污泥調(diào)理機械攪拌設(shè)備選型與設(shè)計研究

王健

（中機國際工程設(shè)計研究院有限責任公司，湖南 長沙 410000）

1 設(shè)備的組成與形式

污泥調(diào)理機械攪拌設(shè)備由攪拌容器和攪拌機組成。

攪拌容器一般采用鋼筋混凝土澆注成方形、矩形或圓形截面的污泥池，也可用鋼板、鋼型材拼焊而成，圓形截面容器有利于提高物料攪拌混合效果和抵抗變形能力，方形和矩形截面容器有利于充分利用場地、增大污泥貯存量。容器設(shè)置頂蓋用于防止臭氣外泄并兼作檢修操作平臺，頂蓋上設(shè)置有人孔、進泥管口、進藥管口、進水管口、攪拌機安裝橋架、攪拌軸孔口、圍欄等，底部設(shè)置有出泥管口，在容器的內(nèi)外兩側(cè)或者內(nèi)側(cè)人孔下方設(shè)置爬梯方便設(shè)備清潔和維護檢修。

攪拌機包括攪拌器和傳動裝置。攪拌器主要有槳式、開啟渦輪式、圓盤渦輪式、推進式、錨式、框式、螺帶式、螺桿式、圓盤鋸齒式等幾種。槳式攪拌器有平直槳葉和斜槳葉，開啟渦輪式攪拌器有平直葉渦輪、斜葉渦輪、后彎葉渦輪，圓盤渦輪式攪拌器有平直槳葉圓盤渦輪、斜槳葉圓盤渦輪、后彎槳葉圓盤渦輪。傳動裝置主要由電動機、減速機、機架、傳動軸、攪拌軸、傳動軸聯(lián)軸器、攪拌軸軸封等零部件組成，電動機按頻率是否可調(diào)分變頻、工頻，按是否防爆分防爆與非防爆，減速機有斜齒輪減速機(包括平行軸斜齒輪減速機、蝸輪減速機、錐齒輪減速機等)、行星齒輪減速機、擺線針輪減速機、蝸輪蝸桿減速機、行星摩擦式機械無級變速機等。

2 設(shè)備的選型與匹配

2.1 攪拌容器

污泥調(diào)理攪拌容器的容積大小和數(shù)量可根據(jù)后端脫水工藝的需要來確定。如果工藝需要保證脫水機械的不間斷運行，就要保證其供泥不中斷，而在同一個容器內(nèi)污泥調(diào)理一般難以做到連續(xù)進出料，因此，容器數(shù)量至少設(shè)置2個，調(diào)理好的污泥交替供料；如果工藝不需要脫水機械連續(xù)運行，則可只設(shè)置1個。具體容器的容積大小需要綜合考慮污泥日處理量、脫水機械處理能力、每池污泥調(diào)理需要的時間等因素來確定。

2.2 攪拌機

（1）攪拌器。污泥調(diào)理攪拌器安裝位置一般選擇垂直安裝在攪拌容器的中心，安裝平直葉攪拌器還要在容器的側(cè)壁設(shè)置擋板以消除容器中心的攪拌死區(qū)。市政污泥機械脫水前經(jīng)過了厭氧消化處理，消化液再加藥、加水調(diào)理至含水率為92%～95%，其黏度小于2000MPa·s，上面所述所有攪拌器均能滿足使用要求，但從安裝、維護、檢修、成本等的合理性考慮，選用最常用的槳式攪拌器即可，槳葉可選平直葉或斜葉，選擇平直葉需要在攪拌容器壁上加裝均布的豎直擋板，這樣可以獲得最佳的物料攪拌流型，使污泥調(diào)理攪拌混合性能好、攪拌效率高。

（2）傳動裝置。用于市政污泥調(diào)理時通常選用斜齒輪減速機和擺線針輪減速機，斜齒輪減速機具有運行可靠、結(jié)構(gòu)簡單、噪聲低、維護方便、使用壽命高等優(yōu)點，可優(yōu)先選用此類減速機。驅(qū)動電動機需要根據(jù)其安裝空間是否密閉、消防安全上有無防爆要求，來選擇防爆型或普通型電動機，但為了獲得較寬的攪拌轉(zhuǎn)速范圍和從節(jié)能方面考慮，采用變頻電動機比較合適。攪拌軸的形式可選擇容器底部加防止過大擺動的約束，也可選擇不加約束，如果不加約束需要采用雙支點支架，采用彈性聯(lián)軸器將減速機輸出軸與攪拌軸相連。

