在现代化污水处理厂中，污泥处理是污水处理系统的重要组成部分。城市污水处理厂在处理污水过程中，会产生大量的污泥，主要是初沉污泥和剩余污泥或消化污泥，由于污泥的含水率在95%～98%之间，无法外运、农用、深埋，需要用脱水机先对污泥进行脱水。通常，污水处理厂运行费用高达0.53元/m³左右，其中电费约占40%，污泥处理费约占15%。本文将污水处理的成本分为电费、絮凝剂费用以及水费3部分，通过正交试验，探讨经济有效脱水运行条件。
某污水厂现有离心脱水机3套，处理能力为50m³/h，功率为N=75+7.5kW。同时，配有污泥切割机、进泥泵、絮凝剂制备系统、水平无轴螺旋输送机和倾斜无轴螺旋输送机。产生的污泥主要来自旋流沉砂池和二沉池。
1 试验步骤
1.1 试验设计
本试验采用正交试验法进行设计。正交试验设计主要是应用数学中的“均衡分散、整齐可比”的正交性原理，以概率论、数理统计和实践经验为基础，合理地安排试验方案。通过方案的实施，从多方面观察，研究各因素在不同水平交互作用下对单位生产能耗的影响程度，从而达到节能降耗。
影响脱水机系统运行能耗的控制参数有：离心机转鼓转速（电量）；絮凝剂投加量（药量）；稀释水（水量）。选择以上参数为有关因素，其因素及水平的确定如下表所示：
转速（r/min） | 加药量（m³/h） | 稀释水（L/h） | |
1水平 | 1900 | 0.18 | 0 |
2水平 | 2100 | 0.2 | 100 |
3水平 | 2300 | 0.22 | 200 |
1.2 试验计划表
本次试验共有3个因素，每个因素有3个水平，3水平的表中以表L9（34），所需试验次数少，并且可安排4个因素，故选用表L9（34）。试验计划表如下表所示：
转速（r/min） | 加药量（m³/h） | 稀释水（L/h） | |
1 | 1900 | 0.18 | 0 |
2 | 1900 | 0.20 | 100 |
3 | 1900 | 0.22 | 200 |
4 | 2100 | 0.18 | 100 |
5 | 2100 | 0.20 | 200 |
6 | 2100 | 0.22 | 0 |
7 | 2300 | 0.18 | 200 |
8 | 2300 | 0.20 | 0 |
9 | 2300 | 0.22 | 100 |
1.3 试验数据与试验计算表
根据试验计划表，取样进行化验，并求出固体回收率，形成试验数据表如下：
进泥含水率（%） | 出泥含水率（%） | 滤液含水率（%） | 固体回收率（%） | |
1 | 98.08 | 78.83 | 99.92 | 96.20 |
2 | 97.77 | 76.45 | 99.44 | 76.71 |
3 | 97.81 | 74.45 | 99.80 | 91.58 |
4 | 98.07 | 76.64 | 99.60 | 80.66 |
5 | 97.92 | 76.50 | 99.71 | 87.13 |
6 | 97.95 | 74.98 | 99.92 | 96.41 |
7 | 98.30 | 75.41 | 99.17 | 52.96 |
8 | 98.69 | 76.34 | 99.60 | 70.66 |
9 | 97.82 | 73.28 | 99.62 | 96.62 |
根据试验数据表，进行计算分析，形成试验计算表，如下：
因素实验号 | 转速（r/min） | 加药量（m³/h） | 稀释水（L/h） | 单位干污泥能耗量（元/t） |
1 | 1900 | 0.18 | 0 | 81.69 |
2 | 1900 | 0.20 | 100 | 97.08 |
3 | 1900 | 0.22 | 200 | 90.35 |
4 | 2100 | 0.18 | 100 | 102.27 |
5 | 2100 | 0.20 | 200 | 96.23 |
6 | 2100 | 0.22 | 0 | 92.68 |
7 | 2300 | 0.18 | 200 | 186.54 |
8 | 2300 | 0.20 | 0 | 190.85 |
