污泥離心脫水分離因素的探究
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近年來，隨著工業(yè)化進(jìn)程的加快和經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展，污泥處理問題日益突出。
污泥脫水處理是城市生活污水、水廠排泥水、工農(nóng)業(yè)廢水處理工藝中的重要環(huán)節(jié)，經(jīng)濃縮脫水后的污泥，體積大為減小，不但減輕了對環(huán)境的二次污染，也為污泥資源的綜合利用創(chuàng)造極為有利條件。臥式螺旋卸料沉降離心機(jī)（以下簡稱臥螺機(jī)或離心機(jī)），因其分離后固、液分離效果好、脫水后泥餅含水率低、自動化程度高、操作環(huán)境好、處理量大等優(yōu)點(diǎn)而備受水處理行業(yè)青睞。根據(jù)離心機(jī)的使用情況，結(jié)合調(diào)試和國內(nèi)污水處理行業(yè)的使用經(jīng)驗，就污泥處理行業(yè)中影響離心機(jī)分離效果的因素作以下探討。
首先必須知道臥螺離心機(jī)的結(jié)構(gòu)及分離原理：臥螺離心機(jī)主要由轉(zhuǎn)鼓、螺旋、差速系統(tǒng)、進(jìn)料系統(tǒng)、驅(qū)動系統(tǒng)以及控制系統(tǒng)等組成。
離心機(jī)是利用固、液兩相的密度差，在離心力的作用下，加快固相顆粒的沉降速度來實現(xiàn)固液分離的。具體分離過程是為待處理的污泥經(jīng)進(jìn)料管連續(xù)加入離心機(jī)時，由螺旋芯管處的分料裝置送入轉(zhuǎn)鼓混合腔，由于轉(zhuǎn)子（螺旋和轉(zhuǎn)鼓）的高速旋轉(zhuǎn)和摩擦阻力，料液在轉(zhuǎn)子內(nèi)部被加速并形成一個圓柱狀液環(huán)層；在離心力作用下密度較大固體顆粒沉降到轉(zhuǎn)鼓內(nèi)壁，固相被螺旋推送到轉(zhuǎn)鼓錐端的干燥區(qū)進(jìn)一步脫水，然后經(jīng)出渣口排出，液相形成一個環(huán)，環(huán)形液層深度是通過轉(zhuǎn)鼓大端的溢流調(diào)節(jié)片來調(diào)節(jié)的，分離后的液相經(jīng)溢流孔排出，渣和分離液分別被收集到機(jī)殼內(nèi)，然后由重力卸出機(jī)外，實現(xiàn)污泥的濃縮脫水。
其次是對影響離心機(jī)的效果因素作深一步的探究。
1 影響離心機(jī)效果的因素
影響離心機(jī)處理效果因素分為兩大類：不可調(diào)節(jié)的機(jī)械因素和可調(diào)節(jié)機(jī)械因素。
不可調(diào)節(jié)機(jī)械因素主要包括：轉(zhuǎn)鼓直徑和有效長度、轉(zhuǎn)鼓半錐角、螺距、螺旋類型、差速器類型等方面；可調(diào)節(jié)因素：轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速、差轉(zhuǎn)速、液池深度、污泥處理工藝等因素。
2 不可調(diào)節(jié)的機(jī)械因素
2.1 轉(zhuǎn)鼓直徑和有效長度
轉(zhuǎn)鼓直徑越大和有效長度越長，其有效沉降面積越大，污泥處理能力越大，物料在轉(zhuǎn)鼓內(nèi)停留時間越長，且在相同轉(zhuǎn)速下，其分離因數(shù)就越大，分離效果越好；但受到材質(zhì)和制造水平限制，離心機(jī)轉(zhuǎn)鼓直徑不可能無限地增大，因為隨著直徑的增加，可允許的速度會由于材料堅固性降低而降低，并且轉(zhuǎn)動慣量增大，振動烈度相應(yīng)增大，使得動平衡性變差，從而使離心力也相應(yīng)降低。通常在污水處理上所用離心機(jī)轉(zhuǎn)鼓直徑為350～900mm，長徑比L/D為2.5～4.5為宜。
另外，相同處理量情況下，大轉(zhuǎn)鼓直徑離心機(jī)可以較低的速差進(jìn)行。由于大轉(zhuǎn)鼓直徑的螺旋輸渣能力較大，要達(dá)到相同的輸渣能力，小轉(zhuǎn)鼓直徑的離心機(jī)必須提高速差來實現(xiàn)。
