紹興污水處理廠大葉輪立式攪拌機(jī)的改造與應(yīng)用

蔡芝斌 蔡宇翔 宋永祥 劉銀海

（1、紹興水處理發(fā)展有限公司，浙江紹興 312074；2、浙江農(nóng)林大學(xué) 食品與健康學(xué)院，浙江杭州 311300；）

紹興水處理發(fā)展有限公司水處理系統(tǒng)、泥處理系統(tǒng)中部分工藝需開展水下攪拌，因此設(shè)計(jì)安裝了潛水?dāng)嚢杵?，而攪拌器的穩(wěn)定運(yùn)行是污水、污泥處理的關(guān)鍵所在。但在實(shí)際運(yùn)行過程中，發(fā)現(xiàn)攪拌器存在一些問題，如均質(zhì)池、貯泥池等工藝段攪拌器運(yùn)行不穩(wěn)定，容易跳閘；硫酸亞鐵池等藥池沒有設(shè)計(jì)攪拌器，導(dǎo)致藥劑溶解效果不佳等情況。為更好保證出水水質(zhì)達(dá)標(biāo)，開展攪拌器穩(wěn)定運(yùn)行的技術(shù)研究與改造，是十分必要的。

1.生產(chǎn)系統(tǒng)中存在的問題

1.1 污泥均質(zhì)池存在的問題

紹興污水廠污泥均質(zhì)池長33.8米，寬19.2米，水深8.5米，波動不超過0.5米，如圖1所示。均質(zhì)池所進(jìn)的污泥是由整個水處理系統(tǒng)所產(chǎn)生的，經(jīng)由兩個進(jìn)泥口進(jìn)入，混合后分別向30臺濃縮池出泥，污泥均質(zhì)池內(nèi)污泥濃度10～15g/L，總進(jìn)泥量為7～10萬噸/日。均質(zhì)設(shè)計(jì)采用鼓風(fēng)曝氣形式，安裝了管式曝氣器，由兩臺385kW高壓鼓風(fēng)機(jī)采用一用一備運(yùn)行形式進(jìn)行供風(fēng)，并布置了16臺5.5kW國產(chǎn)潛水?dāng)嚢杵鳌?/p>

圖1 均質(zhì)池平面圖

實(shí)際運(yùn)行過程中，發(fā)現(xiàn)池內(nèi)管式曝氣器已損壞，且無法清池進(jìn)行維修更換，造成鼓風(fēng)機(jī)能耗高，對氣浮污泥影響大；攪拌器因污泥濃度高，運(yùn)行不穩(wěn)定，經(jīng)常跳閘，影響生產(chǎn)。因此，急需對污泥均質(zhì)池進(jìn)行優(yōu)化改造。

1.2 貯泥池存在的問題

貯泥池長38米，寬6米，池深4.75米，分兩段運(yùn)行，運(yùn)行時液位波動較大，約為1.5～3.5米，污泥濃度達(dá)95%以上。池內(nèi)原安裝了潛水?dāng)嚢杵?，但由于池?nèi)污泥濃度過高，攪拌器運(yùn)行負(fù)荷大，經(jīng)常跳閘，導(dǎo)致池內(nèi)污泥分布不均勻，處理效果差。

1.3 厭氧池存在的問題

一期厭氧池最初設(shè)計(jì)為生物膜法工藝（即填料加水下攪拌機(jī)的組合模式），但在實(shí)際運(yùn)行過程中，填料的使用很不正常，不僅容易出現(xiàn)水流通道堵塞，而且還經(jīng)常纏繞攪拌器葉輪，使攪拌器不能連續(xù)運(yùn)行。因此，將厭氧池運(yùn)行方式改為活性污泥法工藝，池內(nèi)填料被拆除，僅保留了攪拌器的使用。改造后在實(shí)際運(yùn)行過程中，發(fā)現(xiàn)攪拌器的運(yùn)行狀況仍不夠理想，不僅故障率高，而且運(yùn)行能耗偏大。分質(zhì)提標(biāo)項(xiàng)目實(shí)施后，為增強(qiáng)脫氮除磷效果，將厭氧工藝改造為A2O工藝，一半?yún)^(qū)域保留厭氧水解區(qū)，另一半?yún)^(qū)域被改造成為曝氣區(qū)。

