臥螺離心機(jī)在城市湖泊污泥脫水中的應(yīng)用
行業(yè)動(dòng)態(tài)
我國(guó)是一個(gè)水資源大國(guó)，河湖眾多。近年來(lái)，國(guó)民經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展的同時(shí)，水體污染也日益嚴(yán)重，對(duì)生態(tài)環(huán)境和人體健康造成了極大危害，水環(huán)境全面治理已迫在眉睫。重金屬和營(yíng)養(yǎng)鹽作為湖泊的主要污染物質(zhì)，通常沉積于湖床底泥中，當(dāng)水體受到擾動(dòng)時(shí)釋放出來(lái)，進(jìn)一步造成水質(zhì)污染惡化。因此，只有徹底清除湖泊污染底泥，才能從根本上凈化水質(zhì)，改善水環(huán)境。
疏浚污泥由于體積大、含水量高、流動(dòng)性大，因而需進(jìn)一步脫水干化以利后續(xù)處理。隨著國(guó)內(nèi)外相關(guān)技術(shù)的不斷發(fā)展，應(yīng)用臥式螺旋卸料沉降離心機(jī)（臥螺離心機(jī)）的污泥脫水技術(shù)日益受到人們關(guān)注。相比于帶式壓濾和板框壓濾等機(jī)械脫水法，臥螺離心機(jī)污泥脫水工藝具有基建投資小、占地少、處理量大、效率高、自動(dòng)化程度高、操作簡(jiǎn)便以及工作環(huán)境衛(wèi)生、無(wú)二次污染等諸多優(yōu)點(diǎn)，特別是可以不加或少加化學(xué)藥劑，使脫水污泥用于填埋、制磚、焚燒、堆肥等，做到減量化、無(wú)害化、資源化，且整體運(yùn)行費(fèi)用較低，其應(yīng)用范圍已越來(lái)越廣。市政污水有機(jī)物含量高、相對(duì)密度小、持水性能強(qiáng)、顆粒細(xì)小且含固率低，常用臥螺離心機(jī)處理污泥脫水，技術(shù)已相對(duì)成熟。湖泊底泥不同于市政污泥，其重金屬含量高、有機(jī)物含量低、污泥濃度大，采用臥螺離心機(jī)的污泥脫水技術(shù)尚處于起步階段，發(fā)展應(yīng)用前景廣闊。藥劑（包括無(wú)機(jī)鹽類和有機(jī)高分子類）的添加對(duì)污泥脫水效果起到了關(guān)鍵性作用，同時(shí)，各機(jī)械、運(yùn)行、工藝等因素也極大地影響了脫水效果。
課題以武漢市某湖泊污泥清除工程為研究背景，以LW780X3200Y型臥螺離心機(jī)為研究對(duì)象，介紹了其在湖泊污泥脫水干化工程中的應(yīng)用情況，分析了絮凝劑、差轉(zhuǎn)速、處理量、污泥質(zhì)量濃度等對(duì)脫水效果的影響。結(jié)果表明，添加絮凝劑可顯著改善污泥脫水效果，提高運(yùn)行穩(wěn)定性；降低差轉(zhuǎn)速、增加處理量、增大污泥質(zhì)量濃度均能降低固渣含水率，同時(shí)也會(huì)增加余水含固率，降低固相回收率；LW780X3200Y型臥螺離心機(jī)運(yùn)行工況為：轉(zhuǎn)速2100r/min，差轉(zhuǎn)速13r/min，污泥質(zhì)量濃度10%，處理量63m3/h，加藥量5.6m3/h。
一、臥螺離心機(jī)工作原理
臥螺離心機(jī)主要由轉(zhuǎn)鼓、螺旋、差速器、主副電機(jī)、潤(rùn)滑系統(tǒng)等部件構(gòu)成。
