離心脫水機在再生水廠污泥預處理改造中的應用

張 杰

（北京城市排水集團有限責任公司，北京 100044）

0 引言

離心脫水機是污水處理行業(yè)污泥預脫水工序中的重點設備，用于處理初沉和剩余混合泥，保證其出泥含水率在83%左右、固體回收率在85%以上?，F(xiàn)場實際運行中出泥含水率較高，導致后端輸送系統(tǒng)壓力大，出現(xiàn)跑泥現(xiàn)象；固體回收率較低，導致離心機利用率降低，增加能耗，產(chǎn)生污泥外循環(huán)，不利于預脫水以及前端污水處理區(qū)域壓力增大等一系列問題。同時當殘留的絮體沉渣以泡沫形式排出時會對轉(zhuǎn)鼓表面造成磨損，影響離心機本體使用壽命。因此，保證離心機高效、穩(wěn)定運行至關重要。

1 問題現(xiàn)狀

現(xiàn)場生產(chǎn)使用Centrisys CS26-4 型臥螺式離心機，對混合污泥進行固液分離，其脫水階段泥質(zhì)的各項數(shù)據(jù)見表1。從表中數(shù)據(jù)看，污泥在離心機進料階段，污泥含水率穩(wěn)定在97%左右，出料階段含水率浮動較大，在80%87%，出泥含水率勉強可以滿足生產(chǎn)工藝要求。但污泥固體回收率最低約25%、最高約51%，距離合格的回收率相差甚遠。

從現(xiàn)場濾液排出口觀察，離心機分離后排出的濾液中含有較多泡沫，泡沫表面攜帶大量破碎絮體浮渣（圖1）。由于泡沫浮在濾液表面，離心機無法將附著在泡沫中的污泥進行沉淀處理，導致這部分污泥隨著濾液被排出到廠前區(qū)，進入外循環(huán)增加前端污水處理單元運行壓力。當這部分污泥再次進入預脫水工序時脫水難度增大，增加絮凝劑投配率、降低離心機利用率，造成成本、能耗升高。同時表面攜帶大量破碎絮體浮渣的泡沫也會對轉(zhuǎn)鼓造成較大磨損（圖2），產(chǎn)生高額維修費用。

表1 離心機脫水階段泥質(zhì)數(shù)據(jù)

圖1 離心機濾液狀態(tài)

圖2 轉(zhuǎn)鼓磨損

2 原因分析

Centrisys CS26-4 型臥螺式離心機工作原理為預脫水污泥從固相端進料口處（電機端）通過進泥管進入中空螺旋布料腔體內(nèi)部，通過螺旋出料口后進入高速旋轉(zhuǎn)中的轉(zhuǎn)鼓。在離心力作用下污泥懸浮液會在轉(zhuǎn)鼓內(nèi)壁上形成環(huán)形液流—液環(huán)層，固體顆粒會快速沉降到轉(zhuǎn)鼓內(nèi)壁上形成固環(huán)層，并且通過轉(zhuǎn)鼓和螺旋之間的速度之差將固體沉渣推送至干燥區(qū)。在螺旋輸送器推力和沉渣離心分力的雙向擠壓下使其得到進一步擠壓脫水后通過排泥口排出，分離后的濾液則在重力作用下通過濾液口排出。

在運行過程中，由于轉(zhuǎn)鼓的轉(zhuǎn)速相對于螺旋的轉(zhuǎn)速要快，而且轉(zhuǎn)鼓內(nèi)徑比螺旋內(nèi)徑大。通過公式=2n/60 和v=r=2nr/60，得出轉(zhuǎn)鼓內(nèi)壁處的線速度要比螺旋處的線速度大得多。在污泥懸浮液從線速度小的螺旋出料口至線速度大的轉(zhuǎn)鼓內(nèi)壁行進過程中產(chǎn)生激烈碰撞，撞擊中的污泥懸浮液遇到空氣產(chǎn)生大量泡沫。同時離心機進泥初期，在絮凝劑作用下，污泥懸浮液中的高分子有機物含有一些表面活性物質(zhì)，更容易產(chǎn)生表面泡沫。由于污泥懸浮液的泡沫比重相較濾液低得多，因此易于漂浮在濾液表面而難以沉降在轉(zhuǎn)鼓內(nèi)壁上，并且與氣泡、絮體顆?；旌隙傻呐菽哂蟹€(wěn)定、持續(xù)、較難控制的特點，因此會隨著沉降后的濾液從濾液口溢流而出，導致污泥二次循環(huán)。

