離心機(jī)在藍(lán)藻處理領(lǐng)域中的應(yīng)用
行業(yè)動(dòng)態(tài)
1 概述
近年來(lái)，由于環(huán)境污染日益嚴(yán)重，環(huán)太湖及云南滇池、安徽巢湖等地藍(lán)藻泛濫，嚴(yán)重威脅到了當(dāng)?shù)鼐用竦纳瞽h(huán)境。經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研及對(duì)藍(lán)藻物料特性進(jìn)行分析研究后，使用LWD430W改進(jìn)型離心機(jī)組，在太湖流域進(jìn)行藍(lán)藻分離嘗試并獲得成功，在國(guó)內(nèi)藍(lán)藻處理領(lǐng)域取得了重大突破，并于2010年把此項(xiàng)研究成果拓展應(yīng)用到云南滇池、安徽巢湖流域。經(jīng)處理后，既改善了湖水水質(zhì)，分離后的藍(lán)藻經(jīng)初加工又能生產(chǎn)動(dòng)物飼料及深加工后生產(chǎn)高科技生物食品，使以往嚴(yán)重威脅人類生態(tài)環(huán)境的藻類變廢為寶，產(chǎn)生了巨大的經(jīng)濟(jì)效益。
2 藍(lán)藻處理工藝流程
藍(lán)藻由水泵從湖面抽至進(jìn)藻池內(nèi)，藻泥由進(jìn)藻池溢流到氣浮池，在氣浮池內(nèi)由空壓機(jī)泵入氣、水對(duì)氣浮池內(nèi)的藻泥進(jìn)行攪動(dòng)的同時(shí)，另一條管線泵入助凝劑進(jìn)行助凝，經(jīng)過(guò)助凝和氣浮后的藻泥，由于比重較輕而浮在池面上，這時(shí)通過(guò)刮藻刷把氣浮池表面堆積的藻泥刮到儲(chǔ)藻池，儲(chǔ)藻池內(nèi)上層藻泥溢流至藍(lán)藻濃縮池，下部水通過(guò)管路排出進(jìn)入容器罐。藻泥在藍(lán)藻濃縮池經(jīng)過(guò)濃縮，與絮凝劑投加裝置輸送來(lái)的絮凝劑進(jìn)行絮凝再進(jìn)入離心機(jī)進(jìn)行分離，分離后的渣相外運(yùn)，液相排入湖面。
3 離心機(jī)組組成、技術(shù)特點(diǎn)及效果分析
3.1 離心機(jī)組的構(gòu)成、技術(shù)特點(diǎn)及工作原理
整套藍(lán)藻脫水機(jī)組由LWD430W離心機(jī)、JY1000型絮凝劑配制裝置、進(jìn)料泵、加藥泵、流量計(jì)和PLC全自動(dòng)控制系統(tǒng)等構(gòu)成。
3.1.1 離心機(jī)主要結(jié)構(gòu)
LWD430W離心機(jī)由主電機(jī)、副電機(jī)、差速器、螺旋體、轉(zhuǎn)鼓、主軸承、機(jī)座、機(jī)罩及傳動(dòng)裝置等部件組成。
3.1.2 離心機(jī)主要技術(shù)參數(shù)
轉(zhuǎn)鼓內(nèi)徑430mm，長(zhǎng)徑比4.1，設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速3200r/min，設(shè)計(jì)分離因數(shù)2466，主電機(jī)功率30kW，副電機(jī)功率7.5kW。
3.1.3 工作原理
濃縮的藍(lán)藻和絮凝劑混合后，經(jīng)進(jìn)料管和螺旋出料口進(jìn)入轉(zhuǎn)鼓，在高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力作用下，比重較大的藻泥沉積在轉(zhuǎn)鼓內(nèi)壁上，與轉(zhuǎn)鼓作相對(duì)運(yùn)動(dòng)的螺旋葉片不斷地將沉積在轉(zhuǎn)鼓內(nèi)壁上的藻泥刮下并推出排渣口。分離后的清液經(jīng)液層調(diào)節(jié)板開(kāi)口流出轉(zhuǎn)鼓。螺旋與轉(zhuǎn)鼓之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，也就是差轉(zhuǎn)速是通過(guò)差速器來(lái)實(shí)現(xiàn)的，其大小由副電機(jī)控制。