中型卧螺离心机在印染污泥处理中的应用

中型卧螺离心机在印染污泥处理中的应用

屈年凯，卢彦俊，钱健航

(上海市离心机械研究所有限公司，上海200231)

摘要:在某污水处理厂扩建工程中，针对其主要处理印染废水的特点，通过对通用性中型离心机机械结构及多台机组连续运行控制系统的改进，满足其处理要求及分离效果。实际运行结果表明，分离效果达到设计要求，机组运行稳定，实现了更高效的自动化控制。
    关键词:印染废水;结构改进;运行控制
    中图分类号:X703文献标识码:C文章编号:1000－4602(2011)24－0075－04
    江苏省某水处理公司成立于2001年初，主要负责处理市区及所属区县的城市污水及工业废水，上海市离心机械研究所有限公司中标并安装的工程属于其三期工程，主要用于处理周边工厂排出的印染废水。产生的印染污泥主要分两线进行处理:一线为直接通入后道焚烧工序，用于生产建筑砖块;另一线为通入泥仓后进行填埋［1］。排水进入生化池再处理或回用。
    1·工艺选型
    三期工程的原水为混合污水，其色度大、浊度高、化学组成复杂、絮凝要求高、脱水难度大。
    离心机在正常脱水过程中，液相分离区间会有一个剪切力很大的离心场。在这样一个环境下，柔性蓬松的物体结构容易被破坏。印染废水经絮凝后形成的絮团就是柔性蓬松的，因此选用的PAM需要拥有比较好的键链强度才能维持该絮团在离心场里有着良好的抗剪切能力。
    印染废水如果只考虑固液完全分离，保证液相的SS达标，其实离心机脱水对PAM的抗剪切强度要求并不高。但是如果经离心机脱水后，需要保证出泥达到一定的含固率(例如达到19%以上)，这就需要离心机提供相对较高的离心力，或者降低出泥速度(减小螺旋与转鼓的相对转差速)来提高挤压力和持续时间。但是这些动作都会加大对絮团的破坏程度，而能否在离心场中维持絮团的原有形状将直接影响到分离效果。现场试验数据见表1(进料浓度为3．1%，加药浓度为0．2%)。

    由试验2、3、4的数据可知，在不增加絮凝剂投加量的情况下，无论调高离心力还是减小转差速，虽可一定程度地提高出泥的含固率，但都使得分离液的SS浓度变高。
    如果既要达到一定的出泥含固率又要保证分离液达标，则需要在增加挤压力的同时加大对絮团的修补力度，即增加PAM的用量。而增加PAM的用量则会将一定量的水带入固相中，这就需要更大的挤压力把水从固相中挤出。而后更大的挤压力又需要更多PAM来维持絮团的形状。因而在确保出泥含固率达到19%以上且分离液达标的情况下，PAM投加量将非常大，污水处理的成本明显增大，正如试验5所反映的情况，加药量是之前的两倍多。
    试验数据表明，要使出泥含固率达到或超过19%，卧螺离心机必须在相对高转速、低转差速的运行状态下才能达到。絮团能否在这个状态下维持良好的形状就成为了分离的关键。针对在离心脱水过程中所遇到的絮团容易被破坏的问题，应考虑选用超大分子质量的PAM，以抵抗离心场中的强剪切力和挤压力。
    所选用的2#PAM较1#PAM具有更大的分子质量。比较试验1和6的数据，使用2#PAM后分离液的SS浓度明显降低。这说明具有超高分子质量的2#PAM更适合现场的物料。
    比较试验3、7和试验4、8的数据可以发现，在相同的离心机运行参数下，为达到一定的出泥含固率，当1#PAM的投量为9 kg/tDS时分离液的SS浓度较高，而投加相同量的2#PAM后，分离液的SS浓度明显降低。
    2·结构改进
    针对此次供应的离心机存在着台数多、运行参数要求高、时间长、处理量大、交货周期短的特点，主要对机器结构进行了三方面的优化:①细部结构调整;②改换主轴承润滑方式，采用油润滑系统代替传统离心机脂润滑;③控制系统。
    2.1细部结构调整
    卧式螺旋卸料沉降离心机是依靠固液两相的密度差，在离心力的作用下，加快固相颗粒的沉降速度来实现固液分离的机械。离心机结构如图1所示。污泥由污泥进料管送入转鼓后，在高速旋转产生的离心力作用下，立即被转入转鼓腔内。污泥颗粒由于密度较大，离心力也大，因此被甩贴在转鼓内壁上，形成固环层;由于水的密度较小，离心力小，因此只能在固环层内侧形成液体层(又可称为液环层)。固环层的污泥在螺旋输送器的缓慢推动下，被输送到转鼓小端法兰的出渣口连续排出，液相层的液体通过大端法兰上的出液口排出。

               
    分离后的液体在从出液口排出时，由于离心力和重力的影响，会对大端法兰端面表面反复冲刷，造成大端法兰圆周端面及螺栓孔的磨损，在运行一段时间后经常发生螺栓头锈蚀无法拆卸的现象，不但影响设备维护拆装，还直接影响到转子的动平衡。针对该项目中离心机台数多、污泥腐蚀性强的特性，在大端法兰端面位置增加一个可拆卸的金属保护环，可有效地保护大端法兰圆周端面的螺栓及螺栓孔，在保护环磨损后可方便拆下调换。当金属圆环上的螺栓头也因腐蚀不能拆卸时，可以采用将金属圆环磨或割的方式将其去除后再更换，不影响大端法兰的整体结构和质量。
    由于金属圆环只起保护作用，受力较小，因此连接螺栓的数量不必很多，既不影响原大端法兰的结构及紧固螺栓的排布、位置及强度，也便于经常拆卸、维护、更换，使得大端法兰始终处于高质量状态，有利于整个离心机的正常运行和维护维修保养。其位置如图2所示。该结构已申请专利(专利号:ZL200820154055．8)。
 

