北京市第九水廠排泥水處理系統(tǒng)脫水設(shè)備自2009年正式運(yùn)行已十余年，在運(yùn)行中發(fā)現(xiàn)了一些需要改進(jìn)的地方，針對運(yùn)行中存在問題，提出了設(shè)備改造方案并總結(jié)了設(shè)備選擇及安裝調(diào)試時應(yīng)注意的一些問題。

1 改造前脫水系統(tǒng)概況

北京市第九水廠位于北京市清河以南的花虎溝，建設(shè)初期以密云水庫為水源，總凈水規(guī)模為150萬m³/d，分三期建成。其污泥處理設(shè)施主體工程與第九水廠二期工程同步建設(shè)，于1997年6月建成投產(chǎn)。第九水廠三期工程于1999年7月正式通水，與三期工程配套的污泥處理設(shè)備于2000年5月安裝完工，從而實現(xiàn)了與供水量150萬m³/d相適應(yīng)的污泥處理規(guī)模。

第九水廠污泥脫水系統(tǒng)處理對象為凈水廠機(jī)械攪拌澄清池、絮凝沉淀池和濾池反沖洗回流水池在工藝處理中排出的污泥。污泥經(jīng)排泥池和濃縮池的重力濃縮后進(jìn)入脫水系統(tǒng)進(jìn)行污泥脫水處理。污泥從濃縮池到脫水設(shè)備的工藝流程見圖1。

2 設(shè)備運(yùn)行存在的問題及改造的必要性

第九水廠污泥脫水系統(tǒng)經(jīng)10多年的運(yùn)行后，存在如下問題：

(1)板框脫水機(jī)行走機(jī)構(gòu)、機(jī)體框架出現(xiàn)變形，影響了設(shè)備整體的正常制泥工作，這種變形在設(shè)備使用現(xiàn)場無法用常規(guī)工具進(jìn)行修復(fù)。

(2)板框脫水機(jī)的沖洗裝置、液壓裝置也經(jīng)常出現(xiàn)不規(guī)律的故障，嚴(yán)重影響了污泥處理系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

(3)板框脫水機(jī)配套的進(jìn)口濾布報廢后更換了國產(chǎn)濾布，更換后的濾布易堵塞，使用壽命短，更換頻率高，使得濾布的維修費(fèi)用大大增加。

(4)板框脫水機(jī)附屬設(shè)備較多，故障點(diǎn)多，故障率高。

(5)進(jìn)泥采用的柱塞泵噪聲大，體積龐大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，使用時間長后磨損嚴(yán)重，造成泄漏，需定期更換密封圈。

(6)售后服務(wù)差，系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)備多采用國外設(shè)備，設(shè)備廠家已被轉(zhuǎn)讓收購，使設(shè)備維護(hù)得不到完整的售后技術(shù)支持，售后服務(wù)難，在設(shè)備出現(xiàn)質(zhì)量問題時，無法對生產(chǎn)廠家進(jìn)行索賠。一些國外設(shè)備很難在國內(nèi)買到原裝零配件，使用國內(nèi)類似產(chǎn)品替代，效果不佳。

綜上所述，第九水廠污泥處理系統(tǒng)設(shè)備存在的問題致使污泥脫水系統(tǒng)不能正常運(yùn)行，污泥得不到及時脫水排出，達(dá)不到排放要求，造成環(huán)境污染，所以需對系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)，以期達(dá)到環(huán)保要求和實現(xiàn)節(jié)能減排目標(biāo)。改造在系統(tǒng)中增設(shè)污泥平衡池以保證脫水機(jī)進(jìn)泥濃度，重點(diǎn)是改造板框脫水機(jī)和進(jìn)泥泵等系統(tǒng)設(shè)備。

