大型臥螺離心機(jī)用于疏浚淤泥處理試驗研究
技術(shù)支持
目前，我國正在大力推行水環(huán)境整治，底泥是河湖主要的內(nèi)源污染，在水體環(huán)境發(fā)生變化后，污染物會通過交換作用重新釋放，對水體造成二次污染。疏浚是去除河湖內(nèi)源污染的主要技術(shù)手段，但是會產(chǎn)生大量高含水率的淤泥，長期堆置不僅占用土地資源，而且還會嚴(yán)重破壞生態(tài)環(huán)境，必須對其進(jìn)行脫水干化處理。河湖底泥的脫水干化技術(shù)主要包括自然干化和機(jī)械脫水干化，自然干化由于需要占用大量的場地，且干化周期長，容易對環(huán)境造成二次污染，已經(jīng)受到限制。常用的機(jī)械脫水主要包括板框壓濾脫水、帶式壓濾脫水以及離心脫水，其中離心機(jī)占地面積小，生產(chǎn)效率高，尤其適合在受場地限制的城市中心地帶使用，越來越多的城市水環(huán)境治理項目對施工機(jī)械的集成度和靈活性提出更高要求。
湖州市潛山港疏浚工程河道全長1.3km，水域面積4.74萬㎡左右，平均疏浚深度0.3m，總疏浚方量約1.4萬m3。該項目毗鄰市政府，施工用地受到很大限制。因此，選用了LW900型臥螺離心機(jī)進(jìn)行疏浚淤泥的脫水干化現(xiàn)場試驗，研究了轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速、溢流板直徑以及轉(zhuǎn)差速等工藝參數(shù)對離心機(jī)運(yùn)行效果的影響，以便更好地掌握離心機(jī)的運(yùn)行性能和處理效果，同時為后續(xù)移動式脫水干化設(shè)備的研發(fā)提供參考。
1 材料與方法
1.1 試驗工藝流程
疏浚淤泥首先通過管道輸送至脫水干化場地的淤泥存儲池，以保證系統(tǒng)的連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，避免出現(xiàn)機(jī)等料的情況。淤泥經(jīng)過振動篩的預(yù)處理，將較大粒徑的碎石、磚塊、生活垃圾用振動篩攔截下來，雜物經(jīng)收集后集中處理。將大顆粒分離后，淤泥進(jìn)入濃縮均質(zhì)池，以保證離心機(jī)進(jìn)料的均勻性和穩(wěn)定性。濃縮好的淤泥和預(yù)先配制好的絮凝劑溶液在離心機(jī)進(jìn)料口通過管道混合器進(jìn)行強(qiáng)制混合，絮凝好的漿料進(jìn)入高速旋轉(zhuǎn)的離心機(jī)，由于離心力作用，大的絮團(tuán)進(jìn)入轉(zhuǎn)鼓外側(cè)，在螺旋葉片的作用下被送至排渣口，連續(xù)排出，分離后干渣含水率小于50%，保證運(yùn)輸途中不發(fā)生滲水和滴漏。漿液中的水進(jìn)入轉(zhuǎn)鼓內(nèi)側(cè)，在重力作用下由尾水口排出。
1.2 試驗器材與藥劑
（1）試驗儀器。ZX1526型直線振動篩、LW900型臥螺離心機(jī)、TJHB10型三腔全自動加藥機(jī)、PSF-180泥漿泵、NL100-11渣漿泵、QY25-17-2.2清水泵、85-4A型恒溫磁力攪拌器、YYM型液體比重儀等。
（2）試驗藥劑。市售聚丙烯酰胺（PAM）絮凝劑，陰離子型，相對分子質(zhì)量為400萬～1600萬排；陽離子型，相對分子質(zhì)量為800萬～1200萬。
1.3 試驗方法
（1）絮凝劑選型試驗。量取100mL的自來水置于250mL燒杯中，稱取0.1g的絮凝劑，置于磁力攪拌器持續(xù)攪拌60min，制備成質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.1%的絮凝劑溶液。利用若干500mL的燒杯量取400mL含水率為98%的原泥， 添加20mL配置好的絮凝劑溶液，添加量為2kg/t[DS]，觀察泥漿的絮凝沉降速率和絮凝團(tuán)抱團(tuán)情況，綜合評選效果較佳的絮凝劑。
（2）上機(jī)中試試驗。在絮凝劑選型試驗的基礎(chǔ)上，采用三腔全自動加藥機(jī)配置0.1%的絮凝劑溶液，將配置好的溶液添加至淤泥均質(zhì)池進(jìn)行濃縮，調(diào)節(jié)其質(zhì)量濃度為65g/L、密度為1.04g/cm3，絮凝好的泥漿連續(xù)給入離心機(jī)進(jìn)行淤泥脫水干化中試試驗。采用單因素試驗方法，依次研究轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速、溢流板直徑和轉(zhuǎn)差速對離心機(jī)出渣含水率、余水懸浮物濃度及處理量的影響。單因素試驗設(shè)備連續(xù)運(yùn)行不少于30min。
