臥式螺旋離心機(jī)在焦化廢水污泥濃縮處理中的應(yīng)用
行業(yè)動(dòng)態(tài)
唐山首鋼京唐西山焦化有限責(zé)任公司一期工程酚氰廢水處理項(xiàng)目4×7.63m焦?fàn)t配套建設(shè)，處理煤氣凈化過程中產(chǎn)生的含酚氰廢水及煤氣管道冷凝水，由預(yù)處理、生化處理、后混凝沉淀過濾處理及污泥處理等工序組成，廢水生物處理采用缺氧-好氧-好氧（A-O-O）的內(nèi)循環(huán)工藝流程。目前，該公司按年產(chǎn)380萬t焦炭進(jìn)行生產(chǎn)組織，酚氰廢水處理原水水量為130～140m3/h，無稀釋水，其中蒸氨廢水水量為100～110m3/h。
根據(jù)設(shè)計(jì)資料，酚氰廢水處理作業(yè)區(qū)剩余污泥（平均排泥量15.4m3/h，含水率為99.2%，連續(xù)排泥）和凝聚沉淀池排出的污泥（排泥量45m3/h，含水率為99.2%，每天排泥8h），由污泥泵送入污泥濃縮裝置進(jìn)行處理，濃縮后的污泥由污泥泵送污泥脫水機(jī)進(jìn)一步脫水。污泥濃縮池上清液流回污水處理系統(tǒng)進(jìn)行處理，泥餅（22t/d，污泥含水率為80%）送煤場(chǎng)摻入焦煤中焚燒。因此，酚氰區(qū)域產(chǎn)生污泥量約為22÷（1-80%）=110m3/d。實(shí)際污泥量為90～100m3/d，化驗(yàn)剩余污泥實(shí)際含水率為99.1%。
1 設(shè)備使用現(xiàn)狀
酚氰廢水處理作業(yè)區(qū)污泥濃縮裝置原采用帶式壓濾機(jī)，單臺(tái)污水處理能力僅為4～5m3/h，每天24h連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)。排泥含水率為84.5%，泥中帶水較多導(dǎo)致泥稀，不能很好地形成泥餅，污泥在運(yùn)輸過程中灑落嚴(yán)重，設(shè)備運(yùn)行環(huán)境較差。由于帶式壓濾機(jī)泥處理量較小，隨設(shè)備的老化，頻繁停用檢修。檢修時(shí)，生物處理系統(tǒng)中污泥不能及時(shí)排出，系統(tǒng)內(nèi)污泥指數(shù)增高，隨污泥基數(shù)逐步增大，污泥量迅速膨脹，形成惡性循環(huán)。2臺(tái)帶式壓濾機(jī)24h超負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)，系統(tǒng)泥量仍持續(xù)上漲，造成生物處理系統(tǒng)污泥指數(shù)嚴(yán)重超標(biāo)，影響出水指標(biāo)。并且，備件更換頻繁，檢修強(qiáng)度和難度較大，導(dǎo)致維修成本較高。壓濾機(jī)運(yùn)行過程中需用清水隨時(shí)沖洗濾帶，每天耗用清水約180m3。壓濾機(jī)驅(qū)動(dòng)電機(jī)為1.5kW。
目前，焦化廢水污泥脫水生產(chǎn)中采用的脫水設(shè)備類型主要分為3種，即板框壓濾機(jī)、帶式壓濾機(jī)和離心機(jī)。這3種類型脫水設(shè)備的比較見下表：
比較項(xiàng)目 | 離心機(jī) | 帶式壓濾機(jī) | 板框壓濾機(jī) |
絮凝劑投加量 | 中 | 大 | 小 |
脫水后泥餅含水率 | 低 | 較高 | 高 |
自動(dòng)化程度 | 連續(xù)操作，可無人自動(dòng)控制 | 可連續(xù)操作，需人工管理 | 間隙程序操作，需人工管理 |
環(huán)境條件 | 好（密閉管道式） | 差（敞開式），二次污染大 | 差（敞開式），二次污染大 |
日常維護(hù)措施 | 更換軸承和皮帶 | 更換托輥和濾帶 | 更換濾布和框板 |
分離效果穩(wěn)定性 | 好（參數(shù)設(shè)定后機(jī)器自動(dòng)控制） | 差（受進(jìn)泥及人為因素影響大） | 差（受人為因素影響大） |
消耗功率 | 大 | 小 | 小 |
由上表可知，離心機(jī)具有自動(dòng)化程度高、運(yùn)行環(huán)境條件好、分離效果人為因素影響小、操作維護(hù)方便、日常運(yùn)行費(fèi)用小等諸多優(yōu)點(diǎn)。結(jié)合其他單位使用情況，該廠決定將帶式壓濾機(jī)改為臥式螺旋卸料沉降離心機(jī)，并配套自動(dòng)配投藥裝置和控制系統(tǒng)。
