（机械工程专业论文）污水处理中全自动加药系统设计.pdf

中文摘要 在水资源异常宝贵的今天，污水处理及回用尤成为当今世界性的重大问题， 在目前的各种污水处理方案中，絮凝剂、助凝剂的使用是其中必不可少的一种辅 助措施，这样用于溶解及投加这种物质的设备在污水处理工程中的应用就非常的 普遍。 在过去传统的污水处理中，这种投药装嚣多采用人工控制。这种控制存在的 问题是，药剂用量的不准确，控制缺少及时性等，这就直接影响到水质的处理结 果，而且对于几万元一吨造价昂贵的高分子絮凝剂来说，长期非科学性的用量造 成的资金损失也是非常可观的。 本文根据污水处理工程中的实际应用，提供一种全自动加药系统。对在搅拌 过程中容易产生振动和偏摆的搅拌轴和搅拌浆叶，用有限元法进行了分析，确定 了搅拌轴的临界转速，校核了搅拌浆叶的强度；并通过分析核算给出整个系统中 其他主要设备的设计说明。 本系统的主要优点为： 1 ) 溶药罐和储药罐均设有液位计，罐内液位、各环节工作信息传送至p l c 控制系统，从而使加药系统全自动运行，药液浓度恒定，投加准确； 2 ) 储药罐的容积设计合理，既能满足溶药罐每2 个小时为周期的排药储存， 又能满足用药计量泵连续向絮凝器供药的流量要求。 3 ) 通过搅拌机2 个小时的搅拌，形成了独特的药剂侵润技术，避免了絮凝 剂的溶解不均；具有加热性能的料仓结构，避免了干粉絮凝剂受潮结块； 4 ) 利用有限元法分析搅拌轴的振动，从而得出轴的固有频率，为工作转速 的准确确定提供了依据，保证搅拌轴可靠安全的运行。 5 ) 利用可调转速的螺旋供料器保证可调的加药量，根据现场情况确定有效 的药液浓度； 6 ) 控制系统先进，设备运行连续、平稳安全可靠。 通过本文的论述旨在找到一种实用价值更高，应用前景更广阔的产品，从而 达到环境效益与经济效益的统一。 关键词：污水处理全自动加药装置p l c 控制絮凝剂有限元搅拌 a b s t r a c t n o w a d a y sw a t e rr e s o u r c e sa r eb e c o m i n gm o r em a dm o r ep r e c i o u s ，a sar e s u l t ， s e w a g ed i s p o s a la n dr e c y c l i n gb e c o m em a j o ri s s u e sw o r l d w i d e a m o n gv a l i o u s s e w a g ed i s p o s a lt e c h n i q u e s ，t h eu s eo ff l o c c u l a t i n ga g e n ta n dc o a g u l a t i o n - s u p p o r t i n g a g e n ti s a na u x i l i a r ym e a s u r et h a ti s a b s o l u t e l yn e c e s s a r y t h u s ，t h eu s eo ft h e e q u i p m e n tf o rd i s s o l v i n ga n df e e d i n gs u c ha g e n ti nt h ep r o c e s so fs e w a g ed i s p o s a li s q u i t ec o m m o n f o rt h eo l d f a s h i o n e da n dt r a d i t i o n a ls e w a g ed i s p o s a lt e c h n i q u e s ，m o s t l yt h e i r a g e n t - f e e d i n gd e v i c e sa r ec o n t r o l l e dm a n u a l l y ，w i t hs u c hc o n t r o l l i n gm e t h o dc e r t a i n p r o b l e m se x i s t ：t h ei n a c c u r a c yo f t h eq u a n t i t yo f t h ea g e n t ，l a c ko f t i m e l yr e s p o n s ee t c t h o s ep r o b l e m sd i r e c t l ya f f e c tt h eq u a l i t yo fs e w a g ed i s p o s a l ，m o r e o v e r , a st h ep r i c e o fm a c r o m o l e c u l ef l o c c u l a t i n ga g e n ti se x t r e m e l yh i g h ，t h ef i n a n c i a ll o s s e sc a u s e db y t h ei n a c c u r a c yo f t h eq u a n t i t yo f t h ea g e n tt ob ea d d e da r eh i g h l yc o n s i