1000 MW燃煤机组工业废水零排放改造中脱水机的调试优化运行研究
摘要：以华能某2×1000 MW燃煤机组为例，对全厂原有工业废水处理系统进行升级改造，从而实现工业废水系统持续稳定运行。改造的重点在于脱水机的调试运行，实现脱水机在满足工业废水系统出力要求的基础上，连续稳定地产出合格的回用水和污泥。
关键词：废水;零排放;改造;脱水机;
目前长江经济带的生态环境问题日益严峻，多年监测结果显示，只占全国面积21%的长江经济带，其废水排放总量却占到了全国的40%以上，单位面积二氧化硫、氮氧化物等有机物排放强度为全国平均水平的1.5～2倍。长江沿岸的燃煤电厂废水排放是其中的重要影响因素，因此燃煤电厂进行废水零排放改造迫在眉睫，零排放不仅仅能提高用水效率，减少水资源浪费，节约生产成本，同时也积极响应了国家“长江大保护”的号召，可为长江流域的污染整治起到重要推动作用。
1 燃煤机组工业废水处理系统介绍
1.1 原有工业废水系统运行问题
某厂原有工业废水系统设计出力为100 t/h，处理废水来源主要有化学车间来废水、主厂房机组排废水和灰系统临时排水。废水的处理过程为曝气、pH初调、凝聚、澄清和最终中和处理后回用。原有工业废水处理系统如图1所示。
原有工业废水系统运行过程中的主要问题:脱水机持续运行过程中脱水效果不佳，出水清液浑浊，出泥含水量较高不能达到污泥掺烧的工艺要求。导致这一现象的主要原因是进水浊度偏大且浓度不稳定，同时系统缺乏进水浊度的调节功能，无法保障持续供给浊度适合且稳定的污水。因此开展调试运行工作前的首要任务是对系统进行优化改进，以解决该问题。
1.2 脱水系统的优化改进方案
原脱水系统对泥水的预处理仅依靠浓缩池进行，而原系统浓缩池为漏斗状且池面半径较大，实际运行过程中污泥自然沉降速度较快，随着脱水系统运行，浓缩池底部污泥沉积层会逐渐增厚，浓缩池出水浊度不断上升，同时刮泥机运行阻力逐渐增大并最终造成电机烧毁。针对这一问题，在原有浓缩池后增设平衡池，平衡池体积较小且配置两台工业水冲洗水泵，当浓缩池出水浊度过大时可以在平衡池内进行注水稀释调节，从而解决了脱水机进水浊度的波动问题。改造后的工业废水系统如图2所示。
2 脱水机相关影响因素假设
该厂采用的脱水离心机为卧式螺旋离心机，其结构主要由转鼓和带污泥输送的空心螺旋组成，转鼓和螺旋在运行中均处于高速旋转状态，利用转鼓和螺旋之间的差速实现污泥和水的分离。对于影响脱水机脱水效果的因素，本文提出相关假设(见表1)。
如表1所示，本文提出影响脱水机脱水效果的主要因素有两个，分别是进水水质和脱水机自身运行参数的设置，对这两个相关因素进行进一步细分可以得出5个具体的影响变量，分别是助凝剂加药量、进水污泥质量浓度、脱水机运行差速、脱水机堰板高度(进水量)和脱水机扭矩。本文将采用实验方式对这5个变量分别进行分析研究，确定每个变量对脱水机实际运行影响的大小，并最终得出该脱水机的最优运行方案。
3 影响因素实验分析
3.1 影响因素之间的相关性分析
对实验假设的影响因素进行相关性分析的目的在于探究各个影响因素对实验结果影响的强弱关系，分析结果对于排除干扰因子、简化调试实验流程和确定最终调试方案具有重要意义。实验选择在出水含固量达标的前提下，监测改变加药量、进水量时的出泥含水率等数据，并分析各个参数之间的相关性。此次实验一共获取实验数据30组，具体调试参数见表2。
测试数据经过整理，计算各参数之间的相关系数，见表3。
3.1.1 各参数对于出泥含水率影响的定性说明
出水含固量达标意味着脱水机的处理出水符合废水系统的回用要求，这是脱水机运行的基本前提。在此前提下，出泥含水率越低则说明脱水机的工作效率越高，脱水效果越好。从表3所示的数据可以发现，出泥含水率与加药量、差速、进水量和进水质量浓度均有一定的相关性，相关性从强到弱分别是:加药量>差速>进水量>进水质量浓度，只有扭矩对于出泥含水率的相关性较弱。
1)增加加药量，出泥含水率降低
由絮凝剂理论可知，随着加药量的增加，原泥的絮凝速度会增加，絮体也会更加密实一些，有利于降低最终出泥含水率。因此适当增加加药量有利于脱水机运行效果。
2)降低脱水机差速，出泥含水率降低
脱水机运转差速越低，污泥在转鼓内停留的时间也就越长，这就意味着污泥在离心力作用下的时间增加，脱水效果也就相应得到了提高。因此差速降低有利于脱水效果。
3)增加进水量，出泥含水率增加
当进水量增加时，要保证出水澄清则相同时间内脱水机要产出更多的污泥，此时需要更高的差速来将污泥从废水中分离，否则污泥就会被水带走，等量进水在转鼓中的停留时间也就降低了，出泥的含水率必然增加。因此适当降低进水量可以获得更好质量的出泥，但是实际运行过程中，进水量是需要根据整个系统的设计出力来进行确定。
4)提高进水质量浓度，出泥含水率增加
