臥螺式污泥脫水機(jī)的工作原理及影響其運(yùn)行效果的因素分析

曹洪飛

摘要：在環(huán)保意識深入人心的今天，污泥處理技術(shù)日益為人們重視，本文主要以蕭山發(fā)電廠處理排泥水為例，介紹臥螺式污泥脫水機(jī)組的工作原理、技術(shù)性能，并對運(yùn)行數(shù)據(jù)和臥螺式污泥脫水機(jī)運(yùn)行中遇到的問題進(jìn)行分析，從而找出導(dǎo)致問題的因素及解決辦法。

關(guān)鍵詞：污泥脫水機(jī);轉(zhuǎn)鼓;螺旋;差速度;絮凝劑;沖洗水。

前提

蕭山發(fā)電廠在2014年以前未設(shè)置排泥水處理系統(tǒng)，排泥水在沒有進(jìn)行處理的情況下就排入二期雨水口直接排放，由于排泥水中懸浮物含量較高，沉降性較差，容易導(dǎo)致雨水口懸浮物超標(biāo)，造成環(huán)境污染。為了響應(yīng)浙江省政府提出的關(guān)于“五水共治”的大政方針，以及實(shí)現(xiàn)浙能集團(tuán)提出的“零排放”目標(biāo)，蕭山電廠結(jié)合本廠的實(shí)際情況，建造投運(yùn)一套40m3/h全廠排泥水處理系統(tǒng)。

Ⅰ、排泥水系統(tǒng)工藝流程

蕭山發(fā)電廠建造的排泥水處理系統(tǒng)采用“濃縮+脫水”工藝，對全廠的排泥水進(jìn)行處理，所有的排泥水經(jīng)過脫水，形成的泥餅外運(yùn)，濾液返回污泥收集池，工藝流程如下：

蕭山發(fā)電廠一期排澇系統(tǒng)儲(chǔ)水池，#3、#4、#5、#6、#7澄清池，#1、#2污水澄清池等各系統(tǒng)排泥水輸送到排泥水處理系統(tǒng)的污泥調(diào)節(jié)池，池底污泥由吸泥機(jī)排至污泥收集池，再通過污泥輸送泵加壓，經(jīng)投加絮凝劑（PAM）與其混合攪拌后，進(jìn)入重力污泥濃縮機(jī)，排泥水在重力污泥濃縮機(jī)內(nèi)進(jìn)行泥水分離。泥水分離后的上清液自流補(bǔ)充到#3機(jī)循環(huán)水中進(jìn)行再利用。為減小進(jìn)泥濃度波動(dòng)對后續(xù)離心脫水的影響，污泥濃縮機(jī)底部的污泥靠重力自流到污泥平衡池，污泥再通過污泥提升泵提升，并經(jīng)投加絮凝劑（PAM）后，在臥螺式污泥脫水機(jī)進(jìn)行脫水。這些污泥被脫去水份后形產(chǎn)生的泥餅進(jìn)行外運(yùn)集中處理。污泥在脫水后的濾液收集到污泥區(qū)集水坑，經(jīng)污泥區(qū)排水泵排水至污泥收集池。

Ⅱ、臥螺式污泥脫水機(jī)的工作原理

蕭山發(fā)電廠的排泥水處理系統(tǒng)配備2臺(tái)ANDRITZ（安德里茨）生產(chǎn)的D3 L型號的臥式螺旋污泥脫水機(jī)，它的最大處理污泥量為10m3/h，被處理污泥濃度為固體含量≈3%。污泥經(jīng)過污泥輸送泵加壓并加入絮凝劑（PAM）在污泥濃縮機(jī)濃縮后，排到污泥平衡池，經(jīng)過濃縮后的污泥通過污泥提升泵運(yùn)輸，加入絮凝劑（PAM），從進(jìn)料口進(jìn)入污泥脫水機(jī)內(nèi)高速旋轉(zhuǎn)的螺旋中空轉(zhuǎn)子，通過布料器進(jìn)入臥螺式污泥脫水機(jī)工作回體內(nèi)，污泥在污泥脫水機(jī)內(nèi)隨著轉(zhuǎn)鼓高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力的作用下形成液環(huán)層，這些污泥液環(huán)層在離心力的作用下加速固液的沉降分離，其中比重較大的固體顆粒由于離心力的作用下沉降在環(huán)液層的外圈，沿轉(zhuǎn)鼓內(nèi)壁形成泥環(huán)層，然后這些被沉降后脫水的泥塊通過螺旋與轉(zhuǎn)鼓的旋轉(zhuǎn)差速被刮泥螺旋推出脫水機(jī)體外，脫水后的濾液則通過堰池口溢流出脫水機(jī)體外。污泥利用了臥螺式污泥脫水機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)，污泥顆粒在臥螺式污泥脫水機(jī)內(nèi)的離心分離速度可達(dá)到污泥顆粒在沉淀池中沉速的1000倍以上，能在很短時(shí)間內(nèi)使污泥中很小的固體顆粒和液體分離，進(jìn)一步去除污泥中的空隙水和毛細(xì)水，使出口污泥固體含量≥20%～25%，減少了污泥體積，減輕污泥外運(yùn)壓力和處理污泥的費(fèi)用。如圖 1所示為ANDRITZ（安德里茨）D3 L臥式螺旋污泥脫水機(jī)基本結(jié)構(gòu)原理。

