應(yīng)對(duì)來(lái)水沖擊——離心機(jī)參數(shù)優(yōu)化探討

陳利兵

蘭州石化污水處理廠，甘肅蘭州 730060

0 引言

化工污水處理主要承擔(dān)著石油化工廠、合成橡膠廠、化肥廠苯胺、烯烴、聚烯烴等化工生產(chǎn)裝置所排工業(yè)污水以及部分企業(yè)（三毛實(shí)業(yè)股份有限公司、棉紡織有限責(zé)任公司、藍(lán)星清洗股份有限公司等）所排工業(yè)及城市生活污水，該裝置主要由生化系統(tǒng)（水處理系統(tǒng)）和污泥脫水系統(tǒng)組成，而離心機(jī)是整個(gè)污泥脫水系統(tǒng)組成的核心，負(fù)責(zé)處理調(diào)節(jié)池來(lái)水沉淀物、來(lái)水浮渣及系統(tǒng)剩余污泥的離心脫水任務(wù)，它的運(yùn)行情況將直接影響到工藝指標(biāo)的完成。

兩臺(tái)設(shè)備2005年以來(lái)開(kāi)一備一，截止2008年年底，一直運(yùn)行平穩(wěn)，2009年1月份，上游單位丁苯開(kāi)車(chē)成功，污泥中突然含有大量橡膠顆粒，離心機(jī)故障不斷，多次被迫停機(jī)檢修，檢修頻次急劇增加，幾乎處于裝置崩潰狀態(tài)。由于離心脫水任務(wù)的不可推卸性，必須及時(shí)找到有效、快捷的處理方法。

1 從理論基礎(chǔ)分析出發(fā)，找到解決辦法

圖1

固相粒子在轉(zhuǎn)鼓內(nèi)沉降過(guò)程處于層流區(qū)，符合斯托克斯定律，得出沉降速度：

Vr=dr/dt=d2⊿ prω2/18u

r為粒子所處位置半徑；d為粒子直徑；⊿p為固、液相密度差；ω為轉(zhuǎn)鼓角速度；u為液相粘度。轉(zhuǎn)鼓內(nèi)固體顆粒運(yùn)動(dòng)狀態(tài)

固相粒子從液面R0沉降到轉(zhuǎn)鼓R處所需時(shí)間t1為：

t1= ∫dt=18u/d2⊿ pω

固相粒子在轉(zhuǎn)鼓內(nèi)停留時(shí)間t2為：

t2=L/vz=Lπ(R2-R20)/Q

Q為懸浮液流量

按照分離條件t1＜ t2,得出計(jì)算公式：

Q=d2⊿ prω2/18u·Lπ(R2-R20)/ln(R/R0)

在實(shí)際離心機(jī)沉降過(guò)程中，固相粒子間相互影響，液體流動(dòng)影響及卸料方式等因素都使生產(chǎn)能力有所降低，實(shí)際能力為：

QC=η Q

對(duì)于螺旋沉降離心機(jī)

η= 16.64（⊿ p/pL）0.3359(de/L)0.3674

式中：⊿p為固、液相密度差；

pL為液相密度；

de為粒子當(dāng)量直徑；

L為沉降區(qū)長(zhǎng)度。

由分析可知，沉降離心機(jī)的生產(chǎn)能力取決于物料性質(zhì)和離心機(jī)的技術(shù)參數(shù)。

2 物料性質(zhì)分析

根據(jù)第一節(jié)得出的理論結(jié)論，從化工污水物料性質(zhì)上查找原因：

污泥經(jīng)調(diào)節(jié)池后和浮渣及系統(tǒng)剩余污泥一起進(jìn)入濃縮池，在含水率≦98%后以乳濁液形式進(jìn)入離心機(jī)。乳濁液由于兩相濃度的變化可能導(dǎo)致兩相的相互轉(zhuǎn)化，即分散相轉(zhuǎn)化為連續(xù)相，連續(xù)相又變成分散相，它的物理性質(zhì)，例如液珠大小、分布、濃度、粘度、布朗運(yùn)動(dòng)及電現(xiàn)象等，都影響到分離效果。為了提高分離效果和達(dá)到上清液質(zhì)量指標(biāo)，必須加入濃度為5%的陰離子聚丙烯酰胺作為絮凝劑。主要物理成分有滑石塊、膠乳、以及絮凝劑等其他高分子化合物。

