绍兴污水处理厂大叶轮立式搅拌机的改造与应用

2022-06-17蔡芝斌蔡宇翔宋永祥刘银海

城镇供水 2022年2期

蔡芝斌蔡宇翔宋永祥刘银海

（1、绍兴水处理发展有限公司，浙江绍兴 312074；2、浙江农林大学食品与健康学院，浙江杭州 311300；）

绍兴水处理发展有限公司水处理系统、泥处理系统中部分工艺需开展水下搅拌，因此设计安装了潜水搅拌器，而搅拌器的稳定运行是污水、污泥处理的关键所在。但在实际运行过程中，发现搅拌器存在一些问题，如均质池、贮泥池等工艺段搅拌器运行不稳定，容易跳闸；硫酸亚铁池等药池没有设计搅拌器，导致药剂溶解效果不佳等情况。为更好保证出水水质达标，开展搅拌器稳定运行的技术研究与改造，是十分必要的。

1.生产系统中存在的问题

1.1 污泥均质池存在的问题

绍兴污水厂污泥均质池长33.8米，宽19.2米，水深8.5米，波动不超过0.5米，如图1所示。均质池所进的污泥是由整个水处理系统所产生的，经由两个进泥口进入，混合后分别向30台浓缩池出泥，污泥均质池内污泥浓度10～15g/L，总进泥量为7～10万吨/日。均质设计采用鼓风曝气形式，安装了管式曝气器，由两台385kW高压鼓风机采用一用一备运行形式进行供风，并布置了16台5.5kW国产潜水搅拌器。

图1 均质池平面图

实际运行过程中，发现池内管式曝气器已损坏，且无法清池进行维修更换，造成鼓风机能耗高，对气浮污泥影响大；搅拌器因污泥浓度高，运行不稳定，经常跳闸，影响生产。因此，急需对污泥均质池进行优化改造。

1.2 贮泥池存在的问题

贮泥池长38米，宽6米，池深4.75米，分两段运行，运行时液位波动较大，约为1.5～3.5米，污泥浓度达95%以上。池内原安装了潜水搅拌器，但由于池内污泥浓度过高，搅拌器运行负荷大，经常跳闸，导致池内污泥分布不均匀，处理效果差。

1.3 厌氧池存在的问题

一期厌氧池最初设计为生物膜法工艺（即填料加水下搅拌机的组合模式），但在实际运行过程中，填料的使用很不正常，不仅容易出现水流通道堵塞，而且还经常缠绕搅拌器叶轮，使搅拌器不能连续运行。因此，将厌氧池运行方式改为活性污泥法工艺，池内填料被拆除，仅保留了搅拌器的使用。改造后在实际运行过程中，发现搅拌器的运行状况仍不够理想，不仅故障率高，而且运行能耗偏大。分质提标项目实施后，为增强脱氮除磷效果，将厌氧工艺改造为A2O工艺，一半区域保留厌氧水解区，另一半区域被改造成为曝气区。

为有效发挥该工艺段的处理作用，进而达到新的更为严格的一级A出水标准，并彻底解决厌氧池搅拌器故障率高，运行不稳定，能耗偏大等突出问题，急需对搅拌器进行改造。

1.4 硫酸亚铁池存在的问题

硫酸亚铁池内没有设计搅拌器，使得药剂容易沉降，溶解效果不佳，影响药剂使用效率，并最终造成出水水质波动，因此，需要设计增加药池搅拌器。

2.大叶轮立式搅拌器改造方案

2.1 均质池搅拌器改造方案

工艺要求，均质池其介质需为污泥浓度约≤10g/L污水（在15g/L情况下能满足运行要求）。因此，根据工艺设计及CFD湍流层能量云图仿真结果，要满足均质池设计要求，在不设曝气的情况下，需要每池安装6台搅拌器，其搅拌需达到污泥悬浮要求，且底部平均流速不小于0.3m/s，如图2所示，才能满足工艺运行要求。故搅拌器轴功率设计：P=1050×0.42×（25/60）^3×（2515/1000）^5≈3650W，电机功率选择：5.5kW，电机负载：3650/5500×100%=66%。

图2 均质池搅拌机设计CFD湍流层能量云图

同时根据均质池实际运行情况，搅拌器桨叶需要防止纤维缠绕，故桨叶类型采用莱宁防缠绕的轴流桨叶Clean Edge，桨叶直径2515mm，离底2000mm，转速25rpm。

2.2 贮泥池搅拌器选型方案

工艺要求，贮泥池介质为污泥浓度约40g/L污水（在50g/L情况下能满足运行要求），尺寸 L38000*W6000*H4750（mm），分两段，每段液位不得高于3500mm，搅拌要求污泥悬浮，底部平均流速不小于0.3m/s。因此，根据工艺设计及CFD底部流速图仿真，要满足贮泥池设计要求每池4台沿直段均布，每段两台搅拌器，每段CFD底部流速图如图3所示。搅拌机选型目标：池底平均流速达到0.3m/s是确保池底不会因搅拌机推力不够产生流速过缓，引起沉淀现象；搅拌机叶轮产生纵向和横向的推力，推动介质产生由下而上的体积流，介质缓慢的上下翻滚，带动含泥介质均匀的悬浮池内，并确保不产生沉淀和死区。