Ⅲ、影響臥螺式污泥脫水機(jī)脫水效果的因素

?、ANDRITZ（安德里茨）D3 L臥螺式污泥脫水機(jī)在運(yùn)行過程中，出現(xiàn)污泥脫水機(jī)濾水渾濁、排泥嘴堵塞、扭矩過大導(dǎo)致變頻器動(dòng)作等異?，F(xiàn)象。只有充分了解臥螺式污泥脫水機(jī)的運(yùn)行原理，熟知臥螺式污泥脫水機(jī)本身對脫水效果的影響可分為可調(diào)節(jié)機(jī)械因素和不可調(diào)節(jié)機(jī)械因素，才能夠在使用中對其進(jìn)行有效的掌控。

A、不可調(diào)節(jié)的機(jī)械因素

ANDRITZ（安德里茨）D3 L臥螺式污泥脫水機(jī)運(yùn)行時(shí)影響脫水效果的不可調(diào)節(jié)的機(jī)械因素有轉(zhuǎn)鼓直徑和有效長度、轉(zhuǎn)鼓半錐角、螺距和螺旋類型等，這些因素在ANDRITZ（安德里茨）D3 L臥螺式污泥脫水機(jī)的設(shè)計(jì)之初就已經(jīng)確定不可更改，它們作為臥螺式污泥脫水機(jī)的主要構(gòu)件，決定了ANDRITZ（安德里茨）D3 L臥螺式污泥脫水能夠適應(yīng)處理的污泥濃度和污泥類型，輸送泥渣的能力，和處理后的泥餅干度及濾液的清澈度。它們更影響ANDRITZ（安德里茨）D3 L臥螺式污泥脫水機(jī)的生產(chǎn)效率、生產(chǎn)能力和使用壽命。

B、可調(diào)節(jié)的機(jī)械因素

1、轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速

ANDRITZ（安德里茨）D3L臥螺式污泥脫水機(jī)轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)通常通過變頻電機(jī)來實(shí)現(xiàn)。轉(zhuǎn)速越大，離心力越大，有助于提高泥餅含固率。但過大的轉(zhuǎn)速會(huì)使污泥絮凝體被破壞，反而降低脫水效果。同時(shí)高轉(zhuǎn)速不但對離心機(jī)制作材料要求高，也會(huì)加速磨損，增大動(dòng)力消耗，污泥脫水機(jī)運(yùn)行時(shí)的振動(dòng)和噪音也會(huì)相應(yīng)增大。故ANDRITZ（安德里茨）D3L臥螺式污泥脫水機(jī)設(shè)定的最大轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速為4000rpm，轉(zhuǎn)鼓運(yùn)行時(shí)優(yōu)化轉(zhuǎn)速為3400～3500rpm，既保證離心機(jī)有較高的離心力來進(jìn)行污泥的泥水分離，也較好地控制了離心機(jī)的磨損、振動(dòng)及噪音。

2、差速度（差速比）

差速度是轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速和螺旋轉(zhuǎn)速間的比值，它直接影響ANDRITZ（安德里茨）D3L臥螺式污泥脫水機(jī)的排泥能力、泥餅干度和濾液質(zhì)量，是污泥脫水機(jī)運(yùn)行中非常重要并且需要根據(jù)運(yùn)行情況進(jìn)行調(diào)節(jié)的參數(shù)之一。