d e r a b l e a c c o r d i n gt ot h ep r a c t i c a lo p e r a t i o ni ns e w a g ed i s p o s a l ，t h i st h e s i sp r o v i d e sa c o m p l e t e l ya u t o m a t i ca g e n t f e e d i n gs y s t e m t h em i x i n ga x l ea n d t h eo a r s h a p e dv a n e a r ea p tt ov i b r a t ea n ds w a yd u r i n gt h em i x i n gp r o c e s s i no r d e rt os o l v et h i sp r o b l e m ， t h ef i n i t yb l o c kw a su s e dt od e t e r m i n et h ec r i t i c a ls p e e do ft h em i x i n ga x l e ，m i dt h e s t r e n g t h o ft h e o a r s h a p e d v a n ew a se x a m i n e d t h r o u g ha n a l y s i st h e d e s i g n s p e c i f i c a t i o n so f t h eo t h e rm a i ne q u i p m e n to f t h ew h o l es y s t e mw e r eg i v e n t h em a i ns t r o n gp o i n t so f t h i ss y s t e m ： 1 ) b o t ht h ed i s s o l u t i o nt a n ka n dt h es t o r a g et a n ka r ee q u i p p e dw i t hl e v e li n d i c a t o r s t h el i q u i dl e v e li nt h et a n k sa n dt h eo p e r n i o ni n f o r m a t i o no fv a r i o u sp a r t sa r e t r a n s m i t t e dt op l cc o n t r o l l i n gs y s t e m t h u s ，t h eo p e r a t i o ni sc o m p l e t e l ya u t o m a t i c ， t h ed e n s i t yo ft h ea g e n ti sc o n s t a n t ，t h eq u a n t i t yo ft h ea g e n ti sa c c u r a t e ； 2 ) t h ed e s i g no ft h es t o r a g et a n k sv o l u m ei sr e a s o n a b l e i tc a nm e e tb o t ht h e r e q u i r e m e n tf o rt h ed i s s o l u t i o nt a n kt ol e to f ft h ea g e n te v e r yt w oh o u r s ，a n dt h ef l o w r e q u i r e m e n tf o rt h em e a s u r i n gp u m p t of e e dt h ef l o c c u l a t i n gd e v i c ec o n t i n u o u s l y 3 ) a f t e rt w oh o u r s m i x i n gi nt h em i x i n gm a c h i n e ，au n i q u et e c h n i q u eo fa g e n t s o a k a g ei sa c h i e v e d t h eu n e v e nd i s s o l u t i o no ft h ef l o c c u l a t i n ga g e n ti sa v o i d e d t h e h e a t i n gd e p o s i t o r yc a np r e v e n tt h ed r yf l o c c u l a t i n ga g e n tf r o ma g g l o m e r a t i o nd u et o d a m p 4 ) t h ef l n i t yb l o c ki su s e dt oa n a l y z et h ev i b r a t i g no f t h em i x i n ga x l ea n d t oo b t a i nt h e a x l e si n h e r e n tf r e q u e n c y , w h i c hp r o v i d e st h eb a s i sf o rt h ec o r r e c tr o t a t es p e e do f o p e r a t i o n t h e r e f o r e ，t h er e l i a b l ea n d s a f eo p e r a t i o no f t h em i x i n ga x l ei sg u a r a n t e e d 。 