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影响卧螺式离心机效果的因素

点击次数:2477 发布时间:2015/6/15

  最近几年来,随着我国污水处理事业的蓬勃发展,污水处理普及率的提高及深度处理的采用,产生的污泥量也日益增加,污水污泥的处理及处置问题在城市污水处理中的地位日益突出。考虑到脱水后泥饼填埋、堆肥、焚烧等后处理工段,对污泥脱水的要求也日益提高,因此,卧式螺旋卸料沉降离心机(以下简称离心机)因其脱水后泥饼含水率低、自动化程度高、操作环境好等优点而倍受水处理行业青昧,其应用大有取代带式压滤机之势。根据离心机的使用调查情况,结合调试和使用经验,就影响离心机脱水效果的因素做以下探讨。
  
  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。
  
  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,比重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,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
  
  (1)转鼓直径和有效长度
  
  转鼓直径越大,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,在相同的转速下,其分离因数就越大,分离效果越好。但受到材料的限制,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最大速度会随材料坚固性的降低而降低,从而离心力也相应降低。通常转鼓直径在200~1000mm之间,长径比在3~4之间。
  
  另外,在相同处理量的情况下,大转鼓直径的离心机可以以较低的差速度运行,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靠提高差速度来实现。减小差速度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)转鼓半锥角
  
  沉降在离心机转鼓内侧的沉渣沿转鼓锥端被推向出料口时,由于离心力的作用,因而受到向下滑移的回流力作用。半锥角越大,污泥受到的离心挤压力越大,螺旋推力的扭矩越大,叶片磨损越大,以致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。
  
  从以上分析可看出,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,因此最佳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度以内,以便降低沉渣的回流速度。对普通一般物料半锥角在10度以内就能保证沉渣的顺利输送。
  
  (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。在螺旋直径一定时,螺距越大,螺旋升角越大,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,螺距应小些,一般是转鼓直径的1/5~1/6,以利于输送。对于易分离物料,螺距应大些,一般为转鼓直径的1/2~1/5,以提高沉渣的输送能力。
  
  (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方式的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。由于延长和没有干扰的沉降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很大改善,并且可通过加大转鼓直径来提高离心力,因此可显著降低转速,节省电力消耗,同时减少噪声,延长机器的寿命。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。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,出现了高效型螺旋结构。如瑞典AlfaLaval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,以增加对泥饼的压渣力,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NOXON公司采用斜板沉淀原理的Lamella专利技术,则将离心机螺旋推料器叶片设计成最佳倾斜状态,其叶片倾角、螺距、叶片间距等参数均经过优化设计,处理能力提高,降低了絮凝剂的消耗量及泥饼含水率。
  
  2.2可调节的机械因素
  
  (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来实现。转速越大,离心力越大,有助于提高泥饼含固率。但转速过大会使污泥絮凝体被破坏,反而降低脱水效果。同时较高转速对材料的要求高,对机器的磨损增大,动力消耗、振动及噪声水平也会相应增加。
  
  (2)差速度
  
  差速度直接影响排渣能力、泥饼干度和滤液质量。提高差速度,有利于提高排渣能力,但沉渣脱水时间会缩短,脱水后泥饼含水率大,同时过大差速度会使螺旋对澄清区液池的扰动加大,滤液质量相对差一些。降低差速度,会加大沉渣厚度,沉渣脱水时间增长,脱水后泥饼含水率降低,同时螺旋对澄清区物料的扰动小,滤液质量也相对好些,但会增大螺旋推料的负荷,应防止排渣量减小造成离心机内沉渣不能及时排出而引起的堵料现象,防止滤液大量带泥,这时就必须减小进料量或提高差速度。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差速度大小。一般认为泥饼在干燥区的脱水时间应控制在4~6S秒之间,时间再长效果也不会明显变化。
  
  (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。一般在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,也有部分国外厂商的产品可以实现液环层厚度的自动调节。液环层厚度增加,会使沉降面积增大,物料在机内停留时间也会相应增加,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,调低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最佳组合。
  
  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,因此污泥颗粒比重越大越易于分离。城市污水处理厂的初沉污泥较易脱水,剩余污泥较难脱水,而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,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工艺,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,则难以形成絮体,影响滤液质量;而絮凝剂浓度太大,活性基团则金由于相互屏蔽总量反而下降,且再分散作用也会破坏絮体稳定性,絮凝效果同样不好;絮凝剂用量太大,则不仅造成浪费,而且处理效果没有显著提高。市政污泥处理中,有机高分子絮凝剂药液的配置浓度一般为1‰~5‰,絮凝剂用量一般3~5kg/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进行,运行参数的调整应从脱水后泥饼最终处置方法所要求最佳泥饼含水率、固体回收率和经济性等因素综合考虑。

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