差速器的外殼與轉(zhuǎn)鼓相聯(lián)接，輸出軸與螺旋體相連接，輸入軸與副電機(jī)相連接。主電機(jī)帶動(dòng)你轉(zhuǎn)鼓旋轉(zhuǎn)的同時(shí)，也帶動(dòng)了差速器外殼的旋轉(zhuǎn)，副電機(jī)通過(guò)聯(lián)軸器的連接來(lái)控制差速器輸入軸的轉(zhuǎn)速，使差速器能按一定的速比將扭矩傳遞給螺旋，從而實(shí)現(xiàn)離心機(jī)對(duì)藍(lán)藻物料的連續(xù)分離過(guò)程。
3.1.4 離心機(jī)電氣系統(tǒng)的組成及特性
采用當(dāng)今工業(yè)控制領(lǐng)域應(yīng)用較為廣泛的可編程控制器（PLC）為核心，以界面友好的彩色液晶觸摸屏為人機(jī)操作界面，節(jié)能優(yōu)良的雙電機(jī)雙電頻恒扭矩控制等組成了穩(wěn)定可靠的離心機(jī)電器控制系統(tǒng)，采用一鍵式操作，初始運(yùn)行參數(shù)自動(dòng)設(shè)定，整個(gè)流程按照編制好的程序自動(dòng)運(yùn)行，無(wú)需人為干預(yù)，實(shí)現(xiàn)真正的全自動(dòng)操作。在進(jìn)料運(yùn)行過(guò)程中通過(guò)恒力矩與恒差速兩種控制方式，適應(yīng)物料濃度、流量的變化，提高離心機(jī)對(duì)生產(chǎn)工藝的適應(yīng)性，保證良好的分離效果和穩(wěn)定的運(yùn)行狀態(tài)，是操作簡(jiǎn)便、功能完備的控制系統(tǒng)。
3.1.5 高分子有機(jī)絮凝劑配投裝置
整套加藥裝置配制能力為2m3/h，配比濃度：1‰～3‰，分為三個(gè)部分：干粉投放裝置、攪拌裝置及管路系統(tǒng)，清水由進(jìn)水管進(jìn)入混合器，在此與螺旋輸送器加入的絮凝劑干粉初步混合，初步配制的絮凝劑進(jìn)入配制箱，由第一分箱至第三分箱進(jìn)行充分?jǐn)嚢瑁麄€(gè)過(guò)程大概需要1～1.5小時(shí)，此后是連續(xù)的配制和同時(shí)進(jìn)行的過(guò)程。
3.2 離心機(jī)技術(shù)特點(diǎn)及處理效果、處理量分析
3.2.1 技術(shù)特點(diǎn)
3.2.1.1 先進(jìn)的緩沖板結(jié)構(gòu)
螺旋推料器是采用國(guó)際先進(jìn)的緩沖板結(jié)構(gòu)，把離心技術(shù)和擠壓技術(shù)有機(jī)結(jié)合，我們成功地把這一技術(shù)用于藍(lán)藻處理應(yīng)用上，其具有把有機(jī)藻泥進(jìn)一步壓縮，使處理后的泥餅干、處理能力大、液層深、出液清、出絮凝劑使用量省的特點(diǎn)。
3.2.1.2 合理的長(zhǎng)徑比
LWD430W離心機(jī)采用長(zhǎng)徑比為4.1的結(jié)構(gòu)，大的長(zhǎng)徑比可增加物料的沉降區(qū)域，延長(zhǎng)物料在轉(zhuǎn)鼓內(nèi)的停留時(shí)間，使固形物去除率提高，這是分離技術(shù)行業(yè)所追求的目標(biāo)。
3.2.1.3 大錐角
錐角是分離技術(shù)行業(yè)重要的參數(shù)，大的錐角可以增強(qiáng)螺旋對(duì)濾餅擠壓力度，提高濾餅的含固率，所以在同樣的分離因數(shù)下，濾餅更干，液更清，運(yùn)行更經(jīng)濟(jì)。
3.2.1.4 螺旋關(guān)鍵部位采用硬質(zhì)合金和轉(zhuǎn)鼓防磨技術(shù)設(shè)計(jì)
在螺旋推力面采用硬質(zhì)合金鑲塊技術(shù)，可提高壽命1.5倍以上，使耐磨技術(shù)達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平，在國(guó)內(nèi)處于領(lǐng)先地位，大大提高了機(jī)器的穩(wěn)定性和可靠性；轉(zhuǎn)鼓筒體內(nèi)壁采用防磨條結(jié)構(gòu)，有效防止轉(zhuǎn)鼓內(nèi)壁磨損，并有利于渣相更好地推出。