同增加进水量类似，当进水质量浓度升高时，单位时间内如果要保持出水同样澄清则势必需要脱出更多的污泥，也需要更高的差速来运行脱水机，所以如果差速保持不变，出泥的含水率势必增加。
3.1.2 差速与各参数之间关系的定性说明
通过分析实验所得相关性数据可以发现，差速和进水量、加药量以及进水质量浓度之间也存在着一定的相关性，具体关系如下。
1)进水量增加，差速升高
由于实验的结果是保证出水含固率在标准范围之内，因此当进水量加大时，为了保证出水水质达标就需要通过提高差速来实现。
2)加药量降低，差速增大
减少加药量，泥水内部的絮凝反应速度下降，密实性变差，为了保证出水质量此时只能通过增大差速来实现。
3)进水质量浓度增加，差速升高
由于相同时间内需要处理的污泥量增多，为了保证出水则势必需要提高差速。
通过上述分析可以得出，无论是对出泥含水率还是差速的相关性分析来说，进水质量浓度和进水量对两个因素的影响都是同向且影响机理类似，因此这里本着简化实验，缩减实验变量的原则，引入固体负荷(流量*质量浓度)这个概念来代替流量和质量浓度这两个指标。为了验证该替换指标的可行性，本文进行了固体负荷、进水量和进水质量浓度分别与差速和出泥含水率的相关性比较，结果如表4所示。
从表4中数据可以看出，固体负荷同差速或出泥含水率的相关性均比原单独的进水量和进水质量浓度更高。所以在考虑进料对脱水效果影响时采用固体负荷概念更容易反映出本质。
综合上述分析，在保证出水水质合格的前提下，对影响出泥含水率的因素进行相关性强弱排序得到:加药量>差速>固体负荷(>进水质量浓度>进水量)。
3.2 脱水机调试实验
3.2.1 脱水机调试流程方案确定
基于本文3.1项对影响因素的相关性分析，现提出如图3所示的脱水机调试流程，通过反复实验调节数据，从而最大限度降低出泥的含水率。
3.2.2 脱水机堰板高度设定
脱水机堰板高度设置直接决定了脱水机的进水量大小，脱水机的实际运行进水量需要满足整个工业废水处理系统的处理要求。同时，为了保证设备的稳定持续运行，实际运行设备无法在满负荷状态下持续运行，因此控制设备出力为其额定出力的85%～95%，脱水机的额定出力为10 t/h，则对应的控制实验进水量为8.5～9.5 m3/h。通过现场实验得到保证，此进水量区间范围的脱水机堰板设置高度为245 mm。
3.2.3 加药量控制
从絮凝理论可知，加药量与絮凝效果成正态分布关系，其中存在一个最优加药量值，一旦超过该最优值则泥水絮凝效果开始逐渐下降，因此加药量要控制在一定的合理范围之内，并不是越多越好。由于加药量控制直接影响到污泥沉降比(sv)，而理论上一般污水处理进水的正常30 min污泥沉降比在20%～30%。同时实验测得进水污泥质量浓度为1.463 g/L，现场配置混凝剂浓度为0.3%，加药量450 L/h，脱水机堰板高度设置为245 mm，进行进水取样污泥沉降比实验，实验如图4所示，结果如表5所示。
通过多次取样实验可以得知，当加药浓度控制在0.3%，加药量为450 L/h时，进水的30 min污泥沉降比在20%～30%，符合处理标准。
3.2.4 脱水机差速的设定
用实验分析脱水机的差速设定与脱水机实际效果的关系。具体实验所得数据如表6和7所示。
由实验数据可以发现，当脱水机差速控制在2.3～3.8时，出水含固率达标且出泥含水率较低。反复实验观察后，最终设定脱水机差速为3.0，脱水机可以长时间稳定产出合格的清澈出水和泥饼。
注:2020-08-18，进料8.8 m³/h。
4 结论和展望
本文通过控制出水含固率合格的情况下，探究加药量、差速、扭矩、进水流量和进水质量浓度5个变量因素对出泥含水率的影响，利用实验所得的30组数据分析求出了各个变量之间的相关性，再分别对各个变量进行定性分析，排除了低相关性的扭矩因素影响，引入固体负荷的概念将进水量和进水浓度两个因素合二为一，从而减少了实验变量个数，简化了实验流程。最终基于实验确定的影响因素权重顺序提出了脱水机的调试实验流程。最后结合实际生产过程中工业废水的设计出力要求进行变量控制实验，确定了最优的日常运行工况:助凝剂浓度选择为0.3%，加药量控制为450 L/h，脱水机堰板高度设置为245 mm以保证脱水机处理进水量在8.5～9.5 m³/h，脱水机差速设置为3.0，在该参数设置下脱水机可以满足工业废水系统连续运行要求的同时实现设备使用效率和经济性效益的双重最优。本次脱水机成功调试运行，保障了电厂废水系统的整体运行，同时处理所得回用水满足工业水使用要求，可作为全厂工业水用水的补充来源，节约了水资源，处理所得污泥目前仅做掺烧处理，后期可考虑对污泥进行干燥处理后燃烧，使其从热量消耗者转化为热量产出者。
作者简介：吕沁文(1992-)，助理工程师，主要从事电厂化学运行工作。
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