影响卧螺离心机脱水效果的主要因素

1 　结构及脱水原理
　　离心机主要由转鼓、螺旋、差速系统、液位挡板、驱动系统及控制系统等组成。其结构见图1 。离心机是利用固液两相的密度差,在离心力的作用下,加快固相颗粒的沉降速度来实现固液分离的。具体分离过程为污泥和絮凝剂药液经入口管道被送入转鼓内混合腔,在此进行混合絮凝;由于转子（螺旋和转鼓） 的高速旋转和摩擦阻力,污泥在转子内部被加速并形成一个圆柱液环层;在离心力的作用下,密度较大固体颗粒沉降到转鼓内壁;再利用螺旋和转鼓的相对速度差把固相推向转鼓锥端,推出液面之后泥渣得以脱水干燥,再推向排渣口排出;上清液从转鼓大端排出,实现固液分离。

2 　影响离心机效果的因素
2.1 　不可调节的机械因素
2.1.1 　转鼓直径和有效长度
　　转鼓直径越大和有效长度越长,其有效沉降面积越大,处理能力也越大,物料在转鼓内的停留时间也越长,且在相同的转速下,其分离因数就越大,分离效果越好;受到材料的限制,离心机的转鼓直径不可能无限制地增加,因为随着直径的增加可允许的zui大速度会由于材料坚固性的降低而降低,从而离心力也相应降低。通常转鼓直径D 为200～1 000 mm ,长径比L / D 为3～4 。
　　另外,相同处理量的情况下,大转鼓直径的离心机可以较低的速差运行。原因是大转鼓直径的螺旋输渣能力较大,要达到相同的输渣能力小转鼓直径的离心机必须提高速差来实现。从以下速差的讨论中知,减小速差可以增加沉渣脱水时间,降低螺旋对澄清区的扰动,从而提高脱水效果。
2.1.2 　转鼓半锥角
　　沉降在离心机转鼓内侧的沉渣被沿转鼓锥端推向出料口时,由于离心力的作用,受到向下滑移的回流力作用。半锥角越大,污泥受离心力挤压越大,螺旋推力的扭矩越大,叶片磨损越大,甚至产生沉渣回流现象而导致螺旋推料器无法排渣。如果半锥角小,其有效沉降面积将大为减小,进而降低离心机的使用性能。液池深度h 一定时（见图2） ,锥角大（α1>α2） ,干燥区长度（即泥渣脱离液面到排渣口之间的距离） 短（ L 12 < L 22） ,其脱水时间便短,沉渣的含水率就高,但其沉降区长度L 11大于L 21 ,沉降面积增大,滤液的质量相对好些。反之,如果锥角小,则干燥区长度长,脱水时间长,沉渣的含水率就低,滤液质量就差些。

