1 結構及脫水原理

 

臥螺離心機主要由轉鼓、螺旋、差速系統、液位擋板、驅動系統及控制系統等組成。

 

臥螺離心機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固液分離的。具體分離過程為污泥和絮凝劑藥液經入口管道被送入轉鼓內混合腔，在此進行混合絮凝(若為污泥泵前加藥或泵后管道加藥，則已提前絮凝反應)，由于轉子(螺旋和轉鼓)的高速旋轉和摩擦阻力，污泥在轉子內部被加速并形成一個圓柱液環層(液環區)，在離心力的作用下，比重較大固體顆粒沉降到轉鼓內壁形成泥層(固環層)，再利用螺旋和轉鼓的相對速度差把固相推向轉鼓錐端，推出液面之后(岸區或稱干燥區)泥渣得以脫水干燥，推向排渣口排出，上清液從轉鼓大端排出，實現固液分離。

 

2 影響臥螺離心機使用效果的因素

 

臥螺離心機的使用效果，其機械部分帶來的影響分為可調節因素和不可調節因素，現分別進行說明，首先了解了其作用原理，就能夠在使用中對其進行有效的掌控。

 

2.1不可調節的機械因素

 

A 轉鼓直徑和有效長度

 

轉鼓直徑越大，有效長度越長，其有效沉降面積越大，處理能力也越大，物料在轉鼓內的停留時間也越長，在相同的轉速下，其分離因數就越大，分離效果越好。但受到材料的限制，離心機的轉鼓直徑不可能無限制地增加，因為隨著直徑的增加可允許的最大速度會隨材料堅固性的降低而降低，從而離心力也相應降低。通常轉鼓直徑在200～1000mm之間，長徑比在3～4之間。現在的臥螺離心機的發展有傾向于高轉速的大長徑比的趨勢，這種設備更加能夠適應低濃度污泥的處理，泥餅干度更好。

 

另外，在相同處理量的情況下，大轉鼓直徑的離心機可以以較低的差速度運行，原因是大轉鼓直徑的螺旋輸渣能力較大，要達到相同的輸渣能力，小轉鼓直徑的離心機必須靠提高差速度來實現。

 

B轉鼓半錐角

 

沉降在離心機轉鼓內側的沉渣沿轉鼓錐端被推向出料口時，由于離心力的作用而受到向下滑移的回流力作用。轉鼓半錐角是離心機設計中較為重要的參數。從澄清效果來講，要求錐角盡可能大一些;而從輸渣和脫水效果來講，要求錐角盡可能小些。由于輸渣是離心機正常工作的必要條件，因此最佳設計必須首先滿足輸渣條件。對于難分離的物料如活性污泥半錐角一般在6度以內，以便降低沉渣的回流速度。對普通一般物料半錐角在10度以內就能保證沉渣的順利輸送。

 

C螺距

 

螺距即相鄰兩螺旋葉片的間距，是一項很重要的結構參數，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會就越大。同時大螺距會減小螺旋葉片的圈數，致使轉鼓錐端物料分布不均勻而引起機器振動加大。因此對于難分離物料如活性污泥，輸渣較困難，螺距應小些，一般是轉鼓直徑的1/5～1/6，以利于輸送。對于易分離物料，螺距應大些，一般為轉鼓直徑的1/2～1/5，以提高沉渣的輸送能力。

 

D螺旋類型

 

螺旋是臥螺離心機的主要構件，它的作用是輸送沉降在轉鼓內側的沉渣和順利排掉沉渣，它不僅是卸料裝置，也決定了生產能力、使用壽命和分離效果。

 

螺旋的類型根據液體和固體在轉鼓內相對移動方式的不同分為逆流式和順流式。逆流式離心機的加料腔在螺旋中部，也就是位于干燥區和沉降區之間的邊界附近，以保證液相有足夠的沉降距離，但固相僅能停留其通過圓錐部位所需的時間，因此要求有較高的離心力;物料由這里進入轉鼓內會引起此區已沉降的固體顆粒因擾動再度浮起，還會產生湍流和附加渦流，使分離效果降低。

 

順流式離心機由于進料口在轉鼓端部，避免了逆流式的湍流，保證沉渣不受干擾，離心機全長都起到了沉降作用，擴大了沉降面積，懸浮液在機內停留時間增長，從而使分離效果得到提高。由于延長和沒有干擾的沉降可有效地減少絮凝劑的使用量，使機內流體的流動狀態得到很大改善，并且可通過加大轉鼓直徑來提高離心力，因此可顯著降低轉速，節省電力消耗，同時減少，延長機器的壽命。