5 ) t h er o t a t es p e e do ft h es p i r a lf e e d e ri sa d j u s t a b l e ，h e n c e ，t h eq u a n t i t yo ft h ea g e n t c a l lb ea d j u s t e da c c o r d i n gt ot h ew o r k s i t ec o n d i t i o n s ，t h ee f f e c t i v ed e n s i t yo ft h ea g e n t i se n s u e d ； 6 ) t h e c o n t r o l l i n gs y s t e mi sa d v a n c e d ，t h eo p e r a t i o ni sc o n t i n u o u s ，s t a b l e ，s a f ea n d r e l i a b l e ； t h ea i mo ft h i st h e s i si st of i n dap r o d u c tw h o s ep r a c t i c a lv a l u ei sh i g h e ra n dw h o s e a p p l i c a t i o ni sw i d e eu l t i m a t e l y , b o t he n v i r o l m a e n t a la n de c o n o m i cb e n e f i t sc a nb e o b t a i n e d k e yw o r d s ：s e w a g ed i s p o s a lc o m p l e t e l ya u t o m a t i ca g e n t f e e d i n gd e v i c e p l c c o n t r o l l i n gf l o c c u l a t i n ga g e n tf i n i t yb l o c km i x i n g 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的 研究成果除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表 或撰写过的研究成果，也不包含为获得墨鲞盘茎或其他教育机构的学位或证 书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中 作了明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者签名：锄辉 签字同期：绉年月矿同 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解盘鲞盘芏 有关保留、使用学位论文的规定。 特授权墨盗盘鲎可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检 索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校 同国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。 ( 保密的学位论文在誉密后适用本授权说明) 学位论文作者签名：坼花哮 导师签名：留 签字同期：尉年占置f j f i签手同期：2 口噼占月哆f 1 天津人学硕士学位论文 第一章污水处理概述 1 1 本课题研究的意义 第一章污水处理概述 随着我国社会经济和城市化的发展，城市污水的产生及其数量在不断增长。 目前全国已建成运转的城市污水处理厂约4 2 7 余座，年处理能力为1 1 3 6 亿立方 米。根据有关预测，我国城市污水量在未来二十年还会有较大增长，2 0 1 0 年污 水排放量将达到4 4 0 x 1 0 6 m3 d ；2 0 2 0 年污水排放量达到5 3 6 x 1 0 8 m3 d 。 城市废水指城市内生活污水、工业废水和大气降水的混合物，其性质因城市 规模、气候条件、排水体制等因素，特别是城市中工业的多少和性质、工业废水 预处理程度等而异，但当对工业所排放的特殊污染物，如重金属、酸、碱、有毒 物质、油类等有一定的内部治理措施时，一般的城市废水的性质是相似的。城市 废水所形成的水污染，以有机污染最为严重，表现为水体中的b o o s ，c o d 超标， 还含有不少难以被生物降解的、甚至是有毒有害的有机物。此外，氮磷物质引起 的富营养化污染也非常严重。传统上废水的处理方法分为物理法、化学法和生物 法。物理法的去除对象是水中不溶解的悬浮物质。化学法是指向废水中投加化学 物质，通过化学反应达到净化废水的目的。