摘要：介紹了臥式螺旋臥螺離心機的結(jié)構(gòu)原理，在焦化廢水污泥濃縮處理中的應(yīng)用情況表明，該臥螺離心機具有處理能力大、自動化程度高、維護簡單方便、潔凈無污染和生產(chǎn)成本低等優(yōu)點，值得推廣應(yīng)用。
關(guān)鍵詞：臥式螺旋臥螺離心機;焦化廢水;污泥濃縮;應(yīng)用

唐山首鋼京唐西山焦化有限責(zé)任公司一期工程酚氰廢水處理項目與4×7．63m焦?fàn)t配套建設(shè)，處理煤氣凈化過程中產(chǎn)生的含酚氰廢水及煤氣管道冷凝水，由預(yù)處理、生化處理、后混凝沉淀過濾處理及污泥處理等工序組成，廢水生物處理采用缺氧－好氧－好氧(A－O－O)的內(nèi)循環(huán)工藝流程。目前，我公司按年產(chǎn)380萬t焦炭進行生產(chǎn)組織，酚氰廢水處理原水水量為130～140m3/h，無稀釋水，其中蒸氨廢水水量為100～110m3/h。
根據(jù)設(shè)計資料，酚氰廢水處理作業(yè)區(qū)剩余污泥(平均排泥量15．4m3/h，含水率為99．2%，連續(xù)排泥)和凝聚沉淀池排出的污泥(排泥量45m3/h，含水率為99．2%，每天排泥8h)，由污泥泵送入污泥濃縮裝置進行處理，濃縮后的污泥由污泥泵送污泥脫水機進一步脫水。污泥濃縮池上清液流回污水處理系統(tǒng)進行處理，泥餅(22t/d，污泥含水率為80%)送煤場摻入煉焦煤中焚燒。因此，酚氰區(qū)域產(chǎn)生污泥量約為22÷(1－80%)=110m3/d。實際污泥量為90～100m3/d，化驗剩余污泥實際含水率為99．1%。
1·設(shè)備使用現(xiàn)狀
酚氰廢水處理作業(yè)區(qū)污泥濃縮裝置原采用帶式壓濾機，單臺污水處理能力僅為4～5m3/h，每天24h連續(xù)運轉(zhuǎn)。排泥含水率為84．5%，泥中帶水較多導(dǎo)致泥稀，不能很好地形成泥餅，污泥在運輸過程中灑落嚴(yán)重，設(shè)備運行環(huán)境較差。由于帶式壓濾機泥處理量較小，隨設(shè)備的老化，頻繁停用檢修。檢修時，生物處理系統(tǒng)中污泥不能及時排出，系統(tǒng)內(nèi)污泥指數(shù)增高，隨污泥基數(shù)逐步增大，污泥量迅速膨脹，形成惡性循環(huán)。2臺帶式壓濾機24h超負(fù)荷運轉(zhuǎn)，系統(tǒng)泥量仍持續(xù)上漲，造成生物處理系統(tǒng)污泥指數(shù)嚴(yán)重超標(biāo)，影響出水指標(biāo)。并且，備件更換頻繁，檢修強度和難度較大，導(dǎo)致維修成本較高。壓濾機運行過程中需用清水隨時沖洗濾帶，每天耗用清水約180m3。壓濾機驅(qū)動電機為1．5kW。
目前，焦化廢水污泥脫水生產(chǎn)中采用的脫水設(shè)備類型主要分為3種，即板框壓濾機、帶式壓濾機和臥螺離心機。這3種類型脫水設(shè)備的比較見表1。

由表1可知，臥螺離心機具有自動化程度高、運行環(huán)境條件好、分離效果人為因素影響小、操作維護方便、日常運行費用小等諸多優(yōu)點。結(jié)合其他單位使用情況，我廠決定將帶式壓濾機改為臥式螺旋卸料沉降離心機(型號LWJ450)，并配套自動配投藥裝置和控制系統(tǒng)。
2·臥螺離心機工作原理
臥式螺旋卸料沉降臥螺離心機(以下簡稱臥螺離心機)是依靠固液兩相的密度差，在離心力場的作用下，加快固相顆粒的沉降速度來實現(xiàn)固液分離。結(jié)構(gòu)如圖1所示。

