1 概述
污泥是污水处理厂的副产品，按照环保要求，城镇污水处理厂的污泥，应进行污泥脱水处理，脱水后污泥含水率应小于80%。目前绝大多数的城镇污水处理厂污泥都是采用离心机脱水，在离心机脱水过程中，由于污泥性质，药剂种类等因素，导致离心机发生跑水现象，不仅污染厂内环境，而且导致污泥含水率达不到有关要求，给环境带来二次污染。因此，解决污泥脱水过程中离心机跑水现象，对保证污水处理厂稳定运行，减轻污泥对环境的污染具有重要意义。
2 离心机跑水现象
沈阳南部污水处理厂设计规模为80×104m³/d，分两期建设。其中一期60×104m³/d。污泥采用离心机脱水后外运处置。进入离心机脱水的污泥总量大约8000m³/d，来源两部分：生化池的剩余污泥和高效沉淀池加药除磷产生的化学污泥。这两部分污泥在配泥井内混合，经过污泥缓冲池进入离心脱水系统，脱水后的污泥含水率小于80%，输送至储料仓内，再外运到污泥公司统一处置。
污泥脱水采用的是美国圣骑士CS26-4型离心脱水机，参数如下：
序号 | 项目名称 | 技术参数 |
1 | 转鼓直径（mm） | 660 |
2 | 转鼓长度（mm） | 800 |
3 | 转鼓转速（r/min） | 2500 |
4 | 转鼓工作转速（r/min） | 2100～2400 |
5 | 转鼓与螺旋差速 | 1.0～12.0 |
6 | 长径比 | ≥4.3 |
7 | 水力负荷（m³/h） | 70 |
8 | 进泥浓度（%） | 1 |
9 | 转鼓电机功率（kW） | 90 |
正常运行时，来自二沉池的剩余污泥和高效沉淀池的化学污泥在配泥井中混合，由污泥缓冲池，通过污泥切割机、污泥泵与PAM阳离子同时进入离心机转鼓内，在螺旋与转鼓的高速旋转和摩擦阻力作用下，污泥溶液在转鼓内壁形成一个液环层，密度较大的污泥颗粒在离心力的作用下沉积在转鼓内壁形成固环层。由于螺旋的转速和转鼓转速不同，两者之间有一定的相对转速差，转鼓腔体内壁的污泥被螺旋推送到转鼓的锥角端，污泥被脱水，从离心机固相段出口处排出。上清液从离心机液相端出口处排出。自2013年10月运行以来，单台离心机的进泥量为50～60m³/h左右，PAM加药量1.0～2.2m³/h，转鼓转速2100～2400r/min，扭矩压力80～140par，差转速1.0～2.0rpm，出泥含水率均在80%以下。但在2017年8月～10月期间，离心机开始发生跑水现象：污泥缓冲池含水率99%的污泥，进入离心机后，不再形成含水率低于80%的泥饼，而是以泥浆的形式，从离心机的出口流出，大量的泥水积聚在离心机旁及地面，时长大约10～30min不等。严重时，单台离心机一天能发生3～4次跑水现象，严重影响生产运行。
3 原因分析
针对离心机跑水现象，进行了为期2个多月的研究，初步分析原因主要有以下几个方面：化学污泥排放量及泥质频繁变化、PAM药剂种类不匹配、PAM熟化时间短等因素。
3.1 两者性质的污泥比例变动较频繁
剩余污泥和化学污泥这两种污泥的性质不同，见下表：
类别 | 化学污泥 | 剩余污泥 |
SV30 | 99 | 85 |
污泥浓度 | 6682 | 9298 |
ORP（mV） | 324 | 189 |
电导率 | 836 | 866 |
一般情况下，来自二沉池的剩余污泥和高效沉淀池的化学污泥在配泥井中混合，其中剩余污泥的排放量占据大部分，化学污泥占据小部分，这两部分的污泥在缓冲池中混合后，其性质随着两种污泥的比例不同而发生相应的变化。来自生化池的剩余污泥其性质和成分相对稳定，而高效沉淀池排放的化学污泥量成分和性质变动较大，不同厂家来源、种类、质量等因素的药剂都会导致化学污泥数量、性质和成分的改变。一旦化学污泥比例和性质发生了改变，而运行方式、药剂及设备等因素固定不变，就会影响污泥的脱水效果，导致离心机跑水。
3.2 PAM药剂不匹配
污泥的成分性质需要与PAM种类及阳离子度相匹配，才能使药剂发挥更好的作用。两种成分的污泥中，剩余污泥的成分和数量相对固定，而化学污泥的性质受药剂种类、投加浓度等因素影响，这就需要根据化学污泥和剩余污泥比例变动情况，在实验室进行小试试验，选择不同泥质情况下的对应的PAM产品。如果污泥的性质和PAM药剂不匹配，不仅降低药剂使用效果，也会导致离心机发生跑水问题发生。
3.3 PAM熟化时间不够
在污泥脱水过程中，PAM都是配置成一定浓度的溶液使用，PAM只有充分溶解才能发挥其絮凝效果，但PAM由单体丙烯酰胺（AM）聚合而合成，AM含有双键和酰胺键，具有不饱和烯烃和酰胺的特性，因此，充分溶解需要时间。PAM分子量越大，溶解于水，熟化时间就越长。如果PAM熟化时间不够，则在水中得不到充分的溶解，甚至结块，这样的药液进入离心机后，就难以与污泥充分混合均匀。一旦当进入离心机的污泥量增大时，就会导致离心机跑水现象的发生。
