段志棟, 姜海潮, 鄔文元, 王勇軍

(山西中煤平朔能源化工有限公司，山西 朔州 036000)

引 言

山西中煤平朔能源化工有限公司建設(shè)規(guī)模為30萬t/a的合成氨裝置、兩套18萬t/a硝酸裝置、兩套20萬t/a的硝酸銨裝置。配套污水處理裝置，采用預(yù)處理+生化處理+混凝沉淀+臭氧殺菌脫色+流砂過濾處理工藝。離心式脫泥機裝置安裝在污水處理系統(tǒng)預(yù)處理和深度處理脫泥系統(tǒng)處，現(xiàn)場有無錫中達公司生產(chǎn)的臥式螺旋卸料沉降離心機3臺，處理能力為每臺10 000 kg/h，預(yù)處理1臺，深度處理2臺。

1 預(yù)處理及深度處理介紹

管網(wǎng)自流來地面沖洗水經(jīng)格柵進入地面沖洗水收集池，通過地面沖洗水提升泵送至初沉隔油池。帶壓含酚煤氣水和平安四期排水經(jīng)管道進入初沉隔油池。除去重油及輕油的初沉隔油池出水經(jīng)混凝反應(yīng)池進入混凝射流氣浮池。除去乳化油及部分污染物的混凝射流氣浮池出水，通過連通管進入酚氨廢水調(diào)節(jié)池。酚氨廢水調(diào)節(jié)池出水進入后續(xù)水解及生化系統(tǒng)。初沉隔油池內(nèi)重油及輕油經(jīng)油污池進入廢油儲罐，廢油回收處理?；炷淞鳉飧〕厣喜坑驮?jīng)刮渣機收集進入氣浮含油污泥池，經(jīng)污泥螺桿泵送入離心脫泥機脫水，含油污泥外運處理，泥水返回系統(tǒng)前端[1-2]。

二級沉淀池出水自流進入二級好氧出水回流池，經(jīng)管道依序進入混凝反應(yīng)池，經(jīng)混凝反應(yīng)的出水進入混凝沉淀池，廢水經(jīng)泥水分離后進入臭氧氧化池，經(jīng)脫色、進一步降解CODcr的臭氧氧化池出水進入流砂濾池，流砂濾池的合格產(chǎn)水收集在回用水池，回用水池出水經(jīng)泵送入廠區(qū)回用水管網(wǎng)。生化及深度處理產(chǎn)生的剩余污泥排入污泥濃縮池，經(jīng)重力濃縮后采用離心脫泥機進行脫水，污泥外運處置，泥水返回系統(tǒng)前端。

2 離心式脫泥機

2.1 離心式脫水機工作原理

懸浮液由進料管進入輸料螺旋內(nèi)腔。經(jīng)加速后進入轉(zhuǎn)鼓內(nèi)．在離心力作用下，密度較大的固相顆粒物沉降到轉(zhuǎn)鼓內(nèi)壁，形成沉渣環(huán)層，并被卸料螺旋不斷推送到轉(zhuǎn)鼓小端而排出轉(zhuǎn)鼓外，澄清的液體不斷從轉(zhuǎn)鼓大端的溢流口排出轉(zhuǎn)鼓外，從而實現(xiàn)懸浮液的固液分離。

2.2 離心式脫泥機系統(tǒng)

污水處理共有3套離心式脫水機系統(tǒng)，含油污泥脫水機1套，生化污泥脫水機2套。含油污泥脫水裝置包括含油污泥池1座、含油污泥螺桿泵2臺、卸料沉降臥螺離心機1臺(配套電控柜1套)、脫水加藥系統(tǒng)1套組成。生化污泥脫水裝置包括污泥濃縮池3座、污泥螺桿泵3臺、卸料沉降臥螺離心機2臺(配套電控柜2套)、脫水加藥系統(tǒng)2套組成。

