離心式脫泥機在劣質煤氣化廢水處理中的應用

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，預處理1臺，深度處理2臺。

1 預處理及深度處理介紹

管網(wǎng)自流來地面沖洗水經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混凝反應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節(jié)池。酚氨廢水調節(jié)池出水進入后續(xù)水解及生化系統(tǒng)。初沉隔油池內重油及輕油經油污池進入廢油儲罐，廢油回收處理?；炷淞鳉飧〕厣喜坑驮浌卧鼨C收集進入氣浮含油污泥池，經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，經管道依序進入混凝反應池，經混凝反應的出水進入混凝沉淀池，廢水經泥水分離后進入臭氧氧化池，經脫色、進一步降解CODcr的臭氧氧化池出水進入流砂濾池，流砂濾池的合格產水收集在回用水池，回用水池出水經泵送入廠區(qū)回用水管網(wǎng)。生化及深度處理產生的剩余污泥排入污泥濃縮池，經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腔。經加速后進入轉鼓內．在離心力作用下，密度較大的固相顆粒物沉降到轉鼓內壁，形成沉渣環(huán)層，并被卸料螺旋不斷推送到轉鼓小端而排出轉鼓外，澄清的液體不斷從轉鼓大端的溢流口排出轉鼓外，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)設計污泥產生量等數(shù)據(jù)。經實際運行，含油污泥產生量是100 t/d，含固率1%～2%，產生含固率15%～20%泥渣約5 t/d～10 t/d；生化污泥產生量是300 t/d，含固率0.5%～1%，經濃縮池濃縮后含固率3%左右，產生含固率15%～20%泥渣約10 t/d～15 t/d。

表1 污泥水產生量

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。預處理含油污泥池1座：鋼砼結構半地下式，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)：鋼砼結構半地下式，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，生產商ABB。具體數(shù)據(jù)見表2。

表2 卸料沉降臥螺離心機設計數(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造如圖2。

卸料沉降臥螺離心機主要由五部分構成。

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造

2.2.4 脫水加藥裝置

預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月開始調試投運。

3.1 污泥脫除

預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日開始調試，氣浮刮泥機刮板安裝高度不合理，5月12日調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鼓內無法形成有效泥層。設備運轉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，調試起配置絮凝劑PAM(陽)，預處理脫泥出現(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，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 轉速差調整不合理

轉速差是指離心脫水機轉鼓和螺旋的轉速之差，是兩者之間的相對轉速。如果轉速差是V1，則螺旋相對轉鼓來說，就是以V1的速度在旋轉，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，污泥產生量少。隨著轉速差增大，由于轉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。轉速差太小，造成污泥積累在脫泥機內，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月開始調試污泥脫水系統(tǒng)，脫水機主、副電機頻率設置不匹配，導致轉速差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，脫泥機轉鼓及卸料螺旋等部位存有大量污泥，下次開機時，轉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，調整合適的轉速差，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) 開機前對離心機內部水沖洗5 min～10 min，打開正沖洗按鈕，觀察主電機頻率(預處理10 Hz、深度處理15 Hz)，副電機(預處理10 Hz、深度處理15 Hz)，打開沖洗水閥，沖洗5 min～10 min后關閉正沖洗按鈕，打開反沖洗按鈕，觀察主電機頻率(預處理10 Hz、深度處理15 Hz)，副電機(預處理10 Hz、深度處理15 Hz)，沖洗5 min～10 min后關閉反沖洗按鈕。長時間停車后執(zhí)行這一步。

2) 完畢關沖洗水閥，開啟主電機，10 s后啟動副電機，10 min后觀察主電機頻率(預處理32 Hz、深度處理42 Hz)，副電機(預處理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，關閉其出口閥，長期停運需排盡管道內藥劑；

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后，用清水沖洗離心機內部5 min～10 min(步驟同開機沖洗)，關閉沖洗水閥；

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%，生化污泥經濃縮后含固量為2%。其次，調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，調整投加量3倍后，出泥趨于正常。后批次藥劑質量穩(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 轉速差的調整

通過調整主副電機轉速，確定轉鼓和卸料螺旋的轉數(shù)，來核定合適的轉速差。電機轉速需調整設定PLC控制柜上變頻器確定，變送器為ABB公司生產，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。由于轉鼓驅動力主電機，調整主電機變頻器參數(shù)，相應轉鼓轉速就有變化，等同調整副電機變頻器參數(shù)，相應卸料螺旋轉速就有變化。如圖2所示主電機帶動差速器外殼旋轉，副電機帶動差速器輸入軸旋轉。設計給出主電機變頻器參數(shù)變化1 Hz，轉鼓轉速增加或減少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速增加或減少54 r/min。這樣調整電機變頻器參數(shù)，就可以計算相對應的轉鼓和卸料螺旋的轉數(shù)，計算出其轉速差。轉速差計算見式(1)。

V3=(A1×68-A2×54)/96

(1)

式中，V3為轉速差，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，副電機帶動差速器輸入軸旋轉。通過式(1)可計算出脫泥機實際運行時的轉速差。脫泥機正常出泥后，結合出泥量、藥劑消耗、脫泥機運行工況、泥餅含水率等項目，車間組織技術人員多次對轉數(shù)差進行了調整，調整部分數(shù)據(jù)見表4。

表4 轉速差及出泥效果

表4可看出，預處理含油污泥脫除，電機調整變頻數(shù)7次，主電機變頻數(shù)大即轉鼓轉速高，出泥效果不佳，固環(huán)層薄，出泥量小。由于預處理污泥水含有一定量烴類物質，比重較小，經調試確定主電機變頻32 Hz，副電機變頻32 Hz，轉速差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，電機調整變頻數(shù)7次，主電機變頻數(shù)大即轉鼓轉速高，出泥效果不佳，液環(huán)層厚，出泥量小。經調試確定主電機變頻42 Hz，副電機變頻36 Hz，轉速差9.50 r/min，出泥餅含水率79%較低，出泥量正常。

4 結語

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，調整轉速差為4.5%～10%，產出泥餅含水率68%～85%，脫泥機運行正常，使用效果好。對其他劣質煤氣化廢水污泥脫水處理有借鑒意義。