提要: 　闵行水厂一车间选用离心脱水机作为排泥水处理工程脱水设备,就此分析研究了影响污泥离心脱水效果的各种因素,并总结出该工程的最佳运行工艺参数 ,为今后黄浦江水系水厂排泥水处理设备选择提供了依据。

关键词　排泥水处理　脱水设备　离心脱水机　 PAM加注率　泥饼含固率　污泥回收率

　

　

0　前言

　　水厂排泥水处理, 其目的是把排泥水中大量悬浮物质(SS) 经过排泥水收集浓缩, 使上清液外排水质符合国家污水综合排放标准和市污水排放标准。要达到分离的水质为环境所接受的目的就必须选用机械脱水方法最大限度地把液体污泥中的水分分离出来 ,从而使污泥成为可塑型固体状 ,一般要求净水厂脱水后的污泥含固率≥ 35%。

　　污泥脱水的效率与污泥的性质、脱水机械的选择等直接有关 ,具体选择何种类型的脱水机械 ,应根据排泥水污泥的沉降性质、污泥粒径分布、现场条件等 ,综合考虑技术、经济、环境和运行管理等因素 ,全面分析判断后作出合理恰当的选择。

　　目前,国内外采用的机械脱水方式有真空过滤、带式压滤、板框压滤和离心脱水等。从查阅的资料来看 ,西欧国家平均有69.3% 污泥经过脱水处理, 而进行机械脱水处理的污泥达51.4%, 其中离心脱水机占21.7% 、板框压滤机占15.8% 、带式压滤机占11.4% 、其它脱水机械占2.5% 。现主要介绍闵行水厂采用离心脱水机的情况。

　　闵行水厂一车间的原水取自黄浦江上游,浊度较高,约70NTU～80NTU,在水处理过程中投加硫酸铝等混凝剂。据测定,污泥中SiO₂含量达50% 以上,Al₂O₃含量在17%～20%左右,有机成分灼烧减量为10%～13%。污泥中无机成分含量高,无明显的亲水性,污泥离心脱水较容易。另外,由于闵行水厂一车间可供污泥处理利用的场地面积有限,所以在选用设备时,应重视设备的占地面积。由于离心脱水机具有占地少、自动化程度高、能连续运行、运行管理方便、土建投资低、污泥处理成本较低、出泥含固率高、不需投加石灰、后继处置费用低等众多突出优点 ,非常适合闵行水厂一车间的实际情况和要求,因此选用离心脱水机进行污泥脱水,在技术上是合理的,经济上是可行的。

　　根据排泥水污泥颗粒大小以及场地面积局限性、自动化程度要求的特点 ,本工程选用DSNX-4550 离心机。

　　DSNX-4550 离心脱水机进泥含固率4% 时处理量15m3/h,进泥含固率 5%时处理量12m3/h, 转筒Φ450/266mm, 转筒长度与直径比为4.17, 锥角为10° ,离心机最大转筒速度 3250r/min,工作速度2600r/min 、2900r/min 。

　　在确定了离心机脱水以后, 根据水厂排泥水处理工艺要求相应配备了其它主要设备。

1　离心机构造与工作原理

　　NX-4550离心机由涡流制动器、行星齿轮箱、枕座、离心转筒、轮送螺杆、进料管、可调溢流堰板、控制箱、机座等组成。

　　离心机工作原理：当水厂浓缩污泥或者加高分子絮凝剂的浓缩污泥从进料口输入高速旋转 (约2900r/min) 的离心机内时, 进泥中比重大的固体颗粒在离心力作用下迅速沉降、聚集到转筒的内壁上并形成泥饼 ,而比重小的液体则汇集在污泥的表面。在高速旋转的离心机内 ,转筒与螺旋状导流输送器之间有 5r/min～12r/min 的转速差, 聚集在转筒内壁的污泥被移到转筒锥形末端压密、排出 ,比重小的分离水经回流管从转筒圆柱端溢流口排出。只要进泥不断均匀地输入高速旋转的离心机 ,比重大的颗粒就连续沉降、聚集、形成泥饼、压密、排出 ,分离水也不断地溢流排出 ,使进泥得到处理, 达到固液分离的目的。

2　影响污泥离心脱水效果的因素

　　要使离心机能对水厂排泥水污泥进行有效的固液分离 ,必须研究影响离心机固液分离的各种因素 ,归纳起来有如下几点：

　　影响离心机脱水因素不可调节机械因素转筒长度转筒直径螺距长度锥体长度 (即岸区长度) 锥体直径锥角锥体半径可调节机械因素转筒旋转角速度螺旋输送器角速度转速差水池深度水池表面半径泥饼厚度工艺因素污泥性质投配速率停留时间高分子絮凝剂加注量等进泥含固率

