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造纸污泥深度脱水控制系统设计研究

 论文栏目:造纸业论文     更新时间:2018/2/13 11:27:53   

【摘要】造纸厂污水中含有大量的污泥,把污泥提取出来后,再对污水进行处理,可以循环再利用,而提取出来的污泥也会污染环境。目前造纸污泥的处理方法有填埋、焚烧、制成有机肥等,但污泥提取后含水量大,给进一步的处理带来了很大难度,所以要对污泥进行进一步的脱水。本文阐述了一种造纸污泥深度脱水控制系统的设计方案,经过使用验证,系统运行稳定,污泥干度较其它方法有了大的提高。

【关键词】造纸污泥;深度脱水;控制系统

引言

造纸厂污水的量很大,其中可沉淀固体颗粒较多、有毒成分较多、COD和BOD浓度较高、氨浓度较高、含有重金属,污染严重。在处理造纸厂污水时,先把其中的污泥提取出来,再对污水进行进一步的处理,达标后可以进行回用或者排放。而提取出的污泥,一般采用填埋、焚烧发电、制成有机肥、作为添加成分制成建材等。早期,我国采用填埋的方式较多,但填埋也会对土壤造成二次污染,并且会发出臭味,污染环境。随着国家对环保提出的要求越来越高,这种方式已不可取。现在处理污泥的原则是“减量化、无害化、资源化”。造纸废水处理过程中产生的污泥,含水率高,体积大,运输困难,也不便于进行无害化处理,如焚烧等。所以无论是采用哪种处理方式,提高造纸污泥的干度都是需要解决的问题。造纸污泥中的水分以四类方式存在:间隙水、表面吸附水、毛细水、颗粒内部水,水与污泥的结合度高,难于脱水。一般的脱水方式,如带式压滤机,脱水后的污泥干度最高只能达到40%左右,为了进一步提高污泥的干度,可以采用两步的方式,第一步,初步脱水,干度达到15%以上,第二步,机械压榨,将干度提高到45%以上,这样,污泥就可以进一步利用或者焚烧了。

1污泥深度脱水工艺流程

脱水工艺流程包括制备絮凝剂溶液,污水与絮凝剂溶液在混凝反应罐进行絮凝反应,然后进入一次重力脱水,一次脱水后的污泥进入二次螺旋压榨脱水,二次脱水的污泥干度大大提高,可以进行下一步的处理,如焚烧或者再利用。其工艺流程如图1所示。

1.1絮凝剂溶解工艺

在造纸污水中添加絮凝剂,可破坏污泥的稳定性,使其凝结为稳定的絮状,并与污泥中的非结合水分离,以便下一步进行污泥的分离和脱水。但是,不同种类的纸浆、不同的工艺,所产生的污水的成分差别很大,同时絮凝剂的种类繁多,如:有机絮凝剂、无机絮凝剂,还有阴离子、阳离子之分,有机絮凝剂的分子量还有高有低,所以到底用那种絮凝剂,絮凝剂的添加量很难有固定的公式。在进行污泥脱水之前,需要做大量的试验,来验证针对某种污水到底哪种絮凝剂效果好,添加量多少才能达到最佳的絮凝效果。絮凝剂的添加量并不是越多越好,如果多了,絮凝后的泥团包得太紧,反而不利于污泥内部水的脱离,只有通过反复试验,才能找到一个最佳的添加量。目前使用较多的有机絮凝剂溶解于水后,与污水混合,才能起到絮凝作用。但粉状的有机絮凝剂在水中的溶解时间很长,能达到30分钟以上才能充分溶解,所以需要有几个搅拌罐用来预先溶解絮凝剂。絮凝剂要缓慢的添加,如果添加快了,会在水中形成一团,则非常难以溶解,在溶解过程中,还要不断的搅拌。溶解好的絮凝剂溶液,输送到絮凝剂罐备用。

1.2污泥絮凝工艺

为了混合均匀,絮凝剂溶液和污水在进入混凝反应罐之前的管道内充分混合,然后从混凝反应罐的底部进入,在搅拌器的搅拌下,充分混合,并絮凝成稳定的团絮状,然后从反应罐的上部流出,进入下一工序,即一次重力脱水。为了达到理想的絮凝效果,需要反复试验絮凝剂的加药比例,同时,要测试污水中的纤维含量,纤维含量越高,絮凝效果越好,进行深度脱水时越容易,脱水后的污泥干度越高。如果污水中的纤维含量低,可在混凝反应罐中加入一定量的造纸浆渣或其它类似材料,可以提高絮凝效果,提高污泥的脱水性能。

1.3一次重力脱水

经过充分絮凝后的污水,进入一次重力脱水,沿着45度左右的倾角,采用螺旋输送至斜上方。在输送过程中,由于重力的作用,大部分的水会通过滤筒排出,排出后的污水中污泥含量已经很低,再经过进一步的处理净化,达到标准后可以循环再利用或者排放,而剩下的污泥的干度大大提高,可以达到15%以上。一次重力脱水的螺旋长度不宜过长,旋转速度不宜过高,以防止絮凝后的污泥絮状被打碎,打碎后则下一步的脱水就困难了。