ANDRITZ（安德里茨）D3L臥螺式污泥脫水機(jī)在處理一定量且濃度相同的污泥水時(shí)，提高差速度，卸料扭矩相應(yīng)減小，有利于提高脫水后污泥排出能力，但是污泥固液分離時(shí)間會(huì)縮短，脫水后的污泥泥餅含水率大，同時(shí)差速度過大，螺旋與轉(zhuǎn)鼓的相對轉(zhuǎn)速變大，螺旋會(huì)擾動(dòng)脫水機(jī)內(nèi)澄清區(qū)液池，使濾液質(zhì)量變差（俗稱“返混”）。相反，降低差速度，卸料扭矩相應(yīng)提高，污泥固液分離時(shí)間會(huì)延長，污泥沉積厚度增大，污泥脫水后泥餅干燥度增加，同時(shí)較小的差速度使脫水機(jī)內(nèi)澄清區(qū)液池受螺旋的擾動(dòng)較小，濾液內(nèi)含固體顆粒也相對較少，但是會(huì)使螺旋排泥產(chǎn)生的扭矩加大，減慢離心機(jī)的排泥時(shí)間，差速度過于減小，容易造成脫水機(jī)排泥不及時(shí)引起的排泥圓錐和排泥嘴堵塞的現(xiàn)象。所以ANDRITZ（安德里茨）D3L臥螺式污泥脫水機(jī)在運(yùn)行過程中可以通過檢測螺旋的排泥扭矩來判斷污泥脫水后泥餅的干度，正常情況下在流量及污泥濃度變化在一定的范圍內(nèi)，泥餅干度與卸料扭矩成一定的函數(shù)關(guān)系（見圖3），卸料扭矩越大對應(yīng)的泥餅干度就越高，根據(jù)此變化規(guī)律，通過檢測扭矩的大小來調(diào)節(jié)刮泥螺旋轉(zhuǎn)子與轉(zhuǎn)鼓之間的差速，來控制泥餅排出的速度，并以此來調(diào)節(jié)泥餅的干度。

3、螺旋轉(zhuǎn)速

ANDRITZ（安德里茨）生產(chǎn)的D3 L型號的臥螺式污泥脫水機(jī)采用的是逆流式螺旋結(jié)構(gòu)（見圖1），脫水機(jī)的布料器在螺旋中部，也就是位于干燥區(qū)和沉降區(qū)之間的邊界附近，用來保證有足夠的污泥沉降距離，但分離后的污泥離排出脫水機(jī)的時(shí)間較短，因此要求有較高的離心力;進(jìn)入污泥脫水機(jī)布料器的污泥由這里進(jìn)入轉(zhuǎn)鼓內(nèi)會(huì)引起這個(gè)部位己經(jīng)沉降的污泥顆粒因擾動(dòng)再度浮起.還會(huì)產(chǎn)生湍流和附加渦流，使分離效果降低。因此為提高污泥分離效果，適應(yīng)日益提高的污泥脫水要求，ANDRITZ（安德里茨）針對逆流式螺旋結(jié)構(gòu)離心機(jī)的缺點(diǎn)，在離心機(jī)濾液排出口安裝可調(diào)節(jié)離心機(jī)液池高度的擋板，可使離心機(jī)處于深液池狀態(tài)，以增加對泥餅的壓渣力，并且設(shè)計(jì)出獨(dú)特結(jié)構(gòu)的中空螺旋葉片（見圖2），將離心機(jī)螺旋推料葉片的傾角、螺距、間距等參數(shù)優(yōu)化成最佳狀態(tài)，并且只輸送泥環(huán)層外側(cè)的沉降污泥，而泥環(huán)層上部含水率高的污泥保留在原來位置繼續(xù)進(jìn)行泥水分離，延長污泥固液分離時(shí)間，實(shí)現(xiàn)污泥壓榨脫水，降低泥餅含水量和降低絮凝劑（PAM）的消耗量。

