離心脫水機(jī)在很多給水工程中得到應(yīng)用，運(yùn)行情況良好，且占地面積小，由于受第九水廠脫水機(jī)房場地限制，本改造工程選用離心脫水機(jī)。
為了保證最終的處理效果，離心脫水機(jī)的選型應(yīng)以實(shí)物試驗(yàn)為基礎(chǔ)，工程在改造之前已進(jìn)行離心脫水機(jī)車載機(jī)現(xiàn)場試驗(yàn)，試驗(yàn)表明離心脫水機(jī)對(duì)第九水廠脫水污泥具有較強(qiáng)的適應(yīng)性，能夠達(dá)到預(yù)定的脫水效果。改造后污泥從濃縮池到泥餅外運(yùn)經(jīng)采用的工藝流程見圖2。
3.1 離心脫水機(jī)
改造工程選用的脫水機(jī)為臥式、螺旋卸料沉降式離心機(jī)。
離心脫水機(jī)工作時(shí)，污泥從轉(zhuǎn)鼓的一端通過布料器進(jìn)入轉(zhuǎn)鼓內(nèi)，與轉(zhuǎn)鼓一起高速旋轉(zhuǎn)并產(chǎn)生較高的離心力，在此離心力的加速作用下，污泥的固液相按質(zhì)量沉降分離。其中密度較大的固體顆粒沉降在泥水環(huán)的外圈，即沿轉(zhuǎn)鼓的內(nèi)壁形成泥環(huán)層，沉降污泥通過卸料螺旋與轉(zhuǎn)鼓的差速被卸料螺旋緩慢推至轉(zhuǎn)鼓錐端進(jìn)一步脫水，脫水后的泥餅經(jīng)過轉(zhuǎn)鼓的環(huán)向排泥口排出。而密度較小的液體，則在泥環(huán)內(nèi)側(cè)形成濾液層，并通過轉(zhuǎn)鼓內(nèi)的溢流口排出轉(zhuǎn)鼓。
離心脫水機(jī)的轉(zhuǎn)子由中心筒及布料器和卸料螺旋葉片組成。卸料螺旋葉片分為整體式和中空式兩種，整體式螺旋葉片結(jié)構(gòu)簡單，動(dòng)平衡易掌握。中空式螺旋葉片能使濾液排出順暢，減少了對(duì)固體層的擾動(dòng)，但葉片結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜。
離心脫水機(jī)最大特點(diǎn)是設(shè)備體積小、操作管理簡單、占地面積少，由于污泥脫水過程是在全封閉的情況下進(jìn)行，大大降低了操作環(huán)境的污染，改善了操作人員的工作環(huán)境。
其主要特點(diǎn)及要求如下：
(1)進(jìn)料、分離、排出濾液和泥餅的工作過程連續(xù)不間斷。
(2)離心脫水機(jī)的主機(jī)及其框架的設(shè)計(jì)能夠承受設(shè)備靜載荷以及運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生的動(dòng)載荷，有足夠的安全系數(shù)，設(shè)備安全可靠，在運(yùn)行時(shí)無撓曲、變形及振動(dòng)等現(xiàn)象，大修周期不小于3年。
(3)離心脫水機(jī)具有轉(zhuǎn)筒與螺旋推料器轉(zhuǎn)速差可以自動(dòng)無級(jí)調(diào)節(jié)的性能，在進(jìn)料污泥參數(shù)發(fā)生變化時(shí)，能夠自動(dòng)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速差，使分離效果仍符合技術(shù)要求。
(4)采用變頻調(diào)節(jié)差速裝置控制螺旋差速，差速調(diào)節(jié)精度≤0.1 r/min。
