超磁分離系統(tǒng)污泥進(jìn)料泵的選擇及應(yīng)用分析

周生巧 黃光華 吉青青 肖 波

（環(huán)能科技股份有限公司 四川成都 610045）

1 引言

隨著我國水污染防治行動計劃（水十條）的頒布與執(zhí)行，超磁分離技術(shù)越來越廣泛應(yīng)用在煤礦礦井水、黑臭河的治理、應(yīng)急截污的治理等領(lǐng)域。在污水的治理中不可避免地存在污泥的處理與處置問題。由于超磁分離系統(tǒng)產(chǎn)生的污泥同常規(guī)污水處理工藝中產(chǎn)生的污泥不太一致，污泥脫水中污泥進(jìn)料泵的選型關(guān)系到污泥脫水系統(tǒng)的正常運(yùn)行，本文重點(diǎn)分析超磁分離系統(tǒng)產(chǎn)生的污泥脫水進(jìn)料泵的選型問題。

2 超磁分離污泥特點(diǎn)

超磁分離水體凈化技術(shù)主要是在已被污染水體內(nèi)增加磁種介質(zhì)，通過絮凝劑以及助凝劑，水體中的懸浮物形成以磁種為“核”的磁性絮體，形成的磁性絮體通過超磁分離機(jī)時被磁盤所“捕獲”，快速完成泥水分離，從而超高速凈化處理水體。超磁分離水體凈化技術(shù)能夠處理大量水，且凈化時間短，處理成本低等特點(diǎn)，可以用于污水處理工作，用于代替?zhèn)鹘y(tǒng)形式的混凝沉淀以及加砂沉淀等技術(shù)。該技術(shù)常用于黑臭水體、市政污水、河道水、景觀水、煤礦礦井水、油田采出水等污水處理領(lǐng)域[1]。

超磁分離水體凈化技術(shù)中需投加Fe3O4磁種進(jìn)行循環(huán)，但在反應(yīng)過程中仍會流失少量磁種，磁種一般呈黑色，因此超磁分離系統(tǒng)排出的污泥呈黑色。同時，由于磁粉具有一定研磨性，因此超磁分離系統(tǒng)中對污泥進(jìn)料泵的選型很重要，應(yīng)選擇相匹配的污泥進(jìn)料泵，才能讓污泥系統(tǒng)穩(wěn)定地運(yùn)行。

3 常用污泥進(jìn)料泵的特點(diǎn)

超磁分離系統(tǒng)處理的污水內(nèi)包含非常多的懸浮物、有機(jī)物、重金屬等污染，經(jīng)過超磁分離出來的污泥具有污泥濃度高、含有部分磁種等特點(diǎn)，而磁種及細(xì)小的顆粒物質(zhì)是具有研磨性質(zhì)的，因此污泥脫水系統(tǒng)的污泥進(jìn)料泵需要具有耐磨性、不堵塞、流量可調(diào)等特點(diǎn)，可供選擇有離心泵、渣漿泵、柱塞泵、隔膜泵、螺桿泵、凸輪泵等。[2]

超磁分離系統(tǒng)排出的污泥含水率通常在95～98%，相對于傳統(tǒng)沉淀法產(chǎn)生的污泥濃度要高得多，因此一般不需要設(shè)置污泥濃縮池而直接進(jìn)行污泥脫水。在污泥脫水過程中為了提高污泥脫水效果，需要進(jìn)行污泥調(diào)質(zhì)，通過投加調(diào)質(zhì)劑來改變污泥的電荷性質(zhì)，常用的污泥調(diào)質(zhì)劑為PAM，為了對經(jīng)調(diào)質(zhì)之后絮體的完整性進(jìn)行保證，需要在污泥泵送的期間避免形成高速旋轉(zhuǎn)，或者是大剪切力。

除此，在污泥進(jìn)料泵的選擇要適合脫水機(jī)類型需求。如果應(yīng)用帶式脫水機(jī)，由于污泥的進(jìn)料是常壓進(jìn)料，只需要污泥流量穩(wěn)定即可，并不會對壓力有非常大的要求；但是如果應(yīng)用板框壓濾機(jī)，進(jìn)料期間壓力與流量不斷變化，進(jìn)料初期階段對于流量與壓力進(jìn)料有非常嚴(yán)格的要求，進(jìn)料中期需要低流量、高壓力，進(jìn)入后期保壓階段則流量則很低，直到進(jìn)料量為零，因此板框壓濾機(jī)的進(jìn)料是非常特殊的進(jìn)料，必須滿足壓力和流量的均衡變化。