　　从以上分析可知,转鼓半锥角是离心机设计中较为重要的参数。从澄清效果来讲,要求锥角尽可能大一些;而从输渣和脱水效果来讲,要求锥角尽可能小些。由于输渣是离心机正常工作的必要条件,因此*设计必须首先满足输渣条件。对于难分离的物料如活性污泥半锥角一般在6°以内,以便降低沉渣的回流速度。对普通一般物料半锥角在10°以内就能保证沉渣的顺利输送[1 ,2 ] 。
2.1.3 　螺距
　　螺距即相邻两螺旋叶片的间距,是一项很重要的结构参数,直接影响输渣的成败。由tanλ= S/πD知,在螺旋直径D 一定时,螺距S 越大,螺旋升角λ越大,物料在螺旋叶片间堵塞的机会就越大。同时大螺距会减小螺旋叶片的圈数致使转鼓锥端物料分布不均匀而引起机器振动加大,因此对于难分离物料如活性污泥,输渣较困难。螺距小些,一般是转鼓直径的1/ 5～1/ 6 ,有利于输送。对于易分离物料,螺距大些,一般为转鼓直径的1/ 2～1/ 5 ,以提高沉渣的输送能力[3 ] 。
2.1.4 　螺旋类型
　　螺旋是离心机的主要构件,它的作用是输送沉降在转鼓内侧的沉渣和顺利排掉沉渣,它不仅是卸料装置,也决定了生产能力、使用寿命和分离效果。
　　螺旋的类型根据液体和固体在转鼓内相对移动的方式不同分为逆流式和顺流式。逆流式离心机的加料腔在螺旋中部,也就是位于干燥区和沉降区之间的边界附近,以保证液相有足够的沉降距离,但固相仅能停留其通过圆锥部位所需的时间,因此要求有较高的离心力;物料由这里进入转鼓内会引起此区已沉降的固体颗粒因扰动再度浮起,还会产生湍流和附加涡流,使分离效果降低。顺流式离心机由于进料口在转鼓端部,避免了逆流式的湍流,保证沉渣不受干扰,离心机全长都起到了沉降作用,扩大了沉降面积,悬浮液在机内停留时间增长,从而使分离效果得到提高。由于沉降时间延长和没有干扰,可有效地减少絮凝剂的使用量,使机内流体的流动状态得到了很大改善,并且可加大转鼓直径来提高离心力,因此转速可显著降低,节省电力消耗,同时减少噪音,延长机器的寿命[4 ] 。顺流式螺旋结构的离心机特别适用于固液密度差小,固相沉降性能差,固相含量低的难分离物料[5 ] 。但顺流式离心机的滤液是靠撇液管排出,滤液通过撇液管时未分离出的固相颗粒会再分离而沉积在撇液管内,日久会堵塞撇液管通道,需定期冲洗。
　　近年来,随着对污泥脱水要求的日益提高,出现了各种型螺旋结构。如瑞典某公司的BD 挡板技术,即在离心机锥段的螺旋出料端设置一个特殊挡板,可使离心机处于超深液池状态,增加对泥饼的压榨力,并且只输送下部沉渣,而将上部含水率高的污泥截留在压榨锥段外侧,实现压榨脱水,使出泥更干。瑞典某公司采用斜板沉淀原理的Lamella技术,将离心机螺旋推料器叶片设计成*倾斜状态,其叶片倾角、螺距、叶片间距等参数经过优化设计,提高处理能力,降低絮凝剂的消耗量及泥饼含水率。
2.2 　可调节的机械因素
2.2.1 　转鼓转速
　　转鼓转速的调节通常通过变频电机或液压马达实现。转速越大,离心力越大,有助于提高泥饼含固率,但转速过大时会使污泥絮凝体破坏,反而降低脱水效果。同时较高转速对材料的要求高,机器的磨损增大,动力消耗、振动及噪声水平也相应地增加。
2.2.2 　速差
　　速差直接影响排渣能力、泥饼干度和滤液质量。提高速差,有利于提高排渣能力,但沉渣脱水时间缩短,脱水后泥饼含水率大,同时螺旋对澄清区液池的扰动大,滤液质量相对差一些。降低速差,沉渣厚度加大,沉渣脱水时间增长,脱水后泥饼含水率就降低,同时螺旋对澄清区物料的扰动也越小,滤液质量也相对好些,但会增大螺旋推料的负荷,应防止排渣量减小而造成离心机内沉渣不能及时排出引起的堵料现象,否则易使滤液大量带泥,这时必须减小进料量,或提高速差。因此应根据物料性质、处理量大小、处理要求及离心机结构参数来确定速差大小。一般认为泥饼在干燥区的脱水时间应控制在4～6 s之间,时间再加长效果增加不明显[1 ] 。
2.2.3 　液环层厚度
　　液环层厚度是工艺优化的一个重要参数,直接影响离心机的有效沉降容积和干燥区长度,进而影响离心机的处理效果。一般是停机状态下通过手动调节液位挡板的高低来实现,调整时必须确保各个液位挡板的高低一致,否则会导致离心机运行时剧烈振动,也有部分国外厂商可以实现液环层厚度的自动调节。液环层厚度增加,沉降面积增大,物料在机内停留时间也相应增加,其结果是滤液质量提高,但同时机内的干燥区长度缩短,导致泥饼干度降低;相反,减少液环层厚度可获得较高的泥饼含固率,但要以牺牲滤液质量为代价。因此应合理地调节液位挡板的高低使泥饼干度与滤液质量达到*组合。
2.3 　工艺因素
　　由于离心机是利用固液两相的密度差来实现固液分离的,因此污泥颗粒密度越大越易于分离。城市污水处理厂的初沉污泥较易脱水,剩余污泥较难脱水,其混合污泥的脱水性能介于两者之间。
　　为改善污泥脱水性能,进行机械脱水前一般应均匀加入适量的有机高分子絮凝剂,如聚丙烯酰胺（PAM） 来降低污泥的比阻,使其易于脱水。絮凝剂的种类必须和污泥特性相适应。聚丙烯酰胺有阳离子型、阴离子型和非离子型三类,选择时应从技术、经济方面综合衡量,通过试验筛选合适的絮凝剂类型和品牌,并且絮凝剂的分子量也要达到一定要求。
　　根据实际运行情况表明,投加絮凝剂的多少对离心脱水的泥饼含固率的影响很小,对滤液的质量影响较大。因此采用离心脱水可以不投加或少投加絮凝剂进行脱水处理,从而降低运行费用,但投加适量、合适的絮凝剂可显著提高固体回收率。絮凝剂用量和浓度不足,难以形成絮体,影响滤液质量;絮凝剂浓度太大,活性基团由于相互屏蔽质量反而下降,再分散作用也会破坏絮体稳定,絮凝效果同样不好,并且絮凝剂用量太大,不仅造成浪费,对处理效果也没有显著提高。市政污泥处理中,有机高分子絮凝剂药液的配置比例一般为1 ‰～5 ‰,絮凝剂用量一般3～5 kg/ tDS。
3 　结语
　　影响离心机脱水效果的因素很多,并且各个因素又互相影响,因此处理效果是以上所述各个因素综合作用的结果。离心机的选型应结合工程项目的实际情况,运行参数的调整应从脱水后泥饼zui终处置方法所要求*泥饼含水率、固体回收率和经济性等因素综合考虑。