臥螺式污泥脫水機的工作原理及影響其運行效果的因素分析

曹洪飛

摘要：在環保意識深入人心的今天，污泥處理技術日益為人們重視，本文主要以蕭山發電廠處理排泥水為例，介紹臥螺式污泥脫水機組的工作原理、技術性能，并對運行數據和臥螺式污泥脫水機運行中遇到的問題進行分析，從而找出導致問題的因素及解決辦法。

關鍵詞：污泥脫水機;轉鼓;螺旋;差速度;絮凝劑;沖洗水。

前提

蕭山發電廠在2014年以前未設置排泥水處理系統，排泥水在沒有進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，容易導致雨水口懸浮物超標，造成環境污染。為了響應浙江省政府提出的關于“五水共治”的大政方針，以及實現浙能集團提出的“零排放”目標，蕭山電廠結合本廠的實際情況，建造投運一套40m3/h全廠排泥水處理系統。

Ⅰ、排泥水系統工藝流程

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

蕭山發電廠一期排澇系統儲水池，#3、#4、#5、#6、#7澄清池，#1、#2污水澄清池等各系統排泥水輸送到排泥水處理系統的污泥調節池，池底污泥由吸泥機排至污泥收集池，再通過污泥輸送泵加壓，經投加絮凝劑（PAM）與其混合攪拌后，進入重力污泥濃縮機，排泥水在重力污泥濃縮機內進行泥水分離。泥水分離后的上清液自流補充到#3機循環水中進行再利用。為減小進泥濃度波動對后續離心脫水的影響，污泥濃縮機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，并經投加絮凝劑（PAM）后，在臥螺式污泥脫水機進行脫水。這些污泥被脫去水份后形產生的泥餅進行外運集中處理。污泥在脫水后的濾液收集到污泥區集水坑，經污泥區排水泵排水至污泥收集池。

Ⅱ、臥螺式污泥脫水機的工作原理

蕭山發電廠的排泥水處理系統配備2臺ANDRITZ（安德里茨）生產的D3 L型號的臥式螺旋污泥脫水機，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%。污泥經過污泥輸送泵加壓并加入絮凝劑（PAM）在污泥濃縮機濃縮后，排到污泥平衡池，經過濃縮后的污泥通過污泥提升泵運輸，加入絮凝劑（PAM），從進料口進入污泥脫水機內高速旋轉的螺旋中空轉子，通過布料器進入臥螺式污泥脫水機工作回體內，污泥在污泥脫水機內隨著轉鼓高速旋轉產生的離心力的作用下形成液環層，這些污泥液環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液層的外圈，沿轉鼓內壁形成泥環層，然后這些被沉降后脫水的泥塊通過螺旋與轉鼓的旋轉差速被刮泥螺旋推出脫水機體外，脫水后的濾液則通過堰池口溢流出脫水機體外。污泥利用了臥螺式污泥脫水機的轉動，污泥顆粒在臥螺式污泥脫水機內的離心分離速度可達到污泥顆粒在沉淀池中沉速的1000倍以上，能在很短時間內使污泥中很小的固體顆粒和液體分離，進一步去除污泥中的空隙水和毛細水，使出口污泥固體含量≥20%～25%，減少了污泥體積，減輕污泥外運壓力和處理污泥的費用。如圖 1所示為ANDRITZ（安德里茨）D3 L臥式螺旋污泥脫水機基本結構原理。

Ⅲ、影響臥螺式污泥脫水機脫水效果的因素

?、ANDRITZ（安德里茨）D3 L臥螺式污泥脫水機在運行過程中，出現污泥脫水機濾水渾濁、排泥嘴堵塞、扭矩過大導致變頻器動作等異常現象。只有充分了解臥螺式污泥脫水機的運行原理，熟知臥螺式污泥脫水機本身對脫水效果的影響可分為可調節機械因素和不可調節機械因素，才能夠在使用中對其進行有效的掌控。

A、不可調節的機械因素

ANDRITZ（安德里茨）D3 L臥螺式污泥脫水機運行時影響脫水效果的不可調節的機械因素有轉鼓直徑和有效長度、轉鼓半錐角、螺距和螺旋類型等，這些因素在ANDRITZ（安德里茨）D3 L臥螺式污泥脫水機的設計之初就已經確定不可更改，它們作為臥螺式污泥脫水機的主要構件，決定了ANDRITZ（安德里茨）D3 L臥螺式污泥脫水能夠適應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臥螺式污泥脫水機的生產效率、生產能力和使用壽命。

