對(duì)影響臥螺離心機(jī)脫水效果因素的探討
技術(shù)支持
近年來(lái)，隨著我國(guó)污水處理事業(yè)的蓬勃發(fā)展，污泥的處理及處置問(wèn)題日益突出。考慮到泥餅填埋、堆肥、焚燒等后續(xù)處理工段對(duì)污泥脫水的要求，臥式螺旋沉降離心機(jī)（以下簡(jiǎn)稱離心機(jī)）因其脫水后泥餅含水率低、自動(dòng)化程度高、操作環(huán)境好等優(yōu)點(diǎn)而備受水處理行業(yè)青睞。根據(jù)離心機(jī)的使用調(diào)查情況，結(jié)合調(diào)試和使用經(jīng)驗(yàn)，就影響離心機(jī)脫水效果的因素作以下探討。
1 結(jié)構(gòu)及脫水原理
離心機(jī)主要由轉(zhuǎn)鼓、螺旋、差速系統(tǒng)、液位擋板、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)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(lái)實(shí)現(xiàn)固液分離的。具體分離過(guò)程為污泥和絮凝劑藥液經(jīng)入口管道被送入轉(zhuǎn)鼓內(nèi)混合腔，在此進(jìn)行混合絮凝；由于轉(zhuǎn)子（螺旋和轉(zhuǎn)鼓）的高速旋轉(zhuǎn)和摩擦阻力，污泥在轉(zhuǎn)子內(nèi)部被加速并形成一個(gè)圓柱液環(huán)層；在離心力的作用下，密度較大固體顆粒沉降到轉(zhuǎn)鼓內(nèi)壁；再利用螺旋和轉(zhuǎn)鼓的相對(duì)速度差把固相推向轉(zhuǎn)鼓錐段，推出液面之后泥渣得以脫水干燥，再推向排渣口排出；上清液從轉(zhuǎn)鼓大端排出，實(shí)現(xiàn)固液分離。
2 影響離心機(jī)效果的因素
2.1 不可調(diào)節(jié)的機(jī)械因素
2.1.1 轉(zhuǎn)鼓直徑和有效長(zhǎng)度
轉(zhuǎn)鼓直徑越大和有效長(zhǎng)度越長(zhǎng)，其有效沉降面積越大，處理能力也越大，物料在轉(zhuǎn)鼓內(nèi)的停留時(shí)間也越長(zhǎng)，且在相同的轉(zhuǎn)速下，其分離因數(shù)就越大，分離效果越好；受到材料的限制，離心機(jī)的轉(zhuǎn)鼓直徑不可能無(wú)限制地增加，因?yàn)殡S著直徑的增加可允許的速度會(huì)由于材料堅(jiān)固性的降低而降低，從而離心力也相應(yīng)降低。通常轉(zhuǎn)鼓直徑為200～1000mm，長(zhǎng)徑比為3～4。
另外，相同處理量的情況下，大轉(zhuǎn)鼓直徑的離心機(jī)可以較低的速差運(yùn)行。原因是大轉(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(lái)實(shí)現(xiàn)。從以下速差的討論中知，減小速差可以增加沉渣脫水時(shí)間，降低螺旋對(duì)澄清區(qū)的擾動(dòng)，從而提高脫水效果。
2.1.2 轉(zhuǎn)鼓半錐角
沉降在離心機(jī)轉(zhuǎn)鼓內(nèi)側(cè)的沉渣被沿轉(zhuǎn)鼓錐段推向出料口時(shí)，由于離心力的作用，受到向下滑移的回流力作用。半錐角越大，污泥受離心力擠壓越大，螺旋推力的扭矩越大，葉片磨損越大，甚至產(chǎn)生沉渣回流現(xiàn)象而導(dǎo)致螺旋推料器無(wú)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(shí)，錐角大，干燥區(qū)長(zhǎng)度（即泥渣脫離液面到排渣口之間的距離）短，其脫水時(shí)間便短，沉渣的含水率就高，濾液的質(zhì)量相對(duì)好些。反之，如果錐角小，則干燥區(qū)長(zhǎng)度長(zhǎng)，脫水時(shí)間長(zhǎng)，沉渣的含水率就低，濾液質(zhì)量就差些。
從以上分析可知，轉(zhuǎn)鼓半錐角是離心機(jī)設(shè)計(jì)中較為重要的參數(shù)。從澄清效果來(lái)講，要求錐角盡可能大一些；而從輸渣和脫水效果來(lái)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(jì)必須首先滿足輸渣條件。對(duì)于難分離的物料如活性污泥半錐角一般在6°以內(nèi)，以便降低沉渣的回流速度。對(duì)普通一般物料半錐角在10°以內(nèi)就能保證沉渣的順利輸送。