基于當(dāng)前污泥進(jìn)料泵的型號選擇而言，離心泵的應(yīng)用范圍比較廣泛，但是其存在的缺陷在于輸送介質(zhì)剪切力大；渣漿泵屬于特殊形式的離心泵，可以輸送內(nèi)部帶有固體顆粒的液體，渣漿泵有潛水式渣、干式渣兩種形式，潛水式渣漿泵安裝較方便，但檢修麻煩，干式渣漿泵檢修方便但能耗相對較高；隔膜泵一般在腐蝕性液體污泥領(lǐng)域內(nèi)的應(yīng)用比較多；柱塞泵則更多的用于壓力要求較為嚴(yán)苛的環(huán)境；螺桿泵與凸輪泵在實際應(yīng)用期間，可以保證介質(zhì)輸送的連續(xù)性與均勻性，避免出現(xiàn)湍流、攪動以及剪切等問題，尤其是泵送濃縮污泥的適應(yīng)，可以最大程度的保證污泥性質(zhì)以及絮體的完整性，從而獲得最佳脫水效果。因此，超磁分離系統(tǒng)的污泥進(jìn)料根據(jù)采用的脫水設(shè)備不同可選用渣漿泵、螺桿泵、凸輪泵。

基于原理層面分析，渣漿泵屬于離心泵，輸送的物質(zhì)也是混合物。渣漿泵的有非常強(qiáng)的通過能力，能夠吸入高濃度污泥，調(diào)節(jié)流量可通過出口閥門進(jìn)行調(diào)節(jié)，但由于污水處理中產(chǎn)生的污泥含有毛發(fā)、纖維等雜物從而容易造成閥門堵塞，因此采用渣漿泵多用于高濃度污泥的板框壓濾機(jī)進(jìn)料。

污泥處理系統(tǒng)內(nèi)螺桿泵一般是單螺桿泵，其中包含定子、轉(zhuǎn)子以及驅(qū)動裝置等部件。當(dāng)螺桿泵處于工作狀態(tài)時，液體被吸入到螺紋和泵殼圍成的密封空間，如果主動螺桿開始旋轉(zhuǎn)，螺桿泵密封容積基于螺牙擠壓作用便會提升螺桿泵壓力，按照軸向開始移動。由于螺桿是等速旋轉(zhuǎn)，所以液體出流流量也是均勻的。單螺桿泵采用剛性轉(zhuǎn)子在彈性定子腔內(nèi)繞偏心進(jìn)行行星回轉(zhuǎn)，從而實現(xiàn)介質(zhì)連續(xù)不斷地輸送，輸送介質(zhì)本身所體現(xiàn)的含固率低于25%[3]。單螺桿泵輸送的物質(zhì)可以在環(huán)保、采礦以及污水、采礦、生物工程、泥漿以及果醬等行業(yè)[4]。

凸輪泵是一種容積泵，依靠兩同步反轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)子，旋轉(zhuǎn)期間在進(jìn)口位置形成吸力，將需要輸送的物料吸入其中。凸輪泵有雙葉式、多葉式兩種形式。轉(zhuǎn)子、轉(zhuǎn)子與泵體不接觸，按照泵尺寸可以預(yù)留0.1～1mm的縫隙，這一縫隙可以保證泵的穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)。兩個轉(zhuǎn)子葉輪需要平行設(shè)置，兩個轉(zhuǎn)子葉輪以及轉(zhuǎn)子、泵殼構(gòu)成腔體，一旦轉(zhuǎn)子與旋轉(zhuǎn)二者相配合，便可以將污泥從中吸入與排出，繼而完成污泥的輸送。

