中型臥螺離心機(jī)在印染污泥處理中的應(yīng)用

中型臥螺離心機(jī)在印染污泥處理中的應(yīng)用

屈年凱，盧彥俊，錢健航

(上海市離心機(jī)械研究所有限公司，上海200231)

摘要:在某污水處理廠擴(kuò)建工程中，針對(duì)其主要處理印染廢水的特點(diǎn)，通過對(duì)通用性中型離心機(jī)機(jī)械結(jié)構(gòu)及多臺(tái)機(jī)組連續(xù)運(yùn)行控制系統(tǒng)的改進(jìn)，滿足其處理要求及分離效果。實(shí)際運(yùn)行結(jié)果表明，分離效果達(dá)到設(shè)計(jì)要求，機(jī)組運(yùn)行穩(wěn)定，實(shí)現(xiàn)了更高效的自動(dòng)化控制。
    關(guān)鍵詞:印染廢水;結(jié)構(gòu)改進(jìn);運(yùn)行控制
    中圖分類號(hào):X703文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:C文章編號(hào):1000－4602(2011)24－0075－04
    江蘇省某水處理公司成立于2001年初，主要負(fù)責(zé)處理市區(qū)及所屬區(qū)縣的城市污水及工業(yè)廢水，上海市離心機(jī)械研究所有限公司中標(biāo)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(chǎn)生的印染污泥主要分兩線進(jìn)行處理:一線為直接通入后道焚燒工序，用于生產(chǎn)建筑磚塊;另一線為通入泥倉后進(jìn)行填埋［1］。排水進(jìn)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(xué)組成復(fù)雜、絮凝要求高、脫水難度大。
    離心機(jī)在正常脫水過程中，液相分離區(qū)間會(huì)有一個(gè)剪切力很大的離心場(chǎng)。在這樣一個(gè)環(huán)境下，柔性蓬松的物體結(jié)構(gòu)容易被破壞。印染廢水經(jīng)絮凝后形成的絮團(tuán)就是柔性蓬松的，因此選用的PAM需要擁有比較好的鍵鏈強(qiáng)度才能維持該絮團(tuán)在離心場(chǎng)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(dá)標(biāo)，其實(shí)離心機(jī)脫水對(duì)PAM的抗剪切強(qiáng)度要求并不高。但是如果經(jīng)離心機(jī)脫水后，需要保證出泥達(dá)到一定的含固率(例如達(dá)到19%以上)，這就需要離心機(jī)提供相對(duì)較高的離心力，或者降低出泥速度(減小螺旋與轉(zhuǎn)鼓的相對(duì)轉(zhuǎn)差速)來提高擠壓力和持續(xù)時(shí)間。但是這些動(dòng)作都會(huì)加大對(duì)絮團(tuán)的破壞程度，而能否在離心場(chǎng)中維持絮團(tuán)的原有形狀將直接影響到分離效果?，F(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)見表1(進(jìn)料濃度為3．1%，加藥濃度為0．2%)。

