1、净水厂污泥泵选择及设计应用探讨 杨茂东 林海燕 王超 (北京市市政工程设计研究总院，北京100082) 摘要通过对污泥输送泵的工作原理、结构特点分析，提出净水厂污泥泵选型及使用设计要点。 对于浓缩污泥，小流量时宜采用螺杆泵，大流量时宜采用凸轮转子泵。对于脱水污泥，当采用泵送形 式时，可采用螺杆泥饼泵。 关键词排泥水 污泥泵选型 螺杆泵 凸轮转子泵螺杆泥饼泵 我国“十一五”规划纲要明确提出了节能减排 的目标和要求，节约能源、降低能源消耗、减少污 染物排放，是建设资源节约型、环境友好型社会的 必然选择。为此，供水领域开展了一系列课题研 究，其中节水技术研究，尤其是净水厂排泥水处理 技术研究，是非常
2、重要的一环，对节能减排具有重 要的意义。结合“城市供水厂综合节水关键技术 研究与示范(2006BAB17B02)”课题研究，本文重 点论述了净水厂污泥泵选择及设计应用的注意 事项。 1 常用污泥泵优缺点比较 污泥输送泵要适应污泥浓度高并含有细小颗粒 的情况，污泥输送泵可选择的泵型有离心泵、活塞 泵、隔膜泵、螺杆泵和凸轮转子泵等。各种泵型优缺 点比较见表1。 表1各种泵型优缺点比较 泵型 优点 缺点 剪切力大，只适合于 技术成熟，投资成本较低。 稳定性极高的污泥。 离心泵 流量大，进泥速度快 高速运转设备，耐磨损 性能差 泵送动作较平顺，对介质没 隔膜泵 价格及运行费用高 有剪切破坏 流量大、压
3、力高，操作压力 价格及运行费用高； 柱塞泵 高；对介质的挤压剪切很小 维护成本高 可泵送高粘度、流动性差的 介质。对介质无剪切、无搅 耐磨损性能稍差；维 螺杆泵 动，没有湍流脉动现象，泵送 修成本较高；制造加工 平稳。适用的液体种类和黏 要求高 度范围广。体积小，结构简单 对介质的挤压剪切很小，泵 凸轮 送平稳，几乎没有脉动。颗粒 输送压力低，压力稳 通过能力强。耐磨损性能好。 转子泵 定性稍差 可反向输送介质。结构紧凑， 占地面积小 图2不I司类型润滑脂在电动机轴承中的试验结果 集诸多优点于一身的脲基脂能完全满足污水处 理设备对润滑的要求。另外，由于脲基润滑脂在使 用过程中性能稳定，因而换油
4、周期可以很长，有的摆 线针轮减速机使用脲基脂已运行20 000 h。相比于 使用润滑油，经济效益十分明显。 108给水排水Vo136 No10 2010 由于半流体不飞溅，不同于油浴润滑，因而对于 减速机内如果有润滑不到的轴承应捻抹70191合 成脂。 3结论 “以脂代油”可简单、有效地解决污水处理设备漏 油问题，既避免对环境的污染，又提高设备运行的安 全可靠性，而且能降低经济支出。凡齿轮圆周速度不 超过12 ms的设备，一般可考虑“以脂代油”。润滑 脂一般选用脲基脂。具体实施时，宜小步走，在对一 台设备“试点”成功基础上，再推广到同型其他设备。 j=E-mail：fengjianming20
5、1008163tom 收稿日期：20100610 2污泥输送泵选型 净水厂浓缩污泥的流量一般都不太大，污泥浓度 高，并含有细小颗粒。当浓缩工艺采用气浮时，污泥中 带有大量气泡。为了提高污泥脱水效果，往往需要投 加絮凝剂，为保护絮体不被破坏，输送过程不宜产生高 速旋转或较大剪切力。另外，污泥泵的选择，还应与脱 水机类型相适应。如当采用板框压滤机时，其进泥 过程中的压力由低到高变化，流量由大到小变化。 从目前的泵型使用情况看，离心泵应用范围较 广，但其对输送介质的剪切力较大。隔膜泵多用于腐 蚀性介质和加药系统。柱塞泵价格昂贵，多用于对压 力要求非常高的情况。螺杆泵和凸轮转子泵能够连 续、均匀地输送