為有效發(fā)揮該工藝段的處理作用，進(jìn)而達(dá)到新的更為嚴(yán)格的一級A出水標(biāo)準(zhǔn)，并徹底解決厭氧池?cái)嚢杵鞴收下矢?，運(yùn)行不穩(wěn)定，能耗偏大等突出問題，急需對攪拌器進(jìn)行改造。

1.4 硫酸亞鐵池存在的問題

硫酸亞鐵池內(nèi)沒有設(shè)計(jì)攪拌器，使得藥劑容易沉降，溶解效果不佳，影響藥劑使用效率，并最終造成出水水質(zhì)波動，因此，需要設(shè)計(jì)增加藥池?cái)嚢杵鳌?/p>

2.大葉輪立式攪拌器改造方案

2.1 均質(zhì)池?cái)嚢杵鞲脑旆桨?/h3>

工藝要求，均質(zhì)池其介質(zhì)需為污泥濃度約≤10g/L污水（在15g/L情況下能滿足運(yùn)行要求）。因此，根據(jù)工藝設(shè)計(jì)及CFD湍流層能量云圖仿真結(jié)果，要滿足均質(zhì)池設(shè)計(jì)要求，在不設(shè)曝氣的情況下，需要每池安裝6臺攪拌器，其攪拌需達(dá)到污泥懸浮要求，且底部平均流速不小于0.3m/s，如圖2所示，才能滿足工藝運(yùn)行要求。故攪拌器軸功率設(shè)計(jì)：P=1050×0.42×（25/60）^3×（2515/1000）^5≈3650W，電機(jī)功率選擇：5.5kW，電機(jī)負(fù)載：3650/5500×100%=66%。

圖2 均質(zhì)池?cái)嚢铏C(jī)設(shè)計(jì)CFD湍流層能量云圖

同時根據(jù)均質(zhì)池實(shí)際運(yùn)行情況，攪拌器槳葉需要防止纖維纏繞，故槳葉類型采用萊寧防纏繞的軸流槳葉Clean Edge，槳葉直徑2515mm，離底2000mm，轉(zhuǎn)速25rpm。

2.2 貯泥池?cái)嚢杵鬟x型方案

工藝要求，貯泥池介質(zhì)為污泥濃度約40g/L污水（在50g/L情況下能滿足運(yùn)行要求 ）， 尺 寸 L38000*W6000*H4750（mm），分兩段，每段液位不得高于3500mm，攪拌要求污泥懸浮，底部平均流速不小于0.3m/s。因此，根據(jù)工藝設(shè)計(jì)及CFD底部流速圖仿真，要滿足貯泥池設(shè)計(jì)要求每池4臺沿直段均布，每段兩臺攪拌器，每段CFD底部流速圖如圖3所示。攪拌機(jī)選型目標(biāo)：池底平均流速達(dá)到0.3m/s是確保池底不會因攪拌機(jī)推力不夠產(chǎn)生流速過緩，引起沉淀現(xiàn)象；攪拌機(jī)葉輪產(chǎn)生縱向和橫向的推力，推動介質(zhì)產(chǎn)生由下而上的體積流，介質(zhì)緩慢的上下翻滾，帶動含泥介質(zhì)均勻的懸浮池內(nèi)，并確保不產(chǎn)生沉淀和死區(qū)。

