污水处理厂高性能自动溶药装置的研发

应钦兰

（浙江广厦建设职业技术学院，浙江 东阳 322100）

0 引言

污泥脱水是每个污水处理厂污泥处理系统的最后一道工序。污泥是由絮状的负电荷胶体颗粒集合而成的凝胶，污泥胶体颗粒较小，能在水中稳定分布，沉降性能差[1]，靠重力沉降只能将污泥与游离水分开。絮凝剂的加入能改善污泥的沉降性能，将污泥（含水率98%左右）和絮凝剂混合搅拌，其中的悬浮物通过电中和，完成了架桥、吸附、絮凝[2]，然后经浓缩脱水一体机压滤脱水，最后出来的是含水率80%左右的泥饼。

目前市场上的自动溶药装置，无论是单箱式、双箱式还是三箱式，往往需要手动控制进水量和干粉的量，不能自动连续地按比例配制并向污泥中投加絮凝剂，所以开发研制一台高性能自动溶药装置，对提高污水处理厂污泥的处理效率将具有重要意义。

1 高性能自动溶药装置的设计要求

1.1 具备精确的定量控制性能

自动溶药装置主要完成絮凝剂的配制，也即将一定比例的干粉（简称干粉）和水混合配成一定浓度的絮凝剂。干粉由螺杆投料机输送，自来水由管道离心泵引入进水管路，管路上安装有电磁阀，控制着进水管的开和关。为了配制不同浓度的絮凝剂，干粉的投药量须准确、可控。

1.2 具备配套联锁的控制性能

配制好的絮凝剂，通过加药泵输送到絮凝反应器，絮凝反应后的污泥（含水率98%左右）通过污泥螺杆泵输送到浓缩脱水一体机脱水，为了保证浓缩脱水一体机的脱水效率，螺杆投料机、进水电磁阀、加药泵必须实现联锁控制。

1.3 要求设备结构紧凑、操作便捷

污泥脱水机房有浓缩脱水一体机、自动溶药装置、絮凝反应器以及管道离心泵、加药泵、污泥螺杆泵等诸多设备，所以要求自动溶药装置的结构必须紧凑；又由于脱水机房，设备多人手少，员工专业技能不高，所以要求操作简单、便捷。

2 高性能自动溶药装置的创新点

2.1 结构简洁、功能完善

自动溶药装置采用三箱一体化结构，分溶解槽、反应槽、熟化槽，三箱之间分别通过益流槽相连；溶解槽上方是螺杆投料机输送干粉，与水射器切线方向喷出的水相碰相溶；输送干粉的螺杆投料机由减速器带动，螺杆按所需的转速旋转；由管道离心泵输送自来水，通过进水电磁阀控制着进水管路的开和关，熟化槽上安装有压差式报警液位计控制液位，整个系统采用可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller，PLC）控制； 装置还配备了就地电控箱，便于自动溶药装置单独调试 。

由于聚丙烯酰胺干粉，分子量1200～1500，比较难溶，一般的搅拌装置不足以打散分子链[3]，所以在溶解槽采用双层交差螺旋状浆叶，由电机直接带动搅拌轴高速旋转，将聚丙烯酰胺干粉带入水中，与水充分接触、溶解[4]；溶解槽液位积聚到一定高度后 ，通过益流槽进入反应槽，在反应槽里为了让干粉与水充分溶解，采用上下二层矩形状的搅拌装置，由减速器带动搅拌轴做中速旋转，使干粉与水完全溶解。

完全溶解了絮凝剂，在反应槽里积聚到一定液位后，通过益流槽进入熟化槽等待使用。在熟化槽里，采用慢速矩形状的搅拌装置，由减速器带动搅拌轴做低速旋转，保证絮凝剂在熟化槽里浓度稳定，提高絮凝剂的使用性能。具体结构如图1所示。

图1 自动溶药装置结构示意图Fig.1 Automatic medicine dissolving device overall schematic diagram

2.2 采用变频调速控制干粉的投药量

自动溶药装置的核心部件是螺杆投料机，它由减速器带动，假如减速器的转速不变，那么输送的干粉的量也是不变的。但污水处理厂的污水浓度等参数经常要发生改变，要求投加的高分子絮凝剂浓度也要随之改变。我们研发的高性能自动溶药装置，采用变频调速[3]即采用变频器的频率改变，来平滑调整减速器的转速，从而改变螺杆投料机转速，相应改变干粉投药量，也即改变所配置的絮凝剂浓度，来满足不同浓度的污水需要。