表1為污水處理系統(tǒng)設(shè)計污泥產(chǎn)生量等數(shù)據(jù)。經(jīng)實際運行，含油污泥產(chǎn)生量是100 t/d，含固率1%～2%，產(chǎn)生含固率15%～20%泥渣約5 t/d～10 t/d；生化污泥產(chǎn)生量是300 t/d，含固率0.5%～1%，經(jīng)濃縮池濃縮后含固率3%左右，產(chǎn)生含固率15%～20%泥渣約10 t/d～15 t/d。

表1 污泥水產(chǎn)生量

2.2.1 污泥池

收集和濃縮泥水，提高泥水濃度，增加脫泥效率。預(yù)處理含油污泥池1座：鋼砼結(jié)構(gòu)半地下式，尺寸3.7 m×3.0 m×6.9 m，有效水深6 m，有效容積66.6 m3，污泥流量5 m3/h；

深度處理生化污泥濃縮池(3座)：鋼砼結(jié)構(gòu)半地下式，每座尺寸10.0 m×10.0 m×7.0 m，有效水深6.5 m，有效容積1 950 m3；配套污泥濃縮機(Φ10 m中心傳動，電機功率1.5 kW)3臺。

2.2.2 污泥螺桿泵

給污泥脫水機提供足量泥水，滿足脫泥要求。預(yù)處理含油污泥螺桿泵(單螺桿泵，Q=10 m3/h，H=60 m，電機功率3 kW)2臺，深度處理生化污泥螺桿泵(Q=10 m3/h，H=60 m，電機功率3 kW)3臺。

2.2.3 卸料沉降臥螺離心機

預(yù)處理含油污泥卸料沉降臥螺離心機(Q=25 m3/h，電機功率22 kW)1臺。深度處理生化污泥離心脫水機(Q=15 m3/h，電機功率22 kW)2臺、污泥斗(V=3 m3，電機功率0.55 kW)2臺。PLC控制系統(tǒng)(共3套)變送器型號ACS510-01，生產(chǎn)商ABB。具體數(shù)據(jù)見表2。

表2 卸料沉降臥螺離心機設(shè)計數(shù)據(jù)

含油污泥卸料沉降臥螺離心機見圖1，卸料沉降臥螺離心機主機構(gòu)造如圖2。

卸料沉降臥螺離心機主要由五部分構(gòu)成。

圖1 含油污泥卸料沉降臥螺離心機

圖2 卸料沉降臥螺離心機構(gòu)造

2.2.4 脫水加藥裝置

預(yù)處理含油污泥加藥裝置1套(機械柱塞式計量泵：Q=150 L/h、P=0.5 MPa、電機功率0.3 kW、2臺，配藥儲槽1座、V=5.8 m3。)，深度處理生化污泥脫水加藥裝置(V=1 m3，配套攪拌機，電機功率1.1 kW)2套、計量泵(機械柱塞式，Q=150 L/h，P=0.5 MPa，電機功率0.3 kW)2臺。深度處理脫水加藥系統(tǒng)見圖3。

3 脫泥機運行情況

污水處理系統(tǒng)2016年3月4日開始進水試漏；4月下旬一級A/O生化池B系列投入接種污泥，期間間斷投加營養(yǎng)源開始培菌，5月23日一級A/O生化池B系列再投入接種污泥，期間間斷投加營養(yǎng)源；5月18日至26日一級水解池和二級水解池投放接種污泥各20 t；5月30日，一級A/O生化池A系列投入接種污泥，A/B系列投加營養(yǎng)源；7月4日系統(tǒng)進酚氨廢水40 m3/h，2016年8月污水處理裝置流程打通，產(chǎn)出合格出水到氣化循環(huán)水補水系統(tǒng)[1]。

圖3 深度處理脫水加藥系統(tǒng)

由于污水處理系統(tǒng)污泥SV30(%)偏低，生化不需要排泥，污泥脫水系統(tǒng)于2017年5月開始調(diào)試投運。

3.1 污泥脫除

預(yù)處理含油污泥來自氣浮池，通過氣浮池底部排泥管排放及池頂部設(shè)置的刮泥機刮入收集渠自流至含油污泥池中，污泥濃度含水率98%～99%，脫泥后產(chǎn)生含水率80%～85%的污泥約5 t/d～10 t/d。污泥脫水系統(tǒng)于2017年5月10日開始調(diào)試，氣浮刮泥機刮板安裝高度不合理，5月12日調(diào)整降低刮板距水面高度，且在刮板處安裝膠皮增加其柔韌性及可刮浮泥厚度，這樣有效解決了氣浮池頂部浮泥及時刮入含油污泥池。同時，絮凝劑配制濃度0.15%陽離子型聚丙烯酰胺(PAM)，調(diào)試啟動脫泥機，5月20日正常出泥。