主電機(jī)通過大帶輪帶動(dòng)轉(zhuǎn)鼓高速旋轉(zhuǎn)，副電機(jī)通過小帶輪、差速器帶動(dòng)螺旋旋轉(zhuǎn)，但轉(zhuǎn)速相對(duì)較低。污泥進(jìn)入轉(zhuǎn)鼓后，由于受到強(qiáng)大的離心力作用，使得密度相對(duì)較大的固相土顆粒緊貼轉(zhuǎn)鼓內(nèi)壁而形成固環(huán)層，并在轉(zhuǎn)鼓與螺旋形成的差轉(zhuǎn)速下，逐漸被推至轉(zhuǎn)鼓錐段由出渣口排出；密度相對(duì)較小的液相水位于固環(huán)層內(nèi)側(cè)形成液環(huán)層，逐漸流向轉(zhuǎn)鼓大端由溢流口排出。通過調(diào)節(jié)溢流口高度改變液池深度，調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速改變分離因數(shù)以及調(diào)節(jié)螺旋轉(zhuǎn)速改變差轉(zhuǎn)速，均能改變污泥脫水效果。
二、污泥性質(zhì)及污泥脫水工藝流程
2.1 污泥性質(zhì)
通常，適宜臥螺離心機(jī)分離的物料固液相密度差＞0.05g/cm3，且固相顆粒粒徑大于3μm。經(jīng)土工檢測(cè)，污泥絕干密度為2.63g/cm3，固液相密度差達(dá)到1.63個(gè)g/cm3。當(dāng)存在有機(jī)質(zhì)和去除有機(jī)質(zhì)時(shí)，土粒中值粒徑分別約為18μm和8μm。因此，污泥較適宜采用臥螺離心機(jī)處理。
2.2 工藝流程
污泥脫水成套設(shè)備主要包括臥螺離心機(jī)、絮凝劑自動(dòng)投配裝置、進(jìn)泥/加藥螺桿泵、濃縮池、調(diào)節(jié)池、無(wú)軸螺旋輸送機(jī)和電控系統(tǒng)等。
污染底泥經(jīng)疏浚船輸送至濃縮池后，通過自然沉淀濃縮排除一定的清水，再由渣漿泵輸送至調(diào)節(jié)池儲(chǔ)存泥漿以達(dá)到匹配離心機(jī)處理量的要求，并通過機(jī)械攪拌以均勻泥漿濃度，再由進(jìn)泥螺桿泵送入離心機(jī)。絮凝劑自動(dòng)投配裝置制備的絮凝劑由加藥螺桿泵在了離心機(jī)進(jìn)料管前送入進(jìn)泥管道，與污泥充分混合后進(jìn)入離心機(jī)脫水處理。產(chǎn)生的固渣由無(wú)軸螺旋輸送機(jī)送至堆場(chǎng)外運(yùn)；余水自流余水池沉淀、處理達(dá)標(biāo)后排放。離心機(jī)主副電機(jī)與進(jìn)泥、加藥螺桿泵電機(jī)均由變頻器控制，用以調(diào)整轉(zhuǎn)鼓、螺旋轉(zhuǎn)速以及調(diào)節(jié)進(jìn)泥、加藥裝置。
三、臥螺離心機(jī)污泥脫水結(jié)果分析
根據(jù)工程實(shí)際情況，分析了絮凝劑、差轉(zhuǎn)速、處理量以及污泥質(zhì)量濃度等因素對(duì)臥螺離心機(jī)污泥脫水效果的影響。根據(jù)小試結(jié)果，選用分子量2000萬(wàn)、水解度20的陰離子型絮凝劑，配制濃度0.15%，加藥點(diǎn)距進(jìn)料管口1m，泥藥混合時(shí)間約2s，工作溫度20～30℃。
3.1 不加藥處理結(jié)果
為了明確絮凝劑對(duì)污泥脫水的作用和影響，首先分析不加藥工況下臥螺離心機(jī)的處理效果。設(shè)定運(yùn)行工況為：轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速R=2250r/min，差轉(zhuǎn)速D=12.45r/min，處理量A=63m3/h，污泥質(zhì)量濃度C=12%。此時(shí)得到的固渣含水率均在40%以下甚至達(dá)到30%左右，但波動(dòng)較大。余水含固率5.89%～7.76%，固相回收率均很低，僅為43.25%～54.27%。
由于轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速高，分離因數(shù)較大，所以固渣較為密實(shí)，含水率達(dá)到了極低值。但由于部分細(xì)顆粒尚無(wú)法完全分離，仍存在液相水中，因此余水含固率較高，導(dǎo)致固相回收率較低。同時(shí)由于固渣含水率過低，離心機(jī)排渣順暢度降低，對(duì)設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定性以及分離過程擾動(dòng)較大，進(jìn)一步降低了固相回收率，使得固渣含水率波動(dòng)也增大。