2.1.3 螺距
螺距即相鄰兩螺旋葉片的間距，是一項(xiàng)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(shí)，螺距越大，螺旋升角越大，物料在螺旋葉片間堵塞的機(jī)會(huì)就越大。同時(shí)大螺距會(huì)減小螺旋葉片的圈數(shù)致使轉(zhuǎn)鼓錐端物料分布不均勻而引起機(jī)器振動(dòng)加大，因此對(duì)于難分離物料如活性污泥，輸渣較困難。螺距小些，一般是轉(zhuǎn)鼓直徑的1/5～1/6，有利于輸送。對(duì)于易分離物料，螺距大些，一般為轉(zhuǎn)鼓直徑的1/2～1/5，以提高沉渣的輸送能力。
2.1.4 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)的沉渣和順利排掉沉渣，它不僅是卸料裝置，也決定了生產(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(duì)移動(dòng)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)和沉降區(qū)之間的邊界附近，以保證液相有足夠的沉降距離，但固相僅能停留其通過(guò)圓錐部位所需的時(shí)間，因此要求有較高的離心力；物料由這里進(jìn)入轉(zhuǎn)鼓內(nèi)會(huì)引起此區(qū)已沉降的固體顆粒被擾動(dòng)再度浮起，還會(huì)產(chǎn)生湍流和附加渦流，使分離效果降低。順流式離心機(jī)由于進(jìn)料口在轉(zhuǎn)鼓端部，避免了逆流式的湍流，保證沉渣不受干擾，離心機(jī)全長(zhǎng)都起到了沉降作用，擴(kuò)大了沉降面積，懸浮液在機(jī)內(nèi)停留時(shí)間增長(zhǎng)，從而使分離效果得到提高。由于沉降時(shí)間延長(zhǎng)和沒(méi)有干擾，可有效地減少絮凝劑的使用量，使機(jī)內(nèi)流體的流動(dòng)狀態(tài)得到了很大改善，并且可加大轉(zhuǎn)鼓直徑來(lái)提高離心力，因此轉(zhuǎn)速可顯著降低，節(jié)省電力消耗，同時(shí)減少噪音，延長(zhǎng)機(jī)器的壽命。順流式螺旋結(jié)構(gòu)的離心機(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。但順流式離心機(jī)的濾液是靠撇液管排出，濾液通過(guò)撇液管時(shí)，未分離出的固相顆粒會(huì)再分離而沉積在撇液管內(nèi)，日久會(huì)堵塞撇液管通道，需定期沖洗。
近年來(lái)，隨著對(duì)污泥脫水要求的日益提高，出現(xiàn)了各種高效型螺旋結(jié)構(gòu)。如瑞典某公司的BD擋板技術(shù)，即在離心機(jī)錐段的螺旋出料端設(shè)置一個(gè)特殊擋板，可使離心機(jī)處于超深液池狀態(tài)，增加對(duì)泥餅的壓榨力，并且只輸送下部沉渣，而將上部含水率高的污泥截留在壓榨錐段外側(cè)，實(shí)現(xiàn)壓榨脫水，使出泥更干。瑞典某公司采用斜板沉淀原理的Lamella專利技術(shù)，將離心機(jī)螺旋推料器葉片設(shè)計(jì)成傾斜狀態(tài)，其葉片傾角、螺距、葉片間距等參數(shù)經(jīng)過(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì)，提高處理能力，降低絮凝劑的消耗量及泥餅含水率。
2.2 可調(diào)節(jié)的機(jī)械因素
2.2.1 轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速
轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)通常通過(guò)變頻電機(jī)或液壓馬達(dá)實(shí)現(xiàn)。轉(zhuǎn)速越大，離心力越大，有助于提高泥餅含固率，但轉(zhuǎn)速過(guò)大時(shí)會(huì)使污泥絮凝體破壞，反而降低脫水效果。同時(shí)較高轉(zhuǎn)速對(duì)材料的要求高，機(jī)器的磨損增大，動(dòng)力消耗、振動(dòng)及噪聲水平也相應(yīng)地增加。
2.2.2 速差
