污水處理廠脫水機操作運行研究
技術(shù)支持
光大水務(wù)（濟南）有限公司二廠升級改造所選機型是德國Flottweg（福樂偉）公司生產(chǎn)的Z-53型臥螺離心機，與其配套設(shè)備主要有污泥切割機、污泥輸送泵、加藥及稀釋裝置、泥水分離閥、無軸螺旋輸送器等。
離心機主要由轉(zhuǎn)鼓、帶空心轉(zhuǎn)軸的螺旋輸送器組成，工作原理是：濃縮污泥由空心轉(zhuǎn)軸送入轉(zhuǎn)鼓腔內(nèi)，污泥顆粒由于比重大，受到的離心力也大，因此被甩貼在轉(zhuǎn)鼓內(nèi)壁上形成固體層（因為環(huán)狀，也被稱為固環(huán)層）；水由于比重小，受到的離心力也小，在固環(huán)層內(nèi)側(cè)形成液環(huán)層。固環(huán)層的污泥在螺旋輸送器的緩慢推動下，被輸送到轉(zhuǎn)鼓錐端的出口連續(xù)排出。液環(huán)層的水則由堰口連續(xù)“溢流”排至轉(zhuǎn)鼓外，形成分離液，匯集后靠重力流出脫水機。福樂偉脫水機進泥方向與污泥固體的輸送方向相同，區(qū)別于Alfa-laval脫水機和海申脫水機，即進泥口和排泥口分別在轉(zhuǎn)鼓的兩端，屬順流式離心脫水機。
離心脫水機作為污水處理廠泥處理單元的關(guān)鍵設(shè)備，其正常、穩(wěn)定運行至關(guān)重要。通過對Alfa-laval脫水機和海申脫水機幾年來的實踐，把運行經(jīng)驗應(yīng)用于福樂偉脫水機中，總結(jié)運行特點和規(guī)律，使之運行較佳化。
1 福樂偉脫水機的運行較佳化
1.1 脫水機的基本技術(shù)參數(shù)
轉(zhuǎn)子 | 轉(zhuǎn)筒 | 速度 | 3250轉(zhuǎn)/分 |
固體密度 | 1.3克/立方厘米 | ||
轉(zhuǎn)筒內(nèi)徑 | 529毫米 | ||
排放直徑 | 315毫米 | ||
轉(zhuǎn)筒材質(zhì) | 1.4463 | ||
密封圈材料 | NBR | ||
操作溫度 | 0/100℃ | ||
螺旋 | 螺旋葉片 | 碳化鎢 | |
進料室 | 冷鑄件襯套 | ||
調(diào)節(jié) | 運行方式 | 導(dǎo)前 | |
轉(zhuǎn)筒速度 | 3200轉(zhuǎn)/分 | ||
螺旋與轉(zhuǎn)筒差速 | 0.5～10.4轉(zhuǎn)/分 | ||
堰板直徑（出廠調(diào)節(jié)） | 319毫米 | ||
驅(qū)動 | 形式 | 多級行星齒輪驅(qū)動 | |
齒輪型號 | SP3.11 | ||
轉(zhuǎn)筒電機型號 | 250M | ||
轉(zhuǎn)筒電機功率 | 75千瓦 | ||
轉(zhuǎn)筒電機電壓 | 400伏/50赫茲 | ||
螺旋電機型號 | 132M | ||
螺旋電機功率 | 7.5千瓦 | ||
螺旋電機電壓 | 400伏/50赫茲 | ||
1.2 脫水機的運行參數(shù)調(diào)整
脫水機運行中科調(diào)節(jié)的參數(shù)主要有：轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)鼓與螺旋之間的差速，脫水機的進料量、絮凝劑的投加量、扭矩、液池深度。
1.2.1 轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速
改變轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速，可適合多種污泥物料的要求，轉(zhuǎn)速越高，扭矩就越大，泥餅就越干，分離效果越好；反之亦然。兩種轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速下泥餅含水率的比較見下表：
轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速（rpm） | 進泥量（m3/h） | 加藥量（m3/h） | 差速（rpm） | 扭矩（%） | 泥餅含水率（%） |