同時，由于現(xiàn)場離心機本體裝有24 h 除臭系統(tǒng)，除臭的排風管位置位于離心機外罩殼頂部，當泡沫隨濾液排出時由于泡沫比重較輕，在排風風力作用下，大量泡沫會向上形成包裹在轉(zhuǎn)鼓外壁上的泡沫層。轉(zhuǎn)鼓在運行時的最大轉(zhuǎn)速可以達到2900 r/min，因此在高速旋轉(zhuǎn)過程中與泡沫中的絮體浮渣產(chǎn)生的摩擦會加劇轉(zhuǎn)鼓自身磨損程度。

3 確定目標

根據(jù)離心脫水機運行原理，從濾液排出口找尋問題根源，泡沫的形成和排出造成的危害較大，因此需要達到的目的是減少濾液中泡沫的排出量并進行二次處理，保證泡沫中的該部分浮渣完成沉降，作為干固排出。

4 改進措施及效果

為防止污泥懸浮液中產(chǎn)生的泡沫隨濾液排出，導致固體回收率的降低，在螺旋輸送器的尾端即離心機液相端焊接1 個環(huán)形消泡板，該消泡板的外緣可插入液環(huán)層2030 mm，從而在濾液溢流過程中大部分的表面泡沫可以被攔截在轉(zhuǎn)鼓內(nèi)部。隨著泡沫量不斷增多，在螺旋輸送器作用下被推送至錐段干燥區(qū)，泡沫在該階段受到進一步擠壓后破裂，其表面絮體浮渣在完成分離沉降后通過出渣口排出離心機。

本次改進，解決了離心機分離后產(chǎn)生的濾液泡沫量大的問題（圖3），改進后的離心機運行固體回收率平均水平基本穩(wěn)定在85%左右（表2），極大提升了污泥固體回收率，保障了再生水廠整體的穩(wěn)定運行。

轉(zhuǎn)鼓是離心機設備的重要組成部分，加工技術(shù)要求較高，造價昂貴，并且其整體的動平衡性能是保證離心機正常運行的關鍵因素。

濾液中的絮體浮渣泡沫通過上述措施得到一定消除，但仍會有少量泡沫隨著濾液排出。為進一步緩解離心機轉(zhuǎn)鼓的磨損，改造現(xiàn)有除臭系統(tǒng)中的排風管。針對泡沫比重較濾液輕這一特點，將向上排風改為向下排風，密封原有排風口用盲板，確保無臭氣溢出。在現(xiàn)有離心機平臺下的豎直濾液管線上開孔，用玻璃鋼管道進行糊口連接至除臭總管，排風管安裝角度為120，以防止異物進入。在少量隨濾液排出的泡沫失去頂部排風管的吸力后會在重力作用下第一時間到達濾液管，縮短了泡沫在轉(zhuǎn)鼓上的停留時間，達到減少轉(zhuǎn)鼓磨損的目的。

圖3 改進效果1

圖4 改進效果2

表2 改進后離心機運行固體回收率

同時在濾液管線的另一側(cè)向上開孔焊接碳鋼管道并打盲板密封作為檢查孔，為方便后期檢查該碳鋼管安裝高度略低于除臭管線，角度為50。改進后的離心機在后續(xù)9 個月的運行中轉(zhuǎn)鼓的磨損程度沒有出現(xiàn)進一步惡化（圖4），保證了離心脫水機的利用率和完好率，為公司節(jié)約了維修成本。