王澤剛 先生

正高級工程師，副總經理；

主要從事造紙工藝設備、環保技術的管理和開發工作。

污水處理過程中產生的生化污泥總量不斷增大，生化污泥、芬頓污泥由于結合水含量多，可壓濾性差，常規機械脫水方式處理的出泥干度低，不能進入鍋爐直接焚燒。而廢紙制漿工序產生的漿渣是主要廢棄物之一，以細沙、短小纖維為主，沉降速度快、濾水性好。將污泥與漿渣混合，采用螺旋擠壓脫水方式進行處理，可以有效解決污泥和漿渣脫水的綜合處理問題。

1 污泥與漿渣混合脫水工藝特點

1.1生化污泥和芬頓污泥的水分構成

生化污泥來自于污水廠經生化處理后的二沉池，主要以微生物尸體及代謝產物為主。二沉池沉淀污泥濃度一般為2%左右的濃度，單獨脫水效果非常不理想，已成為各個污水廠的工藝瓶頸。

芬頓污泥是污水高級氧化深度處理工藝過程產生的，主要以鐵離子為主的無機鹽沉淀物，由于其鐵離子成分較高，容易結垢，保水性較強，常規機械脫水難以達到理想效果。

要有效分離出污泥中的水分，有必要了解污泥中水分的存在狀態^[1]和污泥在不斷濃縮過程中的物理狀態變化。污泥含水率是污泥的主要性能指標^[2]，污泥中所含水分為自由水和結合水，生化污泥在脫除自由水過程中，由于自身顆粒細密，屬無定型狀態，在受壓脫水過程中，阻礙了自由水的出水通道，導致了生化污泥和芬頓污泥采用機械脫水方式時脫水效果差。

1.2低濃廢漿渣的來源與特點

廢紙制漿過程中產生的細小沙粒及纖維經由低濃除渣器^[3]排出，在未經沉淀時，濃度約為1.5%～2.5%。其特點是灰分高，并含有一定量細小纖維，經初步沉降后含水率仍然較高?，F有處理方式是經沉沙溝沉淀回用少量纖維，其余沉淀物則作為固體廢棄物另作處理。

1.3漿渣與污泥混合脫水的優勢

生化污泥和芬頓污泥密度與水近似，難以沉降，雖通過添加聚丙烯酰胺等藥劑可絮凝成為較大絮團，進行進一步濃縮，但由于其細胞水含量高、顆粒細密，經常規機械脫水后含水率仍在80%左右。低濃除渣器排出的低濃漿渣經沉沙溝沉淀后，可以回收一部分纖維，剩余沉淀物濃度達到20%以上，仍具有一定流動性，其濾水性較好，但可絮聚性較差，采用單獨脫水時，細沙容易隨濾液流失，且對設備磨損程度較大。

利用漿渣的濾水性及污泥的可絮性，將污泥與低濃漿渣在低濃度條件下進行充分混合后，其濾水性和可絮性滿足螺旋擠壓脫水工藝處理要求。

2  現場應用及效果評價

螺旋擠壓脫水設備是近年來發展起來的一種過濾技術，具有結構簡單、構造密閉、脫水性能好、污染小、無噪音、節能環保等優點^[4,5]，主要針對紙廠初沉污泥，特別是含有一定纖維含量、灰分較高的初沉污泥使用效果良好，污泥含水率可降至50%以下，目前正越來越多地應用于造紙企業的污泥脫水工段。

2016年，生化污泥、芬頓污泥與漿渣混合脫水工藝首先在國內造紙企業作為技改項目立項實施，著力解決污泥和漿渣的綜合處理問題。該項目采用了晨鐘公司研制的螺旋擠壓脫水系統，出泥干度達到50%以上，污泥與漿渣最終通過流化床鍋爐進行焚燒處理。

2.1現場應用

2017年，螺旋擠壓脫水系統正式生產運行，日處理40t生化、芬頓污泥和10t噸漿渣，漿渣添加量保持在20%時，出泥平均干度約50%，DCS自動控制系統運行穩定，達到項目設計要求。在系統調試期間進行了測試，相關運行參數及出泥含水率見表1。

如表1所示，螺旋擠壓脫水系統針對單純的生化、芬頓污泥脫水時，最終處理之后的污泥含水率較高且產能較低；隨著漿渣摻入比例的增加，污泥含水率逐漸降低，產能顯著提高。這是由于單純生化、芬頓污泥濾水性較差，需要降低設備轉速來延長污泥在設備中的脫水時間；在添加漿渣后，通過增加污泥中的纖維及細沙含有量，增加了污泥的濾水通道及骨架，使污泥的濾水性及可擠壓性增強，達到了大幅提高出泥干度和產能的目的。

2.2效果及評價

2.2.1應用效果

項目改造前，原有帶式污泥脫水設備處理生化污泥、芬頓污泥含水率在75%～80%（見圖1），日處理濕泥總量約200t/d，低濃除渣器排出漿渣總量約為40t，設備現場環境差，物料運輸困難，轉運過程中容易出現跑冒滴漏等情況。