凸輪泵的特點(diǎn)和工作情況與螺桿泵有很多相似之處，優(yōu)勢在于：

（1）凸輪泵能夠承受短時間的干運(yùn)轉(zhuǎn)，可以有效避免突然斷料或操作失誤時引起干運(yùn)轉(zhuǎn)，確保泵的安全運(yùn)行。

（2）凸輪泵的體積是比較小的，是單螺桿泵長度的1/3，減少土建及安裝成本。

（3）泵的結(jié)構(gòu)完全對稱，輸送方向可逆，只需改變驅(qū)動方向，正轉(zhuǎn)抽吸，反轉(zhuǎn)可沖洗。

4 污泥進(jìn)料泵的使用及設(shè)計要點(diǎn)

4.1 渣漿泵

（1）渣漿泵從工作原理上看屬于離心泵，作為污泥進(jìn)料泵時適用于大流量、含砂量大的污泥。渣漿泵又分潛水式渣漿泵和干式渣漿泵，潛水式渣漿泵初期安裝方便，但后期檢修不便，需要將潛水渣漿泵提出水面進(jìn)行檢修，如污泥中含有毛發(fā)等雜物容易纏繞葉輪造成燒泵現(xiàn)象。

（2）渣漿泵適宜作為含砂量大的場合，特別適宜于板框壓濾機(jī)的進(jìn)料。近年來出現(xiàn)一種新型的專用于板框壓濾機(jī)的干式渣漿泵，這種壓濾機(jī)入料泵主要是以特殊的水力設(shè)計以及葉輪這兩種安裝手段為主，為了使性能曲線陡于渣漿泵，保證壓濾機(jī)入料過程中阻力出現(xiàn)變化，以達(dá)到大流量、低壓力喂料以及小流量、高壓力過濾目標(biāo)。水力性能特殊，與壓濾機(jī)從空腔至填滿再至濾干這一過程吻合。喂料的初期階段不需要使用閥門對流量過大導(dǎo)致的電機(jī)過載進(jìn)行控制，低壓力也不會對濾板邊框造成沖擊力，將濾板邊框中濾布破損程度減輕。

4.2 螺桿泵

（1）進(jìn)料泵流量以及出口壓力需要符合脫水機(jī)使用規(guī)定。如果要對污泥流量進(jìn)行調(diào)節(jié)，不能采取關(guān)閉進(jìn)出口閥門的方式改變流量，宜采用變頻調(diào)速的方式進(jìn)行螺桿泵的流量調(diào)節(jié)。

（2）以螺桿泵完成污泥的輸送，在這一過程中介質(zhì)內(nèi)部摻雜的雜質(zhì)會導(dǎo)致轉(zhuǎn)子與定子磨損，尤其是磁種會提高轉(zhuǎn)子磨損的速度，如此一來便會降低泵容積效率，即保證轉(zhuǎn)速不變的基礎(chǔ)上，泵流量會在受磨損的影響逐漸減少。所以對泵流量進(jìn)行明確設(shè)計時，一方面要參考最大流量，另一方面則要按照污泥性質(zhì)選擇余量。依據(jù)泵廠家所積累的經(jīng)驗，一旦泵流量降低至額定流量85%時，即需要進(jìn)行定子的更換。

（3）因為螺桿泵定子的主要材料為橡膠，橡膠彈性較強(qiáng)，會緊貼在轉(zhuǎn)子，因此螺桿泵是自帶止回功能的，一般不需要在出口管路上設(shè)置止回閥，有時安裝止回閥后污泥中的毛發(fā)和雜物會纏繞到止回閥上造成管路的堵塞。

（4）因為污泥中有非常多的顆粒雜質(zhì)，導(dǎo)致設(shè)備磨損，要對污泥泵轉(zhuǎn)速進(jìn)行合理控制，螺桿的轉(zhuǎn)速的選型原則為：如果不存在磨損情況，淡水、油以及血液等的轉(zhuǎn)速以400～1000 r/min為最佳，一般磨損的情況下如工業(yè)廢水、油漆顏料、粘灰漿等轉(zhuǎn)速宜為200～400 r/min。磨損比較嚴(yán)重的情況下，泥漿、灰泥等的轉(zhuǎn)速以50～200 r/min為最佳。