(5)脫水機(jī)提供足夠的離心力，使泥餅中干物質(zhì)含量較大。其轉(zhuǎn)筒的最大分離因數(shù)不小于2 100，在高速運(yùn)行時(shí)自動(dòng)保持動(dòng)平衡。
(6)脫水機(jī)的轉(zhuǎn)筒結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)符合污泥脫水要求，其轉(zhuǎn)筒長徑比不小于4;轉(zhuǎn)筒軸整體加工成型。
(7)螺旋推料器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方便維修拆卸。
(8)轉(zhuǎn)鼓采用離心澆鑄工藝制造，使轉(zhuǎn)鼓密度均勻，剛性好，動(dòng)平衡性好。
(9)轉(zhuǎn)筒的內(nèi)壁開縱向溝槽，防止固相泥層在轉(zhuǎn)筒內(nèi)壁滑動(dòng)引起的轉(zhuǎn)鼓內(nèi)壁磨損，同時(shí)避免泥層隨卸料螺旋旋轉(zhuǎn)而不排出。
由于污泥中含沙量高，對(duì)設(shè)備的磨損較大，所選設(shè)備應(yīng)耐磨損和耐腐蝕，因此所選離心脫水機(jī)轉(zhuǎn)子材質(zhì)為316L，葉片表面采用碳化鎢貼片保護(hù)。轉(zhuǎn)轂材質(zhì)為雙相不銹鋼，機(jī)架為碳鋼防腐處理。
隔音罩為玻璃鋼表面烤漆;進(jìn)料口、出料口采用可更換耐磨襯套，其材料為碳化鎢。
所選用的離心脫水機(jī)出泥口配套不銹鋼電動(dòng)插板閥，以保證在設(shè)備沖洗和啟動(dòng)時(shí)，不會(huì)發(fā)生液體滲漏現(xiàn)象。插板閥與脫水機(jī)實(shí)現(xiàn)聯(lián)動(dòng)，排泥時(shí)自動(dòng)打開，沖洗時(shí)自動(dòng)關(guān)閉。
3.2 污泥破碎切割機(jī)
為防止污泥中可能出現(xiàn)的大塊雜質(zhì)損壞高速旋轉(zhuǎn)的離心機(jī)，在系統(tǒng)中設(shè)置污泥破碎切割機(jī)。
污泥破碎切割機(jī)在輸送介質(zhì)的過程中能切碎較大顆粒的固體物質(zhì)和纖維，運(yùn)行平穩(wěn)。其底部帶分離器，并有大的清洗窗，便于腔體內(nèi)殘留物的清理和排空異物。
污泥破碎切割機(jī)為管道式結(jié)構(gòu)，由殼體、軸承托架、驅(qū)動(dòng)軸、刀體、刀刃、刀盤、軸封及驅(qū)動(dòng)裝置組成，雙法蘭聯(lián)接，機(jī)械密封。其處理能力與污泥進(jìn)料泵和脫水機(jī)相匹配，并與脫水機(jī)聯(lián)動(dòng)，現(xiàn)場設(shè)手動(dòng)控制開關(guān)。
3.3 污泥進(jìn)料泵
為使污泥保持最佳性質(zhì)，改造工程選用凸輪轉(zhuǎn)子泵作為離心泵的進(jìn)料泵。凸輪轉(zhuǎn)子泵的優(yōu)點(diǎn)是沒有湍流、攪動(dòng)、脈動(dòng)和剪切現(xiàn)象，特別適用于泵送濃縮污泥。
