中型臥螺離心機在印染污泥處理中的應用

屈年凱，盧彥俊，錢健航

(上海市離心機械研究所有限公司，上海200231)

摘要:在某污水處理廠擴建工程中，針對其主要處理印染廢水的特點，通過對通用性中型離心機機械結構及多臺機組連續運行控制系統的改進，滿足其處理要求及分離效果。實際運行結果表明，分離效果達到設計要求，機組運行穩定，實現了更高效的自動化控制。
    關鍵詞:印染廢水;結構改進;運行控制
    中圖分類號:X703文獻標識碼:C文章編號:1000－4602(2011)24－0075－04
    江蘇省某水處理公司成立于2001年初，主要負責處理市區及所屬區縣的城市污水及工業廢水，上海市離心機械研究所有限公司中標并安裝的工程屬于其三期工程，主要用于處理周邊工廠排出的印染廢水。產生的印染污泥主要分兩線進行處理:一線為直接通入后道焚燒工序，用于生產建筑磚塊;另一線為通入泥倉后進行填埋［1］。排水進入生化池再處理或回用。
    1·工藝選型
    三期工程的原水為混合污水，其色度大、濁度高、化學組成復雜、絮凝要求高、脫水難度大。
    離心機在正常脫水過程中，液相分離區間會有一個剪切力很大的離心場。在這樣一個環境下，柔性蓬松的物體結構容易被破壞。印染廢水經絮凝后形成的絮團就是柔性蓬松的，因此選用的PAM需要擁有比較好的鍵鏈強度才能維持該絮團在離心場里有著良好的抗剪切能力。
    印染廢水如果只考慮固液完全分離，保證液相的SS達標，其實離心機脫水對PAM的抗剪切強度要求并不高。但是如果經離心機脫水后，需要保證出泥達到一定的含固率(例如達到19%以上)，這就需要離心機提供相對較高的離心力，或者降低出泥速度(減小螺旋與轉鼓的相對轉差速)來提高擠壓力和持續時間。但是這些動作都會加大對絮團的破壞程度，而能否在離心場中維持絮團的原有形狀將直接影響到分離效果。現場試驗數據見表1(進料濃度為3．1%，加藥濃度為0．2%)。

    由試驗2、3、4的數據可知，在不增加絮凝劑投加量的情況下，無論調高離心力還是減小轉差速，雖可一定程度地提高出泥的含固率，但都使得分離液的SS濃度變高。
    如果既要達到一定的出泥含固率又要保證分離液達標，則需要在增加擠壓力的同時加大對絮團的修補力度，即增加PAM的用量。而增加PAM的用量則會將一定量的水帶入固相中，這就需要更大的擠壓力把水從固相中擠出。而后更大的擠壓力又需要更多PAM來維持絮團的形狀。因而在確保出泥含固率達到19%以上且分離液達標的情況下，PAM投加量將非常大，污水處理的成本明顯增大，正如試驗5所反映的情況，加藥量是之前的兩倍多。
    試驗數據表明，要使出泥含固率達到或超過19%，臥螺離心機必須在相對高轉速、低轉差速的運行狀態下才能達到。絮團能否在這個狀態下維持良好的形狀就成為了分離的關鍵。針對在離心脫水過程中所遇到的絮團容易被破壞的問題，應考慮選用超大分子質量的PAM，以抵抗離心場中的強剪切力和擠壓力。
    所選用的2#PAM較1#PAM具有更大的分子質量。比較試驗1和6的數據，使用2#PAM后分離液的SS濃度明顯降低。這說明具有超高分子質量的2#PAM更適合現場的物料。
    比較試驗3、7和試驗4、8的數據可以發現，在相同的離心機運行參數下，為達到一定的出泥含固率，當1#PAM的投量為9 kg/tDS時分離液的SS濃度較高，而投加相同量的2#PAM后，分離液的SS濃度明顯降低。
    2·結構改進
    針對此次供應的離心機存在著臺數多、運行參數要求高、時間長、處理量大、交貨周期短的特點，主要對機器結構進行了三方面的優化:①細部結構調整;②改換主軸承潤滑方式，采用油潤滑系統代替傳統離心機脂潤滑;③控制系統。
    2.1細部結構調整
    臥式螺旋卸料沉降離心機是依靠固液兩相的密度差，在離心力的作用下，加快固相顆粒的沉降速度來實現固液分離的機械。離心機結構如圖1所示。污泥由污泥進料管送入轉鼓后，在高速旋轉產生的離心力作用下，立即被轉入轉鼓腔內。污泥顆粒由于密度較大，離心力也大，因此被甩貼在轉鼓內壁上，形成固環層;由于水的密度較小，離心力小，因此只能在固環層內側形成液體層(又可稱為液環層)。固環層的污泥在螺旋輸送器的緩慢推動下，被輸送到轉鼓小端法蘭的出渣口連續排出，液相層的液體通過大端法蘭上的出液口排出。

               
    分離后的液體在從出液口排出時，由于離心力和重力的影響，會對大端法蘭端面表面反復沖刷，造成大端法蘭圓周端面及螺栓孔的磨損，在運行一段時間后經常發生螺栓頭銹蝕無法拆卸的現象，不但影響設備維護拆裝，還直接影響到轉子的動平衡。針對該項目中離心機臺數多、污泥腐蝕性強的特性，在大端法蘭端面位置增加一個可拆卸的金屬保護環，可有效地保護大端法蘭圓周端面的螺栓及螺栓孔，在保護環磨損后可方便拆下調換。當金屬圓環上的螺栓頭也因腐蝕不能拆卸時，可以采用將金屬圓環磨或割的方式將其去除后再更換，不影響大端法蘭的整體結構和質量。
    由于金屬圓環只起保護作用，受力較小，因此連接螺栓的數量不必很多，既不影響原大端法蘭的結構及緊固螺栓的排布、位置及強度，也便于經常拆卸、維護、更換，使得大端法蘭始終處于高質量狀態，有利于整個離心機的正常運行和維護維修保養。其位置如圖2所示。該結構已申請專利(專利號:ZL200820154055．8)。
 