3.2.1.5 機(jī)組電耗量小
LW430W型離心脫水機(jī)采用雙電機(jī)雙變頻器驅(qū)動(dòng)方式，副電機(jī)在轉(zhuǎn)鼓差速的作用下始終處于發(fā)電狀態(tài)，由于采用雙電機(jī)雙變頻共直流母線的驅(qū)動(dòng)方案，能夠合理利用副電機(jī)產(chǎn)生的電能，較好地解決了能量回收問(wèn)題，離心機(jī)主機(jī)的耗電電流小于主電機(jī)電流減去副電機(jī)的發(fā)電電流。主電機(jī)功率為30kW，主要是考慮到離心機(jī)的轉(zhuǎn)鼓和螺旋轉(zhuǎn)動(dòng)慣量大，啟動(dòng)電流高而配置的。主機(jī)實(shí)際耗電電流不到40A，離心機(jī)主機(jī)噸干泥的耗電量在11～13kW之間。
3.2.2 處理量及處理效果分析
3.2.2.1 處理量的各項(xiàng)參數(shù)
由于剛開(kāi)始試驗(yàn)時(shí)客戶條件有限，雙方共同對(duì)工藝條件進(jìn)行不斷改進(jìn)，因此經(jīng)過(guò)前道濃縮工藝后進(jìn)入離心機(jī)的進(jìn)料含固率控制在3.8%～4.5%，單機(jī)處理量約15～20m3/h，主機(jī)運(yùn)行電流38A，絮凝劑配比2‰，藥劑流量0.8～1.2m3/h，噸干泥耗藥量約2～3.5kg，離心機(jī)分離后渣的含水率在78%，固體回收率≥95%。運(yùn)行中發(fā)現(xiàn)，處理量隨物料濃度而發(fā)生變化，物料濃度越高處理量相應(yīng)減小，反之濃度控制在3%左右時(shí)單機(jī)處理量可達(dá)到20m3/h以上，可見(jiàn)運(yùn)行中控制進(jìn)料濃度對(duì)于離心機(jī)分離效果的穩(wěn)定性與絮凝劑用量是非常重要的。以上各項(xiàng)分離數(shù)據(jù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了事先與地方政府簽訂的處理量≥15m3/h，分離后渣的含水率≤85%的技術(shù)協(xié)議要求。
3.2.2.2 影響分離效果的因素
（1）離心機(jī)轉(zhuǎn)速的調(diào)整。根據(jù)物料波動(dòng)適當(dāng)選擇主機(jī)轉(zhuǎn)速，以求得較佳工作狀態(tài)。主機(jī)轉(zhuǎn)速越高，分離因數(shù)也就越高，提高分離因數(shù)一般會(huì)使分離效果提高，但當(dāng)分離因數(shù)提高到某一值后，再增加不但沒(méi)有意義，反而會(huì)明顯增加離心機(jī)的功率消耗。因此，轉(zhuǎn)速的調(diào)整會(huì)直接影響機(jī)器在單位時(shí)間內(nèi)的處理量和分離效果，調(diào)整時(shí)應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況兼顧各方面要求。
（2）差轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)。操作比較簡(jiǎn)便，只需重新設(shè)定副變頻器的設(shè)定值即可，差速越大，螺旋排料速度越快，但固相中的含水率也隨之增高；降低差速的效果則相反。因此調(diào)節(jié)時(shí)要根據(jù)工藝要求和機(jī)器負(fù)荷的實(shí)際情況在設(shè)定值之間任意選擇。
（3）液層深度的調(diào)節(jié)。此項(xiàng)參數(shù)的調(diào)節(jié)是通過(guò)更換液層調(diào)節(jié)片來(lái)實(shí)現(xiàn)。共提供了8組液板，開(kāi)口越近轉(zhuǎn)鼓中心液層越深，反之即淺。加深液層會(huì)降低液相的含固率，增加固相含水率；降低則反之。
