鋼廠污泥處理系統(tǒng)中離心脫水機的調(diào)試研究
技術(shù)支持
天津某鋼業(yè)有限公司在金屬制品加工過程中產(chǎn)生大量的酸洗廢水，廢水的主要污染指標(biāo)是Fe2+、PO3-4和H+，廢水處理工程設(shè)計規(guī)模為7000m3/d，其中一期的處理規(guī)模約為3000m3/d。酸洗廢水經(jīng)熟石灰調(diào)堿后，其中的Fe2+、PO3-4與Ca(OH)2生成沉淀，再采用膜過濾技術(shù)進(jìn)行固液分離處理，進(jìn)而會產(chǎn)生大量的污泥，污泥的主要成分為Fe(OH)3、Ca3(PO4)2和廢水中存在的其他懸浮雜質(zhì)。該工程一期的污泥產(chǎn)量為8m3/d，滿負(fù)荷運轉(zhuǎn)后污泥產(chǎn)量為18m3/d，污泥含水率在98%左右。由于該工程的產(chǎn)泥量較大，因此采用離心脫水機對污泥進(jìn)行脫水處理。離心脫水機具有自動化程度較高、操作環(huán)境好、不會產(chǎn)生異味、產(chǎn)泥含水率較低、占地面積較小等優(yōu)點。
1 離心脫水機簡介
離心脫水機的工作原理：懸浮液在高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力作用下，密度較大的固相顆粒沉積在轉(zhuǎn)鼓內(nèi)壁上，與轉(zhuǎn)鼓做相對運動的螺旋葉片不斷將沉積在轉(zhuǎn)鼓內(nèi)壁上的固相顆粒刮下并推出排渣口，分離后的清液經(jīng)液層調(diào)節(jié)板開口流出轉(zhuǎn)鼓。該工程中采用國產(chǎn)離心脫水系統(tǒng)，主要包括：臥螺離心機1臺，處理量為15～20m3/h；絮凝劑投配裝置1套，產(chǎn)藥量為2m3/h；加藥泵1臺，Q=0.4～2.0m3/h，H=0.2MPa；污泥泵1臺，Q=25m3/h，H=0.2MPa；無軸螺旋輸送機1臺，長度為5.5m，輸送能力為3m3/h。臥螺離心脫水機的參數(shù)如下：轉(zhuǎn)鼓內(nèi)徑為430mm，長徑比為3.7，轉(zhuǎn)速為3200r/min，分離因數(shù)為2466，采用行星齒輪差速器，差轉(zhuǎn)速為2～32r/min，無級可調(diào)，扭力矩為5000N·m，液層深度為124～136mm，物料密度為1.2g/cm3。
2 離心脫水機的調(diào)試
離心脫水機調(diào)試工作歷時半個月，主要包括絮凝劑的選擇、主電機轉(zhuǎn)速范圍的確定、扭力矩運行范圍的確定、進(jìn)泥量范圍的確定、進(jìn)泥量與藥劑量的合適配比等。
2.1 絮凝劑的選擇
污泥脫水采用的絮凝劑主要是聚丙烯酰胺（PAM），其主要作用是對污泥進(jìn)行化學(xué)調(diào)理，改善其脫水性能，PAM藥劑的選擇對污泥脫水系統(tǒng)至關(guān)重要。離心脫水機依靠高速旋轉(zhuǎn)的離心力進(jìn)行泥水分離，必須采用陽離子PAM才能夠得到較清的分離液和較低的污泥含水率，若采用陰離子或中性離子PAM，因其與污泥結(jié)合性能較差，在離心力的作用下會使形成的絮體被打散而影響脫水后的污泥含水率。選擇絮凝劑的具體方法是先進(jìn)行燒杯試驗再進(jìn)行上機試驗。該工程中選用某進(jìn)口品牌的陽離子PAM藥劑，有3個種類，編號為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ，其離子度分別為30%、40%、50%，分子質(zhì)量分別為4000、6000、8000ku。
2.1.1 燒杯試驗
