金海水厂污泥脱水系统运行模式的研究与应用

倪晓波

（上海浦东威立雅自来水有限公司金海水厂，上海 201209）

虽然自来水厂PLC 控制在污泥脱水系统中的应用远不及制水过程中的程度深，但在目前水厂运行人员日益减少的大形势下，自动化运行已是大势所趋。水厂污泥处理系统运行规模自动化系统是基于PLC 控制的分布式控制系统。设备的硬件、软件和系统配置均按控制时无人值守、集中管理的标准进行设计[1]。在满足自控条件时，也要求浓缩污泥含固率达3%～4%左右，以满足后续高效率污泥脱水需要[2]。

1.项目情况

1.1 项目运行情况

金海水厂于2010 年12 月正式投产，在投产初期，污泥脱水系统即同时投入使用。其主要流程为Multiflo 高速澄清池根据设定的排泥间隔自动排泥至污泥调节池，另外滤池反冲洗废水在不投加任何药剂的前提下经过预浓缩池浓缩后底部浓缩污泥经人工手动排入调节池，当调节池达到设定液位后自动开启提升泵提升至污泥浓缩池，同时在提升泵管道的静态混合器上按固定流量投加聚丙烯酰胺（PAM），污泥运行工根据浓缩池泥位计所显示泥位手动排泥至污泥平衡池，最终通过离心机制干泥。

然而在该工艺流程条件下，污泥浓缩池经常出现上清液出矾花甚至泥水，排放至污泥平衡池的浓缩污泥浓度较低，基本稳定在20000mg/L 左右，最后导致离心机出干泥含固率偏低，约为20%左右，更有甚者经常出稀泥而导致离心机无法正常运行，被迫停机。

2.工艺改造

2.1 流程图（见下页图1）

图1 金海水厂工艺优化后污泥脱水系统流程示意图

2.2 优化内容

由于Multiflo 高速澄清池在制水运行过程中，需要投加PAM，而目前对沉后及滤后浊度要求要高于原设计滤后浊度0.2NTU 的合格要求。因此只能通过加大高速澄清池聚硫氯化铝（PAC）及PAM 加注率来满足，随之而来的问题就是澄清池中污泥浓度提高，在正常运行泥位及回流量条件下可达到30000mg/L 及以上。排泥进入污泥调节池之后污泥浓度直线上升，导致污泥浓缩池泥位急速上升，上清液无法满足排放要求。

因此就在污泥调节池进泥总管之前增加一个电动阀门，在该阀门之前增加三通，将支管增加电动阀门并直通至污泥平衡池，详见图1，称该支管为“超越管”。使得高速澄清池高浓度排泥可以通过阀门切换直接排放至污泥平衡池后进入离心机制泥。既避免了由于高浓度污泥进入调节池后导致浓缩池无法正常浓缩污泥，上清液超标排放，又可以减轻调节池及浓缩池的运行负荷，大幅度减少上清液排放水量。

3.自控改造

3.1 加药自控

即运行工通过在参数设定中设置加注率，根据浓缩池进泥流量反馈后通过PLC 计算得出所需加注的药剂量，再通过PID 控制调节加药泵变频器频率，最终使加药量满足设定需求。

3.2 预浓缩池浓度模式

即根据调节池内在线污泥浓度仪，达到高浓度设定值时，预浓缩池自动开阀排泥，调节池污泥浓度降至低设定值时，预浓缩池关阀停止排泥。

3.3 预浓缩池时间模式

即设定预浓缩池排泥间隔与单次排泥的时间，系统自动控制排泥阀门的启、闭。

3.4 浓缩池自动排泥模式

即运行工可通过参数设定中两次排泥之间的时间间隔及每次排泥的持续时间实现自动排泥。

3.5 超越管模式

该模式是基于预浓缩池浓度模式开发的运行模式，以调节池内在线污泥浓度仪为主控参数，根据设定值选择启、闭预浓缩池排泥至调节池电动阀门、澄清池排泥至调节池电动阀门以及超越管上电动阀门。

