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

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。其污泥處理設施主體工程與第九水廠二期工程同步建設，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入脫水系統(tǒng)進行污泥脫水處理。污泥從濃縮池到脫水設備的工藝流程見圖1。

2 設備運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多年的運行后，存在如下問題：

(1)板框脫水機行走機構、機體框架出現(xiàn)變形，影響了設備整體的正常制泥工作，這種變形在設備使用現(xiàn)場無法用常規(guī)工具進行修復。

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

(3)板框脫水機配套的進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，使得濾布的維修費用大大增加。

(4)板框脫水機附屬設備較多，故障點多，故障率高。

(5)進泥采用的柱塞泵噪聲大，體積龐大，結構復雜，使用時間長后磨損嚴重，造成泄漏，需定期更換密封圈。

(6)售后服務差，系統(tǒng)的關鍵設備多采用國外設備，設備廠家已被轉讓收購，使設備維護得不到完整的售后技術支持，售后服務難，在設備出現(xiàn)質(zhì)量問題時，無法對生產(chǎn)廠家進行索賠。一些國外設備很難在國內(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)設備存在的問題致使污泥脫水系統(tǒng)不能正常運行，污泥得不到及時脫水排出，達不到排放要求，造成環(huán)境污染，所以需對系統(tǒng)進行改進，以期達到環(huán)保要求和實現(xiàn)節(jié)能減排目標。改造在系統(tǒng)中增設污泥平衡池以保證脫水機進泥濃度，重點是改造板框脫水機和進泥泵等系統(tǒng)設備。

3 污泥脫水系統(tǒng)設備的技術特點與選型

應用于給水污泥脫水的設備較多采用板框脫水機和離心脫水機。兩種脫水機的機械性能比較見表1。

離心脫水機在很多給水工程中得到應用，運行情況良好，且占地面積小，由于受第九水廠脫水機房場地限制，本改造工程選用離心脫水機。

為了保證最終的處理效果，離心脫水機的選型應以實物試驗為基礎，工程在改造之前已進行離心脫水機車載機現(xiàn)場試驗，試驗表明離心脫水機對第九水廠脫水污泥具有較強的適應性，能夠達到預定的脫水效果。改造后污泥從濃縮池到泥餅外運經(jīng)采用的工藝流程見圖2。

3.1 離心脫水機

改造工程選用的脫水機為臥式、螺旋卸料沉降式離心機。

離心脫水機工作時，污泥從轉鼓的一端通過布料器進入轉鼓內(nèi)，與轉鼓一起高速旋轉并產(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，即沿轉鼓的內(nèi)壁形成泥環(huán)層，沉降污泥通過卸料螺旋與轉鼓的差速被卸料螺旋緩慢推至轉鼓錐端進一步脫水，脫水后的泥餅經(jīng)過轉鼓的環(huán)向排泥口排出。而密度較小的液體，則在泥環(huán)內(nèi)側形成濾液層，并通過轉鼓內(nèi)的溢流口排出轉鼓。

離心脫水機的轉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，整體式螺旋葉片結構簡單，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，但葉片結構相對復雜。

離心脫水機最大特點是設備體積小、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。

其主要特點及要求如下：

(1)進料、分離、排出濾液和泥餅的工作過程連續(xù)不間斷。

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

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

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

(6)脫水機的轉筒結構設計符合污泥脫水要求，其轉筒長徑比不小于4;轉筒軸整體加工成型。

(7)螺旋推料器的結構設計方便維修拆卸。

(8)轉鼓采用離心澆鑄工藝制造，使轉鼓密度均勻，剛性好，動平衡性好。

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

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

隔音罩為玻璃鋼表面烤漆;進料口、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出泥口配套不銹鋼電動插板閥，以保證在設備沖洗和啟動時，不會發(fā)生液體滲漏現(xiàn)象。插板閥與脫水機實現(xiàn)聯(lián)動，排泥時自動打開，沖洗時自動關閉。

3.2 污泥破碎切割機

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

污泥破碎切割機在輸送介質(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。

污泥破碎切割機為管道式結構，由殼體、軸承托架、驅動軸、刀體、刀刃、刀盤、軸封及驅動裝置組成，雙法蘭聯(lián)接，機械密封。其處理能力與污泥進料泵和脫水機相匹配，并與脫水機聯(lián)動，現(xiàn)場設手動控制開關。

3.3 污泥進料泵

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

凸輪轉子泵是一種容積泵，工作原理與羅茨鼓風機相似，兩個轉子葉輪平行設置，在兩個轉子葉輪之間和轉子與泵殼之間形成腔體，當轉子配合旋轉時，便將污泥吸入、排出，實現(xiàn)輸送污泥的目的。以3葉轉子泵為例，轉子葉輪每旋轉一周，完成3次吸泥和排泥過程。

凸輪轉子泵可以反向輸送介質(zhì)，干運轉時，溫度不會很快上升且不會太高，可以短時承受干運轉而泵不會被損壞。介質(zhì)在凸輪轉子泵中被傳送的距離比較短，因此顆粒通過能力大，結構尺寸小，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，檢修維護費用較低。對于較大的轉子葉輪，應采用轉子尖部可拆卸的結構，當磨損嚴重時，只需更換被磨損的轉子尖即可，減少了維修費用。當轉子葉輪較小時，可選用更換整個轉子的結構形式。

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

3.4 螺旋輸送機

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

無軸螺旋輸送機由驅動裝置、U形槽、無軸螺旋和支架等組成。螺旋輸送機工作時，落入U形槽中的泥餅通過旋轉的無軸螺旋被推至輸送機一端的出料口排出。無軸螺旋輸送機的單機輸送長度，在水平安裝時可達30 m，傾斜安裝時可達28 m。

柔性無軸螺旋是無軸螺旋輸送機的關鍵部件，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。螺旋葉片的設計保證了物料流通順利，無堵塞;螺旋槽內(nèi)設置便于更換的耐磨襯體。

水平安裝的輸送機與離心脫水機的出泥口相對接，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送到室外的運泥卡車，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，粉劑通過標定的螺旋進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?shù)霓D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，并配套干運行保護器和過載保護裝置。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料口配合緊密，設備在操作過程中應清潔，無粉塵泄漏;進料斗材質(zhì)選用不銹鋼。

4 設備安裝與調(diào)試中出現(xiàn)的問題及注意事項

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


 

(2)設備調(diào)試初期，離心脫水機出泥較稀，分析其原因為：離心脫水機的出水堰板太高，使轉鼓中的水位升高，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)進入損壞壓力表，因此選擇隔膜式壓力表。

5 結語

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