通過采用污泥與漿渣混合處理工藝，針對螺壓脫水的特點^[6]，重新設計了一套新型螺旋擠壓脫水系統進行處理，最終出料含水率降到50%（見圖2、圖3），等同總絕干量的污泥和漿渣的日出料總量僅為96t/d，總量較原先減少60%，并且出料為松散狀的固態，可直接與煤混合送入鍋爐焚燒。該系統設備現場環境整潔、自動化程度高，減少了人力、物力，實現連續化生產。

2.2.2工藝流程及關鍵設備

如圖4所示，來自污水處理廠的生化污泥、芬頓污泥（濃度約2%～4%）及造紙低濃尾渣（濃度約20%）按比例在混合池充分混合均勻，經污泥輸送泵與來自藥劑制備系統的絮凝劑在立式絮凝槽內進行反應，并通過選擇合適的絮凝劑提升污泥的脫水性能^[7，8]。在產生濾水性較好的絮團后，溢流進入旋轉過濾機內進行第一次泥水分離，去除大量的游離水后，形成半固態的污泥，再落入螺旋擠壓機進料口內。污泥在錐度螺旋軸和變徑螺旋的雙重作用下，使物料中的水分通過孔狀濾筒迅速被分離出去，含水率逐漸下降，最終降低到50%以下，最后在螺旋的輸送作用下排出機外。被分離出來的濾液在重力作用下收集到積水盤內，通過管路返回污水處理系統處理達標后排放。

螺旋擠壓機、旋轉過濾機是進行高干度脫水的關鍵核心設備。螺旋擠壓脫水機通過合理的變徑變螺距結構對物料進行緩慢擠壓，設備運行轉速在0.2～1.0r/min之間，設備振動和磨損小，物料在設備內部停留和脫水時間長，出料含水率低，綜合運行成本比帶式脫水機低^[9]。旋轉過濾機是預脫水設備，通過重力和滾筒旋轉離心力作用對物料進行自由脫水，脫水效率高，經濃縮后的物料絮團沒有被破壞，確保后續螺旋擠壓脫水設備的濃縮效果。

該工藝處理方案的整體設計較為合理，針對兩種廢棄物的不同特點，在沒有增加其他輔料的情況下，采用自動化程度更加先進的螺旋擠壓脫水系統，達到了技改的預期效果。

2.2.3自控技術及應用

該系統以Siemens公司的Simatic PCS 7軟件和ET200S系列硬件為核心，配以ABB公司的高端變頻器880系列和聯想電腦工作站，組成一套性能可靠、運行穩定的小型DCS系統。

根據工藝流程描述可知，生化污泥、芬頓污泥、低濃漿渣的混合比例是保證該系統成功運行的前提條件之一。如圖5所示，控制系統實時在線檢測生化污泥和芬頓污泥的濃度和利用低濃漿渣的實驗室濃度測算值，按照系統設定的污泥與漿渣的絕干比自動確定生化污泥和芬頓污泥及漿渣的流量，以滿足進入螺旋擠壓脫水系統混合污泥池的工藝值?；旌虾蟮奈勰嗯c絮凝劑的混合比例直接決定著物料的脫水性能，決定著螺旋擠壓機的出泥干度和濾液濁度。

控制系統通過采用比例算法，先將污泥和絮凝劑的混合比例確定下來，再根據污泥的實時流量自動計算出所需絮凝劑的用量，并精確控制其流量。螺旋擠壓機是整套系統的核心設備，為保證其出泥干度的穩定性，系統采用了恒轉矩變頻控制，轉矩越平穩，出泥干度就越穩定。由于螺旋擠壓機工作轉速很低，轉速調整與轉矩反饋存在嚴重的滯后現象，屬于大滯后型自動控制系統^[10]。因此，算法上采用了模糊控制和PID相結合，輔以極限限幅的混合控制方式。

另外，定時噴淋、斷鏈保護、級間聯鎖、組啟組停、液位監測、歷史曲線等功能均設計在內，確保整個系統實現全自動化連續穩定地運行。

3 系統運行及經濟效益

技改前，原有漿渣、污泥量約為240t/d，綜合處理費用約為330元/t，日費用為79200元。

技改后，由于漿渣中的纖維及污泥中的有機質含量較高，可進入鍋爐焚燒處理，焚燒過程中并沒有多消耗燃煤。該螺旋擠壓脫水系統的運行費用與原有帶式壓濾機基本相同，沒有增加額外的電費或藥劑費用，且實現了操作全自動化、現場環境整潔、運行穩定故障率低。綜合對比：技改后，每天可節約成本約8萬元，年節約成本2880余萬元，經濟效益顯著。

4  結束語

生化、芬頓污泥與低濃尾渣混合脫水工藝利用了污泥與低濃尾渣的不同脫水特性，結合螺旋擠壓脫水系統的技術優勢，實現了污泥與低濃尾渣的高干度脫水，濃縮混合料進入鍋爐焚燒，實現了固廢的資源化利用。該工藝符合造紙污泥的減量化、穩定化、無害化低成本處理的發展趨勢，應用前景廣泛。