 

順流式螺旋結構的離心機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。但順流式離心機的濾液是靠撇液管排出，濾液通過撇液管時未分離出的固相顆粒會再分離沉積在撇液管內，日久會堵塞撇液管通道，需定期沖洗。

 

近年來，隨著對污泥脫水要求的日益提高，出現了高效型螺旋結構。如瑞典Alfa Laval的BD擋板技術，即在離心機錐段的螺旋出料端設置一個特殊擋板，可使離心機處于超深液池狀態，以增加對泥餅的壓渣力，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，實現壓榨脫水，使出泥更干。瑞典NOXON采用斜板沉淀原理的Lamella技術，則將離心機螺旋推料器葉片設計成最佳傾斜狀態，其葉片傾角、螺距、葉片間距等參數均經過優化設計，處理能力提高，降低了絮凝劑的消耗量及泥餅含水率。

 

2.2 可調節的機械因素

 

A轉鼓轉速

 

轉鼓轉速的調節通常通過變頻電機或液壓馬達來實現。轉速越大，離心力越大，有助于提高泥餅含固率。但轉速過大會使污泥絮凝體被破壞，反而降低脫水效果。同時較高轉速對材料的要求高，對機器的磨損增大，動力消耗、振動及水平也會相應增加。

 

B差速度(差數比)

 

差速度直接影響排渣能力、泥餅干度和濾液質量，是臥螺離心機運行中重要的需要根據運行情況進行調節的參數之一。

 

提高差速度，有利于提高排渣能力，但沉渣脫水時間會縮短，脫水后泥餅含水率大，同時過大差速度會使螺旋對澄清區液池的擾動加大，濾液質量相對差一些(俗稱“返混”)。

 

降低差速度，會加大沉渣厚度，沉渣脫水時間增長，脫水后泥餅含水率降低，同時螺旋對澄清區物料的擾動小，濾液質量也相對好些，但會增大螺旋推料的負荷，應防止排渣量減小造成離心機內沉渣不能及時排出而引起的堵料現象，防止濾液大量帶泥，這時就必須減小進料量或提高差速度，一些型號的設備具有自動加快排渣的功能，既當設定扭矩達到某一限定值后，設備會自動降低進泥量和進藥量，增加差速度，將堆積的泥環層快速推出，待扭矩降低到某一數值后，流量和差數度再自動恢復正常。這是一種有效保護設備的措施，但是，在長期運行中，應避免頻繁出現這種情況，因為這樣容易使設備經常處于不穩定流量和不穩定差數度狀況，過程中的波動會影響處理效果和使處理能力下降。

 

因此，應根據物料性質、處理量大小、處理要求及離心機結構參數來確定差速度大小。就是說，在現場要根據情況尋找到最佳的處理量、處理效果需求的差速值范圍，以實現滿足泥餅干度的情況下盡可能高的處理能力。

 

簡單地說就是：處理能力和處理效果存在矛盾，要提高處理能力，就要增加差速比，但可能會降低泥餅干度;要提高泥餅干度，就要降低差數度，從而降低了處理能力，所以，現場的調試工作就是要尋找到符合各自現場實際污泥性質條件時最佳的設備運行工況參數，以實現最高設備運行效率和最佳處理效果雙重目的。這沒有簡單的數據可以計算，只有依靠長期的實際調試積累經驗，并及時依照變化進行調整。

 

同時，在一定范圍內，差數度的控制和絮凝劑投加量的控制互為補充，在要求達到一定泥餅干度情況下，當差數度降低時，可同時節省絮凝劑投加量。簡單講就是增加了設備處理壓力也就減少了絮凝劑使用壓力。所以說，適當地采用盡可能低的差數度可以在一定程度上減少絮凝劑的消耗，俗話講叫做“設備運轉好就省藥、設備運轉不好就費藥”，設備的好壞不僅僅取決于設備本身的設計和加工精度問題，同時也涉及對設備運轉工況參數的控制。

 

對于具有差數度自動調節功能的離心機，差數度的參數設定要結合長期的使用情況確定，并根據可能發生的各種變化隨時修正。

 

C液環層厚度

 

液環層厚度是設備優化的一個重要參數，直接影響離心機的有效沉降容積和干燥區(岸區)長度，進而影響污泥脫水的處理效果。一般在停機狀態下通過手動調節液位擋板的高低來實現，調整時必須確保各個液位擋板的高低一致，否則會導致離心機運行時劇烈振動，也有部分國外廠商的產品可以實現液環層厚度的自動調節。

 

