污水處理廠高性能自動溶藥裝置的研發

應欽蘭

（浙江廣廈建設職業技術學院，浙江 東陽 322100）

0 引言

污泥脫水是每個污水處理廠污泥處理系統的最后一道工序。污泥是由絮狀的負電荷膠體顆粒集合而成的凝膠，污泥膠體顆粒較小，能在水中穩定分布，沉降性能差[1]，靠重力沉降只能將污泥與游離水分開。絮凝劑的加入能改善污泥的沉降性能，將污泥（含水率98%左右）和絮凝劑混合攪拌，其中的懸浮物通過電中和，完成了架橋、吸附、絮凝[2]，然后經濃縮脫水一體機壓濾脫水，最后出來的是含水率80%左右的泥餅。

目前市場上的自動溶藥裝置，無論是單箱式、雙箱式還是三箱式，往往需要手動控制進水量和干粉的量，不能自動連續地按比例配制并向污泥中投加絮凝劑，所以開發研制一臺高性能自動溶藥裝置，對提高污水處理廠污泥的處理效率將具有重要意義。

1 高性能自動溶藥裝置的設計要求

1.1 具備精確的定量控制性能

自動溶藥裝置主要完成絮凝劑的配制，也即將一定比例的干粉（簡稱干粉）和水混合配成一定濃度的絮凝劑。干粉由螺桿投料機輸送，自來水由管道離心泵引入進水管路，管路上安裝有電磁閥，控制著進水管的開和關。為了配制不同濃度的絮凝劑，干粉的投藥量須準確、可控。

1.2 具備配套聯鎖的控制性能

配制好的絮凝劑，通過加藥泵輸送到絮凝反應器，絮凝反應后的污泥（含水率98%左右）通過污泥螺桿泵輸送到濃縮脫水一體機脫水，為了保證濃縮脫水一體機的脫水效率，螺桿投料機、進水電磁閥、加藥泵必須實現聯鎖控制。

1.3 要求設備結構緊湊、操作便捷

污泥脫水機房有濃縮脫水一體機、自動溶藥裝置、絮凝反應器以及管道離心泵、加藥泵、污泥螺桿泵等諸多設備，所以要求自動溶藥裝置的結構必須緊湊；又由于脫水機房，設備多人手少，員工專業技能不高，所以要求操作簡單、便捷。

2 高性能自動溶藥裝置的創新點

2.1 結構簡潔、功能完善

自動溶藥裝置采用三箱一體化結構，分溶解槽、反應槽、熟化槽，三箱之間分別通過益流槽相連；溶解槽上方是螺桿投料機輸送干粉，與水射器切線方向噴出的水相碰相溶；輸送干粉的螺桿投料機由減速器帶動，螺桿按所需的轉速旋轉；由管道離心泵輸送自來水，通過進水電磁閥控制著進水管路的開和關，熟化槽上安裝有壓差式報警液位計控制液位，整個系統采用可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller，PLC）控制； 裝置還配備了就地電控箱，便于自動溶藥裝置單獨調試 。

由于聚丙烯酰胺干粉，分子量1200～1500，比較難溶，一般的攪拌裝置不足以打散分子鏈[3]，所以在溶解槽采用雙層交差螺旋狀漿葉，由電機直接帶動攪拌軸高速旋轉，將聚丙烯酰胺干粉帶入水中，與水充分接觸、溶解[4]；溶解槽液位積聚到一定高度后 ，通過益流槽進入反應槽，在反應槽里為了讓干粉與水充分溶解，采用上下二層矩形狀的攪拌裝置，由減速器帶動攪拌軸做中速旋轉，使干粉與水完全溶解。

完全溶解了絮凝劑，在反應槽里積聚到一定液位后，通過益流槽進入熟化槽等待使用。在熟化槽里，采用慢速矩形狀的攪拌裝置，由減速器帶動攪拌軸做低速旋轉，保證絮凝劑在熟化槽里濃度穩定，提高絮凝劑的使用性能。具體結構如圖1所示。

圖1 自動溶藥裝置結構示意圖Fig.1 Automatic medicine dissolving device overall schematic diagram

2.2 采用變頻調速控制干粉的投藥量

自動溶藥裝置的核心部件是螺桿投料機，它由減速器帶動，假如減速器的轉速不變，那么輸送的干粉的量也是不變的。但污水處理廠的污水濃度等參數經常要發生改變，要求投加的高分子絮凝劑濃度也要隨之改變。我們研發的高性能自動溶藥裝置，采用變頻調速[3]即采用變頻器的頻率改變，來平滑調整減速器的轉速，從而改變螺桿投料機轉速，相應改變干粉投藥量，也即改變所配置的絮凝劑濃度，來滿足不同濃度的污水需要。