3.2 絮凝劑對(duì)脫水效果的影響
加藥運(yùn)行時(shí)的工況為：轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速R=2100r/min，差轉(zhuǎn)速D=13r/min，處理量A=63m3/h，污泥質(zhì)量濃度C=9%，此時(shí)加藥量P=5.6m3/h，固渣含水率達(dá)到了57%作用，但余水含固率均低于0.5%，固相回收率均達(dá)到了96%以上。
添加絮凝劑后固渣含水率明顯升高，這是由于絮凝劑與污泥作用后所產(chǎn)生的的絮團(tuán)內(nèi)引入了新的水分，從而提高了含水率。但由于絮團(tuán)包裹了絕大多數(shù)污泥顆粒，成為固渣排出，因而余水含固率極低，固相回收率很高。添加絮凝劑可明顯改善污泥脫水效率。另一方面，添加絮凝劑后降低轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速、增大差轉(zhuǎn)速仍使得固相回收率提高，這極大地提高了處理效率。同時(shí)，由于轉(zhuǎn)速降低也增加了離心機(jī)運(yùn)行穩(wěn)定性。
3.3 差轉(zhuǎn)速變化對(duì)脫水效果的影響
差轉(zhuǎn)速調(diào)整時(shí)離心機(jī)運(yùn)行工況為：R=2100r/min，C=10%，A=63m3/h，P=5.6m3/h。差轉(zhuǎn)速為10.65r/min時(shí)，固渣含水率相對(duì)較低，達(dá)到57.23%。隨著差轉(zhuǎn)速增加，固渣含水率在60%左右波動(dòng)。而余水含固率一直呈下降趨勢(shì)，由3.81%降至1.18%。相應(yīng)地，固相回收率明顯增加，由64.64%升至90.20%。
差轉(zhuǎn)速較低時(shí)，污泥在轉(zhuǎn)鼓內(nèi)停留時(shí)間較長(zhǎng)，分離效果較好，固渣經(jīng)過錐段干燥區(qū)時(shí)間也較長(zhǎng)，固相間相互擠壓時(shí)間也增加，因而固渣密實(shí)度較高，含水率較低。但此時(shí)由于排渣速率較低，進(jìn)料污泥對(duì)轉(zhuǎn)鼓內(nèi)壁已分離固液層擾動(dòng)較大，因此余水含固率高，固相回收率低。差轉(zhuǎn)速增大后，排渣更為順暢，污泥脫水時(shí)間變短，因而固渣含水率明顯升高，隨后排渣與內(nèi)部擾動(dòng)達(dá)到平衡，固渣含水率因此基本不變。相應(yīng)地由于擾動(dòng)減少，污泥脫水效果逐漸轉(zhuǎn)好。所以余水含固率持續(xù)下降，固相回收率持續(xù)上升。當(dāng)差轉(zhuǎn)速為13.5r/min左右時(shí)，離心機(jī)處理效果較佳。
3.4 處理量變化對(duì)脫水效果的影響
處理量調(diào)整時(shí)離心機(jī)的運(yùn)行工況為：R=2100r/min，D=13r/min，C=10%，P=2.8～7.6m3/h，泥量藥量比基本不變。當(dāng)處理量分別為33.48和63m3/h時(shí)，固渣含水率均達(dá)到58%以上，余水含固率均低于1%，固相回收率均在90%以上。但當(dāng)處理量增加至79和94m3/h后，固渣含水率降至52%左右，余水含固率上升至6%左右，固相回收率也下降至50%左右。