生物法指采取一定的人工措施，创造 微生物生长、繁殖的环境，使微生物大量繁殖，从而提高微生物氧化、分解有机 污染物的一种技术。目前，在城市废水处理中尤以活性污泥法的应用最广。 无论哪种处理方法，污泥都是污水处理后的副产品，成为污水污泥。污泥量 通常占污水处理量的1 2 ( 质量) ，如果是目处理量为4 万吨的水厂，其日 产污泥量4 0 0 8 0 0 吨，是一个不少的数量。如果属于深度处理，污泥量会增加 0 5 1 倍。污水处理效率的提高，必然导致污水污泥数量的增加。而污水处理后 的污泥中还会含有9 7 的水份，成为污水污泥。 目前，我国对污水污泥的处理处置还没有象污水处理那样引起足够的重视， 大部分污水处理厂对含有各种有害污泥多采用直接排放、用于农肥和填埋的办 法，这对环境就造成了二次污染，对人体健康造成转移性危害，大大削弱污水处 理厂水质净化的积极作用，也造成了经济上的巨大损失。所以，对污泥进行无害 化处理具有极强的必要性和紧迫性。 在目前的各种污泥处理方案中，为了节约占地面积，减少脱水设备的体积和 数量，絮凝剂、助凝剂的使用是其中必不可少的一种辅助措施，以往的絮凝剂和 天津大学硕十学位论文 第一章污水处理概述 助凝剂的添加都是靠人工控制，经常使用的絮凝剂是聚丙烯酰胺，而聚丙烯酰胺 只有充分溶解于水中刁能最好的发挥其絮凝作用，其溶解时间大约是1 2 个小 时，( 1 ) 人工倾倒的药剂直接进入浓缩池的污泥中，药剂又没有经过溶解，有时 聚丙烯酰胺还会聚集在池底成陀，其絮凝效果受到了很大的影响；( 2 ) 人工撒药 无法实现量的控制，而药量的大小也会影响到絮凝效果；( 3 ) 人工加药缺乏及时 性，药剂撒落不够均匀。以上这些最终都会影响到水质的处理结果。对于几万元 一吨的高分子絮凝剂来说，长期非科学性的用量造成的资金损失也是非常可观 的。 本文所设计的全自动加药系统，能克服人工加药的弊病。( i ) 聚丙烯酰胺通 过计量加药系统加入溶药罐，保证了药剂用量上的控制；( 2 ) 聚丙烯酰胺在溶药 罐里被搅拌2 个小时后才加入到絮凝器中，经过充分搅拌的药液其絮凝效果最 好；( 3 ) 药液通过加药泵实现量的控制并被连续不断地送出，和污泥在管道中混 合后被一起送入絮凝器，实现了药剂与污泥的均匀混合；( 4 ) 整个加药系统通过 p l c 自动控制，减少了人工操作，使絮凝过程更及时、准确、高效、降低了成本； ( 5 ) 以往的水处理厂，大部分设备都很现代化，洁净、明亮、高效，唯独在絮 凝加药的环节上显得落后不配套，本设计的使用也弥补了现代化水厂的这一缺 陷，使污水处理厂更洁净、无味、现代化。 该工程的实施有利于水资源的综合治理，有利于走可持续发展的道路，有利 于水环境质量的提高。 1 2 污水处理厂工艺流程 由于絮凝剂和助凝剂的使用大大简化了污水处理厂的结构设置，使原来的浓 缩、消化、再浓缩过程简化为一个直径0 5 m ，高i 2 m 的絮凝罐，大大减少了污 水厂的占地面积。其工艺流程如图1 2 所示。一沉池和二沉池中的污泥通过污泥 泵被送入管道集中输送，与絮凝剂在絮凝罐里混合，二者经过不到十秒钟的停留， 提前制备好的絮凝剂在絮凝罐里使污泥迅速絮凝成团，破坏了污泥的亲水性，使 泥份与水份分离开来，为后期的脱水做好了准备。污水经絮凝后从絮凝器顶部排 出进入脱水车间，通过带式压滤机压榨成泥饼。 1 1 3 污泥脱水过程中加药系统的国内外现状 随着我国经济的发展和城市的现代化建设、人们生活水平的提高、城市的环 境和生态平衡的要求，城市污水量在不断增长，人们环保意识的增强，使各城市 天津大学硕士学位论文 第一章污水处理概述 助凝剂的添加都是靠人【：控制，经常使用的絮凝剂是聚丙烯酰胺，而聚丙烯酰胺 只有充分溶解于水中才能最好的发挥其絮凝作用，其溶解时间大约是1 2 个小 时，( 1 ) 人工倾倒的药剂直接进入浓缩池的污泥中，药剂又没有经过溶解，有时 聚丙烯酰胺还会聚集在池底成陀，其梨凝效果受到了很大的影响；( 2 ) 人工撒药 无法实现量的控制，而药量的大小也会影响到絮凝效果；( 3 ) 人ij j h 药缺乏及时 性，药剂撒落不够均匀。以上这业晟终都会影响到水质的处理结果。对于几万元 一吨的高分子絮凝剂来说长期非科学性的用量造成的资金损失也是非常可观 的。 本文所设计的全自动加药系统，能克服人工加药的弊病。( 1 ) 聚丙烯酰胺通 过计量加药系统加入溶药罐，保证了药剂用量上的控制；( 2 ) 聚丙烯酰胺在溶药 罐里被搅拌2 个小时后才加入到絮凝器中，经过充分搅拌的药液其絮凝效果最 好；( 3 ) 药液通过加药泵实现量的控制并被连续不断地送出，和污泥在管道中混 合后被一起送入絮凝器，实现了药剂与污泥的均匀混合；( 4 ) 整个加药系统通过 p l c 自动控制，减少了人工操作，使絮凝过程更及时、准确、高效、降低了成本： ( s ) 以往的水处理厂，大部分设备都很现代化，洁净、明亮、高效，唯独在絮 凝加药的环节上显得落后不配套，本设计的使用也弥补了现代化水厂的这一缺 陷，使污水处理厂更洁净、无味、现代化。 该工程的实施有利于水资源的综台治理，葫利于走可持续发展的道路，有利 于水环境质量的提高。 1 2 污水处理厂工艺流程 由于絮凝剂和助凝剂的使用大大简化了污水处理厂的结构设置，使原柬的浓 缩、消化、再浓缩过程简化为一个直径o 5 m ，高12 m 的絮凝罐，大大减少了污 水厂的占地面积。