3 污泥脫水系統(tǒng)設(shè)備的技術(shù)特點(diǎn)與選型

應(yīng)用于給水污泥脫水的設(shè)備較多采用板框脫水機(jī)和離心脫水機(jī)。兩種脫水機(jī)的機(jī)械性能比較見表1。

離心脫水機(jī)在很多給水工程中得到應(yīng)用，運(yùn)行情況良好，且占地面積小，由于受第九水廠脫水機(jī)房場地限制，本改造工程選用離心脫水機(jī)。

為了保證最終的處理效果，離心脫水機(jī)的選型應(yīng)以實物試驗為基礎(chǔ)，工程在改造之前已進(jìn)行離心脫水機(jī)車載機(jī)現(xiàn)場試驗，試驗表明離心脫水機(jī)對第九水廠脫水污泥具有較強(qiáng)的適應(yīng)性，能夠達(dá)到預(yù)定的脫水效果。改造后污泥從濃縮池到泥餅外運(yùn)經(jīng)采用的工藝流程見圖2。

3.1 離心脫水機(jī)

改造工程選用的脫水機(jī)為臥式、螺旋卸料沉降式離心機(jī)。

離心脫水機(jī)工作時，污泥從轉(zhuǎn)鼓的一端通過布料器進(jìn)入轉(zhuǎn)鼓內(nèi)，與轉(zhuǎn)鼓一起高速旋轉(zhuǎn)并產(chǎn)生較高的離心力，在此離心力的加速作用下，污泥的固液相按質(zhì)量沉降分離。其中密度較大的固體顆粒沉降在泥水環(huán)的外圈，即沿轉(zhuǎn)鼓的內(nèi)壁形成泥環(huán)層，沉降污泥通過卸料螺旋與轉(zhuǎn)鼓的差速被卸料螺旋緩慢推至轉(zhuǎn)鼓錐端進(jìn)一步脫水，脫水后的泥餅經(jīng)過轉(zhuǎn)鼓的環(huán)向排泥口排出。而密度較小的液體，則在泥環(huán)內(nèi)側(cè)形成濾液層，并通過轉(zhuǎn)鼓內(nèi)的溢流口排出轉(zhuǎn)鼓。

離心脫水機(jī)的轉(zhuǎn)子由中心筒及布料器和卸料螺旋葉片組成。卸料螺旋葉片分為整體式和中空式兩種，整體式螺旋葉片結(jié)構(gòu)簡單，動平衡易掌握。中空式螺旋葉片能使濾液排出順暢，減少了對固體層的擾動，但葉片結(jié)構(gòu)相對復(fù)雜。

離心脫水機(jī)最大特點(diǎn)是設(shè)備體積小、操作管理簡單、占地面積少，由于污泥脫水過程是在全封閉的情況下進(jìn)行，大大降低了操作環(huán)境的污染，改善了操作人員的工作環(huán)境。

其主要特點(diǎn)及要求如下：

(1)進(jìn)料、分離、排出濾液和泥餅的工作過程連續(xù)不間斷。

(2)離心脫水機(jī)的主機(jī)及其框架的設(shè)計能夠承受設(shè)備靜載荷以及運(yùn)轉(zhuǎn)時產(chǎn)生的動載荷，有足夠的安全系數(shù)，設(shè)備安全可靠，在運(yùn)行時無撓曲、變形及振動等現(xiàn)象，大修周期不小于3年。

(3)離心脫水機(jī)具有轉(zhuǎn)筒與螺旋推料器轉(zhuǎn)速差可以自動無級調(diào)節(jié)的性能，在進(jìn)料污泥參數(shù)發(fā)生變化時，能夠自動調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速差，使分離效果仍符合技術(shù)要求。

(4)采用變頻調(diào)節(jié)差速裝置控制螺旋差速，差速調(diào)節(jié)精度≤0.1 r/min。

(5)脫水機(jī)提供足夠的離心力，使泥餅中干物質(zhì)含量較大。其轉(zhuǎn)筒的最大分離因數(shù)不小于2 100，在高速運(yùn)行時自動保持動平衡。

