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污水處理廠臥螺離心機(jī)設(shè)備基本原理介紹

  1結(jié)構(gòu)及脫水原理

    臥螺離心機(jī)主要由轉(zhuǎn)鼓、螺旋、差速系統(tǒng)、液位擋板、驅(qū)動系統(tǒng)及控制系統(tǒng)等組成。臥螺離心機(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(shí)現(xiàn)固液分離的。具體分離過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（若為污泥泵前加藥或泵后管道加藥，則已提前絮凝反應(yīng)），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圓柱液環(huán)層（液環(huán)區(qū)），在離心力的作用下，比重較大固體顆粒沉降到轉(zhuǎn)鼓內(nèi)壁形成泥層（固環(huán)層），再利用螺旋和轉(zhuǎn)鼓的相對速度差把固相推向轉(zhuǎn)鼓錐端，推出液面之后（岸區(qū)或稱干燥區(qū)）泥渣得以脫水干燥，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影響臥螺離心機(jī)使用效果的因素

    臥螺離心機(jī)的使用效果，其機(jī)械部分帶來的影響分為可調(diào)節(jié)因素和不可調(diào)節(jié)因素，現(xiàn)分別進(jìn)行說明，首先了解了其作用原理，就能夠在使用中對其進(jìn)行有效的掌控。

    2.1不可調(diào)節(jié)的機(jī)械因素

    A轉(zhuǎn)鼓直徑和有效長度

    轉(zhuǎn)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(zhuǎn)鼓內(nèi)的停留時(shí)間也越長，在相同的轉(zhuǎn)速下，其分離因數(shù)就越大，分離效果越好。但受到材料的限制，離心機(jī)的轉(zhuǎn)鼓直徑不可能無限制地增加，因?yàn)殡S著直徑的增加可允許的最大速度會隨材料堅(jiān)固性的降低而降低，從而離心力也相應(yīng)降低。通常轉(zhuǎn)鼓直徑在200～1000mm之間，長徑比在3～4之間?，F(xiàn)在的臥螺離心機(jī)的發(fā)展有傾向于高轉(zhuǎn)速的大長徑比的趨勢，這種設(shè)備更加能夠適應(yīng)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(zhuǎn)鼓直徑的離心機(jī)可以以較低的差速度運(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)必須靠提高差速度來實(shí)現(xiàn)。

    B轉(zhuǎn)鼓半錐角

    沉降在離心機(jī)轉(zhuǎn)鼓內(nèi)側(cè)的沉渣沿轉(zhuǎn)鼓錐端被推向出料口時(shí)，由于離心力的作用而受到向下滑移的回流力作用。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(jī)正常工作的必要條件，因此最佳設(shè)計(jì)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(nèi)，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(nèi)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(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)會就越大。同時(shí)大螺距會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)器振動加大。因此對于難分離物料如活性污泥，輸渣較困難，螺距應(yīng)小些，一般是轉(zhuǎn)鼓直徑的1／5～1／6，以利于輸送。對于易分離物料，螺距應(yīng)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。

    D螺旋類型

    螺旋是臥螺離心機(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)相對移動方式的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)會引起此區(qū)已沉降的固體顆粒因擾動再度浮起，還會產(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，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(jī)內(nèi)流體的流動狀態(tài)得到很大改善，并且可通過加大轉(zhuǎn)鼓直徑來提高離心力，因此可顯著降低轉(zhuǎn)速，節(jié)省電力消耗，同時(shí)減少噪聲，延長機(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，濾液通過撇液管時(shí)未分離出的固相顆粒會再分離沉積在撇液管內(nèi)，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(xiàn)了高效型螺旋結(jié)構(gòu)。如瑞典AlfaLaval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)置一個特殊擋板，可使離心機(jī)處于超深液池狀態(tài)，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(cè)，實(shí)現(xiàn)壓榨脫水，使出泥更干。瑞典NOXON公司采用斜板沉淀原理的Lamella專利技術(shù)，則將離心機(jī)螺旋推料器葉片設(shè)計(jì)成最佳傾斜狀態(tài)，其葉片傾角、螺距、葉片間距等參數(shù)均經(jīng)過優(yōu)化設(shè)計(jì)，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(diào)節(jié)的機(jī)械因素

