造紙污泥深度脫水控制系統設計與實現

許云理

【摘 要】造紙廠污水中含有大量的污泥，把污泥提取出來后，再對污水進行處理，可以循環再利用，而提取出來的污泥也會污染環境。目前造紙污泥的處理方法有填埋、焚燒、制成有機肥等，但污泥提取后含水量大，給進一步的處理帶來了很大難度，所以要對污泥進行進一步的脫水。本文闡述了一種造紙污泥深度脫水控制系統的設計方案，經過使用驗證，系統運行穩定，污泥干度較其它方法有了大的提高。

【關鍵詞】造紙污泥；深度脫水；控制系統

中圖分類號： X703 文獻標識碼： A 文章編號： 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

造紙廠污水的量很大，其中可沉淀固體顆粒較多、有毒成分較多、COD和BOD濃度較高、氨濃度較高、含有重金屬，污染嚴重。在處理造紙廠污水時，先把其中的污泥提取出來，再對污水進行進一步的處理，達標后可以進行回用或者排放。而提取出的污泥，一般采用填埋、焚燒發電、制成有機肥、作為添加成分制成建材等。早期，我國采用填埋的方式較多，但填埋也會對土壤造成二次污染，并且會發出臭味，污染環境。隨著國家對環保提出的要求越來越高，這種方式已不可取?，F在處理污泥的原則是“減量化、無害化、資源化”。造紙廢水處理過程中產生的污泥，含水率高，體積大，運輸困難，也不便于進行無害化處理，如焚燒等。所以無論是采用哪種處理方式，提高造紙污泥的干度都是需要解決的問題。造紙污泥中的水分以四類方式存在：間隙水、表面吸附水、毛細水、顆粒內部水，水與污泥的結合度高，難于脫水。一般的脫水方式，如帶式壓濾機，脫水后的污泥干度最高只能達到40%左右，為了進一步提高污泥的干度，可以采用兩步的方式，第一步，初步脫水，干度達到15%以上，第二步，機械壓榨，將干度提高到45%以上，這樣，污泥就可以進一步利用或者焚燒了。

1 污泥深度脫水工藝流程

脫水工藝流程包括制備絮凝劑溶液，污水與絮凝劑溶液在混凝反應罐進行絮凝反應，然后進入一次重力脫水，一次脫水后的污泥進入二次螺旋壓榨脫水，二次脫水的污泥干度大大提高，可以進行下一步的處理，如焚燒或者再利用。其工藝流程如圖1所示。

1.1 絮凝劑溶解工藝

在造紙污水中添加絮凝劑，可破壞污泥的穩定性，使其凝結為穩定的絮狀，并與污泥中的非結合水分離，以便下一步進行污泥的分離和脫水。但是，不同種類的紙漿、不同的工藝，所產生的污水的成分差別很大，同時絮凝劑的種類繁多，如：有機絮凝劑、無機絮凝劑，還有陰離子、陽離子之分，有機絮凝劑的分子量還有高有低，所以到底用那種絮凝劑，絮凝劑的添加量很難有固定的公式。在進行污泥脫水之前，需要做大量的試驗，來驗證針對某種污水到底哪種絮凝劑效果好，添加量多少才能達到最佳的絮凝效果。絮凝劑的添加量并不是越多越好，如果多了，絮凝后的泥團包得太緊，反而不利于污泥內部水的脫離，只有通過反復試驗，才能找到一個最佳的添加量。

目前使用較多的有機絮凝劑溶解于水后，與污水混合，才能起到絮凝作用。但粉狀的有機絮凝劑在水中的溶解時間很長，能達到30分鐘以上才能充分溶解，所以需要有幾個攪拌罐用來預先溶解絮凝劑。絮凝劑要緩慢的添加，如果添加快了，會在水中形成一團，則非常難以溶解，在溶解過程中，還要不斷的攪拌。溶解好的絮凝劑溶液，輸送到絮凝劑罐備用。

1.2 污泥絮凝工藝

為了混合均勻，絮凝劑溶液和污水在進入混凝反應罐之前的管道內充分混合，然后從混凝反應罐的底部進入，在攪拌器的攪拌下，充分混合，并絮凝成穩定的團絮狀，然后從反應罐的上部流出，進入下一工序，即一次重力脫水。為了達到理想的絮凝效果，需要反復試驗絮凝劑的加藥比例，同時，要測試污水中的纖維含量，纖維含量越高，絮凝效果越好，進行深度脫水時越容易，脫水后的污泥干度越高。如果污水中的纖維含量低，可在混凝反應罐中加入一定量的造紙漿渣或其它類似材料，可以提高絮凝效果，提高污泥的脫水性能。

1.3 一次重力脫水

經過充分絮凝后的污水，進入一次重力脫水，沿著45度左右的傾角，采用螺旋輸送至斜上方。在輸送過程中，由于重力的作用，大部分的水會通過濾筒排出，排出后的污水中污泥含量已經很低，再經過進一步的處理凈化，達到標準后可以循環再利用或者排放，而剩下的污泥的干度大大提高，可以達到15%以上。一次重力脫水的螺旋長度不宜過長，旋轉速度不宜過高，以防止絮凝后的污泥絮狀被打碎，打碎后則下一步的脫水就困難了。endprint