液環層厚度增加，會使沉降面積增大，物料在機內停留時間也會相應增加，濾液質量提高，但同時機內的干燥區(岸區)長度縮短，導致泥餅干度降低。相反，調低液環層厚度可獲得較高的泥餅含固率，但要以犧牲濾液質量為代價。

 

因此應合理地調節液位擋板的高低使泥餅干度與濾液質量達到最佳組合。一般情況下，很多設備供應商將液位擋板在設備出廠時預先進行了調節，但因不同的使用現場條件存在差異，若運行狀態不理想，可請設備廠家工程師配合進行現場液位擋板的調整，使其更加滿足實際需求。

 

2.3 工藝因素

 

由于離心機是利用固液兩相的密度差來實現固液分離的，因此污泥顆粒比重越大越易于分離。一般情況下，污水處理廠的初沉污泥較易脫水，剩余污泥較難脫水，而混合污泥的脫水性能介于兩者之間，不同污水水質產生的污泥和采用不同水處理工藝得到的污泥會有較大的差異，因此在污泥脫水中會有不同的表現。

 

為改善污泥脫水性能，進行機械脫水前一般應均勻加入適量的有機高分子絮凝劑，如聚丙烯酰胺(PAM)，來降低污泥的比阻，使污泥固相和液相分離后更易于脫水，絮凝劑的種類必須和污泥特性相適應及與設備類型和運行工況相適應。很多情況下，在絮凝劑選型燒杯試驗中表現較好的藥劑，并沒有在實際應用中有更好的表現，很重要的原因就是藥劑特性雖然在一定程度上滿足污泥特性，但是與設備的運行工況并不能完全滿足。

 

根據實際運行情況表明，在絮凝劑(污泥)投加量達到一定程度后，投加絮凝劑的多少對離心脫水的泥餅含固率的影響很小，對濾液的質量影響較大。因此進行污泥脫水時，在滿足泥餅干度要求和上清液質量要求情況下，繼續增加絮凝劑的使用量是完全沒有必要的，也是現場造成絮凝劑浪費的主要原因。另外，隨著絮凝劑用量的增加，上清液質量更好，但是，很多情況下過分追求上清液質量而多投加絮凝劑是得不償失的，僅僅多增加了數個百分點的污泥率而消耗了更多的絮凝劑消耗是劃不來的(就好像花費了10元購買了5元的商品)。只要將上清液固含量控制在某一指標范圍內即可。

 

在一般情況下，設備能夠適合的污泥濃度有一定的范圍要求，污泥濃度過低或過高均會消耗更多的絮凝劑。在設備正常運轉的污泥濃度情況下，絮凝劑的用量和待處理污泥的固含量近似成正比例關系，所以，在一定污泥流量的情況下，絮凝劑的投加量要根據污泥的濃度進行調整，很多時候，由于污泥濃度發生變化，而絮凝劑投加量沒有及時調整而使現場運行表現不佳或產生藥耗增加。

 

若污泥濃度增加了而絮凝劑投加量并沒有增加就會影響了處理效果，會表現出泥餅干度降低，上清液渾濁;反之，若污泥濃度降低了，絮凝劑投加量沒有降低就形成了絮凝劑的浪費，而處理效果增加并不明顯。

 

另外，若絮凝劑溶解狀況不好導致實際用量不足或絮凝劑配置濃度過低使藥液有效成分供應不足，則難以形成相應干度的泥餅，影響上清液質量;而絮凝劑濃度太大，絮凝劑高分子鏈上的活性基團則會由于相互屏蔽、包裹而使有效成分難以充分發揮功效，從而造成藥劑的浪費;由于絮凝劑投加量過量較多，絮凝體的再分散作用也會破壞絮體穩定性，絮凝效果同樣不好。

 

絮凝劑用量太大，不僅造成浪費，而且處理效果沒有顯著提高。市政污泥處理中，有機高分子絮凝劑藥液的配置濃度一般為1‰～5‰，絮凝劑用量一般3～5kg/TDS，某些工業污泥絮凝劑用量可能會達到或超過10kg/TDS，這取決于污泥性質和污泥脫水機性能。由于脫水機設備性能差異，同樣性質的污泥在使用相同型號絮凝劑的情況下也會有不同的絮凝劑消耗表現。

 

影響臥螺離心機脫水效果的因素很多，并且各個因素又互相影響，因此處理效果是以上所述各個因素綜合作用的結果，離心機的選型應結合工程項目的實際情況進行，運行參數的調整應從脫水后泥餅最終處置方法所要求最佳泥餅含水率、固體率和經濟性等因素綜合考慮。

 

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