2 離心機(jī)工作原理
臥式螺旋卸料沉降離心機(jī)（以下簡(jiǎn)稱離心機(jī)）是依靠固液兩相的密度差，在離心力場(chǎng)的作用下，加快固相顆粒的沉降速度來實(shí)現(xiàn)固液分離。
當(dāng)污泥進(jìn)入離心機(jī)轉(zhuǎn)鼓腔后，高速旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)鼓產(chǎn)生強(qiáng)大的離心力，污泥顆粒由于密度大，離心力也大，因此污泥被甩貼在轉(zhuǎn)鼓內(nèi)壁上，形成固環(huán)層；而水的密度較小，離心力也小，只能在固環(huán)層內(nèi)側(cè)形成液環(huán)層。由于螺旋和轉(zhuǎn)鼓的轉(zhuǎn)速不同，二者存在相對(duì)運(yùn)動(dòng)（差速），把沉積在轉(zhuǎn)鼓內(nèi)壁的污泥推向轉(zhuǎn)鼓錐體端出口處排出，分離出的水從轉(zhuǎn)鼓的另一端排出。差速器的作用是使轉(zhuǎn)鼓和螺旋之間形成一定的差速。污泥中投加絮凝劑，以產(chǎn)生絮凝作用，使分散的污泥顆粒聚集產(chǎn)生較大的絮凝體，加速泥水分離。
分離因數(shù)是衡量離心分離機(jī)性能的主要指標(biāo)，離心機(jī)的轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速和直徑?jīng)Q定其分離因數(shù)。對(duì)于同一臺(tái)設(shè)備而言，其轉(zhuǎn)鼓直徑是一定的，可以通過調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速來調(diào)整分離因數(shù)。一般來講，轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速越高，分離因數(shù)越大，離心機(jī)排出的泥餅中的含水率也就越低。另外，離心機(jī)的差速也可以通過控制污泥在轉(zhuǎn)鼓中的停留時(shí)間而直接影響排出到轉(zhuǎn)鼓外的泥餅的含水率。
3 改造效果及經(jīng)濟(jì)效益
3.1 改造效果
離心機(jī)主電機(jī)和螺旋電機(jī)均采用變頻控制，可實(shí)現(xiàn)對(duì)轉(zhuǎn)鼓和螺旋轉(zhuǎn)速的方便調(diào)節(jié)。同時(shí)，螺旋推料扭矩可以在規(guī)定范圍內(nèi)進(jìn)行設(shè)定，因此可以實(shí)現(xiàn)在不同工況下對(duì)運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)，以保證離心機(jī)處理效果和設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定。
離心機(jī)有差速控制和扭矩控制2種運(yùn)行模式，由于主電機(jī)轉(zhuǎn)速不變，在扭矩控制模式下，通過改變螺旋電機(jī)轉(zhuǎn)速，進(jìn)而改變差速來調(diào)節(jié)扭矩，使扭矩保持在設(shè)定值上下波動(dòng)，以保證設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行。在手動(dòng)運(yùn)行過程中可以采用差速控制模式，一般只有在調(diào)試和沖洗時(shí)使用，正常自動(dòng)運(yùn)行過程中不使用。在扭矩控制模式下，當(dāng)過扭矩時(shí)系統(tǒng)自動(dòng)將進(jìn)料打回流，以保證不發(fā)生過負(fù)荷運(yùn)行而損壞設(shè)備。自動(dòng)配投藥裝置可以根據(jù)來料含水率預(yù)先設(shè)定配藥濃度，并根據(jù)處理量隨時(shí)自動(dòng)調(diào)節(jié)加藥量。這樣能夠有效避免因加藥量不足導(dǎo)致污泥不能完全絮凝，進(jìn)而致使分離效果變差；同時(shí)，可以避免因過量加藥而導(dǎo)致過渡絮凝，致使污泥堵塞轉(zhuǎn)鼓和螺旋，損壞設(shè)備，并且造成藥品浪費(fèi)。
