金海水廠污泥脫水系統(tǒng)運行模式的研究與應用
行業(yè)動態(tài)
雖然自來水廠PLC控制在污泥脫水系統(tǒng)中的應用遠不及制水過程中的程度深，但在目前水廠運行人員日益減少的大形勢下，自動化運行已是大勢所趨。水廠污泥處理系統(tǒng)運行規(guī)模自動化系統(tǒng)是基于PLC控制的分布式控制系統(tǒng)。設備的硬件、軟件和系統(tǒng)配置均按控制時無人值守、集中管理的標準進行設計。在滿足自控條件時，也要求濃縮污泥含固率達3%～4%左右，以滿足后續(xù)高效率污泥脫水需要。
1 項目情況
1.1 項目運行情況
金海水廠于2010年12月正式投產(chǎn)，在投產(chǎn)初期，污泥脫水系統(tǒng)即同時投入使用。其主要流程為Multiflo高速澄清池根據(jù)設定的排泥間隔自動排泥至污泥調(diào)節(jié)池，另外濾池反沖洗廢水在不投加任何藥劑的前提下經(jīng)過預濃縮池濃縮后底部濃度污泥經(jīng)人工手動排入調(diào)節(jié)池，當調(diào)節(jié)池達到設定液位后自動開啟提升泵提升至污泥濃縮池，同時在提升泵管道的靜態(tài)混合器上按固定流量投加聚丙烯酰胺（PAM），污泥運行工根據(jù)濃縮池泥位計所顯示泥位手動排泥至污泥平衡池，通過離心機制干泥。
然而在該工藝流程條件下，污泥濃縮池經(jīng)常出現(xiàn)上清液出礬花甚至泥水，排放至污泥平衡池的濃縮污泥濃度較低，基本穩(wěn)定在20000mg/L左右，導致離心機出干泥含固率偏低，約為20%左右，更有甚者經(jīng)常出稀泥而導致離心機無法正常運行，被迫停機。
2 工藝改造
由于Multiflo高速澄清池在制水運行過程中，需要投加PAM，而目前對沉后及濾后濁度要求要高于原設計濾后濁度0.2NTU的合格要求。因此只能通過加大高速澄清池聚硫氯化鋁（PAC）及PAM加注率來滿足，隨之而來的問題就是澄清池中污泥濃度提高，在正常運行泥位及回流量條件下可達到30000mg/L及以上。排泥進入污泥調(diào)節(jié)池之后污泥濃度直線上升，導致污泥濃縮池泥位急速上升，上清液無法滿足排放要求。
因此就在污泥調(diào)節(jié)池進泥總管之前增加一個電動閥門，在該閥門之前增加三通，將支管增加電動閥門并直通至污泥平衡池，稱該支管為“超越管”。使得高速澄清池高濃度排泥可以通過閥門切換直接排放至污泥平衡池后進入離心機制泥。既避免了由于高濃度污泥進入調(diào)節(jié)池后導致濃縮池無法正常濃縮污泥，上清液超標排放，又可以減輕調(diào)節(jié)池及濃縮池的運行負荷，大幅度減少上清液排放水量。
3 自控改造
3.1 加藥自控
即運行工通過在參數(shù)設定中設置加注率，根據(jù)濃縮池進泥流量反饋后通過PLC計算得出所需加注的藥劑量，再通過PID控制調(diào)節(jié)加藥泵變頻器頻率，使加藥量滿足設定需求。
3.2 預濃縮池濃度模式
即根據(jù)調(diào)節(jié)池內(nèi)在線污泥濃度儀，達到高濃度設定值時，預濃縮池自動開閥排泥，調(diào)節(jié)池污泥濃度降至低設定值時，預濃縮池關閥停止排泥。
3.3 預濃縮池時間模式
即設定預濃縮池排泥間隔與單次排泥的時間，系統(tǒng)自動控制排泥閥門的啟、閉。
3.4 濃縮池自動排泥模式
即運行工可通過參數(shù)設定中兩次排泥之間的時間間隔及每次排泥的持續(xù)時間實現(xiàn)自動排泥。
3.5 超越管模式
該模式是基于預濃縮池濃度模式開發(fā)的運行模式，以調(diào)節(jié)池內(nèi)在線污泥濃度儀為主控參數(shù)，根據(jù)設定值選擇啟、閉預濃縮池排泥至調(diào)節(jié)池電動閥門、澄清池排泥至調(diào)節(jié)池電動閥門以及超越管上電動閥門。
4 運行優(yōu)化
4.1 確定調(diào)節(jié)池濃度范圍
從澄清池取高濃度污泥樣品，稀釋得到不同濃度污泥樣品，而后通過攪拌實驗投加固定量PAM綜合確定較佳調(diào)節(jié)池運行所需污泥濃度范圍。
不同污泥濃度加藥沉降實驗結(jié)果如下：
樣品編號 | 樣品濃度(mg/L) | 藥劑投加率(mg/L) | 沉降比/% | 上清液濃度/(mg/L) |
1# | ≈20000 | 4.5 | 90 | 無法取得 |
2# | ≈17000 | 80 | 無法取得 | |