深度處理生化污泥來自一級和二級A/O系統(tǒng)剩余污泥及混凝沉淀池底部污泥。2017年5月20日開始調(diào)試深度處理生化污泥脫除系統(tǒng)，配制濃度0.3%陽離子PAM，單試脫泥機、污泥螺桿泵正常，5月26日污泥脫水機A正常出泥，5月28日污泥脫水機B正常出泥。

3.2 存在主要問題

3.2.1 污泥濃度不足

2017年5月開始調(diào)試污泥脫水系統(tǒng)，污泥濃度含水率達99%，大量含固率低的污泥水進入脫水機轉(zhuǎn)鼓內(nèi)無法形成有效泥層。設(shè)備運轉(zhuǎn)造成藥劑和電耗浪費。

3.2.2 絮凝劑配制濃度及加藥量不合理

絮凝劑PAM(陽)配制濃度及加藥量不足或過大，調(diào)試起配置絮凝劑PAM(陽)，預(yù)處理脫泥出現(xiàn)濃度低現(xiàn)象；深度處理絮凝劑配置藥箱溶液儲存槽無攪拌，常伴有濃度高堵塞加藥計量泵濾網(wǎng)現(xiàn)象，特別是連續(xù)脫泥一段時間后，絮凝劑攪拌不均勻，大量塊狀絮凝劑沉降至加藥計量泵入口側(cè)，堵塞加藥計量泵入口濾網(wǎng)，清理濾網(wǎng)后仍無法正常使用，必須徹底清理加藥罐底部沉積的塊狀絮凝劑，才能正常加藥脫泥。

3.2.3 轉(zhuǎn)速差調(diào)整不合理

轉(zhuǎn)速差是指離心脫水機轉(zhuǎn)鼓和螺旋的轉(zhuǎn)速之差，是兩者之間的相對轉(zhuǎn)速。如果轉(zhuǎn)速差是V1，則螺旋相對轉(zhuǎn)鼓來說，就是以V1的速度在旋轉(zhuǎn)，液環(huán)層中被分離出來的污泥就是利用這個速度被輸送出脫水機的。進泥量一定時，轉(zhuǎn)速差越大，污泥在脫水機中停留的時間越短，固環(huán)層就越薄，污泥產(chǎn)生量少。隨著轉(zhuǎn)速差增大，由于轉(zhuǎn)鼓與螺旋之間的相對運動增大，必然使液環(huán)層的擾動增大，固環(huán)層內(nèi)部被分離出來的污泥會重新進入液環(huán)層，并可能隨分離液流失。增加轉(zhuǎn)速差，使脫水的固體回收率和泥餅的含固率降低，可提高污泥脫水機處理能力。相反，降低轉(zhuǎn)速差，使脫水的固體回收率和泥餅的含固率增加，污泥脫水機處理能力將減少。轉(zhuǎn)速差太小，造成污泥積累在脫泥機內(nèi)，使固環(huán)層大于液環(huán)層，分離液含有大量污泥，降低固體回收率，嚴重時由于阻力過大，對離心機造成不可逆損壞[2]。

2017年5月開始調(diào)試污泥脫水系統(tǒng)，脫水機主、副電機頻率設(shè)置不匹配，導(dǎo)致轉(zhuǎn)速差V1太低或太高，脫水機出泥效果差，有時泥餅含水率大，有時泥餅產(chǎn)量少。

3.2.4 脫泥機停運后未沖洗

現(xiàn)場使用脫泥機后，未進行水沖洗，脫泥機轉(zhuǎn)鼓及卸料螺旋等部位存有大量污泥，下次開機時，轉(zhuǎn)鼓和卸料螺旋黏合在一起，無法出泥，且出泥螺桿泵出口堵塞等情況，嚴重影響脫泥機的正常使用。