             
    同时，为防止污泥进入内轴承，设计了一种用于卧螺离心机的密封装置(专利号:ZL 200920208407．8)。离心机运行时，使污水紧贴转鼓壁，在没有发生堵料以及出水口堵塞的情况下，污水是不会与轴承旋转工作部件表面即顶盖与转鼓的结合面处接触，更不可能渗透到轴承工作腔体。但在停机过程中，随着机器转速降低，离心力也降低，可能导致紧贴转鼓壁的未处理污水残留以及清洗水混合液由于重力影响向下掉落，与顶盖与转鼓的结合面处接触。由于顶盖与转鼓的配合面在加工过程中存在加工误差，使两接触面不能完全吻合，如果与混合液接触，可能使混合液依靠重力渗漏进入轴承工作腔体中;另外，由于油封的固定端也是旋转件，在机器停止工作前，由旋转所产生的离心力也可能使密封唇向外扩张，使唇与轴之间产生间隙，混合液从间隙处进入轴承工作腔体内，从而造成轴承的损坏。动静相结合的组合型密封结构见图3。

            
    采用此种组合型密封结构，在原有的基础上增加了该处的密封性，这样就达到了保持轴承工作环境稳定的效果。
    2.2主轴承润滑系统
    该系统主要组成部件有:油缸、柱塞泵、驱动电机、冷却系统、过滤系统、集成阀块、喷淋装置、监测系统［2］。该系统液压单元外形结构如图4所示。

           
    驱动电机带动柱塞泵工作将油缸内的油泵出，油液经过集成阀块调配将油按设定值泵入离心机的左右两轴承座内，通过喷头对两轴承进行喷淋润滑，润滑油通过轴承座回油口在重力作用下回落到润滑系统的过滤系统，经过滤后通过冷却系统返回油缸。监测系统通过对润滑油温度、两润滑点口的压力、油缸内油位的起伏来反馈信息于离心机控制柜，以确保离心机的安全运行。在该润滑系统中，依据现场离心机与润滑系统落差不大，采用双油缸虹吸方式(专利号:ZL 201020132999．2)，加大落差压力使润滑油更快速地回入油箱，防止轴承座内油位过高而产生溢流。
    在现场运行的过程中，在设定值内，机器运行平稳，且左右两主轴承座温度较同类机型温度升高低于25℃，而采用油脂润滑温度升高为35℃。
    2.3控制系统
    离心机控制面板主要分为2块，第一块为脱水机系统的控制面板即参数调节面板，第二块为闭环系统，即参数调定后，进行系统切换，使机器运行于调定参数环境下，依靠电信号主动反馈，对机器进行自动控制。
    其中控制面板分自动、手动、停机、远控四种控制方式。
    自动控制方式:按“自动”控制按钮，该按钮由蓝色转变为红色。脱水系统根据PLC程序自动完成开机操作(加药泵开启后整个开机过程结束)。手动控制方式:按“手动”控制按钮，该按钮由蓝色转变为红色。此时用户可以根据实际需要对单个设备进行启/停操作。此时上方会出现操作说明，可以查看简单的手动操作流程。
    停机控制方式:按“停机”控制按钮，该按钮由蓝色转变为红色。脱水系统根据PLC程序自动完成停机操作(刀闸阀关闭后整个停机过程结束，如果进料超过1 min后系统还将进行自动冲洗操作)。远控控制方式:按“远控”控制按钮，该按钮由蓝色转变为红色，此时系统控制权交由上位机控制。
    当控制面板参数设定完成，切换至闭环系统，智能控制系统将接管机器控制权限改为自适应反馈控制，此时系统保持恒扭矩运行，用户在平时监控时可以在这个界面查看各个环节参数，根据数据可以对设备进行微调控制。在这个界面，还可以看到温度、转差速、扭矩等数据的变化，如果接近报警点，可以提前对这些数据进行调整控制。同时，系统具备报警检测功能，所有机器运行中出现的问题都会记录，系统根据设定进行自我调节，当问题无法调节时，通过报警系统将控制权移交，改为手动操作。
    3·设计参数
    该成套系统原设计要求参数为:单机处理量≥30 t/d，进泥流量≥40 m3/h，进泥浓度为2%～5%，加药量≤8．0 kg/tDS，对应设计参数见表2。

            
     在实际运行中，16台机器单机处理量如表3所示，进行参数折算对比后，其结果满足设计要求。同时，由于尚处于试运行期间，机器性能未最大化(设计机器转速可达3 500 r/min，调试时运行于2 400～2 880 r/min)，还有进一步上升空间。

            
    调试结果证明，该系统油润滑闭环自适应多台联动离心机完全适应该类印染废水处理环境。
    4·结语
    通过对通用性中型离心机机械结构及多台机组连续运行控制系统的改进，能够满足污泥深度脱水的处理要求。工程运行结果表明，分离效果达到设计要求，机组运行稳定，实现了更高效的自动化控制。
参考文献:
［1］金兆丰，徐竟成，余志荣，等．城市污水回用技术手册［M］．北京:化学工业出版社，2004．
［2］陈蓉，王子君．滚动轴承的润滑［J］．现代零部件，2005，(6):85－87．