(6)脫水機(jī)的轉(zhuǎn)筒結(jié)構(gòu)設(shè)計符合污泥脫水要求，其轉(zhuǎn)筒長徑比不小于4;轉(zhuǎn)筒軸整體加工成型。

(7)螺旋推料器的結(jié)構(gòu)設(shè)計方便維修拆卸。

(8)轉(zhuǎn)鼓采用離心澆鑄工藝制造，使轉(zhuǎn)鼓密度均勻，剛性好，動平衡性好。

(9)轉(zhuǎn)筒的內(nèi)壁開縱向溝槽，防止固相泥層在轉(zhuǎn)筒內(nèi)壁滑動引起的轉(zhuǎn)鼓內(nèi)壁磨損，同時避免泥層隨卸料螺旋旋轉(zhuǎn)而不排出。
 

由于污泥中含沙量高，對設(shè)備的磨損較大，所選設(shè)備應(yīng)耐磨損和耐腐蝕，因此所選離心脫水機(jī)轉(zhuǎn)子材質(zhì)為316L，葉片表面采用碳化鎢貼片保護(hù)。轉(zhuǎn)轂材質(zhì)為雙相不銹鋼，機(jī)架為碳鋼防腐處理。

隔音罩為玻璃鋼表面烤漆;進(jìn)料口、出料口采用可更換耐磨襯套，其材料為碳化鎢。

所選用的離心脫水機(jī)出泥口配套不銹鋼電動插板閥，以保證在設(shè)備沖洗和啟動時，不會發(fā)生液體滲漏現(xiàn)象。插板閥與脫水機(jī)實現(xiàn)聯(lián)動，排泥時自動打開，沖洗時自動關(guān)閉。

3.2 污泥破碎切割機(jī)

為防止污泥中可能出現(xiàn)的大塊雜質(zhì)損壞高速旋轉(zhuǎn)的離心機(jī)，在系統(tǒng)中設(shè)置污泥破碎切割機(jī)。

污泥破碎切割機(jī)在輸送介質(zhì)的過程中能切碎較大顆粒的固體物質(zhì)和纖維，運(yùn)行平穩(wěn)。其底部帶分離器，并有大的清洗窗，便于腔體內(nèi)殘留物的清理和排空異物。

污泥破碎切割機(jī)為管道式結(jié)構(gòu)，由殼體、軸承托架、驅(qū)動軸、刀體、刀刃、刀盤、軸封及驅(qū)動裝置組成，雙法蘭聯(lián)接，機(jī)械密封。其處理能力與污泥進(jìn)料泵和脫水機(jī)相匹配，并與脫水機(jī)聯(lián)動，現(xiàn)場設(shè)手動控制開關(guān)。

3.3 污泥進(jìn)料泵

為使污泥保持最佳性質(zhì)，改造工程選用凸輪轉(zhuǎn)子泵作為離心泵的進(jìn)料泵。凸輪轉(zhuǎn)子泵的優(yōu)點(diǎn)是沒有湍流、攪動、脈動和剪切現(xiàn)象，特別適用于泵送濃縮污泥。

凸輪轉(zhuǎn)子泵是一種容積泵，工作原理與羅茨鼓風(fēng)機(jī)相似，兩個轉(zhuǎn)子葉輪平行設(shè)置，在兩個轉(zhuǎn)子葉輪之間和轉(zhuǎn)子與泵殼之間形成腔體，當(dāng)轉(zhuǎn)子配合旋轉(zhuǎn)時，便將污泥吸入、排出，實現(xiàn)輸送污泥的目的。以3葉轉(zhuǎn)子泵為例，轉(zhuǎn)子葉輪每旋轉(zhuǎn)一周，完成3次吸泥和排泥過程。

