應對來水沖擊——離心機參數優化探討

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、聚烯烴等化工生產裝置所排工業污水以及部分企業（三毛實業股份有限公司、棉紡織有限責任公司、藍星清洗股份有限公司等）所排工業及城市生活污水，該裝置主要由生化系統（水處理系統）和污泥脫水系統組成，而離心機是整個污泥脫水系統組成的核心，負責處理調節池來水沉淀物、來水浮渣及系統剩余污泥的離心脫水任務，它的運行情況將直接影響到工藝指標的完成。

兩臺設備2005年以來開一備一，截止2008年年底，一直運行平穩，2009年1月份，上游單位丁苯開車成功，污泥中突然含有大量橡膠顆粒，離心機故障不斷，多次被迫停機檢修，檢修頻次急劇增加，幾乎處于裝置崩潰狀態。由于離心脫水任務的不可推卸性，必須及時找到有效、快捷的處理方法。

1 從理論基礎分析出發，找到解決辦法

圖1

固相粒子在轉鼓內沉降過程處于層流區，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為轉鼓角速度；u為液相粘度。轉鼓內固體顆粒運動狀態

固相粒子從液面R0沉降到轉鼓R處所需時間t1為：

t1= ∫dt=18u/d2⊿ pω

固相粒子在轉鼓內停留時間t2為：

t2=L/vz=Lπ(R2-R20)/Q

Q為懸浮液流量

按照分離條件t1＜ t2,得出計算公式：

Q=d2⊿ prω2/18u·Lπ(R2-R20)/ln(R/R0)

在實際離心機沉降過程中，固相粒子間相互影響，液體流動影響及卸料方式等因素都使生產能力有所降低，實際能力為：

QC=η Q

對于螺旋沉降離心機

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為粒子當量直徑；

L為沉降區長度。

由分析可知，沉降離心機的生產能力取決于物料性質和離心機的技術參數。

2 物料性質分析

根據第一節得出的理論結論，從化工污水物料性質上查找原因：

污泥經調節池后和浮渣及系統剩余污泥一起進入濃縮池，在含水率≦98%后以乳濁液形式進入離心機。乳濁液由于兩相濃度的變化可能導致兩相的相互轉化，即分散相轉化為連續相，連續相又變成分散相，它的物理性質，例如液珠大小、分布、濃度、粘度、布朗運動及電現象等，都影響到分離效果。為了提高分離效果和達到上清液質量指標，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 經水解后的絮凝劑鏈狀圖

由于絮凝劑（PAM）存在以下作用現象：

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

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分子上的極性基團顆粒的各種吸附；

4）增強作用：PAM分子鏈與分散相通過種種機械、物理、化學等作用，將分散相牽連在一起，形成網狀，從而起增強作用。

大量丁苯膠乳進入離心機脫水后在陰離子絮凝劑作用，生成彈性極強的薄膜膠塊，像“紗布”一樣纏繞在離心機螺旋通道內，數日后堵塞出泥口，從而造成離心機故障停機，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）加強外線巡檢，實時了解外線水樣，對上游單位進行檢測，出現大量膠乳顆粒時，及時調度處理，進入備用濃縮池人工處理；

2）濃縮池進行均勻進泥，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，根據實際情況配比化工污泥與剩余污泥。這樣混合系統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取樣點水質情況，對于管道內污泥情況存在很大的局限性，這就要求我們從離心機本身出發，找到進一步的解決辦法。

3 離心機參數優化探討

從離心機參數優化入手，找到合適的參數，能夠使離心機真正實現長滿優運行。

要優化離心機參數，首先了解離心機控制柜各個自動聯鎖條件上圖分別為離心機控制柜和加藥系統聯鎖停車條件。只要在條件允許范圍內，調整離心機參數，多次試驗，就能找到離心機穩定運行條件參數。

3.1 需要調整的參數

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

1）轉鼓角速度ω；

2）固、液相密度差⊿p；

3）固相粒子從液面R0沉降到轉鼓R處所需時間t1；

4）固相粒子在轉鼓內停留時間t2；

3.1.1 轉鼓角速度ω

在不計機械效率損失的情況下應該和主電機轉速一致。在滿足工藝含水率出泥指標（≦80%）的情況下，改變轉鼓轉速，降低的其負荷（控制柜對應扭矩值），以下是在差速為7.6r/min經過多次試驗得出平均值：

轉速r/m i n 出泥含水率% 扭矩% 上清液質量（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，轉鼓轉速控制在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節，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量。但是絮凝劑過量不僅造成浪費，而且提高了膠乳反應凝結的幾率，扭矩值也進一步增加，在經過多次實驗后，絮凝劑控制在400L/h～800L/h為宜。

3.1.3 固相粒子從液面R0沉降到轉鼓R處所需時間t1

提高轉速，可以輕微減少t1時間值，其主要由轉鼓直徑決定，是不可改變因素。

3.1.4 固相粒子在轉鼓內停留時間t2

t2是在轉鼓轉速一定情況下最容易獲得效果的參數，由于離心機長度一定，那么t2由出泥速度決定，也就是離心機轉鼓螺旋相對差速，相對差速越大，出泥越快，含水率相應增加，反之則出泥慢，含水率低。

以下是在轉鼓轉速為2 850r/min實驗得出平均值：

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。

最后在實驗得出的可控參數值：

轉速為 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。

4 結論

2006年以來，檢修頻次和檢修費用依次增高，其中2006年花費0.3萬元，2007年5.5萬元，2008年4萬元，2009年達到了26.8萬元，經過對物料性質的研究和參數優化實驗，2009年12月至 2010年8月僅計劃檢修（清理污泥）依次，實現了無故障、無非計劃停車的裝置長、滿、優運行為化工污水處理連續穩定做出了應有的貢獻。以下是2005年至2010年檢修頻次及其費用對比圖：

[1]高慎琴，潘永密.化工機器[M].北京：化學工業出版社，1992.