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(duì)污水進(jìn)行處理，可以循環(huán)再利用，而提取出來的污泥也會(huì)污染環(huán)境。目前造紙污泥的處理方法有填埋、焚燒、制成有機(jī)肥等，但污泥提取后含水量大，給進(jìn)一步的處理帶來了很大難度，所以要對(duì)污泥進(jìn)行進(jìn)一步的脫水。本文闡述了一種造紙污泥深度脫水控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案，經(jīng)過使用驗(yàn)證，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，污泥干度較其它方法有了大的提高。

【關(guān)鍵詞】造紙污泥；深度脫水；控制系統(tǒng)

中圖分類號(hào)： X703 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 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(yán)重。在處理造紙廠污水時(shí)，先把其中的污泥提取出來，再對(duì)污水進(jìn)行進(jìn)一步的處理，達(dá)標(biāo)后可以進(jìn)行回用或者排放。而提取出的污泥，一般采用填埋、焚燒發(fā)電、制成有機(jī)肥、作為添加成分制成建材等。早期，我國(guó)采用填埋的方式較多，但填埋也會(huì)對(duì)土壤造成二次污染，并且會(huì)發(fā)出臭味，污染環(huán)境。隨著國(guó)家對(duì)環(huán)保提出的要求越來越高，這種方式已不可取?，F(xiàn)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(chǎn)生的污泥，含水率高，體積大，運(yùn)輸困難，也不便于進(jìn)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(xì)水、顆粒內(nèi)部水，水與污泥的結(jié)合度高，難于脫水。一般的脫水方式，如帶式壓濾機(jī)，脫水后的污泥干度最高只能達(dá)到40%左右，為了進(jìn)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(dá)到15%以上，第二步，機(jī)械壓榨，將干度提高到45%以上，這樣，污泥就可以進(jìn)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(yīng)罐進(jìn)行絮凝反應(yīng)，然后進(jìn)入一次重力脫水，一次脫水后的污泥進(jìn)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(jìn)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(wěn)定性，使其凝結(jié)為穩(wěn)定的絮狀，并與污泥中的非結(jié)合水分離，以便下一步進(jìn)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(chǎn)生的污水的成分差別很大，同時(shí)絮凝劑的種類繁多，如：有機(jī)絮凝劑、無機(jī)絮凝劑，還有陰離子、陽離子之分，有機(jī)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(jìn)行污泥脫水之前，需要做大量的試驗(yàn)，來驗(yàn)證針對(duì)某種污水到底哪種絮凝劑效果好，添加量多少才能達(dá)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(tuán)包得太緊，反而不利于污泥內(nèi)部水的脫離，只有通過反復(fù)試驗(yàn)，才能找到一個(gè)最佳的添加量。

目前使用較多的有機(jī)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(jī)絮凝劑在水中的溶解時(shí)間很長(zhǎng)，能達(dá)到30分鐘以上才能充分溶解，所以需要有幾個(gè)攪拌罐用來預(yù)先溶解絮凝劑。絮凝劑要緩慢的添加，如果添加快了，會(huì)在水中形成一團(tuán)，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(jìn)入混凝反應(yīng)罐之前的管道內(nèi)充分混合，然后從混凝反應(yīng)罐的底部進(jìn)入，在攪拌器的攪拌下，充分混合，并絮凝成穩(wěn)定的團(tuán)絮狀，然后從反應(yīng)罐的上部流出，進(jìn)入下一工序，即一次重力脫水。為了達(dá)到理想的絮凝效果，需要反復(fù)試驗(yàn)絮凝劑的加藥比例，同時(shí)，要測(cè)試污水中的纖維含量，纖維含量越高，絮凝效果越好，進(jìn)行深度脫水時(shí)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(yīng)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(jīng)過充分絮凝后的污水，進(jìn)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(huì)通過濾筒排出，排出后的污水中污泥含量已經(jīng)很低，再經(jīng)過進(jìn)一步的處理凈化，達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)后可以循環(huán)再利用或者排放，而剩下的污泥的干度大大提高，可以達(dá)到15%以上。一次重力脫水的螺旋長(zhǎng)度不宜過長(zhǎng)，旋轉(zhuǎn)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(jīng)過一次重力脫水后，污泥的干度仍然較低，不便于運(yùn)輸或進(jìn)行進(jìn)一步的處理，需要再次進(jìn)行脫水。目前的機(jī)械脫水設(shè)備有板框壓濾機(jī)、帶式壓濾機(jī)、離心過濾機(jī)及單螺旋壓榨脫水機(jī)等。采用機(jī)械式的單螺旋壓榨機(jī)進(jìn)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(jìn)行進(jìn)一步的處理了，如焚燒、制肥或生產(chǎn)建材等。單螺旋壓榨機(jī)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(huì)從排水孔排出，回流到污水池。

2 污泥深度脫水控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 污泥深度脫水控制系統(tǒng)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(gè)模擬量輸入模塊EM231，來實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)儀表如污水流量計(jì)、濃度計(jì)、絮凝劑流量計(jì)、壓力表信號(hào)的采集，附加2個(gè)模擬量輸出模塊EM232，來實(shí)現(xiàn)變頻器、氣閥的控制。人機(jī)界面采用昆侖通態(tài)的觸摸屏，采用MCGS組態(tài)軟件組態(tài)主控界面，如圖2所示。通過人機(jī)界面，實(shí)現(xiàn)了對(duì)控制過程的實(shí)時(shí)監(jiān)控、控制系統(tǒng)的參數(shù)設(shè)置、手動(dòng)調(diào)整控制、系統(tǒng)的報(bào)警、及生產(chǎn)過程的管理等。

