超磁分離系統污泥進料泵的選擇及應用分析

周生巧 黃光華 吉青青 肖 波

（環能科技股份有限公司 四川成都 610045）

1 引言

隨著我國水污染防治行動計劃（水十條）的頒布與執行，超磁分離技術越來越廣泛應用在煤礦礦井水、黑臭河的治理、應急截污的治理等領域。在污水的治理中不可避免地存在污泥的處理與處置問題。由于超磁分離系統產生的污泥同常規污水處理工藝中產生的污泥不太一致，污泥脫水中污泥進料泵的選型關系到污泥脫水系統的正常運行，本文重點分析超磁分離系統產生的污泥脫水進料泵的選型問題。

2 超磁分離污泥特點

超磁分離水體凈化技術主要是在已被污染水體內增加磁種介質，通過絮凝劑以及助凝劑，水體中的懸浮物形成以磁種為“核”的磁性絮體，形成的磁性絮體通過超磁分離機時被磁盤所“捕獲”，快速完成泥水分離，從而超高速凈化處理水體。超磁分離水體凈化技術能夠處理大量水，且凈化時間短，處理成本低等特點，可以用于污水處理工作，用于代替傳統形式的混凝沉淀以及加砂沉淀等技術。該技術常用于黑臭水體、市政污水、河道水、景觀水、煤礦礦井水、油田采出水等污水處理領域[1]。

超磁分離水體凈化技術中需投加Fe3O4磁種進行循環，但在反應過程中仍會流失少量磁種，磁種一般呈黑色，因此超磁分離系統排出的污泥呈黑色。同時，由于磁粉具有一定研磨性，因此超磁分離系統中對污泥進料泵的選型很重要，應選擇相匹配的污泥進料泵，才能讓污泥系統穩定地運行。

3 常用污泥進料泵的特點

超磁分離系統處理的污水內包含非常多的懸浮物、有機物、重金屬等污染，經過超磁分離出來的污泥具有污泥濃度高、含有部分磁種等特點，而磁種及細小的顆粒物質是具有研磨性質的，因此污泥脫水系統的污泥進料泵需要具有耐磨性、不堵塞、流量可調等特點，可供選擇有離心泵、渣漿泵、柱塞泵、隔膜泵、螺桿泵、凸輪泵等。[2]

超磁分離系統排出的污泥含水率通常在95～98%，相對于傳統沉淀法產生的污泥濃度要高得多，因此一般不需要設置污泥濃縮池而直接進行污泥脫水。在污泥脫水過程中為了提高污泥脫水效果，需要進行污泥調質，通過投加調質劑來改變污泥的電荷性質，常用的污泥調質劑為PAM，為了對經調質之后絮體的完整性進行保證，需要在污泥泵送的期間避免形成高速旋轉，或者是大剪切力。

除此，在污泥進料泵的選擇要適合脫水機類型需求。如果應用帶式脫水機，由于污泥的進料是常壓進料，只需要污泥流量穩定即可，并不會對壓力有非常大的要求；但是如果應用板框壓濾機，進料期間壓力與流量不斷變化，進料初期階段對于流量與壓力進料有非常嚴格的要求，進料中期需要低流量、高壓力，進入后期保壓階段則流量則很低，直到進料量為零，因此板框壓濾機的進料是非常特殊的進料，必須滿足壓力和流量的均衡變化。

基于當前污泥進料泵的型號選擇而言，離心泵的應用范圍比較廣泛，但是其存在的缺陷在于輸送介質剪切力大；渣漿泵屬于特殊形式的離心泵，可以輸送內部帶有固體顆粒的液體，渣漿泵有潛水式渣、干式渣兩種形式，潛水式渣漿泵安裝較方便，但檢修麻煩，干式渣漿泵檢修方便但能耗相對較高；隔膜泵一般在腐蝕性液體污泥領域內的應用比較多；柱塞泵則更多的用于壓力要求較為嚴苛的環境；螺桿泵與凸輪泵在實際應用期間，可以保證介質輸送的連續性與均勻性，避免出現湍流、攪動以及剪切等問題，尤其是泵送濃縮污泥的適應，可以最大程度的保證污泥性質以及絮體的完整性，從而獲得最佳脫水效果。因此，超磁分離系統的污泥進料根據采用的脫水設備不同可選用渣漿泵、螺桿泵、凸輪泵。