1.4 二次螺旋壓榨脫水

經過一次重力脫水后，污泥的干度仍然較低，不便于運輸或進行進一步的處理，需要再次進行脫水。目前的機械脫水設備有板框壓濾機、帶式壓濾機、離心過濾機及單螺旋壓榨脫水機等。采用機械式的單螺旋壓榨機進行二次脫水，脫水效果好，可使污泥的干度提高到45%以上，便可以進行進一步的處理了，如焚燒、制肥或生產建材等。單螺旋壓榨機水平放置，其螺旋是變徑變螺距的，螺旋外面的濾筒上有大小不同的排水孔，在螺旋的開始段，出水量大，孔大，在越靠近螺旋的尾部，出水量越來越小，出水孔也越小。在壓榨過程中，污泥在螺旋中的體積受到壓縮，壓出的水會從排水孔排出，回流到污水池。

2 污泥深度脫水控制系統設計

2.1 污泥深度脫水控制系統硬件配置

采用西門子S7-200系列的CPU226可編程控制器來控制，附加2個模擬量輸入模塊EM231，來實現現場儀表如污水流量計、濃度計、絮凝劑流量計、壓力表信號的采集，附加2個模擬量輸出模塊EM232，來實現變頻器、氣閥的控制。人機界面采用昆侖通態的觸摸屏，采用MCGS組態軟件組態主控界面，如圖2所示。通過人機界面，實現了對控制過程的實時監控、控制系統的參數設置、手動調整控制、系統的報警、及生產過程的管理等。

2.2 污水泵的控制

污水泵電動機功率為7.5KW，采用變頻控制，根據產量的需要，由操作人員在控制臺手動調節污水流量。用流量計來檢測污水流量，流量計信號進入PLC模擬量輸入，通過PLC處理該信號，一方面用于加藥泵控制的輸入信號，另一方面，在觸摸屏上顯示出污水流量，以方便操作人員進行產量的調節。

2.3 絮凝劑量的控制

為了保證達到最好的絮凝效果，必須嚴格控制絮凝劑的量，采用計量泵（2.2KW）來輸送溶解好的絮凝劑溶液至混凝反應罐，變頻器控制，并安裝流量計來測量流量，根據污水的流量及污水的濃度，按照預先試驗得出的加藥比例，計算得出需要的絮凝劑的量，加藥量的計算公式為：

Q藥=Q污水×K1×K2（1）

式中：Q藥—加藥泵流量；Q污水—污水流量；K1—污水濃度系數；K2—加藥比例。

計量泵采用PID控制以實現動態調整流量，PID的輸入為污泥量與加藥比例的乘積，即所需的加藥量，控制器輸出用于控制變頻器，來調節絮凝劑計量泵的轉速，以調節加藥量，通過流量計測出絮凝劑的實際流量作為反饋控制量，其PID控制系統原理圖如圖3所示。編程時，可采用西門子PLC編程軟件中的PID指令向導來進行編寫，并且可通過PID的自整定功能來確定PID的相關參數，就會方便得多。

在實際工作中，污水濃度的變化不大，也不頻繁，所以可以采用離散取樣的方式來控制，即在程序中采用一個定時器控制，每隔一段時間，如30分鐘，通過濃度計對污水濃度取一次樣，來計算污泥量，作為加藥泵控制的輸入。

2.4 一次重力脫水的控制

一次重力脫水電動機功率為7.5KW，采用變頻調速，可根據污水流量的大小，從控制臺的觸摸屏手動調節電動機的速度。由于在一段時間內，污水的流量不需經常改變，該電動機也不需要經常進行調速。

2.5 螺旋壓榨脫水的控制

螺旋壓榨電動機為37.5KW，電動機采用變頻調速。為了提高出泥的干度，在螺旋的末端，采用三個氣缸給螺旋末端施加一個回壓，通過氣缸恒壓控制回路完成氣缸的恒壓控制，通過PLC的PID控制程序自動調整氣缸壓力，使氣缸保持恒壓。該PID控制回路的輸入為氣缸壓力，通過壓力表檢測氣缸實際壓力作為反饋控制，其PID控制系統原理圖如圖4所示。

在實際工作中，污泥容易在螺旋壓榨脫水機中發生堵塞并打滑，且一旦堵塞，需人工清理，處（下轉第97頁）（上接第101頁）理非常費時。所以，為了保證系統的穩定性，還要再附加一個控制，從變頻器的輸出信號中采集變頻器輸出電流，引入PLC的模擬量輸入，通過PLC對變頻器的輸出電流進行監控，如果輸出電流超過了電動機額定電流的90%，說明污泥在螺旋內的阻力增加，有堵塞情況，則進入干預程序，進行干預處理，處理方法為通過PLC程序自動提高螺旋電動機的速度，使螺旋中的污泥盡快排出，以解除堵塞。如果仍然沒有效果，監控到的輸出電流超過了額定電流的95%，則干預程序改為電動機先進行60秒鐘反轉，再正轉，以使堵塞的污泥盡快排出。從實際應用看，該方法簡單易行，能夠解除大多數的污泥堵塞情況。

3 結語

以上污泥深度脫水控制裝置，在造紙廠經過了長時間的試驗驗證，污泥干度達到了45%以上，脫水后的污泥體積大大縮小，既容易運輸，也便于進行下一步的處理。從該控制系統運行的實際效果來看，運行穩定，自動化程度高，需要較少的人力，很好地解決了造紙廠污水中的污泥處理難題。

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