1.4 分析方法
淤泥含水率依據(jù)土工試驗方法標(biāo)準(zhǔn)中含水率試驗方法測定。pH值、SS、COD、TN及TP等水質(zhì)指標(biāo)均采用 標(biāo)準(zhǔn)方法測定。
2 結(jié)果與討論
2.1 絮凝劑選型試驗結(jié)果分析
絮凝劑選型試驗結(jié)果表明，對于本河道淤泥，陽離子型PAM的絮凝效果明顯優(yōu)于陰離子型，陰離子型PAM絮凝速率慢，且絮凝團(tuán)不牢固，利用燒杯互相傾倒便可明顯打散絮凝團(tuán)。此外，陽離子型絮凝劑相對分子質(zhì)量越高，絮凝層厚度越厚，上清液越清澈。來彥彬?qū)Σ煌N類的淤泥進(jìn)行了絮凝試驗研究，結(jié)果顯示，我國大部分地區(qū)的河道屬于生活污染，淤泥顆粒本身帶負(fù)電，使用陽離子型絮凝劑可以與其發(fā)生電中和及吸附橋架作用，強(qiáng)化絮凝效果。周海楊等研究了多種化學(xué)調(diào)理劑對淤泥的絮凝作用，結(jié)果表明高分子絮凝劑離子度越高，絮凝團(tuán)越緊密，相對分子質(zhì)量越大，碳?xì)滏溇驮介L，官能團(tuán)越多，能吸附的微粒量就越大，但在配置水溶液時也越難溶解。此外，陽離子型絮凝劑的離子度越高，材料價格也越高。綜合考慮絮凝劑配制和供料的需要，以及有效控制施工中的材料成本，結(jié)合絮凝劑選型試驗結(jié)果，選擇相對分子量為800萬的陽離子型絮凝劑。
2.2 轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速對離心機(jī)運(yùn)行效果的影響
固定離心機(jī)進(jìn)漿質(zhì)量濃度為65g/L、溢流板直徑為260mm以及轉(zhuǎn)差速為8r/min，依次調(diào)節(jié)離心機(jī)的轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速，考察離心機(jī)轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速對其出渣含水率和干固體負(fù)荷的影響。
從考察結(jié)果可以看出，隨著轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速的增加，離心機(jī)出渣的含水率呈先降后升的趨勢，在1200r/min時達(dá)到低值。離心機(jī)的干固體負(fù)荷呈先升后降的趨勢，在1400r/min時達(dá)到高值。轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速低時，進(jìn)料流量小，離心機(jī)負(fù)荷小，淤泥在轉(zhuǎn)鼓內(nèi)的軸向流速大，使得其在機(jī)器內(nèi)停留時間短，因此分離效果差，出渣含水率高；轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速增加時，進(jìn)料流量增大，軸向流速降低，淤泥在機(jī)器內(nèi)停留時間增加，分離效果提高，出渣含水率降低。當(dāng)離心機(jī)干固體負(fù)荷達(dá)到一定值時，受到螺旋排渣能力的限制，分離后的沉渣不能及時排出而引起轉(zhuǎn)鼓堵料，影響分離效果，導(dǎo)致出渣含水率上升，在極端狀態(tài)下甚至不能實現(xiàn)分離，造成機(jī)器堵料故障。因此，確定LW900型臥螺離心機(jī)的轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速為1200r/min，此時離心機(jī)的出渣含水率達(dá)到低值，生產(chǎn)效率也較高。
2.3 溢流板直徑對離心機(jī)運(yùn)行效果的影響
調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)鼓大端溢流板直徑可以改變轉(zhuǎn)鼓沉降區(qū)和干燥區(qū)的有效長度，溢流板直徑小，則沉降區(qū)增大，干燥區(qū)減少，轉(zhuǎn)鼓的液池深度增加，分離后液相中含固率可降低，但干渣沉渣的含水率增加；反之溢流板直徑增大，沉降區(qū)長度減少，干燥區(qū)長度增加，分離后液相中含固率將增加，分離效果變差，而干渣含水率會減少。固定離心機(jī)進(jìn)漿質(zhì)量濃度為65g/L、轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速為1200r/min以及轉(zhuǎn)差速為8r/min，依次調(diào)節(jié)離心機(jī)的溢流板直徑，考察溢流板直徑對離心機(jī)出渣含水率和尾水懸浮物濃度的影響。