基于原理層面分析，渣漿泵屬于離心泵，輸送的物質也是混合物。渣漿泵的有非常強的通過能力，能夠吸入高濃度污泥，調節流量可通過出口閥門進行調節，但由于污水處理中產生的污泥含有毛發、纖維等雜物從而容易造成閥門堵塞，因此采用渣漿泵多用于高濃度污泥的板框壓濾機進料。

污泥處理系統內螺桿泵一般是單螺桿泵，其中包含定子、轉子以及驅動裝置等部件。當螺桿泵處于工作狀態時，液體被吸入到螺紋和泵殼圍成的密封空間，如果主動螺桿開始旋轉，螺桿泵密封容積基于螺牙擠壓作用便會提升螺桿泵壓力，按照軸向開始移動。由于螺桿是等速旋轉，所以液體出流流量也是均勻的。單螺桿泵采用剛性轉子在彈性定子腔內繞偏心進行行星回轉，從而實現介質連續不斷地輸送，輸送介質本身所體現的含固率低于25%[3]。單螺桿泵輸送的物質可以在環保、采礦以及污水、采礦、生物工程、泥漿以及果醬等行業[4]。

凸輪泵是一種容積泵，依靠兩同步反轉動轉子，旋轉期間在進口位置形成吸力，將需要輸送的物料吸入其中。凸輪泵有雙葉式、多葉式兩種形式。轉子、轉子與泵體不接觸，按照泵尺寸可以預留0.1～1mm的縫隙，這一縫隙可以保證泵的穩定運轉。兩個轉子葉輪需要平行設置，兩個轉子葉輪以及轉子、泵殼構成腔體，一旦轉子與旋轉二者相配合，便可以將污泥從中吸入與排出，繼而完成污泥的輸送。

凸輪泵的特點和工作情況與螺桿泵有很多相似之處，優勢在于：

（1）凸輪泵能夠承受短時間的干運轉，可以有效避免突然斷料或操作失誤時引起干運轉，確保泵的安全運行。

（2）凸輪泵的體積是比較小的，是單螺桿泵長度的1/3，減少土建及安裝成本。

（3）泵的結構完全對稱，輸送方向可逆，只需改變驅動方向，正轉抽吸，反轉可沖洗。

4 污泥進料泵的使用及設計要點

4.1 渣漿泵

（1）渣漿泵從工作原理上看屬于離心泵，作為污泥進料泵時適用于大流量、含砂量大的污泥。渣漿泵又分潛水式渣漿泵和干式渣漿泵，潛水式渣漿泵初期安裝方便，但后期檢修不便，需要將潛水渣漿泵提出水面進行檢修，如污泥中含有毛發等雜物容易纏繞葉輪造成燒泵現象。

（2）渣漿泵適宜作為含砂量大的場合，特別適宜于板框壓濾機的進料。近年來出現一種新型的專用于板框壓濾機的干式渣漿泵，這種壓濾機入料泵主要是以特殊的水力設計以及葉輪這兩種安裝手段為主，為了使性能曲線陡于渣漿泵，保證壓濾機入料過程中阻力出現變化，以達到大流量、低壓力喂料以及小流量、高壓力過濾目標。水力性能特殊，與壓濾機從空腔至填滿再至濾干這一過程吻合。喂料的初期階段不需要使用閥門對流量過大導致的電機過載進行控制，低壓力也不會對濾板邊框造成沖擊力，將濾板邊框中濾布破損程度減輕。

4.2 螺桿泵

（1）進料泵流量以及出口壓力需要符合脫水機使用規定。如果要對污泥流量進行調節，不能采取關閉進出口閥門的方式改變流量，宜采用變頻調速的方式進行螺桿泵的流量調節。

（2）以螺桿泵完成污泥的輸送，在這一過程中介質內部摻雜的雜質會導致轉子與定子磨損，尤其是磁種會提高轉子磨損的速度，如此一來便會降低泵容積效率，即保證轉速不變的基礎上，泵流量會在受磨損的影響逐漸減少。所以對泵流量進行明確設計時，一方面要參考最大流量，另一方面則要按照污泥性質選擇余量。依據泵廠家所積累的經驗，一旦泵流量降低至額定流量85%時，即需要進行定子的更換。