2150 | 25 | 0.45 | 3.8 | 28.6 | 74.09 |
2250 | 25 | 0.45 | 3.8 | 32.5 | 73.12 |
分離因數(shù)：Fr=rw2/g=Dn2/1973，其中D=轉(zhuǎn)子直徑（m）
可以看出分離因數(shù)與轉(zhuǎn)鼓直徑和轉(zhuǎn)速的平方成正比。越難分離的物料所需分離因數(shù)越大。此理論與Alfa-laval脫水機和海申脫水機相同。但由于福樂偉脫水機采用恒差速運行，且差速具有較大調(diào)節(jié)范圍，轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速只需微調(diào)即可達到要求。由于轉(zhuǎn)鼓的直徑是不變的，控制分離因數(shù)就是控制轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速，在福樂偉離心脫水機實際運行中，總結(jié)了以下經(jīng)驗：
較高的轉(zhuǎn)速能得到較高的分離因數(shù)，得到較好的分離效果。但對某些物料來說，分離因數(shù)并非越高越好。根據(jù)運行經(jīng)驗分析，轉(zhuǎn)速越高，扭矩就越大，泥餅就越干，分離效果越好，但轉(zhuǎn)速增加到一定程度以后，由于絮團被切向破碎，固體回收率反而下降。依據(jù)此理論，提高轉(zhuǎn)速，增大分離因數(shù)，可切實提高泥餅含固率和固體回收率，但也不能太高，否則濾液會變渾。而且在高加藥量、低差速設(shè)定值、無機物含量較高的情況下，高轉(zhuǎn)速很容易引起扭矩過高出現(xiàn)扭矩報警。并且高轉(zhuǎn)速耗能也大。所以高轉(zhuǎn)速運行是沒有必要的，一般把運行轉(zhuǎn)速設(shè)定為2150rpm不變。
1.2.2 差速
脫水效果的好壞由泥餅含固率和固體回收率兩個指標同時評價。差速是指轉(zhuǎn)鼓與螺旋的轉(zhuǎn)速之差，即兩者之間的相對轉(zhuǎn)速。如果差速為△n，則螺旋相對于轉(zhuǎn)鼓來說，等于以△n的速度在旋轉(zhuǎn)，液環(huán)層中被分離出的污泥就是利用這個速度被輸送出脫水機的。當進泥量一定時，差速越大，污泥在脫水機中停留的時間越短，固環(huán)層就越??；另一方面，差速越大，由于轉(zhuǎn)鼓與螺旋之間的相對運動增大，必然對液環(huán)層的擾動程度增大，固環(huán)層內(nèi)部被分離出來的污泥會被重新泛至液環(huán)層，并有可能隨分離液流失。綜上所述，差速增大時，脫水的固體回收率和泥餅的含固量都將降低，但增大差速可提高離心機的處理能力。反之，減小差速時，污泥在轉(zhuǎn)鼓內(nèi)接受離心分離的時間將延長，同時由于轉(zhuǎn)鼓和螺旋之間的相對運動減小，對液環(huán)層的擾動也減輕，因此固體回收率和泥餅含固量均將提高，但減小差速，往往使處理能力降低。差速不能太小，否則將由于污泥在機內(nèi)積累，使固環(huán)層厚度大于液環(huán)層，導(dǎo)致污泥隨分離液大量流失，固體回收率急劇下降，嚴重時還會由于阻力過大，扭矩超負荷損壞離心機。兩種差速下含水率的比較見下表：
進泥量（m3/h） | 差速（rpm） | 進泥含水率（%） | 泥餅含水率（%） | 濾液含水率（%） |
25 | 3.5 | 98.47 | 72.86 | 99.91 |
25 | 4 | 98.35 | 73.95 | 99.89 |
在差速控制中，福樂偉脫水機與Alfa-laval脫水機及海申脫水機還是有明顯區(qū)別的，福樂偉脫水機螺旋為獨立驅(qū)動，與轉(zhuǎn)鼓沒有任何關(guān)聯(lián)，離心機運行時螺旋先啟動，當轉(zhuǎn)鼓靜止而螺旋空轉(zhuǎn)時，觀察扭矩值正常后（推料扭矩小于15%）方可啟動轉(zhuǎn)鼓。并且螺旋轉(zhuǎn)速高于轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速，而Alfa-laval脫水機及海申脫水機都是主機帶動副機運行的，轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速高于螺旋轉(zhuǎn)速。福樂偉脫水機采用螺旋獨立驅(qū)動，據(jù)分析，有以下益處：
