【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
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、�w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�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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