3.3 問題解決

通過制定規(guī)范的脫泥機操作步驟，提高進脫泥機污泥水濃度，合理配制絮凝劑及控制投加量，調(diào)整合適的轉(zhuǎn)速差，脫泥機運行正常，出泥效果好。

3.3.1 脫泥機操作步驟

脫泥機是脫泥系統(tǒng)的主要設(shè)備，運行好壞直接影響能否正確出泥餅，泥餅的含水率多少。

開機步驟：

1) 開機前對離心機內(nèi)部水沖洗5 min～10 min，打開正沖洗按鈕，觀察主電機頻率(預(yù)處理10 Hz、深度處理15 Hz)，副電機(預(yù)處理10 Hz、深度處理15 Hz)，打開沖洗水閥，沖洗5 min～10 min后關(guān)閉正沖洗按鈕，打開反沖洗按鈕，觀察主電機頻率(預(yù)處理10 Hz、深度處理15 Hz)，副電機(預(yù)處理10 Hz、深度處理15 Hz)，沖洗5 min～10 min后關(guān)閉反沖洗按鈕。長時間停車后執(zhí)行這一步。

2) 完畢關(guān)沖洗水閥，開啟主電機，10 s后啟動副電機，10 min后觀察主電機頻率(預(yù)處理32 Hz、深度處理42 Hz)，副電機(預(yù)處理32 Hz、深度處理36 Hz)。

3) 啟動污泥螺桿泵，啟動陽離子絮凝劑(PAM)計量泵，預(yù)處理啟動螺旋輸送機。

4) 觀察脫泥機出水情況，如顏色較黑水量大，調(diào)整污泥螺桿泵回流閥及出口閥，待出泥至正常；

5) 脫泥正常后，巡檢加藥系統(tǒng)、污泥螺桿泵、控制柜、脫泥機及其附屬設(shè)備聲音、振動、溫度、液位正常狀態(tài)。

停機步驟：

1) 停運陽離子絮凝劑(PAM)計量泵，關(guān)閉其出口閥，長期停運需排盡管道內(nèi)藥劑；

2) 停運污泥螺桿泵，對其進行停車處理，長期停運需用清水沖洗進出口管道；

3) 停運脫泥機主電機，10 s后停運副電機；

4) 待主副電機都停止運轉(zhuǎn)后，用清水沖洗離心機內(nèi)部5 min～10 min(步驟同開機沖洗)，關(guān)閉沖洗水閥；

5) 全面檢查加藥系統(tǒng)(長期停運攪拌機、污泥螺桿泵、控制柜、脫泥機及其附屬設(shè)備處于停運狀態(tài)。

3.3.2 控制污泥濃度

污泥濃度低或高，進入脫水機后都影響出泥效果，合適的污泥濃度控制，對離心脫水機來說是關(guān)鍵控制因數(shù)。污泥濃度控制需要做好兩個方面，首先，根據(jù)氣浮池或生化污泥(出水沉淀池、混凝沉淀池)污泥濃度，合理控制到含油污泥池及污泥濃縮池泥水濃度，含油污泥池含固量控制在1.5～2%，生化污泥含固量控制在0.8～1%，生化污泥經(jīng)濃縮后含固量為2%。其次，調(diào)整污泥螺桿泵出口閥開度，控制進脫水機污泥量，使污泥脫水機出泥效果達到最佳狀態(tài)。

3.3.3 絮凝劑的合理配制及投加

首先正確選擇絮凝劑，通過現(xiàn)場實際使用，滿足標準GB/T 31246-2014《水處理劑陽離子型聚丙烯酰胺的技術(shù)條件和試驗方法》[3]的PAM才能使用，我裝置2017年底采購回一批陽離子聚丙烯酰胺，配制后按照固定量投加，離心機脫水出泥量很少，調(diào)整投加量3倍后，出泥趨于正常。后批次藥劑質(zhì)量穩(wěn)定。其次，絮凝劑濃度配制合理及投加要控制一定量，配制濃度0.15%左右，每臺離心機保證一臺計量泵運行投加。