根據(jù)（圖3）來分析，ANDRITZ（安德里茨）D3L臥螺式污泥脫水機(jī)在處理污泥水時(shí)，處理能力和處理效果存在矛盾，要提高處理能力，就要提高差速比，但可能會(huì)降低污泥脫水后泥餅干度;要提高污泥水脫水后泥餅干度，就要降低差速比，從而降低污泥脫水機(jī)處理污泥水的能力。在實(shí)際運(yùn)行情況中，轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速一般是固定的，要調(diào)節(jié)差速度，就會(huì)調(diào)節(jié)螺旋轉(zhuǎn)速來達(dá)到要求。在實(shí)際情況下，根據(jù)污泥濃度不同，ANDRITZ（安德里茨）D3L臥螺式污泥脫水機(jī)的螺旋電機(jī)最佳轉(zhuǎn)速在：2650～3000 rpm之間，差速值：>0、正常在2.0～4.5之間，扭矩控制在：10～30%之間，ANDRITZ（安德里茨）D3L臥螺式污泥脫水機(jī)運(yùn)行時(shí)對污泥處理能力和處理效果均較為理想。但脫水機(jī)運(yùn)行時(shí)如果螺旋電機(jī)轉(zhuǎn)速高于3100 rpm，同時(shí)扭矩高于40%，或差速值<1，必須引起注意，這時(shí)的脫水機(jī)內(nèi)部可能堵，應(yīng)及時(shí)停運(yùn)，進(jìn)行手動(dòng)沖洗，直至異?，F(xiàn)象消失、設(shè)備運(yùn)行參數(shù)恢復(fù)正常為止。因此，要實(shí)現(xiàn)脫水機(jī)最理想的運(yùn)行處理能力和最優(yōu)處理效果，必須憑借全面的理論知識和實(shí)際運(yùn)行積累經(jīng)驗(yàn)，針對污泥性質(zhì)找到脫水機(jī)的最佳運(yùn)行工況參數(shù)，并及時(shí)依照各參數(shù)變化進(jìn)行具體調(diào)整。

4、液環(huán)層厚度

液環(huán)層厚度決定著ANDRITZ（安德里茨）D3L臥螺式污泥脫水機(jī)轉(zhuǎn)鼓內(nèi)的有效容積和干燥區(qū)長度，是ANDRITZ（安德里茨）D3L臥螺式污泥脫水機(jī)用來優(yōu)化運(yùn)行效果的一個(gè)重要參數(shù)，它直接影響臥螺式污泥脫水機(jī)的處理效果。調(diào)節(jié)ANDRITZ（安德里茨）D3L臥螺式污泥脫水機(jī)的液環(huán)層厚度需在污泥脫水機(jī)停機(jī)狀態(tài)下通過手動(dòng)調(diào)節(jié)堰池液位擋板的高低，調(diào)整時(shí)各個(gè)液位擋板的高低位置必須確保一致，否則會(huì)導(dǎo)致污泥脫水機(jī)運(yùn)行時(shí)劇烈振動(dòng)。

液環(huán)層厚度增加，會(huì)使污泥脫水機(jī)轉(zhuǎn)鼓內(nèi)污泥沉降面積增大，污泥在臥螺式污泥脫水機(jī)內(nèi)停留的時(shí)間也會(huì)相應(yīng)增加，污泥脫水機(jī)運(yùn)行時(shí)濾液質(zhì)量提高，但同時(shí)污泥脫水機(jī)內(nèi)的干燥區(qū)長度縮短，導(dǎo)致脫水后的泥餅干度降低。相反，液環(huán)層厚度降低可使脫水后污泥含固率提高，但運(yùn)行時(shí)的濾液質(zhì)量可能會(huì)降低，濾液內(nèi)含固體顆粒增加。因此，臥螺式污泥脫水機(jī)使用現(xiàn)場條件，合理調(diào)節(jié)液位擋板的高度與濾液質(zhì)量、泥餅干度達(dá)到最佳組合極為重要。

ANDRITZ（安德里茨）D3 L臥螺式污泥脫水機(jī)在運(yùn)行過程中除了污泥脫水機(jī)本身影響脫水效果的可調(diào)節(jié)機(jī)械因素和不可調(diào)節(jié)機(jī)械因素，運(yùn)行的工藝也對臥螺式污泥脫水機(jī)的脫水效果有著很大影響。

由于ANDRITZ（安德里茨）D3 L臥螺式污泥脫水機(jī)是利用固液兩相的密度差來實(shí)現(xiàn)固液分離，因此污泥水中的污泥顆粒比重越大就越容易分離。在蕭山發(fā)電廠的污泥水收集系統(tǒng)中，雨水沖刷地面和綠化養(yǎng)護(hù)后產(chǎn)生的污泥水較易脫水，污泥澄清池排出的高有機(jī)物含量的底部排泥水等污泥水較難脫水，而混合污泥水的脫水性能介于兩者之間，不同的性質(zhì)污泥水在污泥脫水過程中有不同的表現(xiàn)，采用不同的處理工藝得到的污泥也會(huì)有較大的差異。