其工艺流程如图1 。2 所示。一沉池和二沉池中的污泥通过污泌 泵被送入管道集中输送，与絮凝剂在絮凝罐里混合，二者经过不到r 秒钟的停留， 提前制各好的絮凝剂在絮凝罐里使污泥迅速絮凝成团，破坏了污泥的亲水性，使 g d 份与水份分离开米，为后期的脱水做好了准备。污水经絮凝后从絮凝器顶部排 山进入脱水车间，通过带式压滤机压榨成泥饼。 1 3 污泥脱水过程中加药系统的国内外现状 随着我国经济的发展和城市的现代化建设、人们生活水平的提高、城市的环 境和生态平衡的要求，城市污水量在4 i 断增长，人们环保意识的增强，使各城市 境和生态平衡的要求，城市污水量在不断增长，人们环保意识的增强，使各城市 天津大学硕十学位论文 第一章污水处理概述 助凝剂的添加都是靠人工控制，经常使用的絮凝剂是聚丙烯酰胺，而聚丙烯酰胺 只有充分溶解于水中刁能最好的发挥其絮凝作用，其溶解时间大约是1 2 个小 时，( 1 ) 人工倾倒的药剂直接进入浓缩池的污泥中，药剂又没有经过溶解，有时 聚丙烯酰胺还会聚集在池底成陀，其絮凝效果受到了很大的影响；( 2 ) 人工撒药 无法实现量的控制，而药量的大小也会影响到絮凝效果；( 3 ) 人工加药缺乏及时 性，药剂撒落不够均匀。以上这些最终都会影响到水质的处理结果。对于几万元 一吨的高分子絮凝剂来说，长期非科学性的用量造成的资金损失也是非常可观 的。 本文所设计的全自动加药系统，能克服人工加药的弊病。( i ) 聚丙烯酰胺通 过计量加药系统加入溶药罐，保证了药剂用量上的控制；( 2 ) 聚丙烯酰胺在溶药 罐里被搅拌2 个小时后才加入到絮凝器中，经过充分搅拌的药液其絮凝效果最 好；( 3 ) 药液通过加药泵实现量的控制并被连续不断地送出，和污泥在管道中混 合后被一起送入絮凝器，实现了药剂与污泥的均匀混合；( 4 ) 整个加药系统通过 p l c 自动控制，减少了人工操作，使絮凝过程更及时、准确、高效、降低了成本； ( 5 ) 以往的水处理厂，大部分设备都很现代化，洁净、明亮、高效，唯独在絮 凝加药的环节上显得落后不配套，本设计的使用也弥补了现代化水厂的这一缺 陷，使污水处理厂更洁净、无味、现代化。 该工程的实施有利于水资源的综合治理，有利于走可持续发展的道路，有利 于水环境质量的提高。 1 2 污水处理厂工艺流程 由于絮凝剂和助凝剂的使用大大简化了污水处理厂的结构设置，使原来的浓 缩、消化、再浓缩过程简化为一个直径0 5 m ，高i 2 m 的絮凝罐，大大减少了污 水厂的占地面积。其工艺流程如图1 2 所示。一沉池和二沉池中的污泥通过污泥 泵被送入管道集中输送，与絮凝剂在絮凝罐里混合，二者经过不到十秒钟的停留， 提前制备好的絮凝剂在絮凝罐里使污泥迅速絮凝成团，破坏了污泥的亲水性，使 泥份与水份分离开来，为后期的脱水做好了准备。污水经絮凝后从絮凝器顶部排 出进入脱水车间，通过带式压滤机压榨成泥饼。 1 1 3 污泥脱水过程中加药系统的国内外现状 随着我国经济的发展和城市的现代化建设、人们生活水平的提高、城市的环 境和生态平衡的要求，城市污水量在不断增长，人们环保意识的增强，使各城市 天津大学硕士学位论文 第一章污水处理概述 图1 1 污水处理工艺流程 清水 污水处理厂的建设与运行管理已经成为现代化城市建设不可分割的一部分。各地 都在做改善水质、进行污水处理、污水回用、污泥处理处置的工作。 通过处理的城市生活污水或工厂排污得到净化达标后排放，而污泥是污水净 化过程中的必然产物。据统计，我国城市污水处理厂每年排放湿污泥计约为3 8 0 万5 5 0 万吨，并以每年2 0 的速度递增。 我国污水污泥处理处置技术现在还刚刚起步，长期以来，我国存在着重废水 处理，轻污泥处理的倾向。在我国已建成的污水处理厂中，9 0 以上没有污泥处 理的配套设施；污泥未经任何处理直接农用的约占6 0 以上。有些地方的污水 虽然得到了有效治理，污水处理的伴生产物污泥却没有得到处理和处置。 污水污泥的处理，包括很多个单元过程，但其中药剂的投加却是不可缺少的。 原上海市自来水公司，充分注意到在同一江段取原水净化成自来水后又将沉 淀池排泥水回排到同一江段的不合理现象，早在1 9 9 0 年就组织科研人员对水厂 排泥水的处理工艺进行了研究，选用了聚丙烯酰胺作为絮凝剂，加注率在o 5 1 ，絮凝效果都很好，属人工投加； 北京市第九水厂( 九厂) 供水能力1 5 0 万m 3 d ，分三期建成，每期各5 0 万m 3 d 。 其污泥处理厂主体工程随九厂二期工程同步建设，于1 9 9 7 年6 月建成投产。并 且随着九厂三期1 9 9 9 年7 月正式通水，与三期工程配套的污泥处理厂设备安装 也于2 0 0 0 年5 月完工，从而实现了与九厂日供水量1 5 0 力m 3 相适应的污泥处理 规模。该厂在污泥处理过程中，由于给水污泥亲水性很强，需要几个大型的沉降 池经过几天的沉降才能实现污泥的分离，为了提高处理效率和效果，该厂做过多 次实验最终找到了聚丙烯酰胺作为絮凝剂，很快能破坏污泥的亲水性，大大缩短 了浓缩时间，虽然提高了效率和效果，但这也仅仅是在沉降池预留高分子助凝剂 天津人学硕士学位论文 第一章污水处理概述 ( p a m ) 加药口以作备用，絮凝过程在沉降池中进行，时间缩短了但占地面积没 变，没有相应的加药设备。 