當(dāng)污泥進入臥螺離心機轉(zhuǎn)鼓腔后，高速旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)鼓產(chǎn)生強大的離心力，污泥顆粒由于密度大，離心力也大，因此污泥被甩貼在轉(zhuǎn)鼓內(nèi)壁上，形成固環(huán)層;而水的密度較小，離心力也小，只能在固環(huán)層內(nèi)側(cè)形成液環(huán)層。由于螺旋和轉(zhuǎn)鼓的轉(zhuǎn)速不同，二者存在相對運動(差速)，把沉積在轉(zhuǎn)鼓內(nèi)壁的污泥推向轉(zhuǎn)鼓錐體端出口處排出，分離出的水從轉(zhuǎn)鼓的另一端排出。差速器的作用是使轉(zhuǎn)鼓和螺旋之間形成一定的差速。污泥中投加絮凝劑，以產(chǎn)生絮凝作用，使分散的污泥顆粒聚集產(chǎn)生較大的絮凝體，加速泥水分離。
分離因數(shù)是衡量離心分離機性能的主要指標(biāo)，臥螺離心機的轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速和直徑?jīng)Q定其分離因數(shù)。對于同一臺設(shè)備而言，其轉(zhuǎn)鼓直徑是一定的，可以通過調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速來調(diào)整分離因數(shù)。一般來講，轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速越高，分離因數(shù)越大，臥螺離心機排出的泥餅中的含水率也就越低。另外，臥螺離心機的差速也可以通過控制污泥在轉(zhuǎn)鼓中的停留時間而直接影響排出到轉(zhuǎn)鼓外的泥餅的含水率。
3·改造效果及經(jīng)濟效益
3．1改造效果
臥螺離心機主電機和螺旋電機均采用變頻控制，可實現(xiàn)對轉(zhuǎn)鼓和螺旋轉(zhuǎn)速的方便調(diào)節(jié)。同時，螺旋推料扭矩可以在規(guī)定范圍內(nèi)進行設(shè)定，因此可以實現(xiàn)在不同工況下對運行參數(shù)進行調(diào)節(jié)，以保證臥螺離心機處理效果和設(shè)備運行穩(wěn)定。
臥螺離心機有差速控制和扭矩控制2種運行模式，由于主電機轉(zhuǎn)速不變，在扭矩控制模式下，通過改變螺旋電機轉(zhuǎn)速，進而改變差速來調(diào)節(jié)扭矩，使扭矩保持在設(shè)定值上下波動，以保證設(shè)備穩(wěn)定運行。在手動運行過程中可以采用差速控制模式，一般只有在調(diào)試和沖洗時使用，正常自動運行過程中不使用。
在扭矩控制模式下，當(dāng)過扭矩時系統(tǒng)自動將進料打回流，以保證不發(fā)生過負(fù)荷運行而損壞設(shè)備。自動配投藥裝置可以根據(jù)來料含水率預(yù)先設(shè)定配藥濃度，并根據(jù)處理量隨時自動調(diào)節(jié)加藥量。這樣能夠有效避免因加藥量不足導(dǎo)致污泥不能完全絮凝，進而致使分離效果變差;同時，可以避免因過量加藥而導(dǎo)致過度絮凝，致使污泥堵塞轉(zhuǎn)鼓和螺旋，損壞設(shè)備，并且造成藥品浪費。
改造后，臥螺離心機處理量達到18m3/h，24h連續(xù)運轉(zhuǎn)，生物處理系統(tǒng)污泥指數(shù)持續(xù)下降。投用40天后，污泥指數(shù)達到正常水平，由于污泥處理及時，酚氰廢水處理作業(yè)區(qū)域控制污泥指數(shù)在較低水平，系統(tǒng)達到良性循環(huán)。目前，臥螺離心機采用扭矩控制，在運行數(shù)據(jù)設(shè)定為扭矩40N·m、轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速2500rpm、加藥配比為3‰(質(zhì)量分?jǐn)?shù))的情況下，處理量即可達到10～18m3/h，排泥含水率為71．2%，泥餅成形良好，基本呈固態(tài)可堆積，運輸方便，完全滿足生產(chǎn)需求?，F(xiàn)臥螺離心機每天開機10h左右，且操作簡單，停機沖洗時使用清水約10m3/d。臥螺離心機主電機為30kW，螺旋電機為7．5kW。
3．2效益計算
在不考慮人工成本的情況下，根據(jù)我廠實際，工業(yè)水新水按7元/t計算，380V工業(yè)用電按0．4元/kWh計算。
帶式壓濾機年消耗水費用為7×180×365=459900元;年電耗費用為0．4×1．5×24×365=5256元。統(tǒng)計近3年備件材料情況，每年平均更換濾帶4條，每條濾帶9720元，消耗濾帶費用為9720×4=38880元。
臥螺離心機年消耗水費用為7×10×365=25550元;年電耗費用為0．4×(30+7．5)×10×365=54750元。因此，由帶式壓濾機改為臥螺離心機進行污泥濃縮每年可節(jié)約費用為(459900+5256+38880)－(25550+54750)=423736元。
4·結(jié)論
1)處理能力大大提高。單機處理能力由原4～5m3/h提高到14～18m3/h，有效避免了系統(tǒng)中污泥不能及時脫除而產(chǎn)生堆積的情況，提升了系統(tǒng)穩(wěn)定性。
2)實現(xiàn)自動控制。壓濾機的調(diào)節(jié)主要靠人工完成，包括進料量、加藥量調(diào)節(jié)以及沖洗操作等。臥螺離心機工作時的進料、分離、卸料等是在高速運轉(zhuǎn)下連續(xù)自動進行的，實現(xiàn)了臥螺離心機主轉(zhuǎn)速、差速和扭矩可調(diào)節(jié)，還能自動調(diào)節(jié)絮凝劑配制濃度及進料量。并且，采用可編程序控制器實現(xiàn)離心分離與離心沖洗過程的自動控制，節(jié)約了人力。
3)維護保養(yǎng)方便。使用壓濾機時，除軸承潤滑保養(yǎng)外，檢修托輥、濾帶頻繁，耗費檢修人力、物力。臥螺離心機投用后，日常僅需潤滑保養(yǎng)，定期進行點檢緊固，平時檢修也只是更換軸承和皮帶即可。同時，臥螺離心機設(shè)有扭矩保護、功率控制及檢測、測溫等多重保護，能有效地減少突發(fā)故障對機器造成的損害。4)現(xiàn)場作業(yè)和檢修環(huán)境極大改觀。改造前現(xiàn)場污泥、污水遍地，車間內(nèi)異味彌漫。而臥螺離心機對物料的分離是在完全封閉條件下進行，保證操作現(xiàn)場整潔無污染，并保持生產(chǎn)環(huán)境的整潔衛(wèi)生，實現(xiàn)文明生產(chǎn)。