改造后，離心機(jī)處理量達(dá)到18m3/h，24h連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，生物處理系統(tǒng)污泥指數(shù)持續(xù)下降。投用40天后，污泥指數(shù)達(dá)到正常水平，由于污泥處理及時(shí)，酚氰廢水處理作業(yè)區(qū)域控制污泥指數(shù)在較低水平，系統(tǒng)達(dá)到良性循環(huán)。目前，離心機(jī)采用扭矩控制，在運(yùn)行數(shù)據(jù)設(shè)定為扭矩40N·m、轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速2500rpm、加藥配比為3‰（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）的情況下，處理量即可達(dá)到10～18m3/h，排泥含水率為71.2%，泥餅成形良好，基本呈固態(tài)可堆積，運(yùn)輸方便，完全滿足生產(chǎn)需求?，F(xiàn)離心機(jī)每天開機(jī)10h左右，且操作簡(jiǎn)單，停機(jī)沖洗時(shí)使用清水約10m3/d。離心機(jī)主電機(jī)為30kW，螺旋電機(jī)為7.5kW。
3.2 效益計(jì)算
在不考慮人工成本的情況下，根據(jù)實(shí)際，工業(yè)水新水按7元/t計(jì)算，380V工業(yè)用電按0.4元/kWh計(jì)算。
帶式壓濾機(jī)年消耗水費(fèi)用為7×180×365=459900元；年電耗費(fèi)用為0.4×1.5×24×365=5265元。統(tǒng)計(jì)近3年備件材料情況，每年平均更換濾帶4條，每條濾帶9720元，消耗濾帶費(fèi)用為9720×4=38880元。
離心機(jī)年消耗水費(fèi)用為7×10×365=25500元；年電耗費(fèi)用為0.4×（30+7.5）×10×365=54750元。
因此，由帶式壓濾機(jī)改為離心機(jī)進(jìn)行污泥濃縮每年可節(jié)約費(fèi)用為（459900+5256+38880）-（25550+54750）=423736元。
4 結(jié)論
（1）處理能力大大提高。單機(jī)處理能力由原4～5m3/h提高到14～18m3/h，有效避免了系統(tǒng)中污泥不能及時(shí)脫除而產(chǎn)生堆積的情況，提升了系統(tǒng)穩(wěn)定性。
（2）實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。壓濾機(jī)的調(diào)節(jié)主要靠人工完成，包括進(jìn)料量、加藥量調(diào)節(jié)以及沖洗操作等。離心機(jī)工作時(shí)的進(jìn)料、分離、卸料等是在高速運(yùn)轉(zhuǎn)下連續(xù)自動(dòng)進(jìn)行的，實(shí)現(xiàn)了離心機(jī)主轉(zhuǎn)速、差速和扭矩可調(diào)節(jié)，還能自動(dòng)調(diào)節(jié)絮凝劑配制濃度及進(jìn)料量。并且，采用可編程程序控制器實(shí)現(xiàn)離心分離與離心沖洗過程的自動(dòng)控制，節(jié)約了人力。
（3）維護(hù)保養(yǎng)方便。使用壓濾機(jī)時(shí)，除軸承潤(rùn)滑保養(yǎng)外，檢修托輥、濾帶頻繁，耗費(fèi)檢修人力、物力。離心機(jī)投用后，日常僅需潤(rùn)滑保養(yǎng)，定期進(jìn)行點(diǎn)檢緊固，平時(shí)檢修也只是更換軸承和皮帶即可。同時(shí)，離心機(jī)設(shè)有扭矩保護(hù)、功率控制及檢測(cè)、測(cè)溫等多重保護(hù)，能有效地減少突發(fā)故障對(duì)機(jī)器造成的損害。
（4）現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)和檢修環(huán)境極大改觀。改造前現(xiàn)場(chǎng)污泥、污水遍地，車間內(nèi)異味彌漫。而離心機(jī)對(duì)物料的分離是在完全封閉條件下進(jìn)行，保證操作現(xiàn)場(chǎng)整潔污染，并保持生產(chǎn)環(huán)境的整潔衛(wèi)生，實(shí)現(xiàn)文明生產(chǎn)。