（3）因為螺桿泵定子的主要材料為橡膠，橡膠彈性較強，會緊貼在轉子，因此螺桿泵是自帶止回功能的，一般不需要在出口管路上設置止回閥，有時安裝止回閥后污泥中的毛發和雜物會纏繞到止回閥上造成管路的堵塞。

（4）因為污泥中有非常多的顆粒雜質，導致設備磨損，要對污泥泵轉速進行合理控制，螺桿的轉速的選型原則為：如果不存在磨損情況，淡水、油以及血液等的轉速以400～1000 r/min為最佳，一般磨損的情況下如工業廢水、油漆顏料、粘灰漿等轉速宜為200～400 r/min。磨損比較嚴重的情況下，泥漿、灰泥等的轉速以50～200 r/min為最佳。

（5）如果螺桿泵的運轉環境沒有介質，這時轉子與定子發生干摩擦，便會在定子表面形成高溫，燒毀橡膠定子，所以螺桿泵需要保證污泥持續性，一旦出現斷料橡膠定子很快就會燒毀，采用帶干運轉保護器的螺桿泵可自動檢測高溫停泵保護。

（6）螺桿泵由于具有一定的自吸能力，可將螺桿泵安裝于污泥池液面以上，但需要注意防止螺桿泵的干運行，需合理設置螺桿泵的引水閥和底閥。

（7）由于市政污水中多含有毛發、垃圾等雜物，在污泥進料泵的管道上安裝破碎泵，以便保護泵的長期穩定運行。

4.3 凸輪泵

凸輪泵的使用及設計要點與螺桿泵基本相同，但需注意以下幾點：

（1）針對大轉子葉輪，需要應用可以拆卸的轉子尖部結構，如果磨損情況較為嚴重，更換轉子尖或者是對泵殼壓緊裝置進行調整即可，這便節省了維修需要花費的費用。一旦轉子葉輪尺寸小，可以直接采用整體轉子結構。

（2）如果污泥含砂量高，那么轉速需要小于150 r/min。

（3）泵殼材質宜選擇鑄鐵，內表面則要進行激光硬化處理，以此提高耐磨性。對于轉子葉輪，則事宜選擇碳鋼，或者是鑄鐵轉子以及不銹鋼轉子。

（4）凸輪泵由于凸輪的接觸面較短，自吸力與螺桿泵相比較差，特別是對污泥進行輸送時，轉速要大于400 r/min才能夠體現非常好的自吸力。實踐期間不宜考慮其自吸性能。

結語

（1）超磁分離系統會形成非常高的污泥濃度，污泥含水率也會達到98%，應根據選用的污泥脫水設備和污泥性質來選擇污泥進料泵。采用帶式機或疊螺脫水機時宜選用螺桿泵或凸輪泵；采用板框壓濾機時，宜選用螺桿泵或渣漿泵。

（2）污泥進料的安裝應考慮到污泥中含有毛發、垃圾等雜物，在污泥進料泵前宜安裝破碎泵，以便保護泵的長期穩定運行。

（3）超磁分離系統根據不同水質條件選配不同的脫水機，采用帶式脫水機、疊螺脫水機、臥螺離心機等將污泥脫水到含水率80%以下，污泥進料泵以螺桿泵以及凸輪泵為最佳；采用板框壓濾機能將高濃度的污泥脫水到60%以下，宜采用渣漿泵、螺桿泵+變頻調節的方式作為污泥進料泵。

（4）目前國內針對污泥處理已經非常重視，80%含水率脫水污泥與處理要求嚴重不符。小于60%的含水率深度脫水污泥是未來非常可觀的發展方向。

[1]周建忠，靳云輝等.超磁分離水體凈化技術在北小河污水處理廠的應用[J].中國給水排水，2012，（6）：78-81.

[2]楊茂東，林海燕，王超.凈水廠污泥泵選擇及設計應用探討[J].給水排水，2010，（36）：108-110

[3]蔡芝斌，李再澄等.單螺桿泵輸送脫水污泥的應用探討[J].給水排水，2011，（37）：93-96

[4]何希杰，勞學蘇.螺桿泵及應用.通用機械，2008，(2)：26-29