6、介质，没有湍流、搅动、脉动和剪切现 象，特别适用于泵送浓缩污泥，最大程度地保持污泥性 质，保护絮体不被破坏，从而获得最佳的脱水效果。因 此，净水厂排泥水浓缩污泥宜采用螺杆泵或凸轮转子泵。 螺杆泵在净水厂污泥处理系统中多为偏心单螺杆 泵，由定子、转子、万向节、驱动装置和机架等部件组 成。由于转子和定子各自螺纹头数的不同，在转子和 定子表面之间产生了一个封闭的容积腔，腔内的污泥 随着转子的旋转沿轴向被推出排泥口，从而将污泥从 吸入端到排出端不断地送出。螺杆泵转子和定子之间 存在连续的过盈接触，在吸入端和排出端两侧之间形 成一条可靠的密封线，从而使螺杆泵不但可以泵送较 高的压力，还具有一定的自吸能力
7、。单螺杆泵可以用 于输送含有固体颗粒的液体，酸碱盐液体，不同粘度的 液体，如纸浆、软膏、污油、污水、泥浆和果酱等，广泛应 用于环保、生物工程、污水处理、采矿、石油化工、食品、制 糖、制药、造纸、染料、建筑、农业和其他工业部门等3。 凸轮转子泵也是一种容积泵，工作原理与罗茨 鼓风机相似，两个转子叶轮平行设置，在两个转子叶 轮之间和转子与泵壳之间形成腔体，当转子配合旋 转时，便将污泥吸入、排出，实现输送污泥的目的。 转子叶轮有2叶和3叶、4叶和6叶等结构。 凸轮转子泵的特点和工作情况与螺杆泵有很多 相似之处，优势在于： (1)介质在凸轮转子泵中被传送的距离比较 短，不像螺杆泵那样有很长的接触线，因
8、此颗粒通过 能力大，结构尺寸小，占地小，效率高，所需维修空间 小，耐磨蚀性能好，检修维护费用较低。 (2)凸轮转子泵可以反向输送介质，可以短时 承受干运行而泵不会被损坏。 (3)直线型凸轮转子泵在工作时会有较大的压 力波动，采用螺旋型转子叶轮可以解决这个问题，将 脉动降低到最小，基本实现无脉动输送介质。 凸轮转子泵也具有自吸能力，但自吸性能不如螺 杆泵，在转速大于200 rrnin时才具有定的自吸能力。 由于结构原因，在泵型规格较小时，凸轮转子泵 价格高于螺杆泵。规格越小，价格差越大。相反，在 泵型规格较大时，规格越大，价格较螺杆泵就越低。 一般，单泵流量在7O m3h以上，宜选择凸轮转子泵。
9、 单泵流量在4O h以下，宜选择螺杆泵。当采用螺 杆泵作为进泥泵时，离心脱水机可配套单级螺杆泵， 板框脱水机压力较高的工况，宜选择多级螺杆泵。 在污泥处理系统中，凸轮转子泵适宜输送含固 率6 以下的污泥，对于脱水污泥，一般多采用螺旋 输送机。但在特殊工况下，比如长距离、垂直高差大 的工况，有压力输送要求或设备安装空间小等情况 下，可采用螺杆泥饼泵。 3污泥泵使用设计要点 31螺杆泵 (1)进泥泵的流量、出口压力应满足脱水机的使 用要求。当需要调节污泥流量时，宜采用变频调速。 (2)用螺杆泵输送污泥时，介质中的杂质会对 转子和定子造成磨损，使泵的容积效率降低，也就是 在转速不变的情况下，泵的流量
10、会随着磨损的发生 而减少。因此在设计确定泵的流量时，不但要按照 最大流量选择，还要根据污泥性质考虑一定的余量， 使泵始终在良好工况下运行。当流量下降到原设计 值的85 时，应更换定子。 (3)螺杆泵的结构特点和密封性能使螺杆泵具 有止回功能，停泵时，介质不会倒流，因此输送管路一 般不用设置止回阀。但如果两台泵共用一个输送管 道且输送压力超过03 MPa时，应该安装止回阀。另 外，在转子和定子有磨损时，会出现回流现象，因此对 于磨损严重的工况，也可以考虑安装止回阀。 (4)螺杆泵是根据正向位移原理进行工作的。 如果在开泵时出现出口侧阀门关闭或介质沉淀而造 成压力过高等过载情况时，会导致转子、传动