（5）如果螺桿泵的運(yùn)轉(zhuǎn)環(huán)境沒有介質(zhì)，這時轉(zhuǎn)子與定子發(fā)生干摩擦，便會在定子表面形成高溫，燒毀橡膠定子，所以螺桿泵需要保證污泥持續(xù)性，一旦出現(xiàn)斷料橡膠定子很快就會燒毀，采用帶干運(yùn)轉(zhuǎn)保護(hù)器的螺桿泵可自動檢測高溫停泵保護(hù)。

（6）螺桿泵由于具有一定的自吸能力，可將螺桿泵安裝于污泥池液面以上，但需要注意防止螺桿泵的干運(yùn)行，需合理設(shè)置螺桿泵的引水閥和底閥。

（7）由于市政污水中多含有毛發(fā)、垃圾等雜物，在污泥進(jìn)料泵的管道上安裝破碎泵，以便保護(hù)泵的長期穩(wěn)定運(yùn)行。

4.3 凸輪泵

凸輪泵的使用及設(shè)計要點(diǎn)與螺桿泵基本相同，但需注意以下幾點(diǎn)：

（1）針對大轉(zhuǎn)子葉輪，需要應(yīng)用可以拆卸的轉(zhuǎn)子尖部結(jié)構(gòu)，如果磨損情況較為嚴(yán)重，更換轉(zhuǎn)子尖或者是對泵殼壓緊裝置進(jìn)行調(diào)整即可，這便節(jié)省了維修需要花費(fèi)的費(fèi)用。一旦轉(zhuǎn)子葉輪尺寸小，可以直接采用整體轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)。

（2）如果污泥含砂量高，那么轉(zhuǎn)速需要小于150 r/min。

（3）泵殼材質(zhì)宜選擇鑄鐵，內(nèi)表面則要進(jìn)行激光硬化處理，以此提高耐磨性。對于轉(zhuǎn)子葉輪，則事宜選擇碳鋼，或者是鑄鐵轉(zhuǎn)子以及不銹鋼轉(zhuǎn)子。

（4）凸輪泵由于凸輪的接觸面較短，自吸力與螺桿泵相比較差，特別是對污泥進(jìn)行輸送時，轉(zhuǎn)速要大于400 r/min才能夠體現(xiàn)非常好的自吸力。實踐期間不宜考慮其自吸性能。

結(jié)語

（1）超磁分離系統(tǒng)會形成非常高的污泥濃度，污泥含水率也會達(dá)到98%，應(yīng)根據(jù)選用的污泥脫水設(shè)備和污泥性質(zhì)來選擇污泥進(jìn)料泵。采用帶式機(jī)或疊螺脫水機(jī)時宜選用螺桿泵或凸輪泵；采用板框壓濾機(jī)時，宜選用螺桿泵或渣漿泵。

（2）污泥進(jìn)料的安裝應(yīng)考慮到污泥中含有毛發(fā)、垃圾等雜物，在污泥進(jìn)料泵前宜安裝破碎泵，以便保護(hù)泵的長期穩(wěn)定運(yùn)行。

（3）超磁分離系統(tǒng)根據(jù)不同水質(zhì)條件選配不同的脫水機(jī)，采用帶式脫水機(jī)、疊螺脫水機(jī)、臥螺離心機(jī)等將污泥脫水到含水率80%以下，污泥進(jìn)料泵以螺桿泵以及凸輪泵為最佳；采用板框壓濾機(jī)能將高濃度的污泥脫水到60%以下，宜采用渣漿泵、螺桿泵+變頻調(diào)節(jié)的方式作為污泥進(jìn)料泵。

（4）目前國內(nèi)針對污泥處理已經(jīng)非常重視，80%含水率脫水污泥與處理要求嚴(yán)重不符。小于60%的含水率深度脫水污泥是未來非?？捎^的發(fā)展方向。

[1]周建忠，靳云輝等.超磁分離水體凈化技術(shù)在北小河污水處理廠的應(yīng)用[J].中國給水排水，2012，（6）：78-81.

[2]楊茂東，林海燕，王超.凈水廠污泥泵選擇及設(shè)計應(yīng)用探討[J].給水排水，2010，（36）：108-110

[3]蔡芝斌，李再澄等.單螺桿泵輸送脫水污泥的應(yīng)用探討[J].給水排水，2011，（37）：93-96

[4]何希杰，勞學(xué)蘇.螺桿泵及應(yīng)用.通用機(jī)械，2008，(2)：26-29