造纸污泥深度脱水控制系统设计与实现

许云理

【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

中图分类号： X703 文献标识码： A 文章编号： 2095-2457（2017）29-0100-002

【Abstract】The paper mill wastewater contains a large amount of sludge. After the sludge is extracted， it can be recycled and reused， and the extracted sludge can pollute the environment. At present， the disposal methods of paper sludge are landfill， incineration， organic fertilizer， etc. However， the large water content after sludge extraction brings great difficulty to further processing， so sludge needs to be further dehydrated. This paper describes a papermaking sludge dewatering control system design， after the use of verification， the system is stable， the sludge dryness than other methods have been greatly improved.

【Key words】Papermaking sludge； Deep dehydration； Control system

0 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、顆粒内部水，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。endprint

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藥比例，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（下转第97页）（上接第101页）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。

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