速差直接影響排渣能力、泥餅干度和濾液質(zhì)量。提高速差，有利于提高排渣能力，但沉渣脫水時(shí)間縮短，脫水后泥餅含水率大，同時(shí)螺旋對(duì)澄清區(qū)液池的擾動(dòng)大，濾液質(zhì)量相對(duì)差一些。降低速差，沉渣厚度加大，沉渣脫水時(shí)間增長(zhǎng)，脫水后泥餅含水率就降低，同時(shí)螺旋對(duì)澄清區(qū)物料的擾動(dòng)也越小，濾液質(zhì)量也相對(duì)好些，但會(huì)增大螺旋推料的負(fù)荷，應(yīng)防止排渣量減小而造成離心機(jī)內(nèi)沉渣不能及時(shí)排出引起的堵料現(xiàn)象，否則易使濾液大量帶泥，這是必須減小進(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、處理要求及離心機(jī)結(jié)構(gòu)參數(shù)來(lái)確定速差大小。一般認(rèn)為泥餅在干燥區(qū)的脫水時(shí)間應(yīng)控制在4～6s之間，時(shí)間再加長(zhǎng)效果增加不明顯。
2.2.3 液環(huán)層厚度
液環(huán)層厚度是工藝優(yōu)化的一個(gè)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(zhǎng)度，進(jìn)而影響離心機(jī)的處理效果。一般是停機(jī)狀態(tài)下通過(guò)手動(dòng)調(diào)節(jié)液位擋板的高低來(lái)實(shí)現(xiàn)，調(diào)整時(shí)必須確保各個(gè)液位擋板的高低一致，否則會(huì)導(dǎo)致離心機(jī)運(yùn)行時(shí)劇烈振動(dòng)，也有部分國(guó)外廠商可以實(shí)現(xiàn)液環(huán)層厚度的自動(dòng)調(diào)節(jié)。液環(huán)層厚度增加，沉降面積增大，物料在機(jī)內(nèi)停留時(shí)間也相應(yīng)增加，其結(jié)果是濾液質(zhì)量提高，但同時(shí)機(jī)內(nèi)的干燥區(qū)長(zhǎng)度縮短，導(dǎo)致泥餅干度降低；相反，減少液環(huán)層厚度可獲得較高的泥餅含固率，但要以犧牲濾液質(zhì)量為代價(jià)。因此應(yīng)合理地調(diào)節(jié)液位擋板的高低使泥餅干度與濾液質(zhì)量達(dá)到較優(yōu)組合。
2.3 工藝因素
由于離心機(jī)是利用固液兩相的密度差來(lái)實(shí)現(xiàn)固液分離的，因此污泥顆粒密度越大越易于分離。城市污水處理廠的初沉污泥較易脫水，剩余污泥較難脫水，其混合污泥的脫水性能介于兩者之間。
為改善污泥脫水性能，進(jìn)行機(jī)械脫水前一般應(yīng)均勻加入適量的有機(jī)高分子絮凝劑，如聚丙烯酰胺（PAM）來(lái)降低污泥的比阻，使其易于脫水。絮凝劑的種類必須和污泥特性相適應(yīng)。聚丙烯酰胺有陽(yáng)離子型、陰離子型和非離子型三類，選擇時(shí)應(yīng)從技術(shù)、經(jīng)濟(jì)方面綜合衡量，通過(guò)試驗(yàn)篩選合適的絮凝劑類型和品牌，并且絮凝劑的分子量也要達(dá)到一定要求。
根據(jù)實(shí)際運(yùn)行情況表明，投加絮凝劑的多少對(duì)離心脫水的泥餅含固率的影響很小，對(duì)濾液的質(zhì)量影響較大。因此采用離心脫水可以不投加或少投加絮凝劑進(jìn)行脫水處理，從而降低運(yùn)行費(fèi)用，但投加適量、合適的絮凝劑可顯著提高固體回收率。絮凝劑用量和濃度不足，難以形成絮體，影響濾液質(zhì)量；絮凝劑濃度太大，活性基團(tuán)由于相互屏蔽質(zhì)量反而下降，再分散作用也會(huì)破壞絮體穩(wěn)定，絮凝效果同樣不好，并且絮凝劑用量太大，不僅造成浪費(fèi)，對(duì)處理效果也沒(méi)有顯著提高。市政污泥處理中，有機(jī)高分子絮凝劑藥液的配置比例一般為1‰～5‰，絮凝劑用量一般3～5kg/TDS。
3 結(jié)語(yǔ)
影響離心機(jī)脫水效果的因素很多，并且各個(gè)因素又互相影響，因此處理效果是以上所述各個(gè)因素綜合作用的結(jié)果。離心機(jī)的選型應(yīng)結(jié)合工程項(xiàng)目的實(shí)際情況，運(yùn)行參數(shù)的調(diào)整應(yīng)從脫水后泥餅處置方法所要求泥餅含水率、固體回收率和經(jīng)濟(jì)性等因素綜合考慮。
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