臥螺式離心機用于污泥脫水領(lǐng)域的前景展望
行業(yè)動態(tài)
1 概述
城市生活污水，工業(yè)廢水在進行處理之后，會產(chǎn)生含水率很高的污泥，經(jīng)濃縮后含水率仍為96%左右，有容量大、運輸困難、易腐蝕、有惡臭等缺點，為便于運輸和后續(xù)處理，需作進一步的脫水、干化處理。經(jīng)脫水、干化處理后的污泥，含水率可降到60%～80%，體積可減為原來的1/10～1/5。因而各國對污泥脫水和干化技術(shù)都比較重視。污泥脫水一般有自然干化和機械脫水兩種方式，自然干化占地面積大，環(huán)境污染較嚴重，只適用于氣候比較干燥、占地不緊張以及環(huán)境衛(wèi)生條件允許的地區(qū)。目前城市用地普遍較為緊張，且對環(huán)境衛(wèi)生的要求也越來越高，因此，污泥脫水主要采用機械脫水方式，脫水機械多以帶式壓濾機、板框壓濾機、離心脫水機為主，真空轉(zhuǎn)鼓過濾機基本已經(jīng)被淘汰。與其他脫水技術(shù)相比，離心機可在很短的時間內(nèi)使污泥中很細小的顆粒與水分離，具有處理量大，基建費用少，占地少，工作環(huán)境衛(wèi)生，操作簡單，自動化程度高等優(yōu)點，特別重要的是可以不投加或少量投加化學(xué)調(diào)理劑，其動力費用雖然較高，但總運行費用較低。在國外，特別是歐洲國家和美國等，離心機已是和帶式壓濾機、板框壓濾機等在污泥脫水中運用得較多的機種，而在國內(nèi)，應(yīng)用離心機進行污泥脫水的卻不多，特別是城市污水廠中未經(jīng)消化的剩余污泥脫水，成功運行的實例極為少數(shù)。因此，應(yīng)用離心機對污泥進行脫水在我國有著極為廣闊的發(fā)展前景。
2 離心機構(gòu)造和脫水原理
污泥處理中使用的離心機主要是臥式螺旋卸料轉(zhuǎn)筒式離心機（簡稱臥螺式離心機），由轉(zhuǎn)筒、螺旋卸料器、空心轉(zhuǎn)軸（進料管），變速箱、驅(qū)動輪、機罩和機架等部分組成。按離心機的分離因素（離心加速度和重力加速度的商），一般可將離心機分為高速（分離因素大于3000）、中速（分離因素介于1500～3000）和低速（分離因素小于1500）離心機。
臥螺離心機是依靠污泥中固液兩相的比重差，在離心力的作用下，加快固相的沉降速度來實現(xiàn)固液分離以達到污泥脫水目的的，整個污泥脫水過程分為進料、沉降分離、固體污泥及分離液排除三個階段。開始污泥脫水時，污泥由空心進料管輸送到離心機內(nèi)，在轉(zhuǎn)筒高速旋轉(zhuǎn)的離心作用下，比重較大的固相污泥顆粒將沉積在轉(zhuǎn)筒的內(nèi)壁上，在螺旋卸料器和轉(zhuǎn)筒之間的速度差推動下，緩慢地向轉(zhuǎn)筒小端排出；比重較輕的液相則匯集在濃集污泥的上層，并不斷地從圓筒大端排出。由于離心機產(chǎn)生的離心力場可達到一般用于沉淀的重力場的1000倍以上，遠遠超過了重力沉淀池中由于重力所產(chǎn)生的重力加速度，因而可以在很短的時間內(nèi)，使污泥中細小的顆粒與水分離。
3 離心脫水機污泥脫水的影響因素
3.1 臥螺離心機分離效果的好壞與機器本身的幾何參數(shù)和操作參數(shù)有關(guān)。幾何參數(shù)主要為轉(zhuǎn)筒直徑及其形狀、岸錐角大小等。
（1）轉(zhuǎn)筒直徑與形狀
離心條件可用分離因素表示。加大轉(zhuǎn)筒直徑可以提高離心力，因此離心脫水機的轉(zhuǎn)速可以降低，從而節(jié)省電耗、減小噪音。