通常因固相物料的高速摩擦和腐蝕臥螺離心機(jī)錐轉(zhuǎn)鼓的固相出渣口，裝有耐磨材料，制成便于更換的耐磨套。固相出渣口是徑向出渣，出渣孔的大小既要減少排渣阻力，避免固渣卡死在轉(zhuǎn)鼓內(nèi)，又要考慮轉(zhuǎn)鼓錐段強(qiáng)度，出渣孔的個數(shù)一般為6～12個，出渣孔的斷面面積在強(qiáng)度允許條件下，一般都開得較大。
為了有效保護(hù)臥螺機(jī)的轉(zhuǎn)鼓，除在出渣孔設(shè)耐磨套外，在轉(zhuǎn)鼓內(nèi)表面設(shè)置筋條或在內(nèi)表面拉槽，可防止沉降在轉(zhuǎn)鼓內(nèi)壁的固相物與轉(zhuǎn)鼓的相對運(yùn)動而產(chǎn)生磨損。設(shè)置筋條與拉槽相比，前者不但更有利于防止沉渣滑移，而且可減少沉渣對轉(zhuǎn)鼓內(nèi)表面造成的磨損，制造也方便，所以大多數(shù)臥螺離心機(jī)轉(zhuǎn)鼓內(nèi)部采用設(shè)置筋條的方法。筋條一般寬為15～20mm，厚為2～3mm，數(shù)量為8～24塊，并且用間接焊接方式焊在轉(zhuǎn)鼓內(nèi)表面上，可有效減少轉(zhuǎn)鼓磨損，延長轉(zhuǎn)鼓的正常使用時間。
2.2 轉(zhuǎn)鼓半錐角
沉降在離心機(jī)轉(zhuǎn)鼓內(nèi)側(cè)的固形物被沿轉(zhuǎn)鼓錐端推向出料口，由于離心力的作用，受到下滑移的回流力作用。半錐角越大，固形物受離心力擠壓越大，螺旋推力的扭矩越大，葉片磨損越大，甚至產(chǎn)生固形物回流現(xiàn)象，而導(dǎo)致螺旋推料器無法排渣。如果半錐角小，其有效沉降面積將大為減小，進(jìn)而降低離心機(jī)的使用性能。液池深度一定時，錐角大，干燥區(qū)長度（即污泥脫離液面到排渣口之間的距離）短，其脫水時間便短，固渣含液量高，但其沉降區(qū)長度大，沉降面積增大，分離液含固形物少，質(zhì)量相對好些。反之，如果錐角小，則干燥區(qū)長度大，脫水時間長，固形物的含液率就低，分離液的質(zhì)量也差些。
從以上分析可知，轉(zhuǎn)鼓半錐角是離心機(jī)設(shè)計中較為重要的參數(shù)。從澄清效果來講，要求錐角盡可能大些；而從輸渣和分離效果來講，要求錐角盡可能小些。由于輸渣是離心機(jī)正常工作的必要條件，因此設(shè)計必須首先滿足輸渣條件。對于難分離的物料，半錐角一般在5～15°內(nèi)，以便降低沉渣回流速度。對污泥的分離，半錐角在8～20°以內(nèi)就能保證固形物順利輸送，又能使分離液質(zhì)量好。
2.3 螺距
螺距即相鄰兩螺旋葉片的間距，是一項很重要的結(jié)構(gòu)參數(shù)，直接影響輸渣的成敗。在螺旋直徑一定時，螺距越大，螺旋升角越大，物料在螺旋葉片間堵塞的機(jī)會也越大，同時，大螺距會減少螺旋葉片的圈數(shù)致使轉(zhuǎn)鼓錐端物料分布不均勻而引起機(jī)器振動加大，因此對于難分離的物料，輸渣較困難。螺距小些一般為轉(zhuǎn)鼓直徑的1/4～1/6有利于輸送。對于易分離物料，螺距大些，一般為轉(zhuǎn)鼓直徑的1/3～1/5，以提高沉渣的輸送能力。
2.4 螺旋類型
螺旋是離心機(jī)的主要構(gòu)件，它的作用是輸送沉降在轉(zhuǎn)鼓內(nèi)側(cè)的固體和順利排掉固體，它不僅是卸料裝置，也是決定設(shè)備的生產(chǎn)能力，使用壽命和分離效果。螺旋的類型根據(jù)液體和固體在轉(zhuǎn)鼓內(nèi)相對移動的方式不同，分為逆流式和順流式。逆流式離心機(jī)的加料腔在螺旋中部，也就是位于干燥區(qū)和沉淀區(qū)之間的邊界附近，以保證液相有足夠的沉降距離，分離后固體泥渣向轉(zhuǎn)鼓小端推動，直至排出。分離液向轉(zhuǎn)鼓大端運(yùn)動，從柱錐形轉(zhuǎn)鼓大端排出。它是臥螺離心機(jī)的基本形式，應(yīng)用范圍廣，適應(yīng)性強(qiáng)，能用于固相脫水，液相澄清，粒度分級等分離過程。污泥處理多選用此種機(jī)型。順流式離心機(jī)由于進(jìn)料口在轉(zhuǎn)鼓端部，避免逆流式的湍流，保證固形物沉淀不受干擾，離心機(jī)全長起沉降作用，擴(kuò)大沉降面積，懸浮液在機(jī)內(nèi)停留時間增長，從而使分離效果提高。順流式離心機(jī)特別適用于固液密度差小，固相沉降性能差，固相含量低的難分離物料，多用于液相澄清，應(yīng)用范圍窄，進(jìn)料懸浮液含固量不能太高，否則排液管易堵塞，需定期沖洗。