    A轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速

    轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)通常通過變頻電機(jī)或液壓馬達(dá)來實(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)速過大會使污泥絮凝體被破壞，反而降低脫水效果。同時(shí)較高轉(zhuǎn)速對材料的要求高，對機(jī)器的磨損增大，動力消耗、振動及噪聲水平也會相應(yīng)增加。

    B差速度（差數(shù)比）

    差速度直接影響排渣能力、泥餅干度和濾液質(zhì)量，是臥螺離心機(jī)運(yùn)行中重要的需要根據(jù)運(yùn)行情況進(jìn)行調(diào)節(jié)的參數(shù)之一。提高差速度，有利于提高排渣能力，但沉渣脫水時(shí)間會縮短，脫水后泥餅含水率大，同時(shí)過大差速度會使螺旋對澄清區(qū)液池的擾動加大，濾液質(zhì)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(shí)間增長，脫水后泥餅含水率降低，同時(shí)螺旋對澄清區(qū)物料的擾動小，濾液質(zhì)量也相對好些，但會增大螺旋推料的負(fù)荷，應(yīng)防止排渣量減小造成離心機(jī)內(nèi)沉渣不能及時(shí)排出而引起的堵料現(xiàn)象，防止濾液大量帶泥，這時(shí)就必須減小進(jìn)料量或提高差速度，一些型號的設(shè)備具有自動加快排渣的功能，既當(dāng)設(shè)定扭矩達(dá)到某一限定值后，設(shè)備會自動降低進(jìn)泥量和進(jìn)藥量，增加差速度，將堆積的泥環(huán)層快速推出，待扭矩降低到某一數(shù)值后，流量和差數(shù)度再自動恢復(fù)正常。

這是一種有效保護(hù)設(shè)備的措施，但是，在長期運(yùn)行中，應(yīng)避免頻繁出現(xiàn)這種情況，因?yàn)檫@樣容易使設(shè)備經(jīng)常處于不穩(wěn)定流量和不穩(wěn)定差數(shù)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(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)來確定差速度大小。就是說，在現(xiàn)場要根據(jù)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(shí)現(xiàn)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(shù)度，從而降低了處理能力，所以，現(xiàn)場的調(diào)試工作就是要尋找到符合各自現(xiàn)場實(shí)際污泥性質(zhì)條件時(shí)最佳的設(shè)備運(yùn)行工況參數(shù)，以實(shí)現(xiàn)最高設(shè)備運(yùn)行效率和最佳處理效果雙重目的。這沒有簡單的數(shù)據(jù)可以計(jì)算，只有依靠長期的實(shí)際調(diào)試積累經(jīng)驗(yàn)，并及時(shí)依照變化進(jìn)行調(diào)整。

    同時(shí)，在一定范圍內(nèi)，差數(shù)度的控制和絮凝劑投加量的控制互為補(bǔ)充，在要求達(dá)到一定泥餅干度情況下，當(dāng)差數(shù)度降低時(shí)，可同時(shí)節(jié)省絮凝劑投加量。簡單講就是增加了設(shè)備處理壓力也就減少了絮凝劑使用壓力。所以說，適當(dāng)?shù)夭捎帽M可能低的差數(shù)度可以在一定程度上減少絮凝劑的消耗，俗話講叫做“設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)好就省藥、設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)不好就費(fèi)藥”，設(shè)備的好壞不僅僅取決于設(shè)備本身的設(shè)計(jì)和加工精度問題，同時(shí)也涉及對設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)工況參數(shù)的控制。對于具有差數(shù)度自動調(diào)節(jié)功能的離心機(jī)，差數(shù)度的參數(shù)設(shè)定要結(jié)合長期的使用情況確定，并根據(jù)可能發(fā)生的各種變化隨時(shí)修正。

    C液環(huán)層厚度

    液環(huán)層厚度是設(shè)備優(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)（岸區(qū)）長度，進(jìn)而影響污泥脫水的處理效果。一般在停機(jī)狀態(tài)下通過手動調(diào)節(jié)液位擋板的高低來實(shí)現(xiàn)，調(diào)整時(shí)必須確保各個液位擋板的高低一致，否則會導(dǎo)致離心機(jī)運(yùn)行時(shí)劇烈振動，也有部分國外廠商的產(chǎn)品可以實(shí)現(xiàn)液環(huán)層厚度的自動調(diào)節(jié)。