    由試驗(yàn)2、3、4的數(shù)據(jù)可知，在不增加絮凝劑投加量的情況下，無論調(diào)高離心力還是減小轉(zhuǎn)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(dá)到一定的出泥含固率又要保證分離液達(dá)標(biāo)，則需要在增加擠壓力的同時(shí)加大對(duì)絮團(tuán)的修補(bǔ)力度，即增加PAM的用量。而增加PAM的用量則會(huì)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(tuán)的形狀。因而在確保出泥含固率達(dá)到19%以上且分離液達(dá)標(biāo)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(yàn)5所反映的情況，加藥量是之前的兩倍多。
    試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，要使出泥含固率達(dá)到或超過19%，臥螺離心機(jī)必須在相對(duì)高轉(zhuǎn)速、低轉(zhuǎn)差速的運(yùn)行狀態(tài)下才能達(dá)到。絮團(tuán)能否在這個(gè)狀態(tài)下維持良好的形狀就成為了分離的關(guān)鍵。針對(duì)在離心脫水過程中所遇到的絮團(tuán)容易被破壞的問題，應(yīng)考慮選用超大分子質(zhì)量的PAM，以抵抗離心場(chǎng)中的強(qiáng)剪切力和擠壓力。
    所選用的2#PAM較1#PAM具有更大的分子質(zhì)量。比較試驗(yàn)1和6的數(shù)據(jù)，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(zhì)量的2#PAM更適合現(xiàn)場(chǎng)的物料。
    比較試驗(yàn)3、7和試驗(yàn)4、8的數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)，在相同的離心機(jī)運(yùn)行參數(shù)下，為達(dá)到一定的出泥含固率，當(dāng)1#PAM的投量為9 kg/tDS時(shí)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(jié)構(gòu)改進(jìn)
    針對(duì)此次供應(yīng)的離心機(jī)存在著臺(tái)數(shù)多、運(yùn)行參數(shù)要求高、時(shí)間長(zhǎng)、處理量大、交貨周期短的特點(diǎn)，主要對(duì)機(jī)器結(jié)構(gòu)進(jìn)行了三方面的優(yōu)化:①細(xì)部結(jié)構(gòu)調(diào)整;②改換主軸承潤(rùn)滑方式，采用油潤(rùn)滑系統(tǒng)代替?zhèn)鹘y(tǒng)離心機(jī)脂潤(rùn)滑;③控制系統(tǒng)。
    2.1細(xì)部結(jié)構(gòu)調(diào)整
    臥式螺旋卸料沉降離心機(jī)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(shí)現(xiàn)固液分離的機(jī)械。離心機(jī)結(jié)構(gòu)如圖1所示。污泥由污泥進(jìn)料管送入轉(zhuǎn)鼓后，在高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力作用下，立即被轉(zhuǎn)入轉(zhuǎn)鼓腔內(nèi)。污泥顆粒由于密度較大，離心力也大，因此被甩貼在轉(zhuǎn)鼓內(nèi)壁上，形成固環(huán)層;由于水的密度較小，離心力小，因此只能在固環(huán)層內(nèi)側(cè)形成液體層(又可稱為液環(huán)層)。固環(huán)層的污泥在螺旋輸送器的緩慢推動(dòng)下，被輸送到轉(zhuǎn)鼓小端法蘭的出渣口連續(xù)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(shí)，由于離心力和重力的影響，會(huì)對(duì)大端法蘭端面表面反復(fù)沖刷，造成大端法蘭圓周端面及螺栓孔的磨損，在運(yùn)行一段時(shí)間后經(jīng)常發(fā)生螺栓頭銹蝕無法拆卸的現(xiàn)象，不但影響設(shè)備維護(hù)拆裝，還直接影響到轉(zhuǎn)子的動(dòng)平衡。針對(duì)該項(xiàng)目中離心機(jī)臺(tái)數(shù)多、污泥腐蝕性強(qiáng)的特性，在大端法蘭端面位置增加一個(gè)可拆卸的金屬保護(hù)環(huán)，可有效地保護(hù)大端法蘭圓周端面的螺栓及螺栓孔，在保護(hù)環(huán)磨損后可方便拆下調(diào)換。當(dāng)金屬圓環(huán)上的螺栓頭也因腐蝕不能拆卸時(shí)，可以采用將金屬圓環(huán)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(jié)構(gòu)和質(zhì)量。
    由于金屬圓環(huán)只起保護(hù)作用，受力較小，因此連接螺栓的數(shù)量不必很多，既不影響原大端法蘭的結(jié)構(gòu)及緊固螺栓的排布、位置及強(qiáng)度，也便于經(jīng)常拆卸、維護(hù)、更換，使得大端法蘭始終處于高質(zhì)量狀態(tài)，有利于整個(gè)離心機(jī)的正常運(yùn)行和維護(hù)維修保養(yǎng)。其位置如圖2所示。該結(jié)構(gòu)已申請(qǐng)專利(專利號(hào):ZL200820154055．8)。
 