2.3 采用先進的PLC 控制系統

（1）實現聯鎖控制。自動溶藥裝置的關鍵是控制。系統須將壓差式報警液位計與螺桿投料機、進水電磁閥聯鎖，實現高位時關，低位時開。

高位時關——即當壓差式報警液位計顯示高液位時，系統自動關閉螺桿投料機和進水電磁閥；低位時開——即當壓差式報警液位計顯示低液位時，系統自動開啟螺桿投料機和進水電磁閥，使螺桿投料機按照設定的轉速輸送干粉，進水管路按照相應的流量進水，保證自動連續配制聚丙烯酰胺等高分子絮凝劑。

（2）實現雙重保險。控制系統實現自動控制與手動控制雙重保險。自動溶藥裝置在設計時就會設定一個最高液位值和一個最低液位值；壓差式報警液位計安裝之前，必須根據實際需要預先設定好一個高液位和一個低液位。

工作時，當壓差式報警液位計顯示高液位時，控制系統就會自動關閉螺桿投料機和進水電磁閥；假如控制系統失靈，不能自動關閉螺桿投料機和進水電磁閥，當熟化槽的實際液位達到了設計時設定的最高液位時，壓差式報警液位計馬上報警，由人工手動關閉整個污泥脫水機系統的設備，檢查、排除自動控制系統出現的問題，以免事故的發生。

同樣，當壓差式報警液位計顯示低液位時，控制系統就會自動開啟螺桿投料機和進水電磁閥；假如控制系統失靈，不能自動開啟螺桿投料機和進水電磁閥，當熟化槽的實際液位達到了設計時設定的最低液位時，壓差式報警液位計馬上報警，同樣可以避免事故的發生。

3 高性能自動溶藥裝置的使用效果

我們研發的高性能自動溶藥裝置，用于湖州市東部新區污水處理廠濃縮脫水系統，已正常運行3年多，使用性能一直良好。

表1 螺桿投料機運轉頻率與配置的絮凝劑濃度（自來水流量4 m3/h）Tab.1 Screw feeding flocculants concentration machine operation frequency and configuration (water flow of 4m3/h)

從表1 可以看出，不同的頻率對應不同濃度的絮凝劑，這樣可以通過頻率的改變，相應改變所配置絮凝劑的濃度，從而達到連續、穩定配置不同濃度的絮凝劑，滿足了不同濃度的污水需要，大大提高了污水處理廠的處理效果。

4 結束語

脫水系統的污泥含水率，采用閉環反饋將信息反饋到PLC 控制系統，自動改變變頻器的頻率，也即自動改變所配置的絮凝劑濃度來滿足不同濃度的污水需要，實現真正意義上的高性能自動溶藥裝置，這有待于我們進一步的研究。

我們研發的高性能自動溶藥裝置，采用變頻調速控制干粉的投藥量，并且采用先進的PLC 控制實現聯鎖、雙重保險，大大提高了污水處理效率。存在問題是：

（1）污泥的不同含水率與絮凝劑的不同濃度之間的關系曲線，至今還沒有調試出來，原因是：污泥的含水率無時無刻會發生微量變化，絮凝效果無論是小試還是中試，很難對絮凝劑進行正確定量測定；同時進水的管道離心泵、出藥的加藥泵、輸送污泥的螺桿泵等流量，由于受管網壓力的影響也存在一定的誤差，所以污泥含水率與絮凝劑濃度關系曲線，很難形成，有待于進一步的研究。

（2）如果能夠選擇合適的傳感器，在線檢測進入污泥

[1]鄭懷禮，李凌春，蔚陽，等.陽離子聚丙烯酰胺污泥脫水絮凝劑的制備[J].化工進展,2008，4.

[2]鄭懷禮，唐雪，沈烈翔，等.陽離子P(AM-DAC)污泥脫水劑的合成、表征與應用[J].重慶大學學報（自然科學版），2010，7.

[3]鄭懷禮，尤艷飛，鄧曉莉，等.高分子量高純度陽離子聚丙烯酰胺的合成[J].環境工程學報，2012,4.

[4]吳幼權，鄭懷禮，張鵬，等.復合絮凝劑CAM-CPAM的制備及其污泥脫水性能[J].環境科學研究，2009，5.

[5]鐘家洪，張繼忠，等.變頻調速技術在水廠中的應用[J].創新論壇，2012，11.