3.3.4 轉(zhuǎn)速差的調(diào)整

通過調(diào)整主副電機轉(zhuǎn)速，確定轉(zhuǎn)鼓和卸料螺旋的轉(zhuǎn)數(shù)，來核定合適的轉(zhuǎn)速差。電機轉(zhuǎn)速需調(diào)整設(shè)定PLC控制柜上變頻器確定，變送器為ABB公司生產(chǎn)，型號為ACS510-01。

表3所述主電機型號YB3-180M-2，副電機型號YB3-132M-4。由于轉(zhuǎn)鼓驅(qū)動力主電機，調(diào)整主電機變頻器參數(shù)，相應(yīng)轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速就有變化，等同調(diào)整副電機變頻器參數(shù)，相應(yīng)卸料螺旋轉(zhuǎn)速就有變化。如圖2所示主電機帶動差速器外殼旋轉(zhuǎn)，副電機帶動差速器輸入軸旋轉(zhuǎn)。設(shè)計給出主電機變頻器參數(shù)變化1 Hz，轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速增加或減少68 r/min，副電機變頻器參數(shù)變化1 Hz，通過電機軸直連接卸料螺旋轉(zhuǎn)速增加或減少54 r/min。這樣調(diào)整電機變頻器參數(shù)，就可以計算相對應(yīng)的轉(zhuǎn)鼓和卸料螺旋的轉(zhuǎn)數(shù)，計算出其轉(zhuǎn)速差。轉(zhuǎn)速差計算見式(1)。

V3=(A1×68-A2×54)/96

(1)

式中，V3為轉(zhuǎn)速差，r/min；A1為主電機變頻器參數(shù)，Hz；A2為副主電機變頻器參數(shù)，Hz；減速比取96；需要根據(jù)實際試車及出泥情況確定較合理的轉(zhuǎn)速差。

表3 主副電機數(shù)據(jù)

3.4 運行效果

如圖2所示主電機帶動差速器外殼旋轉(zhuǎn)，副電機帶動差速器輸入軸旋轉(zhuǎn)。通過式(1)可計算出脫泥機實際運行時的轉(zhuǎn)速差。脫泥機正常出泥后，結(jié)合出泥量、藥劑消耗、脫泥機運行工況、泥餅含水率等項目，車間組織技術(shù)人員多次對轉(zhuǎn)數(shù)差進行了調(diào)整，調(diào)整部分數(shù)據(jù)見表4。

表4 轉(zhuǎn)速差及出泥效果

表4可看出，預(yù)處理含油污泥脫除，電機調(diào)整變頻數(shù)7次，主電機變頻數(shù)大即轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速高，出泥效果不佳，固環(huán)層薄，出泥量小。由于預(yù)處理污泥水含有一定量烴類物質(zhì)，比重較小，經(jīng)調(diào)試確定主電機變頻32 Hz，副電機變頻32 Hz，轉(zhuǎn)速差4.67 r/min，出泥餅含水率較低，68%出泥量正常。深度處理生化污泥脫除，電機調(diào)整變頻數(shù)7次，主電機變頻數(shù)大即轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速高，出泥效果不佳，液環(huán)層厚，出泥量小。經(jīng)調(diào)試確定主電機變頻42 Hz，副電機變頻36 Hz，轉(zhuǎn)速差9.50 r/min，出泥餅含水率79%較低，出泥量正常。

4 結(jié)語

山西中煤平朔能源化工有限公司污水處理系統(tǒng)，離心式脫水機使用近3年，通過制定規(guī)范的脫泥機操作手冊，控制進脫泥機污泥水濃度1.5%～2%，配制濃度0.15%左右絮凝劑及控制投加量，調(diào)整轉(zhuǎn)速差為4.5%～10%，產(chǎn)出泥餅含水率68%～85%，脫泥機運行正常，使用效果好。對其他劣質(zhì)煤氣化廢水污泥脫水處理有借鑒意義。