2.3 采用先进的PLC 控制系统

（1）实现联锁控制。自动溶药装置的关键是控制。系统须将压差式报警液位计与螺杆投料机、进水电磁阀联锁，实现高位时关，低位时开。

高位时关——即当压差式报警液位计显示高液位时，系统自动关闭螺杆投料机和进水电磁阀；低位时开——即当压差式报警液位计显示低液位时，系统自动开启螺杆投料机和进水电磁阀，使螺杆投料机按照设定的转速输送干粉，进水管路按照相应的流量进水，保证自动连续配制聚丙烯酰胺等高分子絮凝剂。

（2）实现双重保险。控制系统实现自动控制与手动控制双重保险。自动溶药装置在设计时就会设定一个最高液位值和一个最低液位值；压差式报警液位计安装之前，必须根据实际需要预先设定好一个高液位和一个低液位。

工作时，当压差式报警液位计显示高液位时，控制系统就会自动关闭螺杆投料机和进水电磁阀；假如控制系统失灵，不能自动关闭螺杆投料机和进水电磁阀，当熟化槽的实际液位达到了设计时设定的最高液位时，压差式报警液位计马上报警，由人工手动关闭整个污泥脱水机系统的设备，检查、排除自动控制系统出现的问题，以免事故的发生。

同样，当压差式报警液位计显示低液位时，控制系统就会自动开启螺杆投料机和进水电磁阀；假如控制系统失灵，不能自动开启螺杆投料机和进水电磁阀，当熟化槽的实际液位达到了设计时设定的最低液位时，压差式报警液位计马上报警，同样可以避免事故的发生。

3 高性能自动溶药装置的使用效果

我们研发的高性能自动溶药装置，用于湖州市东部新区污水处理厂浓缩脱水系统，已正常运行3年多，使用性能一直良好。

表1 螺杆投料机运转频率与配置的絮凝剂浓度（自来水流量4 m3/h）Tab.1 Screw feeding flocculants concentration machine operation frequency and configuration (water flow of 4m3/h)

从表1 可以看出，不同的频率对应不同浓度的絮凝剂，这样可以通过频率的改变，相应改变所配置絮凝剂的浓度，从而达到连续、稳定配置不同浓度的絮凝剂，满足了不同浓度的污水需要，大大提高了污水处理厂的处理效果。

4 结束语

脱水系统的污泥含水率，采用闭环反馈将信息反馈到PLC 控制系统，自动改变变频器的频率，也即自动改变所配置的絮凝剂浓度来满足不同浓度的污水需要，实现真正意义上的高性能自动溶药装置，这有待于我们进一步的研究。

我们研发的高性能自动溶药装置，采用变频调速控制干粉的投药量，并且采用先进的PLC 控制实现联锁、双重保险，大大提高了污水处理效率。存在问题是：

（1）污泥的不同含水率与絮凝剂的不同浓度之间的关系曲线，至今还没有调试出来，原因是：污泥的含水率无时无刻会发生微量变化，絮凝效果无论是小试还是中试，很难对絮凝剂进行正确定量测定；同时进水的管道离心泵、出药的加药泵、输送污泥的螺杆泵等流量，由于受管网压力的影响也存在一定的误差，所以污泥含水率与絮凝剂浓度关系曲线，很难形成，有待于进一步的研究。

（2）如果能够选择合适的传感器，在线检测进入污泥

[1]郑怀礼，李凌春，蔚阳，等.阳离子聚丙烯酰胺污泥脱水絮凝剂的制备[J].化工进展,2008，4.

[2]郑怀礼，唐雪，沈烈翔，等.阳离子P(AM-DAC)污泥脱水剂的合成、表征与应用[J].重庆大学学报（自然科学版），2010，7.

[3]郑怀礼，尤艳飞，邓晓莉，等.高分子量高纯度阳离子聚丙烯酰胺的合成[J].环境工程学报，2012,4.

[4]吴幼权，郑怀礼，张鹏，等.复合絮凝剂CAM-CPAM的制备及其污泥脱水性能[J].环境科学研究，2009，5.

[5]钟家洪，张继忠，等.变频调速技术在水厂中的应用[J].创新论坛，2012，11.