1.4二次螺旋压榨脱水

经过一次重力脱水后,污泥的干度仍然较低,不便于运输或进行进一步的处理,需要再次进行脱水。目前的机械脱水设备有板框压滤机、带式压滤机、离心过滤机及单螺旋压榨脱水机等。采用机械式的单螺旋压榨机进行二次脱水,脱水效果好,可使污泥的干度提高到45%以上,便可以进行进一步的处理了,如焚烧、制肥或生产建材等。单螺旋压榨机水平放置,其螺旋是变径变螺距的,螺旋外面的滤筒上有大小不同的排水孔,在螺旋的开始段,出水量大,孔大,在越靠近螺旋的尾部,出水量越来越小,出水孔也越小。在压榨过程中,污泥在螺旋中的体积受到压缩,压出的水会从排水孔排出,回流到污水池。

2污泥深度脱水控制系统设计

2.1污泥深度脱水控制系统硬件配置

采用西门子S7-200系列的CPU226可编程控制器来控制,附加2个模拟量输入模块EM231,来实现现场仪表如污水流量计、浓度计、絮凝剂流量计、压力表信号的采集,附加2个模拟量输出模块EM232,来实现变频器、气阀的控制。人机界面采用昆仑通态的触摸屏,采用MCGS组态软件组态主控界面,如图2所示。通过人机界面,实现了对控制过程的实时监控、控制系统的参数设置、手动调整控制、系统的报警、及生产过程的管理等。

2.2污水泵的控制

污水泵电动机功率为7.5KW,采用变频控制,根据产量的需要,由操作人员在控制台手动调节污水流量。用流量计来检测污水流量,流量计信号进入PLC模拟量输入,通过PLC处理该信号,一方面用于加药泵控制的输入信号,另一方面,在触摸屏上显示出污水流量,以方便操作人员进行产量的调节。

2.3絮凝剂量的控制

为了保证达到最好的絮凝效果,必须严格控制絮凝剂的量,采用计量泵(2.2KW)来输送溶解好的絮凝剂溶液至混凝反应罐,变频器控制,并安装流量计来测量流量,根据污水的流量及污水的浓度,按照预先试验得出的加药比例,计算得出需要的絮凝剂的量,加药量的计算公式为:Q药=Q污水×K1×K2(1)式中:Q药—加药泵流量;Q污水—污水流量;K1—污水浓度系数;K2—加药比例。计量泵采用PID控制以实现动态调整流量,PID的输入为污泥量与加药比例的乘积,即所需的加药量,控制器输出用于控制变频器,来调节絮凝剂计量泵的转速,以调节加药量,通过流量计测出絮凝剂的实际流量作为反馈控制量,其PID控制系统原理图如图3所示。编程时,可采用西门子PLC编程软件中的PID指令向导来进行编写,并且可通过PID的自整定功能来确定PID的相关参数,就会方便得多。在实际工作中,污水浓度的变化不大,也不频繁,所以可以采用离散取样的方式来控制,即在程序中采用一个定时器控制,每隔一段时间,如30分钟,通过浓度计对污水浓度取一次样,来计算污泥量,作为加药泵控制的输入。

2.4一次重力脱水的控制

一次重力脱水电动机功率为7.5KW,采用变频调速,可根据污水流量的大小,从控制台的触摸屏手动调节电动机的速度。由于在一段时间内,污水的流量不需经常改变,该电动机也不需要经常进行调速。

2.5螺旋压榨脱水的控制

螺旋压榨电动机为37.5KW,电动机采用变频调速。为了提高出泥的干度,在螺旋的末端,采用三个气缸给螺旋末端施加一个回压,通过气缸恒压控制回路完成气缸的恒压控制,通过PLC的PID控制程序自动调整气缸压力,使气缸保持恒压。该PID控制回路的输入为气缸压力,通过压力表检测气缸实际压力作为反馈控制,其PID控制系统原理图如图4所示。在实际工作中,污泥容易在螺旋压榨脱水机中发生堵塞并打滑,且一旦堵塞,需人工清理,处理非常费时。所以,为了保证系统的稳定性,还要再附加一个控制,从变频器的输出信号中采集变频器输出电流,引入PLC的模拟量输入,通过PLC对变频器的输出电流进行监控,如果输出电流超过了电动机额定电流的90%,说明污泥在螺旋内的阻力增加,有堵塞情况,则进入干预程序,进行干预处理,处理方法为通过PLC程序自动提高螺旋电动机的速度,使螺旋中的污泥尽快排出,以解除堵塞。如果仍然没有效果,监控到的输出电流超过了额定电流的95%,则干预程序改为电动机先进行60秒钟反转,再正转,以使堵塞的污泥尽快排出。从实际应用看,该方法简单易行,能够解除大多数的污泥堵塞情况。

3结语

以上污泥深度脱水控制装置,在造纸厂经过了长时间的试验验证,污泥干度达到了45%以上,脱水后的污泥体积大大缩小,既容易运输,也便于进行下一步的处理。从该控制系统运行的实际效果来看,运行稳定,自动化程度高,需要较少的人力,很好地解决了造纸厂污水中的污泥处理难题。

【参考文献】

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[5]徐文力.造纸废水处理污泥干化控制系统的设计与实现[D].陕西科技大学,2016.6:53-57

作者:许云理 单位:山东理工大学机械工程学院

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