螺旋在推料過程中，螺旋輸送器的葉片，特別是錐段部分，易受到某些物料的磨損。為了減少和避免螺旋片的磨損，對柱錐狀螺旋葉片的推料面進(jìn)行硬化處理，如噴涂高硬度的合金或焊接合金塊或采用可更換的扇形耐磨片，耐磨片的材料可根據(jù)不同物料及工況所確定。對有嚴(yán)重磨損又有腐蝕的物料需選用耐磨又耐蝕的特殊材料，以確保設(shè)備長期無故障運(yùn)行，并減少設(shè)備的維修費(fèi)用。
目前，高效型螺旋結(jié)構(gòu)在污泥處理中效果顯著。即在離心機(jī)錐端的螺旋出料端設(shè)置一個特殊的擋板，可使臥螺離心機(jī)處于超深度池狀態(tài)，增加對固相的壓榨力，并且只輸送下部固體，而將上部含液高的固體留在壓榨錐段外側(cè)，實現(xiàn)壓榨脫液，使出渣更干，清液中含固體更高。
污泥分離中BD板的 性體現(xiàn)在：更大的進(jìn)料量；更長的澄清段；上清液更清；減少了物料被攪亂的機(jī)會；排出的固渣更干。
經(jīng)過調(diào)試和各污水廠的運(yùn)行情況得出BD板在污泥處理上的優(yōu)缺點(diǎn)如下：
（1）液池深度加深，固形物在轉(zhuǎn)鼓中澄清時間長，出液更清。
（2）有機(jī)固形物可進(jìn)一步的壓縮，使出渣更干。
（3）在處理量相同時，固形有機(jī)物回收率更高。
（4） 缺點(diǎn)是固形物中無機(jī)物占絕大部分，其比重又較大，且不可壓縮，在轉(zhuǎn)鼓及差速及進(jìn)料量不匹配的狀況下，偶爾出現(xiàn)堵塞轉(zhuǎn)鼓的現(xiàn)象。但畢竟瑕不掩瑜。
隨著電腦的應(yīng)用可以將離心機(jī)螺旋推料器、葉片傾角、螺距、葉片間距、轉(zhuǎn)鼓長徑比、轉(zhuǎn)鼓直徑、半錐角等參數(shù)經(jīng)過優(yōu)化設(shè)計后，經(jīng)過電腦仿真模擬處理來確定不同物料的處理量和分離的效果，得出較佳參數(shù)值，縮短設(shè)備調(diào)試時間，節(jié)省人力、物力，并提高實際生產(chǎn)中處理能力和生產(chǎn)質(zhì)量。
2.5 差速器
臥螺離心機(jī)中，沉渣在轉(zhuǎn)鼓內(nèi)表面的軸向移動都是靠螺旋與轉(zhuǎn)鼓之間的相對運(yùn)動即轉(zhuǎn)速差來實現(xiàn)的，而轉(zhuǎn)速差是靠差速器來調(diào)節(jié)的。差速器是臥螺離心機(jī)中復(fù)雜、重要的部件，其性能高低、制造質(zhì)量等決定了整臺臥螺離心機(jī)能否正?？尚械倪\(yùn)行。
差速器的結(jié)構(gòu)形式很多，有機(jī)械式、液壓式、電磁式等，因液壓式差速器液壓元件多、回路多、制造復(fù)雜，特別是回油路易泄漏，衛(wèi)生狀況差，在污泥處理中處于被淘汰的邊緣。而電磁式傳遞扭矩小，不適合高轉(zhuǎn)速、大處理量、大扭矩的要求，也逐漸被淘汰。常用的是機(jī)械行星齒輪傳動差速器。機(jī)械行星齒輪差速器又分為圓弧擺線針輪差速器、漸開線圓柱齒輪差速器、諧波齒輪傳動差速器等。漸開線圓柱齒輪不但結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、承載能力高，且傳遞效率高達(dá)99.8%，所以凡傳遞扭矩大于3000N·M以上的差速器，大多采用漸開線圓柱齒輪差速器。
因擺線針輪傳遞效率稍低，以及承載能力較小的原因，目前一般都只在轉(zhuǎn)鼓直徑為Φ400mm以下規(guī)格的離心機(jī)中使用。
3 可調(diào)節(jié)的機(jī)械因素
3.1 轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速