圖3 貯泥池?cái)嚢铏C(jī)底部流速圖

槳葉需要防止纖維纏繞，槳葉類型萊寧防纏繞的軸流槳葉Clean Edge，槳葉直徑2337mm，離底1100mm，轉(zhuǎn)速24rpm。P=1050×0.45×（24/60）^3×（2337/1000）^5≈2100W，電機(jī)功率選擇3.0kW。

2.3 厭氧池?cái)嚢杵鬟x型方案

一期厭氧池共設(shè)置6組厭氧池，每座厭氧池有6個廊道，底部聯(lián)通，后面3個廊道改為好氧段，需在6組厭氧池缺氧段設(shè)計(jì)立式攪拌器，主要目的是為了保證池體內(nèi)的污泥充分?jǐn)嚢杌旌?，起到均質(zhì)的作用，同時避免沉泥的發(fā)生。缺氧段每廊道池長86m，寬7.5m，有效水深8m，攪拌器葉輪應(yīng)與水體完全混合，保證池底平均流速≥300mm/s，工作時，保證池內(nèi)各區(qū)攪拌均勻，整個池內(nèi)不會有污泥沉淀，無死角，葉片采用漿葉式，轉(zhuǎn)動時能自我糾位，確保向下力垂直，防止產(chǎn)生不平衡運(yùn)動。因此，根據(jù)工藝設(shè)計(jì)及CFD湍流層能量云圖仿真實(shí)驗(yàn)，如圖4所示，在每廊道設(shè)計(jì)布置兩臺立式攪拌器，能保證池內(nèi)的流體獲得更為均勻的速度，對池內(nèi)流體服務(wù)面積更大，從而可以更均勻地進(jìn)行動量和能量的交換。

圖4 厭氧池CFD湍流層能量云圖

電機(jī)功率應(yīng)大于實(shí)際軸功率的 1.15倍，電機(jī)功率不大于3kw，攪拌機(jī)在任何工況條件下不過載。電氣控制上充分利用現(xiàn)有攪拌器控制柜的主電源的信號反饋線，只需增設(shè)12臺一控6的現(xiàn)場控制柜，因攪拌器電流較小，控制柜可直接安裝在現(xiàn)有攪拌器控制柜旁邊，增加控制柜與攪拌器電機(jī)的相應(yīng)電纜，采用不銹鋼平臺或者工字鋼支架加上下不兩層304不銹鋼花紋鋼板方式進(jìn)行安裝。

2.4 硫酸亞鐵池?cái)嚢杵鬟x型方案

因硫酸亞鐵在沒有攪拌的情況下容易沉淀，需增設(shè)攪拌機(jī)。目前硫酸亞鐵池共二只池子：每個池子的尺寸為1360*1140*400mm。池上面覆蓋了池土，開孔安裝時需做混凝土平臺支座。因池體為封閉式，僅開設(shè)了人孔，人孔尺寸為1000*1000mm，擬采用漿葉式攪拌機(jī)，葉片分體式，在池內(nèi)進(jìn)行組裝。根據(jù)藥劑廠家藍(lán)天環(huán)保攪拌器多年使用情況來看，硫酸亞鐵藥劑上沒有含氯離子成份，對不銹鋼的腐蝕性較小，材質(zhì)可采用316L不銹鋼。每池布置兩臺葉輪2000mm直徑攪拌器和一臺2葉輪500mm直徑攪拌器，具體布置如圖5所示。電機(jī)轉(zhuǎn)速保持在2500mm轉(zhuǎn)速以下，功率為5.5kw以下，材質(zhì)為316不銹鋼，控制方法為現(xiàn)場控制箱，手動+遠(yuǎn)程控制。