取3個1L的燒杯，將3種陽離子PAM分別配制成濃度為0.2%的溶液。配制過程如下：在燒杯中不斷攪拌溶液的同時，緩慢加入粉末狀的PAM，直至粉末完全溶解、未見“果凍狀”絮團(tuán)，攪拌時間約為45～60min。取3個50mL的燒杯，每個燒杯內(nèi)分別加入30mL污泥，污泥含水率約為98%；再分別向3個燒杯內(nèi)加入10mL的Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ號絮凝劑，快速攪拌，然后靜沉。首先觀察絮凝后污泥的沉降速度和泥水界面高度，以沉降速度快、泥水界面低為佳；然后將形成的絮體污泥取出置于水平面上，以絮團(tuán)內(nèi)間隙水較少為佳。通過上述判斷，確定Ⅱ號和Ⅲ號PAM較為適宜。重復(fù)上述工作，將絮凝劑用量增至15mL，繼續(xù)判斷Ⅱ號和Ⅲ號PAM的效果，確定Ⅱ號PAM較為適宜。
2.1.2 上機試驗
上機試驗主要檢驗通過燒杯試驗選取的絮凝劑在離心機實際條件下的效果，主要考察指標(biāo)為處理后的污泥含水率和分離液中懸浮物的含量。為選擇合適的絮凝劑，對Ⅱ號和Ⅲ號PAM均做上機試驗，絮凝劑配制濃度為0.2%。由于該工程調(diào)試時間是夏季，因此熟化時間采用1h，絮凝劑用量為25kg。離心機運行參數(shù)根據(jù)經(jīng)驗確定，主機轉(zhuǎn)速為2400r/min，采用扭力矩控制方式，扭力矩控制范圍為12～18N·m，每種絮凝劑分別取3個樣品，試驗結(jié)果如下：
項目 | 含水率（%） | 懸浮物含量（mg/L） | ||||
1# | 2# | 3# | 1# | 2# | 3# | |
Ⅱ | 83.5 | 75.4 | 74.8 | 115.1 | 124.9 | 168.3 |
Ⅲ | 80.2 | 81.1 | 78.6 | 121.1 | 135.4 | 152.5 |
由上表可知，由于啟動初期離心機的運行參數(shù)未完全穩(wěn)定，Ⅱ號PAM處理后的污泥含水率偏高，隨著各參數(shù)運行穩(wěn)定，Ⅱ號PAM處理后的污泥含水率明顯低于Ⅲ號PAM的。另外，兩種絮凝劑處理后的分離液中懸浮物含量較接近，一是因為分離液中的懸浮物含量主要與離心機液層調(diào)節(jié)片有關(guān)；二是因為兩種陽離子絮凝劑的性能較接近，效果不會相差太大。根據(jù)上述試驗分析，該工程確定采用Ⅱ號PAM作為污泥脫水絮凝劑。隨著離心脫水機各項參數(shù)的調(diào)節(jié)，污泥的脫水效果還將有所提高。
2.2 主機轉(zhuǎn)速的調(diào)整
轉(zhuǎn)速的調(diào)整會直接影響離心機在單位時間內(nèi)的處理量和分離效果。主機轉(zhuǎn)速越高，則分離因數(shù)越高，處理后的污泥就越干；但當(dāng)轉(zhuǎn)速過大時，離心力相應(yīng)增大，會降低絮凝劑的效率，進(jìn)而增加藥劑量，另外也會增加電耗。因此，確定合適的離心機轉(zhuǎn)速至關(guān)重要。在Ⅱ號PAM濃度為0.2%、扭力矩為15N·m的條件下，離心機轉(zhuǎn)速以2000r/min為基礎(chǔ)，每次升高50r/min，檢測處理后污泥的含水率。隨著離心機轉(zhuǎn)速的升高，處理后污泥的含水率不斷下降，當(dāng)轉(zhuǎn)速升至2500r/min時，處理后污泥的含水率低至70.5%；當(dāng)離心機轉(zhuǎn)速繼續(xù)升高時，處理后污泥的含水率呈升高的趨勢。綜合考慮，確定采用Ⅱ號PAM時的較佳轉(zhuǎn)速為2500r/min。
2.3 扭力矩的調(diào)整
該工程中的離心機具有兩種控制方式：差速控制和扭力矩控制。采用差速控制的優(yōu)勢在于能使螺旋推料速率始終保持穩(wěn)定。差速反映了離心機螺旋提料速度的快慢，差速越大則污泥在轉(zhuǎn)鼓內(nèi)的停留時間越短，脫水越不充分，泥餅含水率越高，但污泥處理量越大；反之，差速越小，則泥餅含水率越低，但處理量越小。采用扭力矩控制是目前水處理行業(yè)較先進(jìn)的一種自動控制方式，是通過調(diào)節(jié)差速達(dá)到推料力矩的穩(wěn)定，螺旋推料扭矩反映了離心機的負(fù)載情況，扭矩過大容易引起離心機堵機，嚴(yán)重時損壞差速器，扭矩過小則分離效果不理想。