一是有效預(yù)防堵機，當螺旋先啟動，觀察扭矩是否在正常值，如果扭矩偏高，則證明上次停機沖洗不徹底，這時可以把差速值設(shè)為100%，觀察扭矩是否降低，當扭矩降至正常范圍后即可開啟轉(zhuǎn)鼓運行。如果扭矩始終降不下來，則要低速啟動轉(zhuǎn)鼓，進水沖洗，按沖洗程序進行，直到把扭矩沖至正常范圍。
二是螺旋獨立驅(qū)動在關(guān)機過程螺旋延時關(guān)閉，這樣在停機過程中，當轉(zhuǎn)鼓停止后，螺旋延時運轉(zhuǎn)幾分鐘關(guān)閉，可以把殘存在轉(zhuǎn)鼓中的水推出，防止下次開機時產(chǎn)生振動。
1.2.3 進料流量
進料流量大，懸浮液在轉(zhuǎn)鼓中的停留時間短，固液分離性能差，反之，進料流量小，懸浮液在轉(zhuǎn)鼓中的停留時間長，固液分離性好，對于易分離的物料，流量可適當增加，對于難分離的物料，流量應(yīng)適當減少。兩種進料流量下泥餅和濾液含水率的比較見下表：
進泥量 （m3/h） | 轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速（rpm） | 加藥量 （m3/h） | 差速 （rpm） | 扭矩 （%） | 泥餅含水率 （%） | 濾液含水率 （%） |
25 | 2150 | 0.42 | 3.6 | 32 | 74.01 | 99.91 |
35 | 2150 | 0.58 | 4.6 | 37 | 75.07 | 99.88 |
每一臺離心機都有一個設(shè)計進泥量，實際進泥量超過該值時，離心機將失去平衡，并受到損壞，因而運行中應(yīng)嚴格控制離心機的進泥量。在允許的范圍內(nèi)，當泥質(zhì)及調(diào)質(zhì)效果一定時，進泥量越大，固體回收率和泥餅含固量越低；反之，進泥量降低，則固體回收率和泥餅含固量將提高。另外，每臺離心機都有一個極限入流固體量。如果當由于進泥含固量升高等原因?qū)е氯肓鞴腆w量超過極限值，將由于扭矩過大，使離心機超載而停車。
福樂偉Z-53型臥螺離心機允許入流固體量為1200kg/h。
1.2.4 絮凝劑的投加量和種類選擇
不同物料，不同粒徑，須選擇不同的絮凝劑型號和投加量。即使同一車間由于上道工藝條件的變化，也需經(jīng)常檢查絮凝劑的種類和投加量是否合適。
絮凝劑投加量對泥餅和濾液含水率的比較見下表：
進泥量 （m3/h） | 轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速（rpm） | 加藥量 （m3/h） | 差速 （rpm） | 扭矩 （%） | 泥餅含水率 （%） | 濾液含水率 （%） |
25 | 2150 | 0.42 | 3.6 | 32 | 74.56 | 99.91 |
25 | 2150 | 0.5 | 3.6 | 3.5 | 73 | 99.89 |
當泥質(zhì)發(fā)生變化時，應(yīng)隨時調(diào)整干污泥的投藥量，保證調(diào)質(zhì)效果。如果污泥調(diào)質(zhì)效果下降，離心脫水的固體回收率和泥餅含固量也將隨之降低。
加藥量的調(diào)整，要根據(jù)當前進泥性質(zhì)確定一個絮凝劑投加基準值，當有機物含量高，污泥富有活性時，用藥量大些，當無機物含量高時，可大幅度降低加藥量，因為藥劑對無機顆粒不起反應(yīng)。此基準值以每噸純干泥耗藥量為單位，然后反推，確定配比濃度和投加量，然后觀察泥餅和濾液效果，對各個參數(shù)進行綜合性的微調(diào)。