轉(zhuǎn)筒形狀可分為全圓筒型、全圓錐型和圓筒圓錐結(jié)合型三種。全圓筒型轉(zhuǎn)筒離心機的分離液透明度好、固體回收率高；全圓錐型轉(zhuǎn)筒離心機的出泥含固率較高，而圓筒圓錐型轉(zhuǎn)筒離心機則具有前兩者的優(yōu)點。對泥餅含固率、分離液透明度以及固體回收率的要求不同，可設(shè)計出不同長度配比的圓筒圓錐型離心機來達到目的。污泥脫水使用的離心機圓錐長度設(shè)計較長，而圓錐長度設(shè)計較短的離心機可在污泥濃縮工藝作濃縮離心機用。
（2）岸錐角
錐角的大小對于污泥的脫水與固體的回收率影響很大。由于離心力的作用，在圓筒圓錐交界處以上的圓錐壁上，污泥餅受到一個向下的滑移力的作用，這個力隨著離心機轉(zhuǎn)筒圓錐角度的減小而變?nèi)?，污泥顆?；频呐R界點是在顆粒即將離開水池水面時，滑移力比顆粒在水池水面以下時的滑移力增加10倍左右。錐角過大，污泥顆粒會重新滑回到水池中，重新成為大量的懸浮物，導(dǎo)致排出泥餅的含水率高。因此，現(xiàn)代離心機多采用小錐角以減少滑移力。脫水用的離心機，其錐角一般為6～8度，對難處理的污泥其錐角低到4度為好。經(jīng)轉(zhuǎn)筒式離心機脫水處理后的泥餅含水率一般為20%～25%。
3.2 又對具體的一臺離心機而言，幾何參數(shù)是確定的，因此影響分離效果的主要是離心機的操作參數(shù)，主要包括轉(zhuǎn)筒轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)筒與螺旋卸料器之間的差轉(zhuǎn)速、離心機的處理能力、污泥的性質(zhì)、采用絮凝劑的類型、投加方式、投配點和劑量等等，一般對于某種污泥而言，其中的一到兩種因素起主要作用。
（1）轉(zhuǎn)筒轉(zhuǎn)速
分離因數(shù)與轉(zhuǎn)筒旋轉(zhuǎn)角度的平方成正比，轉(zhuǎn)筒轉(zhuǎn)速快則分離因數(shù)大。分離因數(shù)越大，物體受的離心力越大，分離效果也就越好。但實踐證明，隨著分離因數(shù)的增加，只能使泥餅的濃度增加，固體的回收率增加是極有限的，而離心機的功耗隨著分離因數(shù)的提高而增加很快，機器的磨損加劇，對機器的使用壽命有一定的影響。
（2）螺旋卸料器的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)筒差轉(zhuǎn)速
沉積在轉(zhuǎn)筒內(nèi)壁上的污泥顆?？哭D(zhuǎn)筒和同方向旋轉(zhuǎn)的螺旋卸料器之間存在的差轉(zhuǎn)速從轉(zhuǎn)筒小端推出，差轉(zhuǎn)速的大小直接影響到分離效果的好壞。差轉(zhuǎn)速小，沉降污泥的停留時間較長，可使較細小的污泥顆粒納入沉降污泥之中，得到含固率較高的泥餅，但差轉(zhuǎn)速過小，不利于沉降污泥的排除，有可能使螺旋卸料器葉片之間塞滿污泥而導(dǎo)致機器不能正常工作；隨著差轉(zhuǎn)速的增加，泥餅的含固率明顯的下降，較大的差轉(zhuǎn)速對轉(zhuǎn)筒內(nèi)物料的攪動也大，導(dǎo)致分離液含固率偏高，固體回收率有所下降，需要較深的水池來澄清分離液。因此當對泥餅含水率和固體回收率要求較高時，應(yīng)采用較小的差轉(zhuǎn)速。
（3）污泥供給點