2.2 污水泵的控制

污水泵電動(dòng)機(jī)功率為7.5KW，采用變頻控制，根據(jù)產(chǎn)量的需要，由操作人員在控制臺(tái)手動(dòng)調(diào)節(jié)污水流量。用流量計(jì)來檢測(cè)污水流量，流量計(jì)信號(hào)進(jìn)入PLC模擬量輸入，通過PLC處理該信號(hào)，一方面用于加藥泵控制的輸入信號(hào)，另一方面，在觸摸屏上顯示出污水流量，以方便操作人員進(jìn)行產(chǎn)量的調(diào)節(jié)。

2.3 絮凝劑量的控制

為了保證達(dá)到最好的絮凝效果，必須嚴(yán)格控制絮凝劑的量，采用計(jì)量泵（2.2KW）來輸送溶解好的絮凝劑溶液至混凝反應(yīng)罐，變頻器控制，并安裝流量計(jì)來測(cè)量流量，根據(jù)污水的流量及污水的濃度，按照預(yù)先試驗(yàn)得出的加藥比例，計(jì)算得出需要的絮凝劑的量，加藥量的計(jì)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(shù)；K2—加藥比例。

計(jì)量泵采用PID控制以實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)調(diào)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(diào)節(jié)絮凝劑計(jì)量泵的轉(zhuǎn)速，以調(diào)節(jié)加藥量，通過流量計(jì)測(cè)出絮凝劑的實(shí)際流量作為反饋控制量，其PID控制系統(tǒng)原理圖如圖3所示。編程時(shí)，可采用西門子PLC編程軟件中的PID指令向?qū)磉M(jìn)行編寫，并且可通過PID的自整定功能來確定PID的相關(guān)參數(shù)，就會(huì)方便得多。

在實(shí)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(gè)定時(shí)器控制，每隔一段時(shí)間，如30分鐘，通過濃度計(jì)對(duì)污水濃度取一次樣，來計(jì)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(dòng)機(jī)功率為7.5KW，采用變頻調(diào)速，可根據(jù)污水流量的大小，從控制臺(tái)的觸摸屏手動(dòng)調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的速度。由于在一段時(shí)間內(nèi)，污水的流量不需經(jīng)常改變，該電動(dòng)機(jī)也不需要經(jīng)常進(jìn)行調(diào)速。

2.5 螺旋壓榨脫水的控制

螺旋壓榨電動(dòng)機(jī)為37.5KW，電動(dòng)機(jī)采用變頻調(diào)速。為了提高出泥的干度，在螺旋的末端，采用三個(gè)氣缸給螺旋末端施加一個(gè)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(dòng)調(diào)整氣缸壓力，使氣缸保持恒壓。該P(yáng)ID控制回路的輸入為氣缸壓力，通過壓力表檢測(cè)氣缸實(shí)際壓力作為反饋控制，其PID控制系統(tǒng)原理圖如圖4所示。

在實(shí)際工作中，污泥容易在螺旋壓榨脫水機(jī)中發(fā)生堵塞并打滑，且一旦堵塞，需人工清理，處（下轉(zhuǎn)第97頁(yè)）（上接第101頁(yè)）理非常費(fèi)時(shí)。所以，為了保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性，還要再附加一個(gè)控制，從變頻器的輸出信號(hào)中采集變頻器輸出電流，引入PLC的模擬量輸入，通過PLC對(duì)變頻器的輸出電流進(jìn)行監(jiān)控，如果輸出電流超過了電動(dòng)機(jī)額定電流的90%，說明污泥在螺旋內(nèi)的阻力增加，有堵塞情況，則進(jìn)入干預(yù)程序，進(jìn)行干預(yù)處理，處理方法為通過PLC程序自動(dòng)提高螺旋電動(dòng)機(jī)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(jiān)控到的輸出電流超過了額定電流的95%，則干預(yù)程序改為電動(dòng)機(jī)先進(jìn)行60秒鐘反轉(zhuǎn)，再正轉(zhuǎn)，以使堵塞的污泥盡快排出。從實(shí)際應(yīng)用看，該方法簡(jiǎn)單易行，能夠解除大多數(shù)的污泥堵塞情況。

3 結(jié)語

以上污泥深度脫水控制裝置，在造紙廠經(jīng)過了長(zhǎng)時(shí)間的試驗(yàn)驗(yàn)證，污泥干度達(dá)到了45%以上，脫水后的污泥體積大大縮小，既容易運(yùn)輸，也便于進(jìn)行下一步的處理。從該控制系統(tǒng)運(yùn)行的實(shí)際效果來看，運(yùn)行穩(wěn)定，自動(dòng)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。

【參考文獻(xiàn)】

[1]汪小禹.造紙廠廢水排放對(duì)環(huán)境的影響及對(duì)策研究[J].化工管理，2016.6：255.

[2]王月潔，李衛(wèi)芹.制漿造紙污泥處理的方法及工藝特點(diǎn) [J].中華紙業(yè)，2013.6，34（12）：48-53.

[3]楊桂芳，苗天博，陳葓，劉明華.造紙工業(yè)中污泥的性質(zhì)及其處理處置技術(shù)[J].華東紙業(yè)，2015.8，46（4）：43-47.

[4]張揚(yáng)，劉秉鉞，趙長(zhǎng)明.造紙污泥脫水與污泥焚燒處理技術(shù)[J].黑龍江造紙，2009（2）：53-58.

[5]徐文力.造紙廢水處理污泥干化控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].陜西科技大學(xué)，2016.6：53-57.endprint