4 解决方案
4.1 控制两部分污泥的比例，尤其是控制化学污泥的比例
南部污水厂的化学污泥量占缓冲池的总污泥量一般比例都较小，约在6%～20%之间。化学污泥的排放是通过调节污泥泵的运行方式实现的。以前运行时，高效沉淀池的10个污泥泵，每个泵排泥1小时后停止，间隔1小时后，再依次启动其他污泥泵，这样做不利之处是在间隔期间，污泥缓冲池没有化学污泥，只有剩余污泥。而现在的运行方式调整为：每个泵运行一个小时后即行停止，同时立即自动启动下一台泵排泥，中间无间隔，这样的好处是污泥缓冲池始终有化学污泥，且化学污泥的总量维持在1000m³/d左右，保证了进入离心机化学污泥总量和剩余污泥总量的相对稳定。采取这样的运行方式以后，污泥脱水效果得到明显改善，离心机排水现象也得到消除。
4.2 实验室小试确定合适的PAM药剂选型
将不同比例的化学污泥和剩余污泥在实验室做小试试验，配制比例分别为0：10，1：9，2：8，3：7，4：6和5：5。然后分别用烧杯盛取200ml混合污泥样品，加入一定量的絮凝剂溶液，做不同投加量的重复试验。絮凝剂加入后，用烧杯倾倒20次，做滤水试验，记录数据。每个产品做3～4次不同投加量的滤水试验，在保证滤水清澈的前提下，观察前5秒钟的滤水量，找到滤水量较大的那个投加量，然后绘制滤水曲线。滤水速度较快和滤液较好的产品即为较适产品。
不同阳离子度的絮凝剂产品参数如下：
絮凝剂 | 离子度（mole%） | 分子量（万） |
4190SSH | 10% | 800-1000 |
4240SSH | 15% | 800-1100 |
4290SSH | 20% | 800-1100 |
4350SSH | 25% | 800-1100 |
4440SSH | 35% | 800-1100 |
（1）化学污泥和剩余污泥配比为0：10时，即不进化学污泥，只有剩余污泥时，选用阳离子度为20%的产品，即4290SSH药剂有优势，表现较好。
（2）化学污泥和剩余污泥配比为2：8、3：7、4：6、5：5时，选用阳离子度为15%的产品，即4240SSH药剂有优势，表现较好。其中的原因可能是生化剩余污泥主要是由活性污泥的细菌等微生物组成，细菌表面一般为负电荷。而化学污泥一般为药剂中的金属离子与水中的磷酸盐结合后的沉淀物及部分悬浮物沉淀，这部分污泥含有金属阳离子较多。当化学污泥比例较低时，宜选用阳离子度较高的药剂，反之，宜选用阳离子度较低的药剂，这样可以起到较好的电性中和作用，有利于污泥胶体的快速聚团沉淀。
南部污水厂的化学污泥一般比例都小于20%，在6%～20%之间，以前选用的药剂为阳离子度为20%的产品4290SSH。根据实验结果，选用艾森阳离子度为15%的产品4240SSH后，离心机的跑水现象得到控制。
4.3 调整PAM的熟化时间
南部污水厂使用PAM药剂是采用固体溶解配药的方式，现场PAM的配药箱共有3个：第1箱为投配箱，第2箱为熟化箱，第3箱为使用箱。PAM的熟化时间受PAM分子量及用药量的大小影响。熟化时间是影响PAM药剂使用效果的一个重要因素。朱有林研究发现，1500万分子量聚丙烯酰胺较佳熟化时间为1.75h，2500万为2.25h，3500万为3h。现场的运行经验显示，PAM药剂熟化时间至少要在45min以上，才能起到较好的效果，否则，PAM药剂就会因为熟化时间太少而结块或成小团，类似冰块漂浮在药箱内。这样熟化时间很短的药剂进入离心机后，就难以与污泥进行充分混合，一旦进泥量加大，就会发生跑水。以前配药时，浓度固定，一般为0.22%，这样的缺点是当用药量增大时，PAM的熟化时间就会缩短。现在为了增加PAM的熟化时间，提高了PAM配药浓度，把配药浓度控制在0.2%～0.4%之间。调整以后，在离心机投药量不变的情况下，既增加了PAM的熟化时间，也避免了泥药混合不均的问题，同时，离心机跑水现象也得到解决。
5 结语
（1）化学污泥排放量在很大程度上影响离心脱水机的出泥效果，是导致离心机跑水的主要因素。
（2）泥质和药剂的匹配，不仅能提高污泥脱水效果，防止离心机跑水现象，而且还能降低药剂成本。
（3）分子量越大的产品，熟化时间应越长，需要根据现场药剂，调整药剂的熟化时间。
我国现行的城市污水处理厂在运行过程中，一般都采用投加铝盐、铁盐等化学药剂来实现磷的一级A标准，即TP＜0.5mg/L，由此导致化学污泥的产生。化学污泥和剩余污泥混合后，泥质发生相应变化。此时，如果PAM药剂选型，熟化时间及运行方式不做相应调整，就会引起药剂效果的下降，导致离心机跑水等现象的发生。因此，在生产过程中，尽量采取措施，控制化学污泥和剩余污泥排放比例及排放总量，使之在一个相对小的范围内变动，同时，选用合适的阳离子度的PAM药剂种类、控制PAM药剂的熟化时间，可以从根本上解决离心机脱水过程中跑水现象的发生。