B、可調節的機械因素

1、轉鼓轉速

ANDRITZ（安德里茨）D3L臥螺式污泥脫水機轉鼓轉速的調節通常通過變頻電機來實現。轉速越大，離心力越大，有助于提高泥餅含固率。但過大的轉速會使污泥絮凝體被破壞，反而降低脫水效果。同時高轉速不但對離心機制作材料要求高，也會加速磨損，增大動力消耗，污泥脫水機運行時的振動和噪音也會相應增大。故ANDRITZ（安德里茨）D3L臥螺式污泥脫水機設定的最大轉鼓轉速為4000rpm，轉鼓運行時優化轉速為3400～3500rpm，既保證離心機有較高的離心力來進行污泥的泥水分離，也較好地控制了離心機的磨損、振動及噪音。

2、差速度（差速比）

差速度是轉鼓轉速和螺旋轉速間的比值，它直接影響ANDRITZ（安德里茨）D3L臥螺式污泥脫水機的排泥能力、泥餅干度和濾液質量，是污泥脫水機運行中非常重要并且需要根據運行情況進行調節的參數之一。

ANDRITZ（安德里茨）D3L臥螺式污泥脫水機在處理一定量且濃度相同的污泥水時，提高差速度，卸料扭矩相應減小，有利于提高脫水后污泥排出能力，但是污泥固液分離時間會縮短，脫水后的污泥泥餅含水率大，同時差速度過大，螺旋與轉鼓的相對轉速變大，螺旋會擾動脫水機內澄清區液池，使濾液質量變差（俗稱“返混”）。相反，降低差速度，卸料扭矩相應提高，污泥固液分離時間會延長，污泥沉積厚度增大，污泥脫水后泥餅干燥度增加，同時較小的差速度使脫水機內澄清區液池受螺旋的擾動較小，濾液內含固體顆粒也相對較少，但是會使螺旋排泥產生的扭矩加大，減慢離心機的排泥時間，差速度過于減小，容易造成脫水機排泥不及時引起的排泥圓錐和排泥嘴堵塞的現象。所以ANDRITZ（安德里茨）D3L臥螺式污泥脫水機在運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，泥餅干度與卸料扭矩成一定的函數關系（見圖3），卸料扭矩越大對應的泥餅干度就越高，根據此變化規律，通過檢測扭矩的大小來調節刮泥螺旋轉子與轉鼓之間的差速，來控制泥餅排出的速度，并以此來調節泥餅的干度。

3、螺旋轉速

ANDRITZ（安德里茨）生產的D3 L型號的臥螺式污泥脫水機采用的是逆流式螺旋結構（見圖1），脫水機的布料器在螺旋中部，也就是位于干燥區和沉降區之間的邊界附近，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的時間較短，因此要求有較高的離心力;進入污泥脫水機布料器的污泥由這里進入轉鼓內會引起這個部位己經沉降的污泥顆粒因擾動再度浮起.還會產生湍流和附加渦流，使分離效果降低。因此為提高污泥分離效果，適應日益提高的污泥脫水要求，ANDRITZ（安德里茨）針對逆流式螺旋結構離心機的缺點，在離心機濾液排出口安裝可調節離心機液池高度的擋板，可使離心機處于深液池狀態，以增加對泥餅的壓渣力，并且設計出獨特結構的中空螺旋葉片（見圖2），將離心機螺旋推料葉片的傾角、螺距、間距等參數優化成最佳狀態，并且只輸送泥環層外側的沉降污泥，而泥環層上部含水率高的污泥保留在原來位置繼續進行泥水分離，延長污泥固液分離時間，實現污泥壓榨脫水，降低泥餅含水量和降低絮凝劑（PAM）的消耗量。

根據（圖3）來分析，ANDRITZ（安德里茨）D3L臥螺式污泥脫水機在處理污泥水時，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處理污泥水的能力。在實際運行情況中，轉鼓轉速一般是固定的，要調節差速度，就會調節螺旋轉速來達到要求。在實際情況下，根據污泥濃度不同，ANDRITZ（安德里茨）D3L臥螺式污泥脫水機的螺旋電機最佳轉速在：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臥螺式污泥脫水機運行時對污泥處理能力和處理效果均較為理想。但脫水機運行時如果螺旋電機轉速高于3100 rpm，同時扭矩高于40%，或差速值<1，必須引起注意，這時的脫水機內部可能堵，應及時停運，進行手動沖洗，直至異常現象消失、設備運行參數恢復正常為止。因此，要實現脫水機最理想的運行處理能力和最優處理效果，必須憑借全面的理論知識和實際運行積累經驗，針對污泥性質找到脫水機的最佳運行工況參數，并及時依照各參數變化進行具體調整。