3 設(shè)備的設(shè)計與計算

為了更好地表述清楚污泥調(diào)理機械攪拌設(shè)備設(shè)計和計算過程，本文選擇一個成功運行的污泥調(diào)理工程實例進行說明。

3.1 工程概述

如圖1所示，某市政污泥集中處理項目采用的工藝路線是“熱水解+厭氧消化+污泥藥劑調(diào)理+板框壓濾脫水”。污泥藥劑調(diào)理系統(tǒng)主要由加藥機、水泵、潛污泵、消化污泥貯存池、污泥調(diào)理罐、污泥緩存池、機械式攪拌機及管路、電氣裝置等組成。

圖1 污泥調(diào)理系統(tǒng)簡圖

污泥壓濾脫水前的藥劑調(diào)理工序是：利用潛污泵將厭氧消化后的消化液從消化污泥貯存池中通過進泥管泵入污泥調(diào)理罐內(nèi)，同時加藥機和加水泵將藥劑和水以設(shè)定泵入的消化污泥質(zhì)量為基數(shù)，分別按一定的質(zhì)量比例通過加水、加藥管泵送到污泥調(diào)理罐內(nèi)，邊進料邊攪拌，直至加料至規(guī)定液位并攪拌混合均勻后，再開啟出泥電動閥門將調(diào)理好的污泥自流至污泥緩存池內(nèi)，緩存池內(nèi)污泥通過螺桿泵輸送至壓濾機進行脫水處理，調(diào)理污泥需要根據(jù)生產(chǎn)的工藝要求不斷循環(huán)，以確保污泥緩存池內(nèi)調(diào)理好的污泥料位符合設(shè)計要求。

3.2 設(shè)計與計算

根據(jù)生產(chǎn)的需要，污泥調(diào)理設(shè)計參數(shù)設(shè)定為：污泥調(diào)理罐有效容積50m3，內(nèi)徑Di為4m，罐體高度4.5m，液位高度H1為4m。污泥調(diào)理罐采用材質(zhì)為Q235A的鋼板和型材在生產(chǎn)現(xiàn)場拼焊制造，罐體內(nèi)外均要求進行防腐處理，罐體內(nèi)側(cè)因與污泥直接接觸其防腐工藝要求比外側(cè)防腐工藝要求更高。調(diào)理前消化污泥含水率為90%，調(diào)理后污泥含水率為95%，調(diào)理一罐污泥時間約1小時，其中消化污泥與稀釋水、PAC藥劑同時泵入，時間約20分鐘，PAM藥劑泵入時間15分鐘，調(diào)理時間20分鐘，出泥時間5分鐘。經(jīng)試驗檢測調(diào)理后，污泥黏度不大于2000mPa·s。攪拌機主要部件初步選定為雙

層斜槳葉攪拌器、變頻電動機、斜齒輪減速機、雙支點高支架底座、彈性聯(lián)軸器，轉(zhuǎn)速范圍20～60r/min。

3.3 攪拌器在攪拌容器中的位置尺寸關(guān)系

3.4 攪拌器主要尺寸、特性參數(shù)

3.5 攪拌功率

取Ps=12kW。

3.6 電動機的計算功率和額定功率

3.7 攪拌器主要配置表（表1）

表1

3.8 污泥脫水效果

如圖2所示，藥劑調(diào)理后的消化污泥通過螺桿泵泵入板框壓濾機，經(jīng)過壓濾后泥餅的含水率穩(wěn)定在60%以下，脫水效果良好，整個壓濾周期為4小時/臺班，壓濾周期、含水率、進泥量均能滿足設(shè)計要求，在同行業(yè)中處于較為領(lǐng)先的水平。

圖2 壓濾脫水后泥餅照片

4 結(jié)語

污泥脫水效果的好壞取決于物料攪拌混合是否均勻、藥劑的選用是否合適以及壓濾機的過濾脫水能力，作為前端工序的污泥機械攪拌設(shè)備顯得尤為重要。攪拌容器的容積及結(jié)構(gòu)尺寸結(jié)合脫水工藝性能指標要求和壓濾機的技術(shù)參數(shù)來選定，攪拌機的選型要綜合考慮混合物料的黏度、攪拌器安裝和檢修的可操作性以及使用耐久性、運行噪聲、適宜的轉(zhuǎn)速范圍等因素，選型后還需進行詳細的理論計算來確定攪拌器的結(jié)構(gòu)尺寸、電動機和減速機主參數(shù)等設(shè)計數(shù)據(jù)，按照這個思路設(shè)計出來的某項目污泥攪拌設(shè)備運行正常，污泥脫水效果良好，污泥處理能力較高，對于物料混合攪拌設(shè)備的研發(fā)積累了一定的經(jīng)驗。