11、装置等 部件的损坏。因此，每一台螺杆泵都要有可靠的过 给水排水Voi36 No10 2010 109 压保护装置。带有旁路的安全阀或油触式压力计都 可以作为过压停泵的保护装置。 (5)由于污泥中的颗粒杂质较多，对设备的磨 损比较严重，需注意控制污泥泵的转速，一般不宜超 过400 rmin。如果污泥含砂量较高时，转速不宜超 过200 rmin。 (6)螺杆泵在没有介质空转时，转子和定子之 间的干摩擦会很快在定子表面产生过高的温度，使 定子橡胶过热被烧毁，因此螺杆泵必须连续进泥，并 安装干运行保护器，保护螺杆泵不会因此损坏。 (7)螺杆泵的材质选择主要是转子材料和定子 材料的选择。各种材料及用途见
12、表2。 表2各种材料及用途 介质 材质 适应场合 泵体 灰口铸铁 一般市政污泥及脱水泥饼 工具钢表面硬化处理 一般市政污泥及脱水泥饼 不锈钢表面硬化处理 具有腐蚀性的污泥及泥饼 转子 不锈钢$31608 药剂投加 双相不锈钢 氯离子含量较高的介质 NBR丁腈橡胶 一般市政污泥及脱水泥饼 EPDM三元乙丙橡胶 化学性能稳定，耐老化性能 定子 好，用于环境恶劣的场合 CSM氯磺化聚乙烯橡 药剂投加 胶(海帕伦) 32凸轮转子泵 凸轮转子泵使用设计要点与螺杆泵大致相同， 另外需注意以下几点： (1)对于较大的转子叶轮，应采用转子尖部可 拆卸的结构或泵壳压紧结构，当磨损严重时，只需更 换被磨损的转子尖
13、或调整泵壳压紧装置即可，减少 了维修费用。当转子叶轮较小时，可选用整体转子 的结构形式。 (2)当污泥含砂量较高时，转速不宜超过 150 rmin。 (3)泵壳宜为铸铁材质，内表面进行激光硬化处 理以增加耐磨性能。转子叶轮宜采用有外表面包覆 各种耐腐蚀橡胶的碳钢或铸铁转子和不锈钢转子。 (4)凸轮转子泵用于输送污泥时，转速需在 400 rmin以上才具有比较好的自吸能力。实际应 用时，不宜考虑其自吸性能。 33螺杆泥饼泵 110给水排水Vo136 No10 2010 输送泥饼的螺杆泵其结构与污泥螺杆泵有所不 同，当采用螺杆泵输送泥饼时，需注意以下几点： (1)泥饼泵属于高压输泥泵，应充分考虑轴
14、向 力大小对泵运行的影响，采用轴承托架结构。 (2)泵应配带具有匀速转桨叶的架桥破碎器 混合装置。配套的辅助螺旋送料器与架桥破碎器 混合装置之上应设置缓冲进料斗，以便于维修。 (3)泥饼输送泵的联轴杆上应有带特殊设计的 带状螺旋送料器，用来引导和推进污泥，同时防止污 泥板结导致进料不充分。 (4)泵的压力出口侧需配带过渡变径法兰，并 安装过压保护装置压力传感器等辅助装置。 (5)泥饼输送泵的转速高，磨损现象比较严重。 在泵型选择时，需根据泥饼特性，着重考虑其转速 值，一般不宜超过130 rmin。 (6)泵应配带干运行保护器。 4结论及建议 净水厂排泥水浓缩污泥输送泵宜选用螺杆泵或 凸轮转子泵
15、。其中，单泵流量在70 m。h以上，宜选 择凸轮转子泵。单泵流量在4O rn3h以下，宜选择 螺杆泵。单泵流量4070 m。h时，宜对两种泵型 进行技术经济比较。 脱水污泥含水率8O 左右时，一般情况下宜采 用螺旋输送机输送。特殊情况下，比如长距离、垂直 高差大的工况，有压力输送要求或设备安装空间小 等，可采用螺杆泥饼泵。 随着国内目前对污泥处理处置的重视，80 含 水率脱水污泥已不能满足最终处置的要求。含固率 4O 以上的深度脱水污泥是一个很有前景的发展方 向，建议相关部门积极研究适合高含固率污泥特点 的输送设备。 参考文献 1曹文辉，陈伟转子泵的选用(上)化工设备与管道，2000，(4) 3538 2曹文辉，陈伟转子泵的选用(下)化工设备与管道，2000，(5) 4449 3何希杰，劳学苏螺杆泵及应用通用机械，2008，(2)：2629 O E-mail：lhybmedicn 收稿日期：20100623
