在6%～20%之間，以前選用的藥劑為陽離子度為20%的產(chǎn)品4290SSH。根據(jù)實驗結(jié)果，選用艾森陽離子度為15%的產(chǎn)品4240SSH后，離心機的跑水現(xiàn)象得到控制。
4.3 調(diào)整PAM的熟化時間
南部污水廠使用PAM藥劑是采用固體溶解配藥的方式，現(xiàn)場PAM的配藥箱共有3個：第1箱為投配箱，第2箱為熟化箱，第3箱為使用箱。PAM的熟化時間受PAM分子量及用藥量的大小影響。熟化時間是影響PAM藥劑使用效果的一個重要因素。朱有林研究發(fā)現(xiàn)，1500萬分子量聚丙烯酰胺較佳熟化時間為1.75h，2500萬為2.25h，3500萬為3h。現(xiàn)場的運行經(jīng)驗顯示，PAM藥劑熟化時間至少要在45min以上，才能起到較好的效果，否則，PAM藥劑就會因為熟化時間太少而結(jié)塊或成小團，類似冰塊漂浮在藥箱內(nèi)。這樣熟化時間很短的藥劑進入離心機后，就難以與污泥進行充分混合，一旦進泥量加大，就會發(fā)生跑水。以前配藥時，濃度固定，一般為0.22%，這樣的缺點是當(dāng)用藥量增大時，PAM的熟化時間就會縮短。現(xiàn)在為了增加PAM的熟化時間，提高了PAM配藥濃度，把配藥濃度控制在0.2%～0.4%之間。調(diào)整以后，在離心機投藥量不變的情況下，既增加了PAM的熟化時間，也避免了泥藥混合不均的問題，同時，離心機跑水現(xiàn)象也得到解決。
5 結(jié)語
（1）化學(xué)污泥排放量在很大程度上影響離心脫水機的出泥效果，是導(dǎo)致離心機跑水的主要因素。
（2）泥質(zhì)和藥劑的匹配，不僅能提高污泥脫水效果，防止離心機跑水現(xiàn)象，而且還能降低藥劑成本。
（3）分子量越大的產(chǎn)品，熟化時間應(yīng)越長，需要根據(jù)現(xiàn)場藥劑，調(diào)整藥劑的熟化時間。
我國現(xiàn)行的城市污水處理廠在運行過程中，一般都采用投加鋁鹽、鐵鹽等化學(xué)藥劑來實現(xiàn)磷的一級A標(biāo)準，即TP＜0.5mg/L，由此導(dǎo)致化學(xué)污泥的產(chǎn)生?；瘜W(xué)污泥和剩余污泥混合后，泥質(zhì)發(fā)生相應(yīng)變化。此時，如果PAM藥劑選型，熟化時間及運行方式不做相應(yīng)調(diào)整，就會引起藥劑效果的下降，導(dǎo)致離心機跑水等現(xiàn)象的發(fā)生。因此，在生產(chǎn)過程中，盡量采取措施，控制化學(xué)污泥和剩余污泥排放比例及排放總量，使之在一個相對小的范圍內(nèi)變動，同時，選用合適的陽離子度的PAM藥劑種類、控制PAM藥劑的熟化時間，可以從根本上解決離心機脫水過程中跑水現(xiàn)象的發(fā)生。