3# | ≈13000 | 70 | 略帶礬花 | |
4# | ≈11000 | 70 | 略帶礬花 | |
5# | ≈9000 | 60 | 25 | |
6# | ≈6000 | 50 | 9 |
較低污泥濃度加藥沉降實驗結(jié)果如下：
樣品編號 | 樣品濃度(mg/L) | 藥劑投加率(mg/L) | 沉降比/% | 上清液濃度/(mg/L) |
1# | ≈5300 | 4.5 | 30 | 4 |
2# | ≈4000 | 30 | 13 | |
3# | ≈3000 | 20 | 28 | |
4# | ≈1500 | / | 105 |
綜上兩個實驗，調(diào)節(jié)池污泥濃度處于3000～9000mg/L范圍內(nèi)均可滿足上清液達標排放要求，但基于運行安全及節(jié)能綜合考慮，濃度范圍可控制在5000～7000mg/L為佳。
4.2 濃縮池排泥模式運用
污泥濃縮池的泥位和排泥濃度是通過上位機參數(shù)設定中設置的兩次排泥時間間隔及單次排泥時間來控制。從控制排泥濃度及保證上清液達標角度來說，濃縮池泥位需控制范圍0.5～2m，以達到排泥濃度控制范圍30000mg/L～50000mg/L的目標，使進離心機前的污泥平衡池污泥濃度穩(wěn)定在該范圍內(nèi)，已滿足離心機制泥較佳要求。若泥位或排泥濃度過高，需增加排泥頻率和單次排泥時間，反之則減少排泥頻率和時間。全過程均為自控程序自動控制，運行工只需根據(jù)泥位及排泥濃度設置排泥參數(shù)即可，大大減少了人工參與度及降低了因人的因素而造成的失誤幾率。
4.3 超越管模式下運行方式
當澄清池污泥濃度較高（平均在30000mg/L以上）且污泥處理系統(tǒng)運行負荷較高時，可選擇上位機一鍵啟用超越管模式。在該模式下，預濃縮池排泥至調(diào)節(jié)池電動閥門、澄清池排泥至調(diào)節(jié)池電動閥門以及超越管上電動閥門均參與自控。觸發(fā)動作的條件為調(diào)節(jié)池內(nèi)在線污泥濃度儀。且處于該工況下，預濃縮池排泥基本已無污泥，在此排泥的主要目的即為稀釋調(diào)節(jié)池內(nèi)污泥濃度已達到目標值。假設控制預濃縮池排泥至調(diào)節(jié)池電動閥門的污泥濃度參數(shù)為＞7000mg/L時開閥、＜5000mg/L時關閥，則控制澄清池排泥至調(diào)節(jié)池電動閥門的污泥濃度參數(shù)為＞7000mg/L時關閥、＜5000mg/L時開閥，以此往復，即可保證調(diào)節(jié)池內(nèi)污泥濃度可穩(wěn)定在5000～7000mg/L之間。當澄清池排泥至調(diào)節(jié)池電動閥門處于關閉狀態(tài)時，澄清池的排泥可通過超越管直接進入污泥平衡池。
在此模式下，由于污泥可不通過污泥調(diào)節(jié)池及污泥濃縮池處理，大大降低了這兩個處理設施的負荷，可選擇部分設備設施處于備用狀態(tài)，也大大減少了經(jīng)濃縮池處理后的上清液排放量。經(jīng)粗略估算，該模式較普通模式，該廠通過設備備用可每年節(jié)約用電約670000kW·h，每年減少排水量約5000000m3。
5 結(jié)語
在上述工藝管道、自控改造及運行優(yōu)化條件下，離心機干泥含固率已較原先有很大的提升，年度含固率基本穩(wěn)定在25%以上，在原水條件較好的幾個月甚至可達到30%以上。但是離心機的運行依舊存在較大的提升空間。比如現(xiàn)在共有4個污泥平衡池和4個離心機同時在用，且這4個平衡池出泥總管聯(lián)絡閥均處于開啟狀態(tài)，而由于平衡池污泥的主要來源為不同澄清池及不同濃縮池排泥，每個平衡池中污泥濃度可能存在較大偏差。也就是說進入離心機處理的污泥濃度由于水力條件不同會出現(xiàn)較大波動，離心機的扭矩、差速是通過PID控制，當進泥濃度出現(xiàn)變化時，扭矩就會變化，然后差速根據(jù)PID設置參數(shù)自動調(diào)整，而離心機的PID設置參數(shù)是根據(jù)設備情況而定，該廠的離心機對應的PID設置反應速度并不快，會導致扭矩和差速大范圍波動且持續(xù)時間過長，出現(xiàn)出稀泥脫機或扭矩過高脫機的情況。
針對這一情況，將在部分離心機進泥管上增設在線污泥濃度計，通過儀表監(jiān)測該工況下污泥濃度變化范圍，進而根據(jù)現(xiàn)場條件選擇對污泥平衡池與離心機進行運行優(yōu)化。