（4）絮凝劑的選用。分離試驗(yàn)前，絮凝劑廠家根據(jù)該物料特性選擇了絮凝速度快、抱團(tuán)較緊且不易打散、比較經(jīng)濟(jì)實(shí)用的高分子絮凝劑，經(jīng)過(guò)實(shí)際運(yùn)行，用于藍(lán)藻處理領(lǐng)域的離心脫水機(jī)組每噸干藻絮凝劑平均消耗量為3kg，降低了運(yùn)營(yíng)成本。
（5）離心機(jī)處理量對(duì)于分離效果的影響。離心機(jī)的處理量是指達(dá)到分離工藝要求的懸浮進(jìn)料流量。工藝要求不同，離心機(jī)的處理量不同，進(jìn)料量過(guò)大，機(jī)內(nèi)渣層增厚，渣層表面的細(xì)小粒子很容易被分離液帶走，同時(shí)，因懸浮液在轉(zhuǎn)鼓內(nèi)停留時(shí)間過(guò)短，分離不充分，分離效果明顯下降。
4 機(jī)組運(yùn)行中遇到的問(wèn)題及解決辦法
4.1 進(jìn)料不穩(wěn)定對(duì)分離效果影響較大
進(jìn)料濃度對(duì)分離效果影響較大，剛開(kāi)始進(jìn)料運(yùn)行時(shí)，由于前段氣浮濃縮工藝不太完善致使進(jìn)料濃度過(guò)低或者突然增大使分離出的藻泥忽干忽濕，電流波動(dòng)較大，影響了正常的分離效果。經(jīng)過(guò)技術(shù)改進(jìn)，前面增加了攪拌裝置且控制了進(jìn)料濃度，因此濃縮后的藍(lán)藻進(jìn)料濃度控制在3.8%～4.5%，各項(xiàng)分離指標(biāo)均達(dá)到甚至超過(guò)技術(shù)指標(biāo)。
4.2 溫度對(duì)藍(lán)藻保鮮提出了更高的要求
九月中旬，有客戶反映藍(lán)藻分離效果突然出現(xiàn)不穩(wěn)定現(xiàn)象，離心機(jī)渣相藻泥過(guò)稀，影響到了藍(lán)藻分離站藻泥的正常運(yùn)輸。趕赴現(xiàn)場(chǎng)了解情況后發(fā)現(xiàn)，由于夏天環(huán)境溫度過(guò)高，湖面藻類已出現(xiàn)腐爛現(xiàn)象，腐爛的藍(lán)藻在濃縮池中發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而在池面上產(chǎn)生大量氣泡，由于氣泡過(guò)多、腐爛的藍(lán)藻比重較輕、添加絮凝劑不起絮凝效果等因素，使離心機(jī)分離效果變差。通過(guò)與同濟(jì)大學(xué)微生物專家聯(lián)系，并在同濟(jì)大學(xué)教授的指導(dǎo)下，對(duì)從湖面抽上來(lái)的藍(lán)藻采取了保鮮措施，使問(wèn)題得到了根據(jù)解決。
4.3 “過(guò)電流保護(hù)”停機(jī)的處理方法
有客戶反映離心機(jī)運(yùn)行一周左右突然發(fā)生出渣口出水，同時(shí)伴隨著運(yùn)行電流逐步升高造成“過(guò)電流保護(hù)”而停機(jī)。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)拆機(jī)檢查發(fā)現(xiàn)，由于藻泥顆粒較細(xì)，轉(zhuǎn)鼓與罩殼之間存在間隙，使離心機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中機(jī)座部位存在負(fù)壓，造成運(yùn)行分離過(guò)程中渣相藻泥和液相清液飛濺到機(jī)座內(nèi)部，時(shí)間一長(zhǎng)就致使機(jī)座排水孔被藻泥堵塞，機(jī)座部位的積水漫上來(lái)，造成出渣口出水以及轉(zhuǎn)鼓部位負(fù)載加大，同時(shí)伴隨著運(yùn)行電流逐步升高，造成“過(guò)電流保護(hù)”而停機(jī)。