污泥脫水系統(tǒng)節(jié)能降耗研究
技術(shù)支持
在現(xiàn)代化污水處理廠中，污泥處理是污水處理系統(tǒng)的重要組成部分。城市污水處理廠在處理污水過程中，會(huì)產(chǎn)生大量的污泥，主要是初沉污泥和剩余污泥或消化污泥，由于污泥的含水率在95%～98%之間，無法外運(yùn)、農(nóng)用、深埋，需要用脫水機(jī)先對(duì)污泥進(jìn)行脫水。通常，污水處理廠運(yùn)行費(fèi)用高達(dá)0.53元/m3左右，其中電費(fèi)約占40%，污泥處理費(fèi)約占15%。本文將污水處理的成本分為電費(fèi)、絮凝劑費(fèi)用以及水費(fèi)3部分，通過正交試驗(yàn)，探討經(jīng)濟(jì)有效脫水運(yùn)行條件。
某污水廠現(xiàn)有離心脫水機(jī)3套，處理能力為50m3/h，功率為N=75+7.5kW。同時(shí)，配有污泥切割機(jī)、進(jìn)泥泵、絮凝劑制備系統(tǒng)、水平無軸螺旋輸送機(jī)和傾斜無軸螺旋輸送機(jī)。產(chǎn)生的污泥主要來自旋流沉砂池和二沉池。
1 試驗(yàn)步驟
1.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)
本試驗(yàn)采用正交試驗(yàn)法進(jìn)行設(shè)計(jì)。正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)主要是應(yīng)用數(shù)學(xué)中的“均衡分散、整齊可比”的正交性原理，以概率論、數(shù)理統(tǒng)計(jì)和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)為基礎(chǔ)，合理地安排試驗(yàn)方案。通過方案的實(shí)施，從多方面觀察，研究各因素在不同水平交互作用下對(duì)單位生產(chǎn)能耗的影響程度，從而達(dá)到節(jié)能降耗。
影響脫水機(jī)系統(tǒng)運(yùn)行能耗的控制參數(shù)有：離心機(jī)轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速（電量）；絮凝劑投加量（藥量）；稀釋水（水量）。選擇以上參數(shù)為有關(guān)因素，其因素及水平的確定如下表所示：
轉(zhuǎn)速（r/min） | 加藥量（m3/h） | 稀釋水（L/h） | |
1水平 | 1900 | 0.18 | 0 |
2水平 | 2100 | 0.2 | 100 |
3水平 | 2300 | 0.22 | 200 |
1.2 試驗(yàn)計(jì)劃表
本次試驗(yàn)共有3個(gè)因素，每個(gè)因素有3個(gè)水平，3水平的表中以表L9（34），所需試驗(yàn)次數(shù)少，并且可安排4個(gè)因素，故選用表L9（34）。試驗(yàn)計(jì)劃表如下表所示：
轉(zhuǎn)速（r/min） | 加藥量（m3/h） | 稀釋水（L/h） | |
1 | 1900 | 0.18 | 0 |
2 | 1900 | 0.20 | 100 |
3 | 1900 | 0.22 | 200 |
4 | 2100 | 0.18 | 100 |
5 | 2100 | 0.20 | 200 |
6 | 2100 | 0.22 | 0 |
7 | 2300 | 0.18 | 200 |
8 | 2300 | 0.20 | 0 |
9 | 2300 | 0.22 | 100 |
1.3 試驗(yàn)數(shù)據(jù)與試驗(yàn)計(jì)算表
根據(jù)試驗(yàn)計(jì)劃表，取樣進(jìn)行化驗(yàn)，并求出固體回收率，形成試驗(yàn)數(shù)據(jù)表如下：
進(jìn)泥含水率（%） | 出泥含水率（%） | 濾液含水率（%） | 固體回收率（%） | |
1 | 98.08 | 78.83 | 99.92 | 96.20 |
2 | 97.77 | 76.45 | 99.44 | 76.71 |
3 | 97.81 | 74.45 | 99.80 | 91.58 |
4 | 98.07 | 76.64 | 99.60 | 80.66 |
5 | 97.92 | 76.50 | 99.71 | 87.13 |
6 | 97.95 | 74.98 | 99.92 | 96.41 |
7 | 98.30 | 75.41 | 99.17 | 52.96 |
8 | 98.69 | 76.34 | 99.60 | 70.66 |
9 | 97.82 | 73.28 | 99.62 | 96.62 |
根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)表，進(jìn)行計(jì)算分析，形成試驗(yàn)計(jì)算表，如下：
因素實(shí)驗(yàn)號(hào) | 轉(zhuǎn)速（r/min） | 加藥量（m3/h） | 稀釋水（L/h） | 單位干污泥能耗量（元/t） |
1 | 1900 | 0.18 | 0 | 81.69 |
2 | 1900 | 0.20 | 100 | 97.08 |
3 | 1900 | 0.22 | 200 | 90.35 |
4 | 2100 | 0.18 | 100 | 102.27 |
5 | 2100 | 0.20 | 200 | 96.23 |
6 | 2100 | 0.22 | 0 | 92.68 |
7 | 2300 | 0.18 | 200 | 186.54 |
8 | 2300 | 0.20 | 0 | 190.85 |
9 | 2300 | 0.22 | 100 | 91.12 |
Ⅰ（1水平和） | 269.12 | 370.50 | 365.22 | |