為了使ANDRITZ（安德里茨）D3 L臥螺式污泥脫水機(jī)有良好的污泥脫水效果，污泥水在進(jìn)入臥螺式污泥脫水機(jī)轉(zhuǎn)鼓內(nèi)進(jìn)行離心分離前需要均勻的加入適量的、能適應(yīng)污泥特性的陽離子聚丙烯酰胺（PAM），加快污泥的聚凝沉降，使污泥水中的污泥和濾液加速分離和排出脫水機(jī)外?？墒窃趯?shí)際的運(yùn)行中，PAM在污泥水中的加入量達(dá)到一定程度之后，不會(huì)繼續(xù)提高污泥脫水后的泥餅含固率，只對濾水質(zhì)量產(chǎn)生較大影響，因此，D3 L臥螺式污泥脫水機(jī)運(yùn)行時(shí)，在滿足泥餅干度和濾水質(zhì)量的要求下，繼續(xù)增加PAM的加入量是完全沒有必要的，反而會(huì)提高PAM的藥耗，經(jīng)濟(jì)上得不償失。

一般情況下，適應(yīng)ANDRITZ（安德里茨）D3 L臥螺式污泥脫水機(jī)運(yùn)行的污泥濃度最好是在2%～4%之間，污泥濃度過低或過高均會(huì)消耗更多的PAM，污泥脫水機(jī)在處理正常污泥濃度的污泥水時(shí)，PAM的用量和污泥的固含量是成正比的，所以，在處理一定量污泥的情況下，PAM的加入量要根據(jù)污泥濃度進(jìn)行調(diào)整，否則會(huì)出現(xiàn)污泥脫水率異常、濾液渾濁或PAM藥耗增加等情況出現(xiàn)。蕭山發(fā)電廠根據(jù)ANDRITZ（安德里茨）D3 L臥螺式污泥脫水機(jī)實(shí)際運(yùn)行得出，在處理雨水沖刷地面和綠化養(yǎng)護(hù)后產(chǎn)生的較易脫水的污泥水時(shí)，在PAM藥液配置濃度為2‰ ～5‰的情況下，PAM用量為3～5kg/TDS（噸·絕干物料）;在處理污泥澄清池排出的高有機(jī)物含量的底部排泥水等較難脫水的污泥水時(shí)，PAM用量為10kg/TDS（噸·絕干物料）左右。

還有ANDRITZ（安德里茨）D3 L臥螺式污泥脫水機(jī)在啟動(dòng)前及停運(yùn)時(shí)，要用沖洗水量為10-15 m3/h、壓力為0.3～0.4MPa的無顆粒雜質(zhì)沖洗水對污泥脫水機(jī)內(nèi)部進(jìn)行沖洗，沖洗時(shí)間15分鐘以上，避免轉(zhuǎn)鼓內(nèi)壁、排泥嘴和管路等部位附著污泥時(shí)間過長而堵塞。在此過程中，應(yīng)防止沖洗水壓力低或中斷，影響脫水機(jī)高、低速?zèng)_洗效果，導(dǎo)致D3 L臥螺式污泥脫水機(jī)轉(zhuǎn)鼓內(nèi)壁有污泥粘附引起運(yùn)行時(shí)振動(dòng)加大，排泥部位堵塞引起設(shè)備運(yùn)行扭矩過大等因素造成離心機(jī)變頻器跳閘、設(shè)備零件磨損加劇等現(xiàn)象。

影響ANDRITZ（安德里茨）D3 L臥螺式污泥脫水機(jī)脫水效果的因素有很多，并且每個(gè)因素之間相互影響脫水機(jī)的脫水效果，所以說ANDRITZ（安德里茨）D3 L臥螺式污泥脫水機(jī)的良好脫水效果是很多因素綜合作用的結(jié)果，在運(yùn)行中要根據(jù)污泥脫水后泥餅最佳干度、污泥回收率和經(jīng)濟(jì)性等實(shí)際情況，進(jìn)行各參數(shù)調(diào)整，使ANDRITZ（安德里茨）D3 L臥螺式污泥脫水機(jī)運(yùn)行達(dá)到最佳方式。

參考文獻(xiàn)：

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