对于污水处理厂的污泥处理装备，发达国家在2 0 世纪6 0 年代就已经达到先 进的成套化水平，而我国城市污水处理厂污泥处理起步较晚，而且对污泥处理处 置重视不够。虽然8 0 年代中期建设了大型污水处理厂，污泥处理也采用中温厌 氧消化，但是污泥处理技术和设备几乎全部需要引进。近十多年来，城市污泥处 理技术中某些单项专用设备有较大发展。 1 4 本文的主要研究内容及目的 在综合了解絮凝剂填加的国内外现状后，为了简化污水厂结构设置，提高 p a m 的加注效果，降低加注成本，我们设计了全自动加药系统。 ( 1 ) 絮凝剂和助凝剂的使用，使污水处理厂大大简化了结构设置，原来的 污泥处理需要经过庞大的浓缩池、消化池、再浓缩池才能送到带式压滤机或板框 式压滤机压成泥饼，而p a m 通过自动加药系统的投加，可以使p a m 和污泥一 起直接进入直径o 5 m 高1 2 m 的立式絮凝器中，大大减少了占地面积。 ( 2 ) 论文论述了全自动加药系统中主要设备的选用及设计过程。在该加药 系统中，涉及到的设备大小有几十种，其中重点论述了搅拌系统中搅拌轴、搅拌 桨叶的设计，气力输送系统中输送管道的设计及风机的压力计算，计量加药系统 的设计、以及独特的料仓设计、给水加料系统的原理和设计内容。 ( 3 ) 论述了整个系统自动化控制的原理和方案。自动化控制是提高p a m 投 加准确度、均匀度以及絮凝效果的前提，在最初的设计中使用的是继电器等电气 控制，噪音大，占地面积大，同时由于使用环境比较潮湿，使控制系统控制的准 确度和零部件的使用寿命都受到很大影响，从而大大降低了生产效率，影响了正 常生产。通过改进，我们给出了以p l c 控制为主的这套全自动控制的加药系统， 使整个设备更为小巧，效果更好。文中详细论述了控制要求、控制原理、及实现 控制的方案。 ( 4 ) 污水处理已经成为现代化建设中不可或缺的组成部分，它的处理能力、 处理质量、处理效率也是一个城市或现代化工厂的标志。在整个污水处理过程中， 大部分设备能实现机械化和自动化操作，准确、高效，而人工加药部分一直以来 都是现代化污水厂的落后点。全自动加药系统的构想，旨在用准确、高效、节能、 低成本的现代化设备代替繁杂、无序、不稳定的落后的人工操作， 使其与整个 污水厂更加协调配套。 天津大学硕士学位论文 第二章 z , i b 8 5 0 全自动加药系统的f ：艺及控制要求 第二章z j b l 2 0 0 全自动加药系统的工艺及控制要求 z j b l 2 0 0 型自动加药系统主要用于水处理中的湿法投加药剂，该系统能使絮 凝剂迅速、均匀溶解并配制成一定浓度的溶液。可连续自动的进行分散、稀释以 及对干粉药剂的计量操作，并且具有长期可靠性和经济性。 本设备适用于污水处理工程、选煤、印染、制药、石油化工等行业。采用本 系统可以精确制备所需的聚合物浓度、同时可避免浪费粉末和在线稀释系统的昂 贵花费。 2 1 污泥的产生 城市废水处理的任务是去除城市废水的悬浮物和b o d ，。对于常规的废水处 理流程来说，视其排放水质的要求不同，一般包括3 段处理工序。其中，一级处 理( 物理处理) 主要是用于去除粗粒固体、悬浮固体、大粒径胶体等，栅渣呈垃圾 状，沉沙池沉渣中相对密度较大的无机颗粒含量较高，所以两者一般作为垃圾处 理。由于一级处理仅能去除城市废水b o d 5 的3 0 ，因此，还不宜排放。二级处 理( 生物处理) 主要是利用微生物的生命活动过程，对废水中的污染物进行转移和 转化作用，从而使废水得到净化。其主要特征是应用微生物特别是细菌，并在为 充分发挥微生物的作用而专门设计的生化反应器中，将废水中的污染物转化为微 生物细胞以及简单形式的无机物。由于二级处理能大幅度去除水中呈胶体和溶解 状态的有机污染物，b o d 5 的去除率可咀达到9 0 以上，b o d 5 的浓度降到2 0 3 0 m g l ，污水能达到排放标准。其中初沉池污泥和二沉池生物污泥，因富含有 机物，容易腐化、破坏环境，必须妥善处置。初沉池污泥还含有病原体和重金属 化合物等。二沉池生物污泥基本上是微生物机体，含水率高、数量多，更需注意。 目前，世界上工业发达国家普遍采用二级生物处理流程。三级处理是对废水 的深度处理，一般指去除氮、磷和其他微量的杂质。近年来，随着对环境质量要 求的不断提高，为了防止水体富营养化，防止藻类的过度繁殖，对二级生化处理 后的污水再进行三级处理，除去水中的残留有机物，使污水成为新的资源。 无论哪个阶段的污水处理，其结果都分为两部分，即达标排放的上清液和含 有9 7 水份的污泥，这些污泥中的泥份具有很强的亲水性，存在于一沉池和二沉 池中，通过刮泥机被集中到池底中央，由污泥泵排出通过管道输送到絮凝罐中。 天津大学硕士学位论文第，：章 z j b 8 5 0 全自动加药系统的i ：艺及控制要求 这些污泥主要包括两大类：初沉污泥和活性污泥。初沉污泥和活性污泥混合， 经消化后还会产生消化污泥。在污水深度处理或工业废水处理中，当采用混凝沉 淀工艺时，还会产生消化污泥。 初沉污泥是指在初次沉淀池沉淀下来并排出的污泥。初沉污泥f 常情况下为 棕褐色略带灰色，当发生腐败时，则为灰色或黑色，般情况下有难闻的气味。 初沉污泥的p h 值一般在5 5 7 5 之间。合固量一般为2 4 ，初沉污泥的有机 成分为5 5 , - 一7 0 。 