采用扭力矩控制能夠使螺旋推料力矩始終保持穩(wěn)定，使轉(zhuǎn)鼓內(nèi)的沉泥不易產(chǎn)生物料堆積現(xiàn)象，其優(yōu)勢是即使在進(jìn)泥含水率經(jīng)常變化的情況下也可以避免堵料的發(fā)生。因此，力矩控制更適用于對離心機操作了解不深和進(jìn)泥含水率經(jīng)常變化的情況。確定合理的力矩大小，有利于離心機的穩(wěn)定運行以及對污泥的脫水效果。在Ⅱ號PAM濃度為0.2%、離心機轉(zhuǎn)速為2500r/min的條件下，采用扭力矩控制，扭力矩以5N·m為基礎(chǔ)，每次升高約3N·m，檢測出泥含水率。當(dāng)進(jìn)泥含水率在99%左右、扭力矩＜11N·m時，出泥的含水率過高，處理效果差。當(dāng)扭力矩在11N·m左右時，出泥含水率在85%以下；當(dāng)離心機力矩為25N·m時，離心機發(fā)生堵料。因此，本工程中離心機的扭力矩調(diào)節(jié)范圍為10～23N·m。另外，當(dāng)離心機的扭力矩為17N·m時，出泥含水率均能達(dá)到75%以下，可作為離心機日常運行的扭力矩值。
2.4 進(jìn)泥量和進(jìn)泥含水率
離心機都有一個進(jìn)泥量和進(jìn)泥含水率的要求，實際運行中若超過該極限值，離心機會受到損壞，因此運行中應(yīng)嚴(yán)格控制離心機的進(jìn)泥量及進(jìn)泥含水率在允許的范圍內(nèi)。同時，在正常運行范圍內(nèi)，離心機的進(jìn)泥量與進(jìn)泥含水率成正比，即進(jìn)泥含水率越大，則離心機的處理量越大。但是，當(dāng)進(jìn)泥含水率偏大時，耗藥量將會驟然上升，當(dāng)進(jìn)泥含水率達(dá)到99.5%以上時，基本無法處理，這是因為固體物體積不夠大，離心機的螺旋不足以將推料段封住，泥餅無法產(chǎn)生，導(dǎo)致離心機排水系統(tǒng)和出泥系統(tǒng)同時排出泥水混合物，無法形成泥餅；當(dāng)進(jìn)泥含水率過小時，會使離心機內(nèi)產(chǎn)生的干泥過多而導(dǎo)致螺旋不能及時將污泥推出，從而發(fā)生堵料。因此，在調(diào)試過程中必須根據(jù)該工程污泥含水率的情況，確定合適的污泥處理量，以方便日常運行過程中的參數(shù)調(diào)節(jié)。
采用差速控制，控制范圍為8～15r/min，在離心機轉(zhuǎn)速為2500r/min、Ⅱ號PAM濃度為0.2%的條件下，當(dāng)進(jìn)泥含水率變化時，進(jìn)泥含水率越低，則出泥含水率也越低，但進(jìn)泥量會降低，當(dāng)含水率為96%時，進(jìn)泥量只能達(dá)到20m3/h，且運行參數(shù)非常不穩(wěn)定，離心機的電流偏大。當(dāng)進(jìn)泥含水率＞99%時，污泥處理量明顯大于其標(biāo)稱處理量，但此時的出泥含水率偏高。
3 結(jié)論
（1）通過燒杯試驗和上機試驗確定采用Ⅱ號陽離子PAM作為污泥脫水的絮凝劑，其離子度為40%，分子質(zhì)量為6000ku。但由于調(diào)試期間只試驗了3種絮凝劑，具有一定的局限性，在離心機穩(wěn)定運行后，可以擴(kuò)大絮凝劑試驗范圍，一方面可以采用價格相對較低的絮凝劑，降低污泥處理成本；另一方面可以發(fā)揮離心機的處理能力，提高離心機的效率。
（2）在絮凝劑參數(shù)確定的前提下，通過調(diào)試確定較佳的主機轉(zhuǎn)速為2500r/min、較佳的扭力矩為17N·m。但當(dāng)進(jìn)泥含水率和進(jìn)泥量發(fā)生變化時，相應(yīng)的轉(zhuǎn)速和扭力矩均會發(fā)生變化，需根據(jù)實際情況再進(jìn)行調(diào)整。
（3）在離心機選型時，一定要明確污泥含水率參數(shù)范圍，否則在實際運行時，當(dāng)污泥含水率偏低時，會大大降低離心機的處理能力，從而影響污泥脫水系統(tǒng)的運行。