    液環(huán)層厚度增加，會使沉降面積增大，物料在機(jī)內(nèi)停留時(shí)間也會相應(yīng)增加，濾液質(zhì)量提高，但同時(shí)機(jī)內(nèi)的干燥區(qū)（岸區(qū)）長度縮短，導(dǎo)致泥餅干度降低。相反，調(diào)低液環(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)到最佳組合。一般情況下，很多設(shè)備供應(yīng)商將液位擋板在設(shè)備出廠時(shí)預(yù)先進(jìn)行了調(diào)節(jié)，但因不同的使用現(xiàn)場條件存在差異，若運(yùn)行狀態(tài)不理想，可請?jiān)O(shè)備廠家工程師配合進(jìn)行現(xiàn)場液位擋板的調(diào)整，使其更加滿足實(shí)際需求。

    

    2.3工藝因素

    由于離心機(jī)是利用固液兩相的密度差來實(shí)現(xiàn)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，城市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(zhì)產(chǎn)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(xiàn)。

    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(yīng)及與設(shè)備類型和運(yùn)行工況相適應(yīng)。很多情況下，在絮凝劑選型燒杯試驗(yàn)中表現(xiàn)較好的藥劑，并沒有在實(shí)際應(yīng)用中有更好的表現(xiàn)，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(shè)備的運(yùn)行工況并不能完全滿足。

    根據(jù)實(shí)際運(yùn)行情況表明，在絮凝劑（污泥脫水劑）投加量達(dá)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(zhì)量影響較大。因此進(jìn)行污泥脫水時(shí)，在滿足泥餅干度要求和上清液質(zhì)量要求情況下，繼續(xù)增加絮凝劑的使用量是完全沒有必要的，也是現(xiàn)場造成絮凝劑浪費(fèi)的主要原因。另外，隨著絮凝劑用量的增加，上清液質(zhì)量更好，但是，很多情況下過分追求上清液質(zhì)量而多投加絮凝劑是得不償失的，僅僅多增加了數(shù)個百分點(diǎn)的污泥回收率而消耗了更多的絮凝劑消耗是劃不來的（就好像花費(fèi)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(biāo)范圍內(nèi)即可。

    在一般情況下，設(shè)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(shè)備正常運(yùn)轉(zhuǎn)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(guān)系，所以，在一定污泥流量的情況下，絮凝劑的投加量要根據(jù)污泥的濃度進(jìn)行調(diào)整，很多時(shí)候，由于污泥濃度發(fā)生變化，而絮凝劑投加量沒有及時(shí)調(diào)整而使現(xiàn)場運(yùn)行表現(xiàn)不佳或產(chǎn)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(xiàn)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(fèi)，而處理效果增加并不明顯。

    另外，若絮凝劑溶解狀況不好導(dǎo)致實(shí)際用量不足或絮凝劑配置濃度過低使藥液有效成分供應(yīng)不足，則難以形成相應(yīng)干度的泥餅，影響上清液質(zhì)量；而絮凝劑濃度太大，絮凝劑高分子鏈上的活性基團(tuán)則會由于相互屏蔽、包裹而使有效成分難以充分發(fā)揮功效，從而造成藥劑的浪費(fèi)；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(wěn)定性，絮凝效果同樣不好。

    絮凝劑用量太大，不僅造成浪費(fèi)，而且處理效果沒有顯著提高。市政污泥處理中，有機(jī)高分子絮凝劑藥液的配置濃度一般為1‰～5‰，絮凝劑用量一般3～5kg／TDS，某些工業(yè)污泥絮凝劑用量可能會達(dá)到或超過10kg／TDS，這取決于污泥性質(zhì)和污泥脫水機(jī)性能。由于脫水機(jī)設(shè)備性能差異，同樣性質(zhì)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(xiàn)。

    影響臥螺離心機(jī)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(jié)果，離心機(jī)的選型應(yīng)結(jié)合工程項(xiàng)目的實(shí)際情況進(jìn)行，運(yùn)行參數(shù)的調(diào)整應(yīng)從脫水后泥餅最終處置方法所要求最佳泥餅含水率、固體回收率和經(jīng)濟(jì)性等因素綜合考慮。