             
    同時(shí)，為防止污泥進(jìn)入內(nèi)軸承，設(shè)計(jì)了一種用于臥螺離心機(jī)的密封裝置(專利號(hào):ZL 200920208407．8)。離心機(jī)運(yùn)行時(shí)，使污水緊貼轉(zhuǎn)鼓壁，在沒有發(fā)生堵料以及出水口堵塞的情況下，污水是不會(huì)與軸承旋轉(zhuǎn)工作部件表面即頂蓋與轉(zhuǎn)鼓的結(jié)合面處接觸，更不可能滲透到軸承工作腔體。但在停機(jī)過程中，隨著機(jī)器轉(zhuǎn)速降低，離心力也降低，可能導(dǎo)致緊貼轉(zhuǎn)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(zhuǎn)鼓的結(jié)合面處接觸。由于頂蓋與轉(zhuǎn)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(jìn)入軸承工作腔體中;另外，由于油封的固定端也是旋轉(zhuǎn)件，在機(jī)器停止工作前，由旋轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的離心力也可能使密封唇向外擴(kuò)張，使唇與軸之間產(chǎn)生間隙，混合液從間隙處進(jìn)入軸承工作腔體內(nèi)，從而造成軸承的損壞。動(dòng)靜相結(jié)合的組合型密封結(jié)構(gòu)見圖3。

            
    采用此種組合型密封結(jié)構(gòu)，在原有的基礎(chǔ)上增加了該處的密封性，這樣就達(dá)到了保持軸承工作環(huán)境穩(wěn)定的效果。
    2.2主軸承潤(rùn)滑系統(tǒng)
    該系統(tǒng)主要組成部件有:油缸、柱塞泵、驅(qū)動(dòng)電機(jī)、冷卻系統(tǒng)、過濾系統(tǒng)、集成閥塊、噴淋裝置、監(jiān)測(cè)系統(tǒng)［2］。該系統(tǒng)液壓?jiǎn)卧庑谓Y(jié)構(gòu)如圖4所示。