圖2 膠乳

圖3 滑石塊

圖4 經(jīng)水解后的絮凝劑鏈狀圖

由于絮凝劑（PAM）存在以下作用現(xiàn)象：

1）絮凝作用：PAM用于絮凝時(shí)，與被絮凝物種類(lèi)表面性質(zhì)，特別是動(dòng)電位，粘度、濁度及懸浮液的PH值有關(guān)，顆粒表面的動(dòng)電位，是顆粒阻聚的原因加入表面電荷相反的PAM，能速動(dòng)電位降低而凝聚；

2）吸附架橋：PAM分子鏈固定在不同的顆粒表面上，各顆粒之間形成聚合物的橋，使顆粒形成聚集體而沉降；

3）表面吸附：PAM分子上的極性基團(tuán)顆粒的各種吸附；

4）增強(qiáng)作用：PAM分子鏈與分散相通過(guò)種種機(jī)械、物理、化學(xué)等作用，將分散相牽連在一起，形成網(wǎng)狀，從而起增強(qiáng)作用。

大量丁苯膠乳進(jìn)入離心機(jī)脫水后在陰離子絮凝劑作用，生成彈性極強(qiáng)的薄膜膠塊，像“紗布”一樣纏繞在離心機(jī)螺旋通道內(nèi)，數(shù)日后堵塞出泥口，從而造成離心機(jī)故障停機(jī)，由于化工污泥處理的不可推卸性和絮凝劑的必要性，初步找到原因及其解決方法：

1）加強(qiáng)外線巡檢，實(shí)時(shí)了解外線水樣，對(duì)上游單位進(jìn)行檢測(cè)，出現(xiàn)大量膠乳顆粒時(shí)，及時(shí)調(diào)度處理，進(jìn)入備用濃縮池人工處理；

2）濃縮池進(jìn)行均勻進(jìn)泥，均勻排泥，避免橡膠顆粒大量沉淀于一間濃縮池，濃縮池排泥時(shí)，根據(jù)實(shí)際情況配比化工污泥與剩余污泥。這樣混合系統(tǒng)剩余活性污泥處理的目的是，減少污泥中膠乳的比例。但是由于巡檢只能觀測(cè)取樣點(diǎn)水質(zhì)情況，對(duì)于管道內(nèi)污泥情況存在很大的局限性，這就要求我們從離心機(jī)本身出發(fā)，找到進(jìn)一步的解決辦法。

3 離心機(jī)參數(shù)優(yōu)化探討

從離心機(jī)參數(shù)優(yōu)化入手，找到合適的參數(shù)，能夠使離心機(jī)真正實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)滿優(yōu)運(yùn)行。

要優(yōu)化離心機(jī)參數(shù)，首先了解離心機(jī)控制柜各個(gè)自動(dòng)聯(lián)鎖條件上圖分別為離心機(jī)控制柜和加藥系統(tǒng)聯(lián)鎖停車(chē)條件。只要在條件允許范圍內(nèi)，調(diào)整離心機(jī)參數(shù)，多次試驗(yàn)，就能找到離心機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行條件參數(shù)。

3.1 需要調(diào)整的參數(shù)

由于工藝進(jìn)泥量處理要求控制在8m3/h～10m3/h，根據(jù)第一章理論公式得知，離心機(jī)處理能力主要取決于：

1）轉(zhuǎn)鼓角速度ω；

2）固、液相密度差⊿p；

3）固相粒子從液面R0沉降到轉(zhuǎn)鼓R處所需時(shí)間t1；

4）固相粒子在轉(zhuǎn)鼓內(nèi)停留時(shí)間t2；

3.1.1 轉(zhuǎn)鼓角速度ω

在不計(jì)機(jī)械效率損失的情況下應(yīng)該和主電機(jī)轉(zhuǎn)速一致。在滿足工藝含水率出泥指標(biāo)（≦80%）的情況下，改變轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速，降低的其負(fù)荷（控制柜對(duì)應(yīng)扭矩值），以下是在差速為7.6r/min經(jīng)過(guò)多次試驗(yàn)得出平均值：