9 | 2300 | 0.22 | 100 | 91.12 |
Ⅰ（1水平和） | 269.12 | 370.50 | 365.22 | |
Ⅱ（2水平和） | 291.18 | 384.16 | 290.47 | |
Ⅲ（3水平和） | 468.51 | 274.15 | 373.12 | |
Ⅰ/3 | 89.71 | 123.50 | 121.74 | |
Ⅱ/3 | 97.06 | 128.05 | 96.82 | |
Ⅲ/3 | 156.17 | 91.38 | 124.37 | |
极差R | 66.46 | 36.47 | 27.55 | |
较优水平 | 1 | 3 | 2 | |
因素主次 | 1 | 2 | 3 |
能耗计算表如下：
转速（r/min） | 1900对应8.1kW | 电：0.7元/kWh |
2100对应9.6kW | ||
2300对应11.2kW | ||
加药量（m³/h） | 0.18对应0.54kg/h | 絮凝剂：37元/kg |
0.20对应0.6kg/h | ||
0.22对应0.66kg/h | ||
稀释水（L/h） | 0，100，200 | 水：3.6元/m³ |
2 试验结果分析
2.1 因素分析
根据试验计算表，分析每个因素对单位干污泥能耗量的影响程度及各因素不同水平相互作用的结果。
（1）转速为因素：它的水平为1900r/min的是第1，2，3号试验，其总单位能耗为269.12。
（2）加药量为因素：它的水平为0.18m³/h的是第1，4，7号试验，其总单位能耗为370.50。
（3）稀释水为因素：它的水平为0L/h的是第1，6，8号试验，其总单位能耗为365.22。
（4）比较同一因素不同水平平均单位能耗的大小，可以看出哪个水平在脱水机系统运行中处于较优水平，单位能耗低。比较各因素极差的大小，可以看出哪个因素对单位能耗影响大，哪个因素影响小，得出因素主次。
2.2 组合分析
转速对单位干污泥能耗影响大，其次是加药量，再其次是稀释水。较佳参数组合为：转速1900r/min，加药量0.22m³/h，稀释水100L/h。
上述组合在试验计划表中并没有出现，它是27次全面试验中的一种，但对这9次试验结果的计算与分析，确定它为单位干污泥能耗较佳组合。
较差参数组合为：转速2300r/min，加药量0.20m³/h，稀释水200L/h。
较差参数组合在试验计划表中也没有出现，它同样是27次全面试验中的一种，但对这9次试验结果的计算与分析，确定它为单位干污泥能耗较差组合。
在数据表中第2，4，7，8号试验固体回收率不合格，确定第1，3，5，6，9号试验为合格试验，合格试验中较小单位能耗为试验1，较大单位能耗为试验5。
2.3 技术经济分析
由于较佳参数组合和较差参数组合在试验计划表中并没有出现，尚不知试验数据是否满足出泥含固率和固体回收率的要求，所以经济分析在合格试验中进行。合格试验出泥量见下表：
项目试验号 | 每h出泥量（t/h） | 24h出泥量（t/h） |
1 | 0.314 | 7.536 |
3 | 0.341 | 8.184 |
5 | 0.308 | 7.392 |
6 | 0.336 | 8.064 |
9 | 0.358 | 8.592 |
平均 | 0.3314 | 7.9536 |
合格试验中较小单位能耗为试验1，较大单位能耗为试验5。分别为81.69元/t，96.23元/t。
出泥量按平均出泥量8t/d。
（96.23-81.69）（元/t）×8（t/d）=116.32元/d
全年运行350d计，单台脱水机节省：42456.8元
二台脱水机同时运行，全年可节省：84913.6元
3 结论
在污泥脱水系统参数调节中，不能单纯地调节某一个参数来提高泥饼含固率或固体回收率，应该以科学的实验方法分析出哪个参数对能耗的影响较大，哪个参数对能耗的影响较小，找出适合此泥质的较佳参数组合。此外，本实验数据及技术经济分析是根据某一周期进泥泥质相对稳定的情况下得出的结果，只对本周期内生产具有指导意义。今后需根据泥质的变化定期进行正交实验分析，选出较佳参数组合，来指导今后的生产，这样，才能真正达到节能降耗。
