超磁分离系统污泥进料泵的选择及应用分析

2018-02-04周生巧黄光华吉青青

资源节约与环保 2018年5期

周生巧黄光华吉青青肖波

（环能科技股份有限公司四川成都 610045）

1 引言

随着我国水污染防治行动计划（水十条）的颁布与执行，超磁分离技术越来越广泛应用在煤矿矿井水、黑臭河的治理、应急截污的治理等领域。在污水的治理中不可避免地存在污泥的处理与处置问题。由于超磁分离系统产生的污泥同常规污水处理工艺中产生的污泥不太一致，污泥脱水中污泥进料泵的选型关系到污泥脱水系统的正常运行，本文重点分析超磁分离系统产生的污泥脱水进料泵的选型问题。

2 超磁分离污泥特点

超磁分离水体净化技术主要是在已被污染水体内增加磁种介质，通过絮凝剂以及助凝剂，水体中的悬浮物形成以磁种为“核”的磁性絮体，形成的磁性絮体通过超磁分离机时被磁盘所“捕获”，快速完成泥水分离，从而超高速净化处理水体。超磁分离水体净化技术能够处理大量水，且净化时间短，处理成本低等特点，可以用于污水处理工作，用于代替传统形式的混凝沉淀以及加砂沉淀等技术。该技术常用于黑臭水体、市政污水、河道水、景观水、煤矿矿井水、油田采出水等污水处理领域[1]。

超磁分离水体净化技术中需投加Fe3O4磁种进行循环，但在反应过程中仍会流失少量磁种，磁种一般呈黑色，因此超磁分离系统排出的污泥呈黑色。同时，由于磁粉具有一定研磨性，因此超磁分离系统中对污泥进料泵的选型很重要，应选择相匹配的污泥进料泵，才能让污泥系统稳定地运行。

3 常用污泥进料泵的特点

超磁分离系统处理的污水内包含非常多的悬浮物、有机物、重金属等污染，经过超磁分离出来的污泥具有污泥浓度高、含有部分磁种等特点，而磁种及细小的颗粒物质是具有研磨性质的，因此污泥脱水系统的污泥进料泵需要具有耐磨性、不堵塞、流量可调等特点，可供选择有离心泵、渣浆泵、柱塞泵、隔膜泵、螺杆泵、凸轮泵等。[2]

超磁分离系统排出的污泥含水率通常在95～98%，相对于传统沉淀法产生的污泥浓度要高得多，因此一般不需要设置污泥浓缩池而直接进行污泥脱水。在污泥脱水过程中为了提高污泥脱水效果，需要进行污泥调质，通过投加调质剂来改变污泥的电荷性质，常用的污泥调质剂为PAM，为了对经调质之后絮体的完整性进行保证，需要在污泥泵送的期间避免形成高速旋转，或者是大剪切力。

除此，在污泥进料泵的选择要适合脱水机类型需求。如果应用带式脱水机，由于污泥的进料是常压进料，只需要污泥流量稳定即可，并不会对压力有非常大的要求；但是如果应用板框压滤机，进料期间压力与流量不断变化，进料初期阶段对于流量与压力进料有非常严格的要求，进料中期需要低流量、高压力，进入后期保压阶段则流量则很低，直到进料量为零，因此板框压滤机的进料是非常特殊的进料，必须满足压力和流量的均衡变化。

基于当前污泥进料泵的型号选择而言，离心泵的应用范围比较广泛，但是其存在的缺陷在于输送介质剪切力大；渣浆泵属于特殊形式的离心泵，可以输送内部带有固体颗粒的液体，渣浆泵有潜水式渣、干式渣两种形式，潜水式渣浆泵安装较方便，但检修麻烦，干式渣浆泵检修方便但能耗相对较高；隔膜泵一般在腐蚀性液体污泥领域内的应用比较多；柱塞泵则更多的用于压力要求较为严苛的环境；螺杆泵与凸轮泵在实际应用期间，可以保证介质输送的连续性与均匀性，避免出现湍流、搅动以及剪切等问题，尤其是泵送浓缩污泥的适应，可以最大程度的保证污泥性质以及絮体的完整性，从而获得最佳脱水效果。因此，超磁分离系统的污泥进料根据采用的脱水设备不同可选用渣浆泵、螺杆泵、凸轮泵。

基于原理层面分析，渣浆泵属于离心泵，输送的物质也是混合物。渣浆泵的有非常强的通过能力，能够吸入高浓度污泥，调节流量可通过出口阀门进行调节，但由于污水处理中产生的污泥含有毛发、纤维等杂物从而容易造成阀门堵塞，因此采用渣浆泵多用于高浓度污泥的板框压滤机进料。