4.运行优化

4.1 确定调节池浓度范围

从澄清池取高浓度污泥样品，稀释得到不同浓度污泥样品，而后通过搅拌实验投加固定量PAM 综合确定最佳调节池运行所需污泥浓度范围。

表1 不同污泥浓度加药沉降

图3 不同污泥浓度加药搅拌实验

从上述实验可初步判断高浓度的调节池泥水并不利于进入浓缩池后沉降。

表2 较低污泥浓度加药沉降

综上两个实验，调节池污泥浓度处于3000 ～9000mg/L 范围内均可满足上清液达标排放要求，但基于运行安全及节能综合考虑，浓度范围可控制在5000 ～7000mg/L 为佳。

4.2 浓缩池排泥模式运用

污泥浓缩池的泥位和排泥浓度是通过上位机参数设定中设置的两次排泥时间间隔及单次排泥时间来控制。从控制排泥浓度及保证上清液达标角度来说，浓缩池泥位需控制范围0.5 ～2m，以达到排泥浓度控制范围30000mg/L ～50000mg/L 的目标，最终使进离心机前的污泥平衡池污泥浓度稳定在该范围内，已满足离心机制泥最佳要求。若泥位或排泥浓度过高，需增加排泥频率和单次排泥时间，反之则减少排泥频率和时间。全过程均为自控程序自动控制，运行工只需根据泥位及排泥浓度设置排泥参数即可，大大减少了人工参与度及降低了因人的因素而造成的失误几率。

4.3 超越管模式下运行方式

当澄清池污泥浓度较高（ 平均在30000mg/L 以上）且污泥处理系统运行负荷较高时，可选择上位机一键启用超越管模式。在该模式下，预浓缩池排泥至调节池电动阀门、澄清池排泥至调节池电动阀门以及超越管上电动阀门均参与自控。触发动作的条件为调节池内在线污泥浓度仪。且处于该工况下，预浓缩池排泥基本已无污泥，在此排泥的主要目的即为稀释调节池内污泥浓度已达到目标值。假设控制预浓缩池排泥至调节池电动阀门的污泥浓度参数为＞7000mg/L 时开阀、＜5000mg/L时关阀，则控制澄清池排泥至调节池电动阀门的污泥浓度参数为＞7000mg/L 时关阀、＜5000mg/L 时开阀，以此往复，即可保证调节池内污泥浓度可稳定在5000 ～7000mg/L 之间。当澄清池排泥至调节池电动阀门处于关闭状态时，澄清池的排泥可通过超越管直接进入污泥平衡池。

在此模式下，由于污泥可不通过污泥调节池及污泥浓缩池处理，大大降低了这两个处理设施的负荷，可选择部分设备设施处于备用状态，也大大减少了经浓缩池处理后的上清液排放量。经粗略估算，该模式较普通模式，该厂通过设备备用可每年节约用电约670000kw·h，每年减少排水量约500000m3。

5.结语

在上述工艺管道、自控改造及运行优化条件下，离心机干泥含固率已较原先有很大的提升，年度含固率基本可稳定在25%以上，在原水条件较好的几个月甚至可达到30%以上。但是离心机的运行依旧存在较大的提升空间。比如现在共有4 个污泥平衡池和4 个离心机同时在用，且这4 个平衡池出泥总管联络阀均处于开启状态，而由于平衡池污泥的主要来源为不同澄清池及不同浓缩池排泥，每个平衡池中污泥浓度可能存在较大偏差。也就是说进入离心机处理的污泥浓度由于水力条件不同会出现较大波动，离心机的扭矩、差速是通过PID 控制，当进泥浓度出现变化时，扭矩就会变化，然后差速根据PID 设置参数自动调整，而离心机的PID 设置参数是根据设备情况而定，该厂的离心机对应的PID 设置反应速度并不快，会导致扭矩和差速大范围波动且持续时间过长，最后出现出稀泥脱机或扭矩过高脱机的情况。

针对这一情况，将在部分离心机进泥管上增设在线污泥浓度计，通过仪表监测该工况下污泥浓度变化范围，进而根据现场条件选择对污泥平衡池与离心机进行运行优化。