污泥供給點由空心轉(zhuǎn)軸供給孔的位置來調(diào)節(jié)，由于供給點的變化，影響著轉(zhuǎn)筒長度與岸區(qū)的變化，從而也影響泥餅含固率。高速離心機常采用逆流中心進料設(shè)計，污泥中液體和固體逆向流動，進料在轉(zhuǎn)筒的圓筒和錐筒交接處附近，顆粒的停留時間和沉淀過程較短，進料和螺旋卸料器較快的轉(zhuǎn)速有可能使已分離的污泥顆粒重新擾動浮起；低速離心機一般采用順流圓筒始端進料設(shè)計，進料位于轉(zhuǎn)筒圓筒的始端，與逆流設(shè)計相比，加長了沉淀長度和時間，使微細顆粒也能沉淀下來，產(chǎn)生了含水率低的高密度的沉積物和更清澈的液體，由于延長和沒有干擾的沉淀，可有效的減少絮凝劑的使用量，已有實例證明，絮凝劑更可完全免除。
（4）水池深度與容積的影響
水池深度，有的離心機可自動調(diào)節(jié)，有的離心機則需要調(diào)正轉(zhuǎn)筒末端的堰板來實現(xiàn)。水池深度增加，停留時間延長，固體回收率提高。但水深增加后，岸區(qū)相對縮短，使泥餅含固率降低。
（5）離心機處理量
處理量小，污泥在轉(zhuǎn)筒內(nèi)的停留時間長，可得到較好的分離效果，但處理量過小，要增加離心機的數(shù)量，加大了污泥處理的投資。處理量增加，污泥在轉(zhuǎn)筒內(nèi)的停留時間縮短，引起分離液懸浮物濃度也增加，固體回收率降低。處理量在一定范圍內(nèi)，對分離效果的影響不是太明顯，適當增加處理量，由于停留時間短，分離出來的多屬比重較大，易脫水的顆粒，因此還能起到提高泥餅含固率的作用。但處理量能力受離心機結(jié)構(gòu)限制，過大的處理量會造成污泥在轉(zhuǎn)筒內(nèi)停留時間過短，分離液含固率增加，沉降污泥過多造成機內(nèi)堵塞，使扭矩過大而造成差速器的損壞。
（6）污泥的性質(zhì) 與絮凝劑的選用
離心機的分離效果與污泥中固液兩相的比重差有很大關(guān)系，密實度較大，顆粒結(jié)構(gòu)緊密的污泥其分離效果較為顯著，投加調(diào)理劑對離心脫水的泥餅含固率影響很小。因此與其它機種相比，離心機可以少投加或不投加調(diào)理劑進行脫水工序，從而可大幅度地降低污泥脫水的費用。這是采用離心機脫水和采用其它污泥脫水機械所不能比擬的優(yōu)點。對于難于與水分離的污泥，如絲綢印染電解污泥的脫水，采用合適的絮凝劑和適當?shù)牟僮鳁l件也能達到較為理想的脫水效果。
有機調(diào)理劑產(chǎn)生的絮體粗大，可使用于離心機，但由于其價格昂貴，在生產(chǎn)實踐中應(yīng)反復(fù)調(diào)試以確定較佳的絮凝劑種類，劑量及投加方式，有些情況下，無機和有機調(diào)理劑聯(lián)用，其調(diào)理效果會更佳。
4 和其它類型的脫水機比較
目前用于污泥脫水機械主要是帶式壓濾機、板框壓濾機、臥螺離心機等，真空過濾機由于其脫水效率較低和運行費用較高而逐漸被淘汰。
一般對污泥脫水機械進行比較，應(yīng)首先從他們的經(jīng)濟性和分離效果考慮，在進行經(jīng)濟性比較時，須將脫水處理和污泥的處置作為一個系統(tǒng)來考慮。因為脫水效果的好壞直接關(guān)系到后繼污泥的運輸和處置費用。污泥脫水費用包括基建投資（機房建筑、脫水機及投加混凝劑的設(shè)備和其它附加費用）和運行費用（混凝劑費、電耗、管理費用和污泥的運輸及處置費用）。
離心機在三者之中投資較低，帶式壓濾機投資略高于離心機，二者相差不大；自動板框壓濾機的設(shè)備投資較高，一般為臥螺離心機和帶式壓濾機的2～3倍以上。相應(yīng)的脫水效果以板框壓濾機為較好，一般經(jīng)消化處理和濃縮后的污水廠污泥可達40～45%的含固率，離心機略低于帶式壓濾機，其脫水后的污泥含固率一般可達20～28%，帶式壓濾機一般為24～30%。離心機和帶式壓濾機常用高分子有機混凝劑（聚丙烯酰胺），而板框壓濾機則必須用無機FeCl3及Ca(OH)2，以保證污泥承壓時具有良好的固態(tài)結(jié)構(gòu)。操作費用中以板框壓濾機為較高，其次是帶式壓濾機。