分離因數(shù)與轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速的平方正正比，轉(zhuǎn)速越高，分離因數(shù)越大，離心機(jī)的分離效果將越好。同時較高的轉(zhuǎn)速對材料的要求高，機(jī)器的磨損增大，動力消耗、振動及噪音都相應(yīng)增加。目前一般在污泥處理中選用轉(zhuǎn)速：如當(dāng)轉(zhuǎn)鼓直徑=450mm，長徑比=3.0～4.5時，無論從處理流量和分離效果來看，轉(zhuǎn)速為3000～3800rpm為較佳值。
3.2 速差
速差直徑影響排渣能力，出渣干度和分離液的固形物含量。提高速差，有利于提高排渣能力，但泥渣脫水時間縮短，分離后出渣含液率大，同時螺旋對澄清區(qū)液池的擾動大，分離液的清度相對差一些。降低速差，固形物厚度加大，泥渣脫水時間增長，分離后泥渣含液率就降低，分離液清度也相對好些，但會增大螺旋推料負(fù)荷，增大推料的扭矩，應(yīng)防止排渣量減小而造成離心機(jī)內(nèi)泥渣不能及時排出引起的堵料現(xiàn)象，否則易使分離液中含大量泥渣，這時必須減小進(jìn)料量，或提高速差。因此，應(yīng)根據(jù)物料性質(zhì)、處理量大小、處理的其他具體要求及離心機(jī)結(jié)構(gòu)參數(shù)來綜合確定速差大小，這就是離心機(jī)現(xiàn)場調(diào)試的必要性。隨著離心機(jī)控制中變頻器的廣泛應(yīng)用，通過調(diào)節(jié)頻率Hz來控制電機(jī)或馬達(dá)的轉(zhuǎn)速，來間接調(diào)節(jié)速差，速差調(diào)節(jié)越來越方便。
3.3 液池濃度
液池深度是工藝優(yōu)化的一個重要參數(shù)，直接影響離心機(jī)的有效沉降容積和干燥區(qū)長度，進(jìn)而影響離心機(jī)處理效果。轉(zhuǎn)鼓內(nèi)液池濃度的深淺靠大端軸頸上的溢流調(diào)節(jié)片來調(diào)節(jié)。液池深度深時，沉降面積增大，物料在轉(zhuǎn)鼓內(nèi)停留時間也相應(yīng)增加，離心機(jī)的澄清效果好，處理量也大。但同時轉(zhuǎn)鼓內(nèi)的干燥區(qū)長度縮短，導(dǎo)致分離液含渣量升高。相反，減少液池深度時可獲得較高的出渣干度，但要以犧牲分離液質(zhì)量為代價。因此根據(jù)污泥處理不同工藝的要求，合理地調(diào)節(jié)液位調(diào)節(jié)片的高低，達(dá)到泥渣干度與分離液質(zhì)量較佳組合?？杉庸ざ嘟M，根據(jù)變化來現(xiàn)場調(diào)節(jié)液池深度。
3.4 主軸承潤滑
高速重載離心機(jī)的主軸承發(fā)熱比較嚴(yán)重，當(dāng)被分離的物料溫度高達(dá)50～100℃時，螺旋和轉(zhuǎn)鼓傳遞給主軸承的熱量較高，再者是高轉(zhuǎn)速時摩擦生熱，從主軸承的要求和使用來看，也確實這樣，所以主軸承的潤滑十分重要。為此，有些臥螺離心機(jī)的主軸承采用油潤滑，不斷帶走主軸承熱量，并控制潤滑油的溫度，確保潤滑油的粘度值，保證軸承良好運(yùn)行。此外，一些臥螺離心機(jī)選用潤滑性能良好的耐溫較高的潤滑脂來潤滑主軸承。但不管是稀油循環(huán)潤滑還是油脂潤滑，油品的性能對潤滑效果影響都十分明顯，作為污泥處理的企業(yè)必須嚴(yán)格按離心機(jī)制造廠家提供的規(guī)格牌號選用潤滑油或潤滑脂，才能保證主軸承的長期、高效工作。
4 結(jié)語
污泥處理時，影響離心機(jī)分離效果的因素很多，并且各個因素又相互影響，交叉立體作用，因此蛋白分離效果是以上所述各個因素綜合作用的結(jié)果。既然污泥處理與人民生活息息相關(guān)，污水處理的質(zhì)與量問題日益嚴(yán)重，離心機(jī)選型問題就要迫切解決。離心機(jī)的選型必須綜合污水處理工程項目的實際情況，運(yùn)行參數(shù)要求，從分離后污泥處理的工藝。所要求的較佳出渣干度，固體回收率，還是分離液高清度，并結(jié)合國內(nèi)外各廠家各種臥螺離心機(jī)的使用性能和經(jīng)濟(jì)成本綜合考慮。