4、液環層厚度

液環層厚度決定著ANDRITZ（安德里茨）D3L臥螺式污泥脫水機轉鼓內的有效容積和干燥區長度，是ANDRITZ（安德里茨）D3L臥螺式污泥脫水機用來優化運行效果的一個重要參數，它直接影響臥螺式污泥脫水機的處理效果。調節ANDRITZ（安德里茨）D3L臥螺式污泥脫水機的液環層厚度需在污泥脫水機停機狀態下通過手動調節堰池液位擋板的高低，調整時各個液位擋板的高低位置必須確保一致，否則會導致污泥脫水機運行時劇烈振動。

液環層厚度增加，會使污泥脫水機轉鼓內污泥沉降面積增大，污泥在臥螺式污泥脫水機內停留的時間也會相應增加，污泥脫水機運行時濾液質量提高，但同時污泥脫水機內的干燥區長度縮短，導致脫水后的泥餅干度降低。相反，液環層厚度降低可使脫水后污泥含固率提高，但運行時的濾液質量可能會降低，濾液內含固體顆粒增加。因此，臥螺式污泥脫水機使用現場條件，合理調節液位擋板的高度與濾液質量、泥餅干度達到最佳組合極為重要。

ANDRITZ（安德里茨）D3 L臥螺式污泥脫水機在運行過程中除了污泥脫水機本身影響脫水效果的可調節機械因素和不可調節機械因素，運行的工藝也對臥螺式污泥脫水機的脫水效果有著很大影響。

由于ANDRITZ（安德里茨）D3 L臥螺式污泥脫水機是利用固液兩相的密度差來實現固液分離，因此污泥水中的污泥顆粒比重越大就越容易分離。在蕭山發電廠的污泥水收集系統中，雨水沖刷地面和綠化養護后產生的污泥水較易脫水，污泥澄清池排出的高有機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，不同的性質污泥水在污泥脫水過程中有不同的表現，采用不同的處理工藝得到的污泥也會有較大的差異。

為了使ANDRITZ（安德里茨）D3 L臥螺式污泥脫水機有良好的污泥脫水效果，污泥水在進入臥螺式污泥脫水機轉鼓內進行離心分離前需要均勻的加入適量的、能適應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外。可是在實際的運行中，PAM在污泥水中的加入量達到一定程度之后，不會繼續提高污泥脫水后的泥餅含固率，只對濾水質量產生較大影響，因此，D3 L臥螺式污泥脫水機運行時，在滿足泥餅干度和濾水質量的要求下，繼續增加PAM的加入量是完全沒有必要的，反而會提高PAM的藥耗，經濟上得不償失。

一般情況下，適應ANDRITZ（安德里茨）D3 L臥螺式污泥脫水機運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消耗更多的PAM，污泥脫水機在處理正常污泥濃度的污泥水時，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的加入量要根據污泥濃度進行調整，否則會出現污泥脫水率異常、濾液渾濁或PAM藥耗增加等情況出現。蕭山發電廠根據ANDRITZ（安德里茨）D3 L臥螺式污泥脫水機實際運行得出，在處理雨水沖刷地面和綠化養護后產生的較易脫水的污泥水時，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物含量的底部排泥水等較難脫水的污泥水時，PAM用量為10kg/TDS（噸·絕干物料）左右。

還有ANDRITZ（安德里茨）D3 L臥螺式污泥脫水機在啟動前及停運時，要用沖洗水量為10-15 m3/h、壓力為0.3～0.4MPa的無顆粒雜質沖洗水對污泥脫水機內部進行沖洗，沖洗時間15分鐘以上，避免轉鼓內壁、排泥嘴和管路等部位附著污泥時間過長而堵塞。在此過程中，應防止沖洗水壓力低或中斷，影響脫水機高、低速沖洗效果，導致D3 L臥螺式污泥脫水機轉鼓內壁有污泥粘附引起運行時振動加大，排泥部位堵塞引起設備運行扭矩過大等因素造成離心機變頻器跳閘、設備零件磨損加劇等現象。

影響ANDRITZ（安德里茨）D3 L臥螺式污泥脫水機脫水效果的因素有很多，并且每個因素之間相互影響脫水機的脫水效果，所以說ANDRITZ（安德里茨）D3 L臥螺式污泥脫水機的良好脫水效果是很多因素綜合作用的結果，在運行中要根據污泥脫水后泥餅最佳干度、污泥回收率和經濟性等實際情況，進行各參數調整，使ANDRITZ（安德里茨）D3 L臥螺式污泥脫水機運行達到最佳方式。

參考文獻：

[1]臥螺離心脫水機在污泥脫水工程中的優異功效[A].貝兆楨.全國水環境污染治理設施運營管理技術交流研討會論文集[C].2006