1000 MW燃煤機組工業廢水零排放改造中脫水機的調試優化運行研究
摘要：以華能某2×1000 MW燃煤機組為例，對全廠原有工業廢水處理系統進行升級改造，從而實現工業廢水系統持續穩定運行。改造的重點在于脫水機的調試運行，實現脫水機在滿足工業廢水系統出力要求的基礎上，連續穩定地產出合格的回用水和污泥。
關鍵詞：廢水;零排放;改造;脫水機;
目前長江經濟帶的生態環境問題日益嚴峻，多年監測結果顯示，只占全國面積21%的長江經濟帶，其廢水排放總量卻占到了全國的40%以上，單位面積二氧化硫、氮氧化物等有機物排放強度為全國平均水平的1.5～2倍。長江沿岸的燃煤電廠廢水排放是其中的重要影響因素，因此燃煤電廠進行廢水零排放改造迫在眉睫，零排放不僅僅能提高用水效率，減少水資源浪費，節約生產成本，同時也積極響應了國家“長江大保護”的號召，可為長江流域的污染整治起到重要推動作用。
1 燃煤機組工業廢水處理系統介紹
1.1 原有工業廢水系統運行問題
某廠原有工業廢水系統設計出力為100 t/h，處理廢水來源主要有化學車間來廢水、主廠房機組排廢水和灰系統臨時排水。廢水的處理過程為曝氣、pH初調、凝聚、澄清和最終中和處理后回用。原有工業廢水處理系統如圖1所示。
原有工業廢水系統運行過程中的主要問題:脫水機持續運行過程中脫水效果不佳，出水清液渾濁，出泥含水量較高不能達到污泥摻燒的工藝要求。導致這一現象的主要原因是進水濁度偏大且濃度不穩定，同時系統缺乏進水濁度的調節功能，無法保障持續供給濁度適合且穩定的污水。因此開展調試運行工作前的首要任務是對系統進行優化改進，以解決該問題。
1.2 脫水系統的優化改進方案
原脫水系統對泥水的預處理僅依靠濃縮池進行，而原系統濃縮池為漏斗狀且池面半徑較大，實際運行過程中污泥自然沉降速度較快，隨著脫水系統運行，濃縮池底部污泥沉積層會逐漸增厚，濃縮池出水濁度不斷上升，同時刮泥機運行阻力逐漸增大并最終造成電機燒毀。針對這一問題，在原有濃縮池后增設平衡池，平衡池體積較小且配置兩臺工業水沖洗水泵，當濃縮池出水濁度過大時可以在平衡池內進行注水稀釋調節，從而解決了脫水機進水濁度的波動問題。改造后的工業廢水系統如圖2所示。
2 脫水機相關影響因素假設
該廠采用的脫水離心機為臥式螺旋離心機，其結構主要由轉鼓和帶污泥輸送的空心螺旋組成，轉鼓和螺旋在運行中均處于高速旋轉狀態，利用轉鼓和螺旋之間的差速實現污泥和水的分離。對于影響脫水機脫水效果的因素，本文提出相關假設(見表1)。
如表1所示，本文提出影響脫水機脫水效果的主要因素有兩個，分別是進水水質和脫水機自身運行參數的設置，對這兩個相關因素進行進一步細分可以得出5個具體的影響變量，分別是助凝劑加藥量、進水污泥質量濃度、脫水機運行差速、脫水機堰板高度(進水量)和脫水機扭矩。本文將采用實驗方式對這5個變量分別進行分析研究，確定每個變量對脫水機實際運行影響的大小，并最終得出該脫水機的最優運行方案。
3 影響因素實驗分析
3.1 影響因素之間的相關性分析
對實驗假設的影響因素進行相關性分析的目的在于探究各個影響因素對實驗結果影響的強弱關系，分析結果對于排除干擾因子、簡化調試實驗流程和確定最終調試方案具有重要意義。實驗選擇在出水含固量達標的前提下，監測改變加藥量、進水量時的出泥含水率等數據，并分析各個參數之間的相關性。此次實驗一共獲取實驗數據30組，具體調試參數見表2。
測試數據經過整理，計算各參數之間的相關系數，見表3。
3.1.1 各參數對于出泥含水率影響的定性說明
出水含固量達標意味著脫水機的處理出水符合廢水系統的回用要求，這是脫水機運行的基本前提。在此前提下，出泥含水率越低則說明脫水機的工作效率越高，脫水效果越好。從表3所示的數據可以發現，出泥含水率與加藥量、差速、進水量和進水質量濃度均有一定的相關性，相關性從強到弱分別是:加藥量>差速>進水量>進水質量濃度，只有扭矩對于出泥含水率的相關性較弱。
1)增加加藥量，出泥含水率降低
由絮凝劑理論可知，隨著加藥量的增加，原泥的絮凝速度會增加，絮體也會更加密實一些，有利于降低最終出泥含水率。因此適當增加加藥量有利于脫水機運行效果。
2)降低脫水機差速，出泥含水率降低
脫水機運轉差速越低，污泥在轉鼓內停留的時間也就越長，這就意味著污泥在離心力作用下的時間增加，脫水效果也就相應得到了提高。因此差速降低有利于脫水效果。
3)增加進水量，出泥含水率增加
當進水量增加時，要保證出水澄清則相同時間內脫水機要產出更多的污泥，此時需要更高的差速來將污泥從廢水中分離，否則污泥就會被水帶走，等量進水在轉鼓中的停留時間也就降低了，出泥的含水率必然增加。因此適當降低進水量可以獲得更好質量的出泥，但是實際運行過程中，進水量是需要根據整個系統的設計出力來進行確定。
4)提高進水質量濃度，出泥含水率增加