剛開(kāi)始時(shí)幾乎每周都要停機(jī)對(duì)離心機(jī)機(jī)座部位進(jìn)行一次清理，這無(wú)疑加大了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。針對(duì)物料特性，我們吸收國(guó)外先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)，及時(shí)在離心機(jī)排液口部位加裝了排氣管，通過(guò)近半年多的運(yùn)行觀察，機(jī)座堵料現(xiàn)象沒(méi)有再次發(fā)生。
4.4 由于加藥點(diǎn)選擇不當(dāng)引起分離效果不佳問(wèn)題的解決
加藥點(diǎn)的選擇至關(guān)重要，選擇加藥點(diǎn)時(shí)一定要做好物料與絮凝劑小試。太湖楊灣藍(lán)藻處理站反映，離心機(jī)在工藝系統(tǒng)穩(wěn)定的情況下分離效果不佳，經(jīng)了解后發(fā)現(xiàn)，客戶出于經(jīng)濟(jì)上考慮更換了絮凝劑?，F(xiàn)場(chǎng)做了藻泥與絮凝劑小試，發(fā)現(xiàn)客戶更換后的絮凝劑雖然絮團(tuán)反應(yīng)速度較快、絮團(tuán)大、液較清，但經(jīng)兩個(gè)燒杯來(lái)回顛倒8次后發(fā)現(xiàn)絮團(tuán)破碎，出現(xiàn)這種情況時(shí)加藥點(diǎn)理應(yīng)適當(dāng)前移至離心機(jī)進(jìn)料部位0.8米左右，可客戶卻仍沿用前期正常運(yùn)行時(shí)的離進(jìn)料管部位2米左右的加藥點(diǎn)，造成濃縮后的藻泥提前絮凝，在進(jìn)離心機(jī)進(jìn)行分離前被打碎，或在離心機(jī)的進(jìn)料口處藻泥和絮凝劑同時(shí)進(jìn)入轉(zhuǎn)鼓腔，瞬間絮凝并通過(guò)離心力的作用使泥水提前絮凝，形成大的絮團(tuán)，絮團(tuán)進(jìn)入離心機(jī)后被打碎，使泥水不易分離，效果變差。通過(guò)重新調(diào)整加藥點(diǎn)，一切分離正常。
4.5 進(jìn)料泵和加藥泵的流量選擇要合理
進(jìn)料泵和加藥泵的流量選擇要合理，保證變頻器在合理的頻率范圍內(nèi)工作。離心機(jī)的進(jìn)泥泵、加藥泵采用變頻器調(diào)節(jié)流量。變頻器在低頻率條件下長(zhǎng)期連續(xù)運(yùn)行時(shí)，因轉(zhuǎn)速低扭矩大，導(dǎo)致電機(jī)電流過(guò)高，容易出現(xiàn)故障，對(duì)電機(jī)也不利。
4.6 季節(jié)對(duì)藍(lán)藻分離的影響
藍(lán)藻分離受季節(jié)影響較大，在每年的4、5月份，太湖湖面上藍(lán)藻稀少、湖面風(fēng)力較大，前期工藝中抽至濃縮池的藍(lán)藻中所含泥量較大。針對(duì)此特點(diǎn)，物料沉降速度、用藥量也可根據(jù)實(shí)際情況降低，此時(shí)離心機(jī)的分離因素不宜過(guò)高、差轉(zhuǎn)速不宜調(diào)整過(guò)低，否則會(huì)引起離心機(jī)出渣過(guò)干、螺旋推料力矩過(guò)大而發(fā)生離心機(jī)堵料現(xiàn)象。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，此時(shí)離心機(jī)分離因數(shù)控制在1700G左右，差轉(zhuǎn)速在20～25r/min即可滿足分離要求；在夏天藍(lán)藻繁殖較盛時(shí)，從湖面抽至濃縮池內(nèi)的藻類數(shù)量大、比重輕，物料較難處理，因此分離因數(shù)控制在2400G左右，差轉(zhuǎn)速控制在8～10r/min時(shí)處理效果較佳，此時(shí)絮凝劑用量較4、5月份偏多。
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