活性污泥是指传统活性污泥工艺等生物处理系统中排放的剩余污泥。活性污 泥外观为黄褐色絮状，有土腥味，含固量一般在o 5 0 8 之间。有机成分为 7 0 8 5 。活性污泥的p h 值在6 5 7 5 之间，当采用消化工艺时有时会低于 6 5 。活性污泥的含固量一般都小于1 ，因而其流动性及混合性能与污水基本 致。 消化污泥是指絮凝沉淀工艺中形成的污泥，由于絮凝剂的作用，使初沉污泥 和活性污泥形成絮状团块，从而破坏了它们的亲水性，为泥份和水份的最终分离 作好准备，消化污泥气味较小，其有机成分含量不高，容易浓缩和脱水。 2 2 污泥的处理处置 随着科技的发展和人们环保意识的增强，污泥的最终无害化处置具有极强的 必要性和紧迫性。 污泥的处理包括两个过程：污泥预处理和污泥处置。污泥的处置是污泥的最 终去向，应该考虑到环境健康标准、能源利用、温室气体的排放、气味的控制和 污泥体积的减少等因素。而城市污水污泥中含有较高的水份、有毒有害物质、酸、 碱、盐、有机酸等成分，污水污泥在处置前必需经过处理，处理的目的在于：( a ) 降低含水率使其变流态为固态，同时减少污泥量：( b ) 稳定有机物，使其不易 腐化，避免对环境造成二次污染。 污泥预处理的目的实质是为各种污泥的处置方案提供必要的前处理：应根据 污泥的最终处置方案、污泥的不同数量和性质，结合当地具体条件选取几个不同 的污泥处理单元，以组成不同的污泥处理处置系统。通常采用的污泥处理单元过 程有浓缩、稳定、调理及脱水等；浓缩、稳定、调理都需要向污水中填加药剂， 以达到改善污泥脱水的性质、减少水与污泥固体颗粒的结合力、降低有机物含量、 污泥减量化的目的，从而为脱水过程及后续的处置做好充分的准备。 当前我国有些污水处理厂所采用的污泥处理技术已经是发达国家所摈弃的 技术，其水平还停留在发达国家2 0 世纪7 0 8 0 年代的水平。污泥处理设备也比 天津大学硕士学值论文第二章 刁b 8 5 0 全自动加药系统的j 艺及控制要求 较落后，国产设备性能差、效率低、能耗高，所以我国目前多采用从发达国家赢 接进口设备的方式，这相应地提高了污泥处理的费用，也限制了我国污泥处理技 术的提高和发展。 2 3 絮凝剂的使用 1 4 l 【1 7 】【1 8 】 水处理系统产生的污泥，含水率很高，体积很大，输送、处理或处罱都不方 便。为了减少污泥脱水机的台数、提高脱水效果、降低运行成本，将浓缩池中排 出的含水率仍在9 7 9 8 ，呈流动状，体积很大的污泥中投加絮凝剂，以使尽 量多的污泥颗粒，包括细小的颗粒及胶体颗粒凝聚、絮凝，以改善其脱水性能。 从大量的水分子中脱离出来，从而可使污泥中的含水率降到1 5 2 5 ，以利后 期的脱水处理。絮凝剂的絮凝机理如下： 由于污水内经浓缩后的污泥中的悬浮物体为微小的悬浮颗粒和胶体粒子，特 别是胶体粒子，在水中呈分散悬浮状态，极不易与水脱离分层。絮凝是通过有机 高分子絮凝剂对悬浮液和胶体中细小颗粒的电中和和吸附架桥，以破坏这些颗粒 的稳定性，使其相互接触，而凝聚在一起，进而快速形成较大絮团，使其能够在 脱水机械的作用下实现与水的分离。【h 于有机高分子絮凝剂聚丙烯酰胺具有 用量少、沉降速度快、絮体强度高、能提高过滤速度等优点，它的絮凝效果比传 统的无机絮凝剂大几倍到j l 十倍，所以得到了，泛的应用。 经过净水专家多年的水处理应用研究，普遍认为聚丙烯酰胺的絮凝要理是： ( 1 ) 由于其具有极性基因一酰胺基，易于借其氢健的作用在泥沙颗粒表面吸附： ( 2 ) 因其有很长的分子链，大数量级的长链在水中有巨大的吸附表面积，故絮 凝作用好，能利用长链在颗粒之间架桥，形成大颗粒的絮凝体，加速沉降。( 3 ) 借助于聚丙烯酰胺的絮凝助凝，在净水处理的泥凝过程中可能发生双电离压 缩，使颗粒聚集稳定性降低，在分子引力作用下颗粒结合起来，分散相的简单阴 离子可以被聚合物阴离子基团所取代；( 4 ) 高分子和天然水组成中的物质和水中 悬浮物，或在它之前投加的水解混凝剂的离子之间发生化学相互作用，可能是络 合反应；( 5 ) 由于分子链固定在不同颗粒的表面上，各个固相颗粒之间形成聚合 桥。 絮凝剂是固相的，若直接将这种絮凝剂加入悬浮液中，由于它的粘度大，扩 散速度低，因此絮凝剂不能很好地分散在悬浮液中，致使部分絮凝剂起不到絮凝 作用，造成絮凝剂的浪费，因此我们设计了该加药系统，通过加药系统的充分搅 拌溶解，把絮凝剂和适量的水搅拌达到一定的浓度，一般不大于4 s g l 有时还 要小于此值，搅拌均匀后即可使用。 天津大学硕士学位论文第_ _ 二章z j b 8 5 0 全自动加约系统的工艺及控制要求 选择聚丙烯酰胺做为该系统的絮凝剂，经实验确定搅拌时问为2 个小时，配 置浓度为5 0 絮凝效果最好。 聚丙烯酰胺属非离予有机高分子聚合电解质，同时具有电性中和与吸附架桥 的作用，其形成的污泥絮体抗剪切性能强，不易被打碎，尤其适合于后续的离心 或带式压滤脱水方式。 2 4z j b l 2 0 0 全自动加药系统的工艺流程 z j b l 2 0 0 自动加药系统设计完成后，将被安装在污泥处理车间。聚丙烯酰胺 经自动加药系统的处理，保证了用药量的稳定供给，使其充分溶解达到了絮凝的 最好状态，全自动加药系统将充分溶解的聚丙烯酰胺药液连续不断地送入絮凝器 中，对从一沉池和二沉池中排出并送入絮凝器的泥水进行絮凝处理，使具有较强 亲水性的泥份充分与水份脱离，降低污泥的含水率，达到能进行脱水的指标。 