           
    驅(qū)動(dòng)電機(jī)帶動(dòng)柱塞泵工作將油缸內(nèi)的油泵出，油液經(jīng)過集成閥塊調(diào)配將油按設(shè)定值泵入離心機(jī)的左右兩軸承座內(nèi)，通過噴頭對(duì)兩軸承進(jìn)行噴淋潤(rùn)滑，潤(rùn)滑油通過軸承座回油口在重力作用下回落到潤(rùn)滑系統(tǒng)的過濾系統(tǒng)，經(jīng)過濾后通過冷卻系統(tǒng)返回油缸。監(jiān)測(cè)系統(tǒng)通過對(duì)潤(rùn)滑油溫度、兩潤(rùn)滑點(diǎn)口的壓力、油缸內(nèi)油位的起伏來反饋信息于離心機(jī)控制柜，以確保離心機(jī)的安全運(yùn)行。在該潤(rùn)滑系統(tǒng)中，依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)離心機(jī)與潤(rùn)滑系統(tǒng)落差不大，采用雙油缸虹吸方式(專利號(hào):ZL 201020132999．2)，加大落差壓力使?jié)櫥透焖俚鼗厝胗拖?，防止軸承座內(nèi)油位過高而產(chǎn)生溢流。
    在現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行的過程中，在設(shè)定值內(nèi)，機(jī)器運(yùn)行平穩(wěn)，且左右兩主軸承座溫度較同類機(jī)型溫度升高低于25℃，而采用油脂潤(rùn)滑溫度升高為35℃。
    2.3控制系統(tǒng)
    離心機(jī)控制面板主要分為2塊，第一塊為脫水機(jī)系統(tǒng)的控制面板即參數(shù)調(diào)節(jié)面板，第二塊為閉環(huán)系統(tǒng)，即參數(shù)調(diào)定后，進(jìn)行系統(tǒng)切換，使機(jī)器運(yùn)行于調(diào)定參數(shù)環(huán)境下，依靠電信號(hào)主動(dòng)反饋，對(duì)機(jī)器進(jìn)行自動(dòng)控制。
    其中控制面板分自動(dòng)、手動(dòng)、停機(jī)、遠(yuǎn)控四種控制方式。
    自動(dòng)控制方式:按“自動(dòng)”控制按鈕，該按鈕由藍(lán)色轉(zhuǎn)變?yōu)榧t色。脫水系統(tǒng)根據(jù)PLC程序自動(dòng)完成開機(jī)操作(加藥泵開啟后整個(gè)開機(jī)過程結(jié)束)。手動(dòng)控制方式:按“手動(dòng)”控制按鈕，該按鈕由藍(lán)色轉(zhuǎn)變?yōu)榧t色。此時(shí)用戶可以根據(jù)實(shí)際需要對(duì)單個(gè)設(shè)備進(jìn)行啟/停操作。此時(shí)上方會(huì)出現(xiàn)操作說明，可以查看簡(jiǎn)單的手動(dòng)操作流程。
    停機(jī)控制方式:按“停機(jī)”控制按鈕，該按鈕由藍(lán)色轉(zhuǎn)變?yōu)榧t色。脫水系統(tǒng)根據(jù)PLC程序自動(dòng)完成停機(jī)操作(刀閘閥關(guān)閉后整個(gè)停機(jī)過程結(jié)束，如果進(jìn)料超過1 min后系統(tǒng)還將進(jìn)行自動(dòng)沖洗操作)。遠(yuǎn)控控制方式:按“遠(yuǎn)控”控制按鈕，該按鈕由藍(lán)色轉(zhuǎn)變?yōu)榧t色，此時(shí)系統(tǒng)控制權(quán)交由上位機(jī)控制。
    當(dāng)控制面板參數(shù)設(shè)定完成，切換至閉環(huán)系統(tǒng)，智能控制系統(tǒng)將接管機(jī)器控制權(quán)限改為自適應(yīng)反饋控制，此時(shí)系統(tǒng)保持恒扭矩運(yùn)行，用戶在平時(shí)監(jiān)控時(shí)可以在這個(gè)界面查看各個(gè)環(huán)節(jié)參數(shù)，根據(jù)數(shù)據(jù)可以對(duì)設(shè)備進(jìn)行微調(diào)控制。在這個(gè)界面，還可以看到溫度、轉(zhuǎn)差速、扭矩等數(shù)據(jù)的變化，如果接近報(bào)警點(diǎn)，可以提前對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)整控制。同時(shí)，系統(tǒng)具備報(bào)警檢測(cè)功能，所有機(jī)器運(yùn)行中出現(xiàn)的問題都會(huì)記錄，系統(tǒng)根據(jù)設(shè)定進(jìn)行自我調(diào)節(jié)，當(dāng)問題無法調(diào)節(jié)時(shí)，通過報(bào)警系統(tǒng)將控制權(quán)移交，改為手動(dòng)操作。
    3·設(shè)計(jì)參數(shù)
    該成套系統(tǒng)原設(shè)計(jì)要求參數(shù)為:單機(jī)處理量≥30 t/d，進(jìn)泥流量≥40 m3/h，進(jìn)泥濃度為2%～5%，加藥量≤8．0 kg/tDS，對(duì)應(yīng)設(shè)計(jì)參數(shù)見表2。

            
     在實(shí)際運(yùn)行中，16臺(tái)機(jī)器單機(jī)處理量如表3所示，進(jìn)行參數(shù)折算對(duì)比后，其結(jié)果滿足設(shè)計(jì)要求。同時(shí)，由于尚處于試運(yùn)行期間，機(jī)器性能未最大化(設(shè)計(jì)機(jī)器轉(zhuǎn)速可達(dá)3 500 r/min，調(diào)試時(shí)運(yùn)行于2 400～2 880 r/min)，還有進(jìn)一步上升空間。

            
    調(diào)試結(jié)果證明，該系統(tǒng)油潤(rùn)滑閉環(huán)自適應(yīng)多臺(tái)聯(lián)動(dòng)離心機(jī)完全適應(yīng)該類印染廢水處理環(huán)境。
    4·結(jié)語
    通過對(duì)通用性中型離心機(jī)機(jī)械結(jié)構(gòu)及多臺(tái)機(jī)組連續(xù)運(yùn)行控制系統(tǒng)的改進(jìn)，能夠滿足污泥深度脫水的處理要求。工程運(yùn)行結(jié)果表明，分離效果達(dá)到設(shè)計(jì)要求，機(jī)組運(yùn)行穩(wěn)定，實(shí)現(xiàn)了更高效的自動(dòng)化控制。
參考文獻(xiàn):
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