例如：福樂偉脫水機，如果進泥量為30m3/h，進泥含水率為98%，配藥濃度為3‰，每噸純干泥耗藥量為3kg/tds，則絮凝劑投加量為：
3×30×（100-98）/100/3=0.6m3/h
由于二廠污泥脫水車間進泥有機物含量較低，占大約30%～40%左右，泥粒細小，凝聚、沉降性能較好，福樂偉脫水機用藥量一般控制在3kg/tds。
在使用一種藥劑之前，要對絮凝劑進行稱重，一般稱重3次，取平均值，輸入系統(tǒng)菜單。稱重次數(shù)越多，誤差越小，這樣才可以使計算耗藥量和實際出庫量相吻合。
配置溶液時，熟化時間不少于45分鐘，這樣才能溶解充分，保證溶液足夠的離子度，起到壓縮雙電層作用，同時投加濃度介于1～2‰，這樣是為了保證絮凝劑的長鏈條能夠充分展開，發(fā)揮其吸附架橋作用。
福樂偉脫水機配置絮凝劑溶液熟化時間設(shè)定為60分鐘，并在程序中設(shè)定每隔半小時攪拌半小時，防止藥劑沉淀。
1.2.5 排料扭矩
排料扭矩和進泥的性質(zhì)和進泥量有著密切的關(guān)系。進泥的比重大，泥量多，脫水機的運行轉(zhuǎn)速高，排料扭矩就大，差速減少，排料扭矩也增大，反之減少。
對于比重大的進泥，進泥量，進泥濃度，轉(zhuǎn)速，差速稍有變化時，脫水機的排料扭矩就會有很大的變化，如果這些參數(shù)調(diào)節(jié)量太猛，會造成扭矩的沖擊，嚴重時會引起機器損壞，這一點必須引起注意。
福樂偉脫水機在正常運行中，扭矩保護值一般設(shè)定為扭矩的50%，當運行扭矩達到50%時，就會停止進泥泵及加藥泵，防止離心機內(nèi)進一步的物料堆積。當出現(xiàn)扭矩報警時，按正常沖洗程序執(zhí)行即可（有時需要沖洗較長時間，螺旋推料扭矩要沖至10%以下）。所以在正常運行時，要密切關(guān)注螺旋推料扭矩，當螺旋推料扭矩達到38%，還有上漲趨勢時，就要引起重視。當離心機出現(xiàn)堵機時，常見的特征是扭矩過大和轉(zhuǎn)鼓錐端有發(fā)熱現(xiàn)象。
1.2.6 液池深度
液池深度深，上清液越清，泥餅干度會比較濕，反之，液池深度低，上清液渾，泥餅會比較干。
液池深度的調(diào)整通過更換堰板來實現(xiàn)。通過更換不同的堰板，可得到許多種不同半徑的液位。在不同的污泥性質(zhì)下通過改變不同的液環(huán)層厚度，使污泥脫水達到清澈度和泥餅干度之間的平衡。根據(jù)堰板半徑r和出泥口半徑R的大小，液環(huán)層厚度可分為正液位差和負液位差。r＜R為負液位差；r＞R為正液位差。根據(jù)有無BD板來確定液位的高點。有BD板的可有較高的液位，但高點也是有限度的。如無BD板，則根據(jù)液相低澄清度和固相干度的要求來確定液位的低點。一般來說，低的液位能得到較高的固相干度；高的液位能得到較高的液相澄清度，但不可能形成負液位差。
福樂偉脫水機出廠堰板半徑為319mm，出泥口半徑為315mm，一般不需調(diào)節(jié)。可以看出福樂偉脫水機堰板半徑為正液位差，但也保持了較高的液池深度。
福樂偉脫水機堰板一般不需要調(diào)整，因為通過合適的轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速、差速及加藥量即可達到較佳清澈度和泥餅較佳干度之間的平衡。（除非有特殊情況發(fā)生，通過改變上述參數(shù)達不到較好效果時，可以通過調(diào)整堰板進行試驗）
2 福樂偉離心機參數(shù)的綜合控制
2.1 分析進泥性質(zhì)
在離心機的運行過程中，要獲得較佳的脫水效果，首先要分析污泥的性質(zhì)，有的放矢地進行各項參數(shù)的調(diào)整，這樣不僅使運行更加穩(wěn)定可靠，還能節(jié)省不必要的能耗和藥耗。影響離心機脫水效果的污泥性質(zhì)主要是凝聚、沉降性能的優(yōu)劣。
由斯托克斯公式可以看出，固、液兩相密度差變化不大，轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速變化較小，固體顆粒越大，則離心沉降速度越大，經(jīng)過調(diào)質(zhì)后的固體顆?？梢栽龃笊习俦叮栽龃蠊腆w顆粒大小對于離心脫水來說是至關(guān)重要的。