Ⅱ（2水平和） | 291.18 | 384.16 | 290.47 | |
Ⅲ（3水平和） | 468.51 | 274.15 | 373.12 | |
Ⅰ/3 | 89.71 | 123.50 | 121.74 | |
Ⅱ/3 | 97.06 | 128.05 | 96.82 | |
Ⅲ/3 | 156.17 | 91.38 | 124.37 | |
極差R | 66.46 | 36.47 | 27.55 | |
較優(yōu)水平 | 1 | 3 | 2 | |
因素主次 | 1 | 2 | 3 |
能耗計(jì)算表如下：
轉(zhuǎn)速（r/min） | 1900對(duì)應(yīng)8.1kW | 電：0.7元/kWh |
2100對(duì)應(yīng)9.6kW | ||
2300對(duì)應(yīng)11.2kW | ||
加藥量（m3/h） | 0.18對(duì)應(yīng)0.54kg/h | 絮凝劑：37元/kg |
0.20對(duì)應(yīng)0.6kg/h | ||
0.22對(duì)應(yīng)0.66kg/h | ||
稀釋水（L/h） | 0，100，200 | 水：3.6元/m3 |
2 試驗(yàn)結(jié)果分析
2.1 因素分析
根據(jù)試驗(yàn)計(jì)算表，分析每個(gè)因素對(duì)單位干污泥能耗量的影響程度及各因素不同水平相互作用的結(jié)果。
（1）轉(zhuǎn)速為因素：它的水平為1900r/min的是第1，2，3號(hào)試驗(yàn)，其總單位能耗為269.12。
（2）加藥量為因素：它的水平為0.18m3/h的是第1，4，7號(hào)試驗(yàn)，其總單位能耗為370.50。
（3）稀釋水為因素：它的水平為0L/h的是第1，6，8號(hào)試驗(yàn)，其總單位能耗為365.22。
（4）比較同一因素不同水平平均單位能耗的大小，可以看出哪個(gè)水平在脫水機(jī)系統(tǒng)運(yùn)行中處于較優(yōu)水平，單位能耗低。比較各因素極差的大小，可以看出哪個(gè)因素對(duì)單位能耗影響大，哪個(gè)因素影響小，得出因素主次。
2.2 組合分析
轉(zhuǎn)速對(duì)單位干污泥能耗影響大，其次是加藥量，再其次是稀釋水。較佳參數(shù)組合為：轉(zhuǎn)速1900r/min，加藥量0.22m3/h，稀釋水100L/h。
上述組合在試驗(yàn)計(jì)劃表中并沒有出現(xiàn)，它是27次全面試驗(yàn)中的一種，但對(duì)這9次試驗(yàn)結(jié)果的計(jì)算與分析，確定它為單位干污泥能耗較佳組合。
較差參數(shù)組合為：轉(zhuǎn)速2300r/min，加藥量0.20m3/h，稀釋水200L/h。
較差參數(shù)組合在試驗(yàn)計(jì)劃表中也沒有出現(xiàn)，它同樣是27次全面試驗(yàn)中的一種，但對(duì)這9次試驗(yàn)結(jié)果的計(jì)算與分析，確定它為單位干污泥能耗較差組合。
在數(shù)據(jù)表中第2，4，7，8號(hào)試驗(yàn)固體回收率不合格，確定第1，3，5，6，9號(hào)試驗(yàn)為合格試驗(yàn)，合格試驗(yàn)中較小單位能耗為試驗(yàn)1，較大單位能耗為試驗(yàn)5。
2.3 技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析
由于較佳參數(shù)組合和較差參數(shù)組合在試驗(yàn)計(jì)劃表中并沒有出現(xiàn)，尚不知試驗(yàn)數(shù)據(jù)是否滿足出泥含固率和固體回收率的要求，所以經(jīng)濟(jì)分析在合格試驗(yàn)中進(jìn)行。合格試驗(yàn)出泥量見下表：
項(xiàng)目試驗(yàn)號(hào) | 每h出泥量（t/h） | 24h出泥量（t/h） |
1 | 0.314 | 7.536 |
3 | 0.341 | 8.184 |
5 | 0.308 | 7.392 |
6 | 0.336 | 8.064 |
9 | 0.358 | 8.592 |
平均 | 0.3314 | 7.9536 |
合格試驗(yàn)中較小單位能耗為試驗(yàn)1，較大單位能耗為試驗(yàn)5。分別為81.69元/t，96.23元/t。
出泥量按平均出泥量8t/d。
（96.23-81.69）（元/t）×8（t/d）=116.32元/d
全年運(yùn)行350d計(jì)，單臺(tái)脫水機(jī)節(jié)?。?span style="font-family: Arial;">42456.8元
二臺(tái)脫水機(jī)同時(shí)運(yùn)行，全年可節(jié)?。?span style="font-family: Arial;">84913.6元
3 結(jié)論
在污泥脫水系統(tǒng)參數(shù)調(diào)節(jié)中，不能單純地調(diào)節(jié)某一個(gè)參數(shù)來提高泥餅含固率或固體回收率，應(yīng)該以科學(xué)的實(shí)驗(yàn)方法分析出哪個(gè)參數(shù)對(duì)能耗的影響較大，哪個(gè)參數(shù)對(duì)能耗的影響較小，找出適合此泥質(zhì)的較佳參數(shù)組合。此外，本實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析是根據(jù)某一周期進(jìn)泥泥質(zhì)相對(duì)穩(wěn)定的情況下得出的結(jié)果，只對(duì)本周期內(nèi)生產(chǎn)具有指導(dǎo)意義。今后需根據(jù)泥質(zhì)的變化定期進(jìn)行正交實(shí)驗(yàn)分析，選出較佳參數(shù)組合，來指導(dǎo)今后的生產(chǎn)，這樣，才能真正達(dá)到節(jié)能降耗。