污泥处理系统内螺杆泵一般是单螺杆泵，其中包含定子、转子以及驱动装置等部件。当螺杆泵处于工作状态时，液体被吸入到螺纹和泵壳围成的密封空间，如果主动螺杆开始旋转，螺杆泵密封容积基于螺牙挤压作用便会提升螺杆泵压力，按照轴向开始移动。由于螺杆是等速旋转，所以液体出流流量也是均匀的。单螺杆泵采用刚性转子在弹性定子腔内绕偏心进行行星回转，从而实现介质连续不断地输送，输送介质本身所体现的含固率低于25%[3]。单螺杆泵输送的物质可以在环保、采矿以及污水、采矿、生物工程、泥浆以及果酱等行业[4]。

凸轮泵是一种容积泵，依靠两同步反转动转子，旋转期间在进口位置形成吸力，将需要输送的物料吸入其中。凸轮泵有双叶式、多叶式两种形式。转子、转子与泵体不接触，按照泵尺寸可以预留0.1～1mm的缝隙，这一缝隙可以保证泵的稳定运转。两个转子叶轮需要平行设置，两个转子叶轮以及转子、泵壳构成腔体，一旦转子与旋转二者相配合，便可以将污泥从中吸入与排出，继而完成污泥的输送。

凸轮泵的特点和工作情况与螺杆泵有很多相似之处，优势在于：

（1）凸轮泵能够承受短时间的干运转，可以有效避免突然断料或操作失误时引起干运转，确保泵的安全运行。

（2）凸轮泵的体积是比较小的，是单螺杆泵长度的1/3，减少土建及安装成本。

（3）泵的结构完全对称，输送方向可逆，只需改变驱动方向，正转抽吸，反转可冲洗。

4 污泥进料泵的使用及设计要点

4.1 渣浆泵

（1）渣浆泵从工作原理上看属于离心泵，作为污泥进料泵时适用于大流量、含砂量大的污泥。渣浆泵又分潜水式渣浆泵和干式渣浆泵，潜水式渣浆泵初期安装方便，但后期检修不便，需要将潜水渣浆泵提出水面进行检修，如污泥中含有毛发等杂物容易缠绕叶轮造成烧泵现象。

（2）渣浆泵适宜作为含砂量大的场合，特别适宜于板框压滤机的进料。近年来出现一种新型的专用于板框压滤机的干式渣浆泵，这种压滤机入料泵主要是以特殊的水力设计以及叶轮这两种安装手段为主，为了使性能曲线陡于渣浆泵，保证压滤机入料过程中阻力出现变化，以达到大流量、低压力喂料以及小流量、高压力过滤目标。水力性能特殊，与压滤机从空腔至填满再至滤干这一过程吻合。喂料的初期阶段不需要使用阀门对流量过大导致的电机过载进行控制，低压力也不会对滤板边框造成冲击力，将滤板边框中滤布破损程度减轻。

4.2 螺杆泵

（1）进料泵流量以及出口压力需要符合脱水机使用规定。如果要对污泥流量进行调节，不能采取关闭进出口阀门的方式改变流量，宜采用变频调速的方式进行螺杆泵的流量调节。

（2）以螺杆泵完成污泥的输送，在这一过程中介质内部掺杂的杂质会导致转子与定子磨损，尤其是磁种会提高转子磨损的速度，如此一来便会降低泵容积效率，即保证转速不变的基础上，泵流量会在受磨损的影响逐渐减少。所以对泵流量进行明确设计时，一方面要参考最大流量，另一方面则要按照污泥性质选择余量。依据泵厂家所积累的经验，一旦泵流量降低至额定流量85%时，即需要进行定子的更换。

（3）因为螺杆泵定子的主要材料为橡胶，橡胶弹性较强，会紧贴在转子，因此螺杆泵是自带止回功能的，一般不需要在出口管路上设置止回阀，有时安装止回阀后污泥中的毛发和杂物会缠绕到止回阀上造成管路的堵塞。

（4）因为污泥中有非常多的颗粒杂质，导致设备磨损，要对污泥泵转速进行合理控制，螺杆的转速的选型原则为：如果不存在磨损情况，淡水、油以及血液等的转速以400～1000 r/min为最佳，一般磨损的情况下如工业废水、油漆颜料、粘灰浆等转速宜为200～400 r/min。磨损比较严重的情况下，泥浆、灰泥等的转速以50～200 r/min为最佳。

（5）如果螺杆泵的运转环境没有介质，这时转子与定子发生干摩擦，便会在定子表面形成高温，烧毁橡胶定子，所以螺杆泵需要保证污泥持续性，一旦出现断料橡胶定子很快就会烧毁，采用带干运转保护器的螺杆泵可自动检测高温停泵保护。

（6）螺杆泵由于具有一定的自吸能力，可将螺杆泵安装于污泥池液面以上，但需要注意防止螺杆泵的干运行，需合理设置螺杆泵的引水阀和底阀。

（7）由于市政污水中多含有毛发、垃圾等杂物，在污泥进料泵的管道上安装破碎泵，以便保护泵的长期稳定运行。