對于活性污泥濃度及沉降性能的評定，選用混合液揮發(fā)性懸浮固體濃度（MLVSS）及污泥容積指數(shù)（SVI）兩個指標。
混合液揮發(fā)性懸浮固體濃度（MLVSS）表示的是混合液活性污泥中有機性固體物質(zhì)部分的濃度，即：MLVSS=Ma+Me+Mi，該項指標能夠在一定程度上表示相對的生物量值。
Ma：具有代謝功能活性的微生物群體。
Me：微生物（主要是細菌）內(nèi)源代謝、自身氧化的殘留物。
Mi：由原污水挾入的難為細菌降解的惰性有機物質(zhì)。
有機質(zhì)百分比為：（MLVSS/MLSS）×100%
污泥容積指數(shù)（SVI）的物理意義是在曝氣池出口處的混合液，在經(jīng)過30分鐘靜沉后，每克干污泥所形成的沉淀污泥所占有的容積，以mL計。
SVI=SV/MLSS
SVI即是衡量污泥沉降性能的指標，也是衡量污泥吸附性能的一個指標。一般來說，SVI越大，說明污泥的沉降性能越差，并且有產(chǎn)生膨脹現(xiàn)象的可能。SVI越小，說明泥粒細小，無機質(zhì)含量高，缺乏活性。
10月份污泥SVI值基本處于35～45之間，有機份含量在30%左右，進泥含水率在98%～98.5%之間，MLSS在4000～6000mg/L之間，MLVSS在1000～2000mg/L之間。說明此階段污泥濃度適中，進泥含水率偏高，有機份含量偏低，含有大量泥沙，泥粒細小，缺乏活性，但具有較好的凝聚、沉降性能。
2.2 參數(shù)綜合調(diào)整
針對以上進泥性質(zhì)，福樂偉脫水機的主要參數(shù)可做如下調(diào)整：
2.2.1 轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速
由于進泥無機物含量偏高，易脫水，且運行扭矩較高，為了防止離心機出現(xiàn)扭矩過高堵機現(xiàn)象，可使轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速降低，一般設(shè)定轉(zhuǎn)速為2000～2200r/min。此轉(zhuǎn)速即可使泥餅含水率達到75%左右。
2.2.2 差速
同樣由于進泥無機物含量偏高，離心機易出現(xiàn)扭矩過高現(xiàn)象，差速可設(shè)定偏大一些，有效預(yù)防堵機。一般差速較有機物含量高時多設(shè)一轉(zhuǎn)左右。一般差速設(shè)定值見下表：
進泥量（m3/h） | 差速設(shè)定值（r/min） |
20 | 2.5～3.5 |
25 | 3.5～4.5 |
30 | 4.5～5 |
35 | 5～6 |
40 | 6～7 |
注：當進泥無機物含量高時，開機進泥時扭矩上升很快，當增加進泥量時，差速設(shè)定值要迅速增加，不然很容易出現(xiàn)扭矩過高報警。
2.2.3 加藥量
同樣由于進泥有機物含量偏低，此階段可適當降低加藥量，因為陽離子型絮凝劑主要對帶有負電荷的污泥膠體顆粒起作用，而無機物顆粒都是表層水，易脫除，所以此階段的單位污泥耗藥量可以控制在3kg/tds以下。
通過以上主要參數(shù)的調(diào)整，一般就可以使污泥脫水達到較佳清澈度和泥餅較佳干度之間的平衡，如果效果達不到要求，可以通過分析進泥性質(zhì)，進而改變進泥量、更改液池深度、更換絮凝劑型號來進行試驗。
3 結(jié)語
目前隨著污泥脫水處理技術(shù)的推廣應(yīng)用，離心機脫水設(shè)備具有自動化程度高、運行連續(xù)穩(wěn)定、保養(yǎng)方便、全密閉運行環(huán)境好等一系列優(yōu)點，已逐步取代傳統(tǒng)的帶式壓濾機。污泥脫水車間作為水區(qū)處理工藝中污泥濃度的調(diào)節(jié)閥，如何做好離心機的操作運行較佳化就顯得尤為重要，通過工作經(jīng)驗的不斷總結(jié)和積累，離心機的運行工作一定會更加細致和科學(xué)，運行更加可靠穩(wěn)定和經(jīng)濟。