液池深度決定了離心機(jī)轉(zhuǎn)鼓容量，處理量較低時(shí)，轉(zhuǎn)鼓內(nèi)液相含量相對(duì)較多，因此固渣含水率較高，而固相基本分離排出，固相回收率也相對(duì)較高。隨著處理量增大，轉(zhuǎn)鼓內(nèi)固相相對(duì)含量增加，絮凝反應(yīng)充分，固渣密實(shí)度提高，固渣含水率相應(yīng)下降。但仍有部分污泥未能及時(shí)分離，隨余水直接排出，同時(shí)，由于進(jìn)料污泥的加速擾動(dòng)，余水含固率將顯著增加，固相回收率也明顯降低。此時(shí)離心機(jī)的較佳處理量為63m3/h。
3.5 污泥質(zhì)量濃度變化對(duì)脫水效果的影響
污泥質(zhì)量濃度改變時(shí)離心機(jī)運(yùn)行工況為：R=2100r/min，D=13r/min，A=63m3/h，P=5.6m3/h。當(dāng)污泥質(zhì)量濃度由8.83%升至14.28%時(shí)，固渣含水率由57.49%降至50.54%；當(dāng)濃度繼續(xù)升至18.42%時(shí)，固渣含水率基本保持在51%左右。而余水含固率整體呈上升趨勢(shì)，由0.23%升至7.30%，固相回收率則由97.71%急劇降至66.72%。
污泥質(zhì)量濃度較低時(shí)，所含液相較多，固相較容易被全部分離而排出，因此固渣含水率較高，固相回收率也較高。隨著污泥質(zhì)量濃度的提高，單位體積固相增加，因此固渣密實(shí)度提高，含水率下降，而由于絮凝劑無(wú)法與全部污泥充分混合反應(yīng)，因而余水含固率增加，固相回收率下降。當(dāng)污泥濃度過高后，由于絮凝劑效力減弱，固渣含水率基本不變，固相土顆粒將更多地隨余水排出，因此余水含固率持續(xù)升高，固相回收率持續(xù)下降。污泥質(zhì)量濃度為10%左右較為適宜。
經(jīng)過綜合對(duì)比，LW780X3200Y型臥螺離心機(jī)適宜運(yùn)行工況為：轉(zhuǎn)速2100r/min，差轉(zhuǎn)速13r/min，污泥質(zhì)量濃度10%，處理量63m3/h，加藥量5.6m3/h。該工況下固渣含水率58%左右，余水含固率低于1%，固相回收率可達(dá)90%以上。
四、結(jié)論
本文介紹了LW780X3200Y型臥螺離心機(jī)在城市湖泊污泥脫水中的工程應(yīng)用情況，分析了絮凝劑、差轉(zhuǎn)速、處理量和污泥質(zhì)量濃度對(duì)污泥脫水效果的影響，得到以下結(jié)論：
（1）絮凝劑可明顯改善臥螺離心機(jī)污泥脫水效果，并增加脫水效果和設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定性。
（2）較低的差轉(zhuǎn)速可得到較低的固渣含水率，但固相回收率也較低。差轉(zhuǎn)速升高將使固渣含水率增加，清液含固率下降，固相回收率顯著提高，有利于余水處理。
（3）處理量較低，固渣含水率較高，固相回收率也較高。余水含水率較低。增大處理量可降低固渣含水率，但固相回收率也將降低，清液含固率顯著增加，不利于余水處理。
（4）污泥質(zhì)量濃度較低時(shí)，固渣含水率較高，固相回收率也較高。增大污泥濃度后，固渣含水率將顯著下降，但固相回收率也將降低，清液含固率將升高，不利于余水處理。
（5）LW780X3200Y型臥螺離心機(jī)適宜運(yùn)行工況為：轉(zhuǎn)速2100r/min，差轉(zhuǎn)速13r/min，污泥質(zhì)量濃度10%，處理量63m3/h，加藥量5.6m3/h。
應(yīng)用臥螺離心機(jī)處理城市湖泊污泥脫水時(shí)，受諸多因素影響，處理效果變化較大。運(yùn)行時(shí)需根據(jù)不同處理?xiàng)l件及時(shí)調(diào)整運(yùn)行參數(shù)，從而達(dá)到改善效果、提高效率、節(jié)約成本的目的。