從考察結(jié)果可以看出，隨著溢流板直徑的增加，離心機(jī)出渣的含水率呈不斷降低的趨勢，而尾水懸浮物濃度呈不斷上升的趨勢。高濃度的懸浮物會造成尾水處理濕地的負(fù)荷過大，從而影響排水的水質(zhì)，因此，確定LW900型臥螺離心機(jī)的溢流板直徑為270mm，此時離心機(jī)的出渣含水率滿足干渣外運(yùn)含水率不超過50%的要求，尾水懸浮物濃度也滿足濕地進(jìn)水水質(zhì)的要求。
2.4 轉(zhuǎn)差速對離心機(jī)運(yùn)行效果的影響
離心機(jī)轉(zhuǎn)差速是指離心機(jī)轉(zhuǎn)鼓和轉(zhuǎn)鼓內(nèi)部的卸渣螺旋之間的轉(zhuǎn)速差。固定離心機(jī)進(jìn)漿質(zhì)量濃度為65g/L、轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速為1200r/min以及溢流板直徑為270mm，依次調(diào)節(jié)離心機(jī)的轉(zhuǎn)差速，考察轉(zhuǎn)差速對離心機(jī)出渣含水率和淤泥處理量的影響。
從考察結(jié)果可以看出，隨著離心機(jī)轉(zhuǎn)差速增加，離心機(jī)出渣的含水率和淤泥處理量均呈不斷上升的趨勢。這是因為當(dāng)離心機(jī)轉(zhuǎn)差速較小時，螺旋對轉(zhuǎn)鼓內(nèi)流體的擾動小，同時轉(zhuǎn)鼓內(nèi)的沉渣在干燥區(qū)的停留時間也長，干渣的含水率較低。反之，離心機(jī)的轉(zhuǎn)差速大，螺旋對流體的擾動加大，在轉(zhuǎn)鼓中沉降停留時間減少，導(dǎo)致干渣的含水率增大，但干渣排渣能力增加，使得離心機(jī)的處理效率增加。因此，在滿足出渣含水率要求的基礎(chǔ)上，提高離心機(jī)的轉(zhuǎn)差速對提高生產(chǎn)效率有利，確定LW900型臥螺離心機(jī)的較佳轉(zhuǎn)差速值為9r/min左右。
3 現(xiàn)場應(yīng)用效果
湖州潛山港疏浚項目施工共計2個多月，采用1臺LW900型臥螺離心機(jī)對潛山港底泥進(jìn)行脫水干化處理，主要工藝參數(shù)為絮凝劑添加量2kg/t[DS]、進(jìn)漿質(zhì)量濃度65g/L、轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速1200r/min、溢流板直徑270mm以及轉(zhuǎn)差速9r/min。在上述條件下，平均每天可以處理淤泥約1000m3，總計處理淤泥64000m3，生產(chǎn)干渣8360m3，減容率達(dá)到87%，并且有效去除了底泥中的污染物。
4 結(jié)論
（1）影響臥螺離心機(jī)運(yùn)行效果的因素主要包括進(jìn)料流量、轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速、溢流板直徑以及轉(zhuǎn)差速。本試驗研究中，LW900型臥螺離心機(jī)的較佳工藝參數(shù)為離心機(jī)進(jìn)漿質(zhì)量濃度65g/L、轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速1200r/min、溢流板直徑270mm、轉(zhuǎn)差速9r/min。
（2）利用LW900型臥螺離心機(jī)對淤泥進(jìn)行脫水處理，在較佳工藝條件下離心機(jī)出渣含水率可以降至46%，處理量達(dá)到55m3/h。尾水中懸浮物、COD、TP、TN的去除率分別達(dá)到99.79%、93.33%、99.39%、78.15%。
（3）臥螺離心機(jī)用于處理疏浚淤泥，可連續(xù)運(yùn)行，處理效率高，能夠快速實現(xiàn)疏浚淤泥的減容，同時有效去除河湖底泥中的污染物。
（4）大型臥螺離心機(jī)用于疏浚項目可有效解決施工場地受限的問題，尤其是在城市水環(huán)境治理項目中，亟需開發(fā)移動式的淤泥脫水干化系統(tǒng)，研究結(jié)果可為疏浚項目的設(shè)計和施工提供技術(shù)參考。