             
    同時，為防止污泥進入內軸承，設計了一種用于臥螺離心機的密封裝置(專利號:ZL 200920208407．8)。離心機運行時，使污水緊貼轉鼓壁，在沒有發生堵料以及出水口堵塞的情況下，污水是不會與軸承旋轉工作部件表面即頂蓋與轉鼓的結合面處接觸，更不可能滲透到軸承工作腔體。但在停機過程中，隨著機器轉速降低，離心力也降低，可能導致緊貼轉鼓壁的未處理污水殘留以及清洗水混合液由于重力影響向下掉落，與頂蓋與轉鼓的結合面處接觸。由于頂蓋與轉鼓的配合面在加工過程中存在加工誤差，使兩接觸面不能完全吻合，如果與混合液接觸，可能使混合液依靠重力滲漏進入軸承工作腔體中;另外，由于油封的固定端也是旋轉件，在機器停止工作前，由旋轉所產生的離心力也可能使密封唇向外擴張，使唇與軸之間產生間隙，混合液從間隙處進入軸承工作腔體內，從而造成軸承的損壞。動靜相結合的組合型密封結構見圖3。

            
    采用此種組合型密封結構，在原有的基礎上增加了該處的密封性，這樣就達到了保持軸承工作環境穩定的效果。
    2.2主軸承潤滑系統
    該系統主要組成部件有:油缸、柱塞泵、驅動電機、冷卻系統、過濾系統、集成閥塊、噴淋裝置、監測系統［2］。該系統液壓單元外形結構如圖4所示。

           
    驅動電機帶動柱塞泵工作將油缸內的油泵出，油液經過集成閥塊調配將油按設定值泵入離心機的左右兩軸承座內，通過噴頭對兩軸承進行噴淋潤滑，潤滑油通過軸承座回油口在重力作用下回落到潤滑系統的過濾系統，經過濾后通過冷卻系統返回油缸。監測系統通過對潤滑油溫度、兩潤滑點口的壓力、油缸內油位的起伏來反饋信息于離心機控制柜，以確保離心機的安全運行。在該潤滑系統中，依據現場離心機與潤滑系統落差不大，采用雙油缸虹吸方式(專利號:ZL 201020132999．2)，加大落差壓力使潤滑油更快速地回入油箱，防止軸承座內油位過高而產生溢流。
    在現場運行的過程中，在設定值內，機器運行平穩，且左右兩主軸承座溫度較同類機型溫度升高低于25℃，而采用油脂潤滑溫度升高為35℃。
    2.3控制系統
    離心機控制面板主要分為2塊，第一塊為脫水機系統的控制面板即參數調節面板，第二塊為閉環系統，即參數調定后，進行系統切換，使機器運行于調定參數環境下，依靠電信號主動反饋，對機器進行自動控制。
    其中控制面板分自動、手動、停機、遠控四種控制方式。
    自動控制方式:按“自動”控制按鈕，該按鈕由藍色轉變為紅色。脫水系統根據PLC程序自動完成開機操作(加藥泵開啟后整個開機過程結束)。手動控制方式:按“手動”控制按鈕，該按鈕由藍色轉變為紅色。此時用戶可以根據實際需要對單個設備進行啟/停操作。此時上方會出現操作說明，可以查看簡單的手動操作流程。
    停機控制方式:按“停機”控制按鈕，該按鈕由藍色轉變為紅色。脫水系統根據PLC程序自動完成停機操作(刀閘閥關閉后整個停機過程結束，如果進料超過1 min后系統還將進行自動沖洗操作)。遠控控制方式:按“遠控”控制按鈕，該按鈕由藍色轉變為紅色，此時系統控制權交由上位機控制。
    當控制面板參數設定完成，切換至閉環系統，智能控制系統將接管機器控制權限改為自適應反饋控制，此時系統保持恒扭矩運行，用戶在平時監控時可以在這個界面查看各個環節參數，根據數據可以對設備進行微調控制。在這個界面，還可以看到溫度、轉差速、扭矩等數據的變化，如果接近報警點，可以提前對這些數據進行調整控制。同時，系統具備報警檢測功能，所有機器運行中出現的問題都會記錄，系統根據設定進行自我調節，當問題無法調節時，通過報警系統將控制權移交，改為手動操作。
    3·設計參數
    該成套系統原設計要求參數為:單機處理量≥30 t/d，進泥流量≥40 m3/h，進泥濃度為2%～5%，加藥量≤8．0 kg/tDS，對應設計參數見表2。

            
     在實際運行中，16臺機器單機處理量如表3所示，進行參數折算對比后，其結果滿足設計要求。同時，由于尚處于試運行期間，機器性能未最大化(設計機器轉速可達3 500 r/min，調試時運行于2 400～2 880 r/min)，還有進一步上升空間。

            
    調試結果證明，該系統油潤滑閉環自適應多臺聯動離心機完全適應該類印染廢水處理環境。
    4·結語
    通過對通用性中型離心機機械結構及多臺機組連續運行控制系統的改進，能夠滿足污泥深度脫水的處理要求。工程運行結果表明，分離效果達到設計要求，機組運行穩定，實現了更高效的自動化控制。
參考文獻:
［1］金兆豐，徐竟成，余志榮，等．城市污水回用技術手冊［M］．北京:化學工業出版社，2004．
［2］陳蓉，王子君．滾動軸承的潤滑［J］．現代零部件，2005，(6):85－87．