圖5 藥池?cái)嚢铏C(jī)設(shè)計(jì)平面圖

3.攪拌器改造應(yīng)用情況

3.1 均質(zhì)池?cái)嚢杵鞲脑烨闆r

通過招標(biāo)選擇了美國萊寧攪拌器，主要性能參數(shù)為：額定功率5.5kW，葉片直徑約2500mm，葉片轉(zhuǎn)速25rpm，要求攪拌機(jī)適合于污水或污泥混合液中運(yùn)轉(zhuǎn)，工作時保證池內(nèi)各區(qū)攪拌均勻，整個池內(nèi)不會有污泥沉淀、無死角。均質(zhì)池新安裝的攪拌器于2018年10月11日完成安裝，如圖6所示，目前已全部進(jìn)入試運(yùn)行。通過兩年多時間運(yùn)行記錄，發(fā)現(xiàn)其運(yùn)行正常，達(dá)到了運(yùn)行穩(wěn)定、攪拌均勻、葉片不纏繞的目標(biāo)，能耗下降約80%左右，均質(zhì)池每年節(jié)省電費(fèi)約150萬元。

圖6 均質(zhì)池?cái)嚢杵靼惭b效果圖

3.2 貯泥池?cái)嚢铏C(jī)改造情況

貯泥池?cái)嚢铏C(jī)改造，分別于2018年10月18日、2018年11月13日完成安裝工作，如圖7所示，通過兩年多時間的運(yùn)行，改造后的攪拌器保證了泥處理貯泥池的穩(wěn)定運(yùn)行，單臺攪拌機(jī)功率由10kW下降到3kW，能耗只有原來的30%，年節(jié)省電費(fèi)約80萬元。

圖7 貯泥池?cái)嚢铏C(jī)安裝圖

3.3 厭氧池?cái)嚢铏C(jī)改造情況

厭氧池及曝氣池共安裝了70臺攪拌機(jī)，葉輪直徑為3.9米，功率為2.2kW，分別于2018年上半年完成安裝并投入運(yùn)行，如圖8所示，根據(jù)兩年多運(yùn)行情況，經(jīng)過改造后的厭氧池?cái)嚢杵鳎脑旌蟮臄嚢铏C(jī)實(shí)現(xiàn)了長時間內(nèi)無故障運(yùn)行的目標(biāo)，每年約減少維修保養(yǎng)費(fèi)55萬（其中包括機(jī)械密封更換費(fèi)用35萬元/年，電氣元器件10萬元/年，人工費(fèi)用10萬/年）。新的攪拌器功率控制在3kW以下，比改造前攪拌器至少節(jié)能約2.5kW，累計(jì)節(jié)能最高約150萬元/年（（4.5-1）*24*365*72*0.7＝154.5萬元）。同時通過對厭氧池MLSS取樣分析，其污泥濃度偏差均值為7.58%，有效提高了水解工藝的運(yùn)行穩(wěn)定性，進(jìn)一步改善出水水質(zhì)，降低后續(xù)工藝運(yùn)行能耗。

圖8 厭氧池?cái)嚢杵靼惭b

3.4 硫酸亞鐵池?cái)嚢铏C(jī)改造情況

硫酸亞鐵池?cái)嚢杵饔?018年完成攪拌機(jī)安裝調(diào)試工作，如圖9所示，根據(jù)藥劑取樣，攪拌非常均勻，基本能達(dá)到理論濃度值，目前設(shè)置定時開停。

圖9 硫酸亞鐵池?cái)嚢铏C(jī)運(yùn)行效果圖

4.結(jié)論

經(jīng)過攪拌器的優(yōu)化改造，著重對均質(zhì)池、貯泥池、厭氧池等原設(shè)置的攪拌器設(shè)備存在的故障進(jìn)行了研究，采用試驗(yàn)、分析、改造等方式，從各方面對攪拌機(jī)進(jìn)行了改造和改進(jìn)。逐步解決了影響各池體可靠運(yùn)行的主要因素，降低了系統(tǒng)運(yùn)行能耗，累計(jì)年節(jié)省費(fèi)用達(dá)500多萬元，為各系統(tǒng)的正常運(yùn)行提供了保障，進(jìn)一步穩(wěn)定了出水達(dá)標(biāo)。