從污泥的處置方式來看，對污泥的脫水要求不一樣，當采用焚燒法等費用昂貴的處置方式時，對污泥的脫水要求較高，應(yīng)采用脫水效果較好的自動板框壓濾機對污泥進行脫水，而對于采用土地填埋等方式作為污泥的處置方式時，應(yīng)選擇離心機或帶式壓濾機，這樣可大大降低污泥處理的費用。
我國的污泥處置方式主要以土地填埋等方式為主，由于帶式壓濾機有投資較省，運行穩(wěn)定等特點，自80年代以來，我國大部分城市均使用的是帶式壓濾機。而與帶式壓濾機脫水效果相仿，投資略低，但具有諸多帶式壓濾機不具備、對污泥脫水有獨特之處的離心機卻只是應(yīng)用在少數(shù)幾種工業(yè)污泥的脫水之中，用于城市污水廠的污泥脫水為少數(shù)，這就給離心機的推廣使用帶來了一片光明的前景。和其他脫水機械相比，離心機主要有以下特點：
（1）機器重量輕，設(shè)備緊湊，占地面積和空間小，附屬設(shè)備比其他脫水機減少，因而基建投資較省。一臺轉(zhuǎn)筒直徑為500mm的臥螺離心機僅為一臺GN20型內(nèi)濾式轉(zhuǎn)鼓真空過濾機的1/23；出泥量和含固率相似的轉(zhuǎn)筒離心機所占位置只是帶式壓濾機的1/3。
（2）能連續(xù)操作，長期運轉(zhuǎn)，便于實現(xiàn)自動化管理。
（3）調(diào)理劑消耗量一般低于帶式壓濾機，且可以少量投加或不投加調(diào)理劑也能進行脫水工藝，而帶式壓濾機則不能。
（4）運行過程中不增加帶有污泥的廢水，而其他類型的機械都需要沖洗濾布和濾網(wǎng)，需要大量的沖洗水同時產(chǎn)生等量的需要處理的廢水。
（5）對物料的適應(yīng)性較好，一定范圍內(nèi)，污泥的濃度和處理量的變化對污泥的脫水效果影響不大。
（6）處理量大，范圍廣，比帶式壓濾機更符合實際需要，處理能力勝過其他脫水機械。
（7）整個系統(tǒng)密封，操作安全，衛(wèi)生條件優(yōu)于其他類型的機械，車間整潔衛(wèi)生，有利于保護操作工人的身體健康，有利于防止傳染性疾病的傳染。
綜上所述，轉(zhuǎn)筒離心機應(yīng)用于污水廠污泥脫水的前景很為廣闊。
5 工程實例
美國Charlotte-mecklenburg的McApine Creek污水處理廠始建于1966年，其污泥脫水方式采用的是自然干化床，脫水后污泥在當?shù)刈鳛橥恋馗牧紕┦褂茫?span style="font-family: Arial;">1983年后，污水廠為適應(yīng)發(fā)展要求，決定將污泥的自然脫水方式改為機械脫水方式，并將脫水后污泥送至較遠的地點作土地或堆肥處理。因此，脫水后污泥的體積直接影響到整個污泥處理的成本。
該廠選擇了離心機和帶式壓濾機作為比較，進行了成本效益分析。結(jié)論如下：離心機和帶式壓濾機都能對消化后的污泥進行很好的脫水，因此評價的指標主要是他們的經(jīng)濟性因素。數(shù)據(jù)表明，使用離心機，總計費用可比帶式壓濾機低55%，比污泥干化床低62%。因此，McApine Creek污水處理廠推薦使用離心機進行污泥脫水。
6 結(jié)論
從以上可以看出，離心機能連續(xù)運轉(zhuǎn)，處理能力大，便于實現(xiàn)自動化管理，并且有運行費用較低、操作簡單、處理現(xiàn)場較其它壓濾機衛(wèi)生、占地面積較少和有不投加絮凝劑也能達到污泥脫水的效果等特點。