轉(zhuǎn)速r/m i n 出泥含水率% 扭矩% 上清液質(zhì)量（含泥濃度）g/l 3 1 0 0 7 1 2 5 0.3 9 1 3 0 0 0 7 0 2 5 0.4 0 2 2 9 0 0 7 3 2 3 0.5 2 9 2 8 5 0 7 4 2 1 0.5 5 1 2 8 0 0 7 6 1 9 0.5 3 9 2 7 0 0 8 2 1 8 0.6 7 8 2 6 0 0 8 4 2 0 0.8 1 2

由表格可知，轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速控制在2 800r/min～2 900r/min之間最佳（由于上清液返回濃縮池得到再次處理，僅作參考值）

3.1.2 固、液相密度差⊿p

固、液相密度差本身不可調(diào)節(jié)，但是在加入絮凝劑情況下，提高了固相粘度和分離因素，使得出泥含水率大大減低，并且一些接近水密度不可分離的固相在絮凝后，由小顆粒變成大顆粒，間接提高了上清液質(zhì)量。但是絮凝劑過(guò)量不僅造成浪費(fèi)，而且提高了膠乳反應(yīng)凝結(jié)的幾率，扭矩值也進(jìn)一步增加，在經(jīng)過(guò)多次實(shí)驗(yàn)后，絮凝劑控制在400L/h～800L/h為宜。

3.1.3 固相粒子從液面R0沉降到轉(zhuǎn)鼓R處所需時(shí)間t1

提高轉(zhuǎn)速，可以輕微減少t1時(shí)間值，其主要由轉(zhuǎn)鼓直徑?jīng)Q定，是不可改變因素。

3.1.4 固相粒子在轉(zhuǎn)鼓內(nèi)停留時(shí)間t2

t2是在轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速一定情況下最容易獲得效果的參數(shù)，由于離心機(jī)長(zhǎng)度一定，那么t2由出泥速度決定，也就是離心機(jī)轉(zhuǎn)鼓螺旋相對(duì)差速，相對(duì)差速越大，出泥越快，含水率相應(yīng)增加，反之則出泥慢，含水率低。

以下是在轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速為2 850r/min實(shí)驗(yàn)得出平均值：

差速r/m i n 出泥含水率% 扭矩%1 5 8 5 1 7 1 3 8 1 1 7 1 1 7 8 1 8 9 7 6 2 0 7 7 3 2 2 6 7 3 2 8 5 7 0 3 3

分析可知，差速控制在7r/min～11r/min，效果最好。

最后在實(shí)驗(yàn)得出的可控參數(shù)值：

轉(zhuǎn)速為 2 800r/min～2 900r/min 差速為 6r/min～11r/min 絮凝劑量在400L/h～800L/h為最佳參數(shù)。

4 結(jié)論

2006年以來(lái)，檢修頻次和檢修費(fèi)用依次增高，其中2006年花費(fèi)0.3萬(wàn)元，2007年5.5萬(wàn)元，2008年4萬(wàn)元，2009年達(dá)到了26.8萬(wàn)元，經(jīng)過(guò)對(duì)物料性質(zhì)的研究和參數(shù)優(yōu)化實(shí)驗(yàn)，2009年12月至 2010年8月僅計(jì)劃?rùn)z修（清理污泥）依次，實(shí)現(xiàn)了無(wú)故障、無(wú)非計(jì)劃停車(chē)的裝置長(zhǎng)、滿、優(yōu)運(yùn)行為化工污水處理連續(xù)穩(wěn)定做出了應(yīng)有的貢獻(xiàn)。以下是2005年至2010年檢修頻次及其費(fèi)用對(duì)比圖：

[1]高慎琴，潘永密.化工機(jī)器[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，1992.