该自动加药系统主要由搅拌系统、自动控制系统、气力输送系统、计量加药 系统、给水加料系统等部分组成。 z j b l 2 0 0 工艺流程如图2 1 所示，该系统是为成都新都污水处理厂的污泥 处理车问设计的配套设备。 粉状的聚丙烯酰胺首先被倒入料仓，为了保持聚丙烯酰胺干燥的粉术状，该 系统在料仓中特别增加了加热烘干装置。工作开始后，打开料仓的闸门，聚丙烯 酰胺进入计量加药装置，通过螺旋的计量和输送，聚丙烯酰胺被以工艺要求的剂 聚丙烯 图2 1 自动加药工艺流程 量送入压送式气力输送装簧中，在气流的作用下，使聚丙烯酰胺成松散、悬浮、 流念化在管道中输送进入溶药罐。在p a m 进入溶药罐的同时，搅拌用水也以喷 淋的形式使聚丙烯酰胺一经脱离气力输送系统就能遇到水的喷淋，避免了p a m 的成砣不宜溶解及粉尘的产生。药剂和水加到规定位置时，搅拌装黄启动开始工 作，聚丙烯酰胺在溶药罐中通过2 个小时的搅拌得到了充分的溶解，达到了絮凝 天津大学硕士学位论文第二章 z j b 8 5 0 全自动加药系统的：l ：艺及控制要求 的最好效果，这时搅拌装置停止工作，连接溶药罐和储药罐的管道阀门打开，药 液被送入储药罐，当溶药罐旱的药液被输送到最底液位后，下一个气力输送药粉、 搅拌、溶解的过程又将丌始；第二个溶药周期将要结束时，将加药泵打开，存储 于储药罐中的絮凝剂被连续不断地送入絮凝器，对污泥进行絮凝处理，使大量的 污泥与水份充分的脱离开来。至此，整个自动加药系统的各个环节全部进入了工 作状态，完成了向污泥里加药絮凝的自动化控制过程。由于溶药罐和储药罐容积 设计的合理性，我们保证了p a m 药液供应的连续性。 2 5z j b l 2 0 0 控制要求 系统正常运行时，要求能够达到以下的控制要求： 1 ) 该控制系统应具有手动调节和自动运行功能。 2 ) 为了确保药液的均匀程度，搅拌机的运行时间为2 h ，2 h 后停止搅拌，溶药罐 向外排放药液。 3 ) 为了防止迸水口出现粘堵及返潮现象，必须保证鼓风机与进水电磁阀同步启 动，加药完成停车的时候，鼓风机滞后于进水电磁阀。 4 ) 当溶药罐在最低液位时进水电磁阀的打开加水，当溶药罐在最高液位时进水电 磁阀关闭，加水完成。 5 ) 当搅拌机停车，同时储药罐不是最高液位且溶药罐不是最低液位时进药电磁阀 打开，溶药罐向储药罐排药；当溶药罐是最低液位或储药罐是最高液位时，进药 电磁阀关闭，停止排药。 6 ) 当各个电机出现故障时，能够发出报警信号，并且能够自动停机，防止出现更 大的事故。 7 ) 确保运行过程连续、可靠。 2 6 本章小结 目前，我国对污水污泥的处理处置还没有象污水处理那样引起足够的重视， 大部分污水处理厂对含有各种有害污泥多采用直接排放、用于农肥和填埋的办 法，这对环境就造成了二次污染，对人体健康造成转移性危害，大大削弱污水处 理厂水质净化的积极作用，也造成了经济上的巨大损失。所以，对污泥进行无害 化处理具有极强的必要性和紧迫性。 城市污水处理厂对城市污水进行处理达标排放后，其副产品污泥的成 分还比较复杂，含水量较大，不能随意地排放以免造成二次污染。经过大量科技 天沣人学硕士学位论文第二章z j b 8 5 0 全自动加药系统的 = ：艺及控制要求 人员多年的实验，填加絮凝剂后可使污泥中的大部分泥份与水份脱离丌来，这样 的泥份经脱水后成为泥饼，减少了体积，可以装车方便运输，如果再经过消毒处 理、发酵、成粒等，还可以作为农作物的肥料，脱出的水份也能达到排放标准， 真正实现了清洁化、环保化的污水处理。为了实现这一目标，我们设计了一套絮 凝剂的全自动加药系统，改变了过去人工加药的不定性，提高了污水处理的现代 化的进程，降低了成本。 全自动加药系统的使用大大简化了污水处理厂的建构，这里我们介绍了全 自动加药系统在污水处理厂的位置、它的主要组成部分，并详细介绍了它的工艺 流程和控制要求。 天津大学硕士学位论文 第三章z j b l 2 0 0 全自动加药系统土要殴备的没计 第三章z j b l 2 0 0 全自动加药系统主要设备的设计 z j b l 2 0 0 全自动加药系统主要由设备部分：搅拌系统、气力输送系统、计量 加药系统、给水加料系统和料仓；控制部分：自动控制系统组成。 该成套加药装置尺寸为：2 0 m 1 5 m 1 , 8 m ，结构紧凑、安全简单、操作使用 简便等特点。该装置还可根据用户不同工艺流程的要求，进行有针对性的设计、 配置必要的部件，实现功能适合( 如自动远程控制) 、经济实用。 3 1 絮凝剂浸润系统的总体构成 2 0 世纪6 0 年代，高分子聚合物开始应用于污水处理，使污泥脱水设备及技术 得到了快速发展，同时也促进了聚合物在污泥调质过程中的广泛应用。聚丙烯酰 胺是应用最多的人工合成絮凝剂。我国为数众多的企业生产：聚丙烯酰胺干粉，有 些科研单位曾经试制过胶乳产品，但胶乳j “：品系聚困烯酰胺微小胶粮悬浮在油相 中的热力学不稳定物系，长期放嚣易发生分层现象。 山于产品主要性能指标如圄 含量和稳定性方面与国外先进水平差距较大，难以与于粉产品竞争。而聚丙烯酰 胺干粉在投加使用前必须进行搅拌溶解，使其成为胶乳状。 加药装置根据处理污泥所需药剂浓度，在溶药罐内进行配制，经搅拌器搅拌