图3 贮泥池搅拌机底部流速图

桨叶需要防止纤维缠绕，桨叶类型莱宁防缠绕的轴流桨叶Clean Edge，桨叶直径2337mm，离底1100mm，转速24rpm。P=1050×0.45×（24/60）^3×（2337/1000）^5≈2100W，电机功率选择3.0kW。

2.3 厌氧池搅拌器选型方案

一期厌氧池共设置6组厌氧池，每座厌氧池有6个廊道，底部联通，后面3个廊道改为好氧段，需在6组厌氧池缺氧段设计立式搅拌器，主要目的是为了保证池体内的污泥充分搅拌混合，起到均质的作用，同时避免沉泥的发生。缺氧段每廊道池长86m，宽7.5m，有效水深8m，搅拌器叶轮应与水体完全混合，保证池底平均流速≥300mm/s，工作时，保证池内各区搅拌均匀，整个池内不会有污泥沉淀，无死角，叶片采用浆叶式，转动时能自我纠位，确保向下力垂直，防止产生不平衡运动。因此，根据工艺设计及CFD湍流层能量云图仿真实验，如图4所示，在每廊道设计布置两台立式搅拌器，能保证池内的流体获得更为均匀的速度，对池内流体服务面积更大，从而可以更均匀地进行动量和能量的交换。

图4 厌氧池CFD湍流层能量云图

电机功率应大于实际轴功率的 1.15倍，电机功率不大于3kw，搅拌机在任何工况条件下不过载。电气控制上充分利用现有搅拌器控制柜的主电源的信号反馈线，只需增设12台一控6的现场控制柜，因搅拌器电流较小，控制柜可直接安装在现有搅拌器控制柜旁边，增加控制柜与搅拌器电机的相应电缆，采用不锈钢平台或者工字钢支架加上下不两层304不锈钢花纹钢板方式进行安装。

2.4 硫酸亚铁池搅拌器选型方案

因硫酸亚铁在没有搅拌的情况下容易沉淀，需增设搅拌机。目前硫酸亚铁池共二只池子：每个池子的尺寸为1360*1140*400mm。池上面覆盖了池土，开孔安装时需做混凝土平台支座。因池体为封闭式，仅开设了人孔，人孔尺寸为1000*1000mm，拟采用浆叶式搅拌机，叶片分体式，在池内进行组装。根据药剂厂家蓝天环保搅拌器多年使用情况来看，硫酸亚铁药剂上没有含氯离子成份，对不锈钢的腐蚀性较小，材质可采用316L不锈钢。每池布置两台叶轮2000mm直径搅拌器和一台2叶轮500mm直径搅拌器，具体布置如图5所示。电机转速保持在2500mm转速以下，功率为5.5kw以下，材质为316不锈钢，控制方法为现场控制箱，手动+远程控制。

图5 药池搅拌机设计平面图

3.搅拌器改造应用情况

3.1 均质池搅拌器改造情况

通过招标选择了美国莱宁搅拌器，主要性能参数为：额定功率5.5kW，叶片直径约2500mm，叶片转速25rpm，要求搅拌机适合于污水或污泥混合液中运转，工作时保证池内各区搅拌均匀，整个池内不会有污泥沉淀、无死角。均质池新安装的搅拌器于2018年10月11日完成安装，如图6所示，目前已全部进入试运行。通过两年多时间运行记录，发现其运行正常，达到了运行稳定、搅拌均匀、叶片不缠绕的目标，能耗下降约80%左右，均质池每年节省电费约150万元。

图6 均质池搅拌器安装效果图

3.2 贮泥池搅拌机改造情况

贮泥池搅拌机改造，分别于2018年10月18日、2018年11月13日完成安装工作，如图7所示，通过两年多时间的运行，改造后的搅拌器保证了泥处理贮泥池的稳定运行，单台搅拌机功率由10kW下降到3kW，能耗只有原来的30%，年节省电费约80万元。

图7 贮泥池搅拌机安装图

3.3 厌氧池搅拌机改造情况

厌氧池及曝气池共安装了70台搅拌机，叶轮直径为3.9米，功率为2.2kW，分别于2018年上半年完成安装并投入运行，如图8所示，根据两年多运行情况，经过改造后的厌氧池搅拌器，改造后的搅拌机实现了长时间内无故障运行的目标，每年约减少维修保养费55万（其中包括机械密封更换费用35万元/年，电气元器件10万元/年，人工费用10万/年）。新的搅拌器功率控制在3kW以下，比改造前搅拌器至少节能约2.5kW，累计节能最高约150万元/年（（4.5-1）*24*365*72*0.7＝154.5万元）。同时通过对厌氧池MLSS取样分析，其污泥浓度偏差均值为7.58%，有效提高了水解工艺的运行稳定性，进一步改善出水水质，降低后续工艺运行能耗。