　　在离心机型号和几何尺寸一定的情况下 ,即“不可调节的机械因素”无法改变时 ,若要使被处理的排泥水污泥达到预期的固液分离效果 ,可以调整“可调节的机械因素”。如改变离心机转筒速度、调节 G的作用力, 使分离因数增大, 这样有利于固液分离；反之, 使分离因素减小, 即可减小转筒速度, 这不利于固液分离。但是, 过分增大转筒速度, 必定增大机器的磨损, 产生大的噪音。

　　本研究根据上海黄浦江污泥的特性 ,为两台离心机选择了两个不同的分离因数 ,分别计算如下

　　分离因数Fr= ω2r/9.8

　　式中ω——角速度＝转速n ×2π/60,弧度/s；

　　r——回转半径,m。

　　第一台离心机：n=2600r/min;r=0.225m

Fr=(2600×2 ×3.14/60)2 ×0.225/9.8=1700.3

　　第二台离心机：n=2900r/min;r=0.225m

Fr=(2900×2×3.14/60)2 ×0.225/9.8=2115.3

　　实际运行第一台离心机出泥泥饼含固率小于第二台离心脱水机泥饼含固率。

　　选择不同的挡板可以调节液体水位(池子深度),使分离水达到最佳清澈度和泥饼最佳干燥度之间的平衡。总的来说,当减小液体半径时,分离水变得更加透明,泥饼含水率增高。又如：转速差越大,污泥在离心机内停留时间越短,泥饼含水率就越高,分离水含固率就可能越大。反之,转速差越小,污泥在离心机内停留时间越长,固液分离越彻底,但必须防止污泥堵塞。利用转速差可以自动地进行调节,以补偿进料中变化的固体含量。

　　此外,还可以调整工艺因素。当污泥性质已经确定时,可以改变进料投配速率,减少投配量改善固液分离；增加絮凝剂加注率,可以加速固液分离速度,提高分离效果。总之,要使水厂排泥水处理达到理想的分离效果,可以从可调节机械因素和工艺因素两方面来考虑。

3　絮凝剂加注设备

　　絮凝剂的溶解和加注设备的性能直接影响到 PAM絮凝剂的使用效果和实际加注量。本工程选用自动吸药、自动溶解、自动加注的 PAM絮凝剂配制系统, 系统由真空吸料机、贮料筒、双螺旋定量加注器、配制水管道系统、溶解池、投加池等组成。整套系统能实现自动运行。袋装的 PAM絮凝剂固体颗粒由真空吸料机送入贮料筒 ,配制溶液时双螺旋定量加注器准确计量一定量的 PAM固体颗粒,依靠安装在配制水管道系统上的水射器的吸力送入溶解池中。溶解池内安装搅拌机 ,不断地搅动水体,使PAM固体颗粒能均匀地溶解在水中。此外,溶解池内安装有一组液位开关,当池内液位达到设定的最低值时能自动发出信号并启动配制工作液的相关设备。溶解完全后的 PAM工作液由电磁放空阀自动排入投加池。投加池内同样设置液位开关,当池内液位达到设定值时即开启电磁放空阀,同时还有计量泵空转保护功能等。

　　药剂的投加由3台计量泵完成(2用1备),在投加池的出口处设有计量仪标定PAM投加量。计量泵后面设有药剂稀释管路和切换装置。

4　离心机脱水工程运行效果

　　采用离心机对水厂排泥水浓缩污泥进行固液分离,需选择最佳工艺参数。即应研究进离心机的浓缩污泥含固率的要求范围,进料量(装机容量), 最大产量,离心机差速、转速 ,不同类型聚丙烯酰胺(PAM)加注率、投加浓度对离心机脱水后的污泥含固率、分离水SS值和回收率的影响。上述试验采用DSNX-4550型离心机运行,运行结果如下。

4.1　阳离子型 PAM加注率的影响

　　

图1　阳离子型 PAM加注率与污泥回收率、　　泥饼含固率和分离水 SS值的关系

　　阳离子PAM 加注率与污泥回收率和泥饼含固率的关系见图1 。其运行工况为进泥流量9m3/h ；产量648kg/h; 进泥浓度7.2%；转速 2920r/min；差速：5.4r/min ～7.4r/min 。从试验中可以得出如下结论：

　　(1)在一定产量下,当PAM加注率大于0.10% 时,随PAM加注率的增加,污泥回收率也增加；当PAM 加注率为0.10% 时,污泥回收率即可达到99%。

　　(2)PAM加注率在0.08%～0.16%的范围内, 均可保证离心机出泥含固率≥43%。

　　(3)使用阳离子型PAM,处理后分离水色度(目测)较低,脱色效果较佳。

4.2　阴离子型PAM加注率的影响

　