凸輪轉(zhuǎn)子泵是一種容積泵，工作原理與羅茨鼓風(fēng)機(jī)相似，兩個(gè)轉(zhuǎn)子葉輪平行設(shè)置，在兩個(gè)轉(zhuǎn)子葉輪之間和轉(zhuǎn)子與泵殼之間形成腔體，當(dāng)轉(zhuǎn)子配合旋轉(zhuǎn)時(shí)，便將污泥吸入、排出，實(shí)現(xiàn)輸送污泥的目的。以3葉轉(zhuǎn)子泵為例，轉(zhuǎn)子葉輪每旋轉(zhuǎn)一周，完成3次吸泥和排泥過程。
凸輪轉(zhuǎn)子泵可以反向輸送介質(zhì)，干運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，溫度不會(huì)很快上升且不會(huì)太高，可以短時(shí)承受干運(yùn)轉(zhuǎn)而泵不會(huì)被損壞。介質(zhì)在凸輪轉(zhuǎn)子泵中被傳送的距離比較短，因此顆粒通過能力大，結(jié)構(gòu)尺寸小，效率高，占地小，所需維修空間小，檢修時(shí)不需要額外的場地，耐磨蝕性能好，檢修維護(hù)費(fèi)用較低。對(duì)于較大的轉(zhuǎn)子葉輪，應(yīng)采用轉(zhuǎn)子尖部可拆卸的結(jié)構(gòu)，當(dāng)磨損嚴(yán)重時(shí)，只需更換被磨損的轉(zhuǎn)子尖即可，減少了維修費(fèi)用。當(dāng)轉(zhuǎn)子葉輪較小時(shí)，可選用更換整個(gè)轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)形式。
第九水廠污泥含砂量較高，對(duì)設(shè)備的磨損比較嚴(yán)重，因此對(duì)于輸送污泥的凸輪泵要控制轉(zhuǎn)速，通過降低轉(zhuǎn)速來減少磨損，凸輪轉(zhuǎn)子泵的轉(zhuǎn)速不宜超過150 r/min。凸輪轉(zhuǎn)子泵殼體材質(zhì)為硬質(zhì)耐磨鑄鐵噴涂耐磨涂層，轉(zhuǎn)子材質(zhì)耐磨鑄鋼，外表面丁腈橡膠包覆。
3.4 螺旋輸送機(jī)
泥餅輸送系統(tǒng)由2臺(tái)無軸螺旋輸送機(jī)組成。泥餅經(jīng)過2臺(tái)無軸螺旋輸送機(jī)被送到室外的運(yùn)泥卡車中。
無軸螺旋輸送機(jī)由驅(qū)動(dòng)裝置、U形槽、無軸螺旋和支架等組成。螺旋輸送機(jī)工作時(shí)，落入U(xiǎn)形槽中的泥餅通過旋轉(zhuǎn)的無軸螺旋被推至輸送機(jī)一端的出料口排出。無軸螺旋輸送機(jī)的單機(jī)輸送長度，在水平安裝時(shí)可達(dá)30 m，傾斜安裝時(shí)可達(dá)28 m。
柔性無軸螺旋是無軸螺旋輸送機(jī)的關(guān)鍵部件，是一個(gè)連續(xù)整體部件。螺旋葉片放置在U形槽中，一端支撐與驅(qū)動(dòng)軸聯(lián)接，另一端為自由端。螺旋葉片在使用一段時(shí)間后會(huì)被拉長變形，此時(shí)可以將螺旋葉片切去一段后繼續(xù)使用。螺旋葉片的設(shè)計(jì)保證了物料流通順利，無堵塞;螺旋槽內(nèi)設(shè)置便于更換的耐磨襯體。
水平安裝的輸送機(jī)與離心脫水機(jī)的出泥口相對(duì)接，輸送距離為14 m，安裝角度為1°，便于積水排出;泥餅再由傾斜安裝的輸送機(jī)送到室外的運(yùn)泥卡車，輸送距離為11 m，安裝角度為15°。
所選無軸螺旋輸送機(jī)需要耐磨損、耐腐蝕，要求其螺旋葉片材質(zhì)為特殊鋼或不銹鋼，耐磨條或襯體為耐磨防腐材料，軸頭、螺旋槽和機(jī)罩均為不銹鋼。
3.5 絮凝劑制備及投加系統(tǒng)