凸輪轉(zhuǎn)子泵可以反向輸送介質(zhì)，干運(yùn)轉(zhuǎn)時，溫度不會很快上升且不會太高，可以短時承受干運(yùn)轉(zhuǎn)而泵不會被損壞。介質(zhì)在凸輪轉(zhuǎn)子泵中被傳送的距離比較短，因此顆粒通過能力大，結(jié)構(gòu)尺寸小，效率高，占地小，所需維修空間小，檢修時不需要額外的場地，耐磨蝕性能好，檢修維護(hù)費(fèi)用較低。對于較大的轉(zhuǎn)子葉輪，應(yīng)采用轉(zhuǎn)子尖部可拆卸的結(jié)構(gòu)，當(dāng)磨損嚴(yán)重時，只需更換被磨損的轉(zhuǎn)子尖即可，減少了維修費(fèi)用。當(dāng)轉(zhuǎn)子葉輪較小時，可選用更換整個轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)形式。

第九水廠污泥含砂量較高，對設(shè)備的磨損比較嚴(yán)重，因此對于輸送污泥的凸輪泵要控制轉(zhuǎn)速，通過降低轉(zhuǎn)速來減少磨損，凸輪轉(zhuǎn)子泵的轉(zhuǎn)速不宜超過150 r/min。凸輪轉(zhuǎn)子泵殼體材質(zhì)為硬質(zhì)耐磨鑄鐵噴涂耐磨涂層，轉(zhuǎn)子材質(zhì)耐磨鑄鋼，外表面丁腈橡膠包覆。

3.4 螺旋輸送機(jī)

泥餅輸送系統(tǒng)由2臺無軸螺旋輸送機(jī)組成。泥餅經(jīng)過2臺無軸螺旋輸送機(jī)被送到室外的運(yùn)泥卡車中。

無軸螺旋輸送機(jī)由驅(qū)動裝置、U形槽、無軸螺旋和支架等組成。螺旋輸送機(jī)工作時，落入U形槽中的泥餅通過旋轉(zhuǎn)的無軸螺旋被推至輸送機(jī)一端的出料口排出。無軸螺旋輸送機(jī)的單機(jī)輸送長度，在水平安裝時可達(dá)30 m，傾斜安裝時可達(dá)28 m。

柔性無軸螺旋是無軸螺旋輸送機(jī)的關(guān)鍵部件，是一個連續(xù)整體部件。螺旋葉片放置在U形槽中，一端支撐與驅(qū)動軸聯(lián)接，另一端為自由端。螺旋葉片在使用一段時間后會被拉長變形，此時可以將螺旋葉片切去一段后繼續(xù)使用。螺旋葉片的設(shè)計保證了物料流通順利，無堵塞;螺旋槽內(nèi)設(shè)置便于更換的耐磨襯體。

水平安裝的輸送機(jī)與離心脫水機(jī)的出泥口相對接，輸送距離為14 m，安裝角度為1°，便于積水排出;泥餅再由傾斜安裝的輸送機(jī)送到室外的運(yùn)泥卡車，輸送距離為11 m，安裝角度為15°。

所選無軸螺旋輸送機(jī)需要耐磨損、耐腐蝕，要求其螺旋葉片材質(zhì)為特殊鋼或不銹鋼，耐磨條或襯體為耐磨防腐材料，軸頭、螺旋槽和機(jī)罩均為不銹鋼。

3.5 絮凝劑制備及投加系統(tǒng)

污泥脫水前需要投加絮凝劑形成絮體，便于脫水，第九水廠選用的藥劑為粉狀聚丙烯酰胺。

絮凝劑制備投加系統(tǒng)可分為3部分：絮凝劑制備裝置、加藥裝置和在線稀釋系統(tǒng)。絮凝劑制備裝置由干粉投加系統(tǒng)(或藥液投加系統(tǒng))、溶解水系統(tǒng)、攪拌儲存系統(tǒng)和控制系統(tǒng)組成;加藥裝置由加藥泵、流量計和閥門組成;在線稀釋系統(tǒng)由水射器、轉(zhuǎn)子流量計、靜態(tài)混合器和閥門等組成。