图2　阴离子型PAM加注率与污泥回收率、泥饼含固率和分离水SS值的关系

　

图3　进泥流量(装机容量)和产量与污泥回收率和泥饼含固率的关系

　

　　阴离子型PAM 加注率与污泥回收率和泥饼含固率的关系见图2。其运行工况为进泥流量11m3/h；转速2920r/min ；进泥浓度5.8%；产量 638kg/h;差速：7.2r/min～10.5r/min 。从试验中可以得出如下结论：

　　(1)在一定的产量下,当PAM加注率大于0.08%时,随PAM加注率的增加,污泥回收率也增加；当PAM加注率为0.08% 时,污泥回收率即可达到99%。

　　(2)PAM加注率在0.08%～0.23%的范围内, 均可保证离心机出泥含固率≥42%。

　　(3)使用阴离子型PAM,处理后分离水色度(目测)较高,脱色效果不佳。

4.3　进泥流量和产量的影响

　　进泥流量和产量与污泥回收率和泥饼含固率的关系见图3。其运行工况为PAM加注率0.115%( 阳离子)；转速2920r/min；差速5.4r/min～10.5r/min ；进泥浓度7.7%。从中可以得出以下结论：

　　(1)在产量达1248kg/h,进泥流量达16m³/h的情况下, 仍可取得良好的处理效果。通常运行条件为产量640kg/h,进泥流量10m3/h。

　　(2)进泥流量范围为6m³/h～16m³/h下,污泥回收率均在98%以上。

　　(3)进泥流量范围为6m³/h～16m³/h下,泥饼含固率≥42%。

4.4　进泥浓度的影响

　

图4　进泥浓度与污泥回收率和　　　泥饼含固率的关系

　　进泥浓度与污泥回收率和泥饼含固率的关系见图 4。其运行工况为进泥流量 10m3/h；转速2920r/min；产量680kg/h; 差速：6.5r/min～ 9.2r/min。PAM加注率0.136%( 阴离子)；进泥浓度6.8%。从中可以得出以下结论：

　　离心机对进泥浓度的要求不高, 在3%～6.5%的范围内,均可保证较高的污泥回收率(≥98.9%)和泥饼含固率(≥43%) 。

4.5　离心机差速的影响

　

图5　差速对泥饼含固率和分离水SS值的影响

　　差速对泥饼含固率和分离水SS值的影响见图5 。其运行工况为进泥流量9m3/h；转速2600r/min 产量698kg/h；进泥浓度 7.8%；PAM 投加率除差速为12r/min时加注率为0.223%,其它均为0.149% 。从中可以得出以下结论：

　　(1)差速范围在7r/min～11r/min时,泥饼含固率均大于44%,分离水SS值为166mg/L ～218mg/L。但当差速高达12r/min时,污泥含固率降低, 仅为39%,分离水SS值较高。

　　(2)差速基本上对泥饼含固率影响不大 ,但视进泥浓度和装机容量,选择相应差速。进泥量大时,差速太小, 可能堵塞离心机；差速太大,出泥泥饼含固率会降低。

5　工程运行工艺参数

　　从上述结果可得出, 闵行水厂一车间排泥水处理离心机运行最佳工艺参数：

　　(1)进离心机浓缩污泥浓度3%～7%。

　　(2)可用阳、阴离子型PAM药剂。

　　(3)PAM加注率为1.0kg/t干泥～1.5kg/t干泥。

　　(4)PAM储液配制浓度为阳离子型0.5%；阴离子型0.3%,PAM投加浓度为0.2% 。

　　(5)离心机转速2600r/min和2900r/min。

　　(6)离心机差速：5r/min～12r/min。

　　离心机在上述工艺参数情况下,对水厂排泥水进行处理,可以得出如下结论：

　　(1)阳离子PAM加注率0.10%～0.15%(kg/t 干泥)时,污泥回收率＞99%,泥饼含固率≥43%。

　　(2)阴离子PAM加注率0.08%～0.15%(kg/t 干泥)时,污泥回收率＞99%,泥饼含固率≥42%。

　　(3)投加阳离子时,分离水佳；投加阴离子时,分离水色度较差。

　　(4)选用离心机对水厂浓缩污泥进行固液分离,运行管理方便、固液分离效果好、泥饼含固率高、分离水清,能为黄浦江水系水厂对排泥水处理提供污泥脱水机械选择及运行模式的依据。

　

参考文献

1　韩伟.水厂污泥脱水装置的选择.给水排水,1995,21(7)

2　陆在宏,吴今明,唐意祥.给水厂排泥水处理工艺研究.给水排水,1993,19(10 、11)

　　○作者通讯处：200082　上海市杨树浦路851号上海市自来水公司