同增加進水量類似，當進水質量濃度升高時，單位時間內如果要保持出水同樣澄清則勢必需要脫出更多的污泥，也需要更高的差速來運行脫水機，所以如果差速保持不變，出泥的含水率勢必增加。
3.1.2 差速與各參數之間關系的定性說明
通過分析實驗所得相關性數據可以發現，差速和進水量、加藥量以及進水質量濃度之間也存在著一定的相關性，具體關系如下。
1)進水量增加，差速升高
由于實驗的結果是保證出水含固率在標準范圍之內，因此當進水量加大時，為了保證出水水質達標就需要通過提高差速來實現。
2)加藥量降低，差速增大
減少加藥量，泥水內部的絮凝反應速度下降，密實性變差，為了保證出水質量此時只能通過增大差速來實現。
3)進水質量濃度增加，差速升高
由于相同時間內需要處理的污泥量增多，為了保證出水則勢必需要提高差速。
通過上述分析可以得出，無論是對出泥含水率還是差速的相關性分析來說，進水質量濃度和進水量對兩個因素的影響都是同向且影響機理類似，因此這里本著簡化實驗，縮減實驗變量的原則，引入固體負荷(流量*質量濃度)這個概念來代替流量和質量濃度這兩個指標。為了驗證該替換指標的可行性，本文進行了固體負荷、進水量和進水質量濃度分別與差速和出泥含水率的相關性比較，結果如表4所示。
從表4中數據可以看出，固體負荷同差速或出泥含水率的相關性均比原單獨的進水量和進水質量濃度更高。所以在考慮進料對脫水效果影響時采用固體負荷概念更容易反映出本質。
綜合上述分析，在保證出水水質合格的前提下，對影響出泥含水率的因素進行相關性強弱排序得到:加藥量>差速>固體負荷(>進水質量濃度>進水量)。
3.2 脫水機調試實驗
3.2.1 脫水機調試流程方案確定
基于本文3.1項對影響因素的相關性分析，現提出如圖3所示的脫水機調試流程，通過反復實驗調節數據，從而最大限度降低出泥的含水率。
3.2.2 脫水機堰板高度設定
脫水機堰板高度設置直接決定了脫水機的進水量大小，脫水機的實際運行進水量需要滿足整個工業廢水處理系統的處理要求。同時，為了保證設備的穩定持續運行，實際運行設備無法在滿負荷狀態下持續運行，因此控制設備出力為其額定出力的85%～95%，脫水機的額定出力為10 t/h，則對應的控制實驗進水量為8.5～9.5 m3/h。通過現場實驗得到保證，此進水量區間范圍的脫水機堰板設置高度為245 mm。
3.2.3 加藥量控制
從絮凝理論可知，加藥量與絮凝效果成正態分布關系，其中存在一個最優加藥量值，一旦超過該最優值則泥水絮凝效果開始逐漸下降，因此加藥量要控制在一定的合理范圍之內，并不是越多越好。由于加藥量控制直接影響到污泥沉降比(sv)，而理論上一般污水處理進水的正常30 min污泥沉降比在20%～30%。同時實驗測得進水污泥質量濃度為1.463 g/L，現場配置混凝劑濃度為0.3%，加藥量450 L/h，脫水機堰板高度設置為245 mm，進行進水取樣污泥沉降比實驗，實驗如圖4所示，結果如表5所示。
通過多次取樣實驗可以得知，當加藥濃度控制在0.3%，加藥量為450 L/h時，進水的30 min污泥沉降比在20%～30%，符合處理標準。
3.2.4 脫水機差速的設定
用實驗分析脫水機的差速設定與脫水機實際效果的關系。具體實驗所得數據如表6和7所示。
由實驗數據可以發現，當脫水機差速控制在2.3～3.8時，出水含固率達標且出泥含水率較低。反復實驗觀察后，最終設定脫水機差速為3.0，脫水機可以長時間穩定產出合格的清澈出水和泥餅。
注:2020-08-18，進料8.8 m3/h。
4 結論和展望
本文通過控制出水含固率合格的情況下，探究加藥量、差速、扭矩、進水流量和進水質量濃度5個變量因素對出泥含水率的影響，利用實驗所得的30組數據分析求出了各個變量之間的相關性，再分別對各個變量進行定性分析，排除了低相關性的扭矩因素影響，引入固體負荷的概念將進水量和進水濃度兩個因素合二為一，從而減少了實驗變量個數，簡化了實驗流程。最終基于實驗確定的影響因素權重順序提出了脫水機的調試實驗流程。最后結合實際生產過程中工業廢水的設計出力要求進行變量控制實驗，確定了最優的日常運行工況:助凝劑濃度選擇為0.3%，加藥量控制為450 L/h，脫水機堰板高度設置為245 mm以保證脫水機處理進水量在8.5～9.5 m3/h，脫水機差速設置為3.0，在該參數設置下脫水機可以滿足工業廢水系統連續運行要求的同時實現設備使用效率和經濟性效益的雙重最優。本次脫水機成功調試運行，保障了電廠廢水系統的整體運行，同時處理所得回用水滿足工業水使用要求，可作為全廠工業水用水的補充來源，節約了水資源，處理所得污泥目前僅做摻燒處理，后期可考慮對污泥進行干燥處理后燃燒，使其從熱量消耗者轉化為熱量產出者。
作者簡介：呂沁文(1992-)，助理工程師，主要從事電廠化學運行工作。
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