絮凝劑制備裝置用于高分子絮凝劑粉劑的投入調(diào)配，將粉狀絮凝劑調(diào)配至0.2%～0.5%的溶液。工作時，粉劑經(jīng)真空吸料器吸送到料倉中備用;配藥時，粉劑通過標(biāo)定的螺旋進(jìn)料器精確計量投加量，與溶解水一起加入配藥罐中;配藥罐內(nèi)安裝攪拌器，適當(dāng)?shù)霓D(zhuǎn)速既保證溶液的熟化，又不破壞絮體。藥劑的熟化時間控制在60 min左右，不得短于45 min，熟化好的藥劑儲于儲藥罐中備用。裝置材質(zhì)應(yīng)為不銹鋼。

因螺桿泵具有泵送平穩(wěn)、剪切力小等特性，所以系統(tǒng)中采用螺桿泵作為藥劑投加泵，并配套干運(yùn)行保護(hù)器和過載保護(hù)裝置。藥液的投加含量為0.1%～0.2%，而經(jīng)絮凝劑制備裝置配置的藥液含量為0.2%～0.5%，所以需要經(jīng)過稀釋將濃度降低才能投加。投加絮凝劑時，螺桿泵從儲藥罐中抽取藥液，經(jīng)稀釋系統(tǒng)稀釋后，定量與污泥混合。

絮凝制備裝置的處理能力要根據(jù)脫水機(jī)的加藥量、藥液投加濃度和藥液熟化時間來核算確定，在選型時要注意核算藥劑停留時間，以免出現(xiàn)以縮短停留時間來提高處理能力的情況。

由于聚丙烯酰胺為粉劑，要求真空吸料裝置與進(jìn)料口配合緊密，設(shè)備在操作過程中應(yīng)清潔，無粉塵泄漏;進(jìn)料斗材質(zhì)選用不銹鋼。

4 設(shè)備安裝與調(diào)試中出現(xiàn)的問題及注意事項

(1)原設(shè)計加藥螺桿泵進(jìn)藥口垂直放置，藥劑從上至下流入泵中，管路在高處易存留空氣，使加藥泵運(yùn)行時空氣進(jìn)入泵內(nèi)造成螺桿泵干運(yùn)轉(zhuǎn)，螺桿泵干運(yùn)轉(zhuǎn)時溫度升高很容易使橡膠定子損壞。將進(jìn)口由垂直方向改為與出口同高度的側(cè)向進(jìn)水，防止管道窩氣，避免產(chǎn)生干運(yùn)轉(zhuǎn)。螺桿泵使用時最好能保證連續(xù)進(jìn)藥，安裝位置應(yīng)低于物料儲液池液位以下。


 

(2)設(shè)備調(diào)試初期，離心脫水機(jī)出泥較稀，分析其原因為：離心脫水機(jī)的出水堰板太高，使轉(zhuǎn)鼓中的水位升高，濾液得不到及時排出造成泥餅含水率高，不能形成泥餅�，F(xiàn)場通過調(diào)節(jié)堰板，降低了高度，使得濾液能夠及時排出，得到了符合要求的泥餅。一般來說，堰板的高度由污泥的性質(zhì)決定，堰板過高不利于泥餅的形成，堰板過低會造成濾液回收率降低。

(3)在輸泥管路上增設(shè)壓力表，以便觀察管道壓力。由于輸送介質(zhì)為排泥水，為防止介質(zhì)進(jìn)入損壞壓力表，因此選擇隔膜式壓力表。

5 結(jié)語

北京市第九水廠污泥脫水機(jī)房改造工程于2009年10月完成設(shè)備采購，2010年9月投產(chǎn)運(yùn)行，離心脫水機(jī)的處理能力為8 tDS/(d·臺)，泥餅含水率小于80%，固體回收率大于95%，運(yùn)行結(jié)果達(dá)到了設(shè)計要求;污泥處理系統(tǒng)設(shè)備運(yùn)行至今，情況良好，對降低能源消耗、減少污染物排放、建設(shè)資源節(jié)約型環(huán)境友好型社會起到了積極的作用。