污泥脫水前需要投加絮凝劑形成絮體，便于脫水，第九水廠選用的藥劑為粉狀聚丙烯酰胺。
絮凝劑制備投加系統(tǒng)可分為3部分：絮凝劑制備裝置、加藥裝置和在線稀釋系統(tǒng)。絮凝劑制備裝置由干粉投加系統(tǒng)(或藥液投加系統(tǒng))、溶解水系統(tǒng)、攪拌儲(chǔ)存系統(tǒng)和控制系統(tǒng)組成;加藥裝置由加藥泵、流量計(jì)和閥門組成;在線稀釋系統(tǒng)由水射器、轉(zhuǎn)子流量計(jì)、靜態(tài)混合器和閥門等組成。
絮凝劑制備裝置用于高分子絮凝劑粉劑的投入調(diào)配，將粉狀絮凝劑調(diào)配至0.2%～0.5%的溶液。工作時(shí)，粉劑經(jīng)真空吸料器吸送到料倉中備用;配藥時(shí)，粉劑通過標(biāo)定的螺旋進(jìn)料器精確計(jì)量投加量，與溶解水一起加入配藥罐中;配藥罐內(nèi)安裝攪拌器，適當(dāng)?shù)霓D(zhuǎn)速既保證溶液的熟化，又不破壞絮體。藥劑的熟化時(shí)間控制在60 min左右，不得短于45 min，熟化好的藥劑儲(chǔ)于儲(chǔ)藥罐中備用。裝置材質(zhì)應(yīng)為不銹鋼。
因螺桿泵具有泵送平穩(wěn)、剪切力小等特性，所以系統(tǒng)中采用螺桿泵作為藥劑投加泵，并配套干運(yùn)行保護(hù)器和過載保護(hù)裝置。藥液的投加含量為0.1%～0.2%，而經(jīng)絮凝劑制備裝置配置的藥液含量為0.2%～0.5%，所以需要經(jīng)過稀釋將濃度降低才能投加。投加絮凝劑時(shí)，螺桿泵從儲(chǔ)藥罐中抽取藥液，經(jīng)稀釋系統(tǒng)稀釋后，定量與污泥混合。
絮凝制備裝置的處理能力要根據(jù)脫水機(jī)的加藥量、藥液投加濃度和藥液熟化時(shí)間來核算確定，在選型時(shí)要注意核算藥劑停留時(shí)間，以免出現(xiàn)以縮短停留時(shí)間來提高處理能力的情況。
由于聚丙烯酰胺為粉劑，要求真空吸料裝置與進(jìn)料口配合緊密，設(shè)備在操作過程中應(yīng)清潔，無粉塵泄漏;進(jìn)料斗材質(zhì)選用不銹鋼。
4 設(shè)備安裝與調(diào)試中出現(xiàn)的問題及注意事項(xiàng)
(1)原設(shè)計(jì)加藥螺桿泵進(jìn)藥口垂直放置，藥劑從上至下流入泵中，管路在高處易存留空氣，使加藥泵運(yùn)行時(shí)空氣進(jìn)入泵內(nèi)造成螺桿泵干運(yùn)轉(zhuǎn)，螺桿泵干運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)溫度升高很容易使橡膠定子損壞。將進(jìn)口由垂直方向改為與出口同高度的側(cè)向進(jìn)水，防止管道窩氣，避免產(chǎn)生干運(yùn)轉(zhuǎn)。螺桿泵使用時(shí)最好能保證連續(xù)進(jìn)藥，安裝位置應(yīng)低于物料儲(chǔ)液池液位以下。
(2)設(shè)備調(diào)試初期，離心脫水機(jī)出泥較稀，分析其原因?yàn)椋弘x心脫水機(jī)的出水堰板太高，使轉(zhuǎn)鼓中的水位升高，濾液得不到及時(shí)排出造成泥餅含水率高，不能形成泥餅。現(xiàn)場通過調(diào)節(jié)堰板，降低了高度，使得濾液能夠及時(shí)排出，得到了符合要求的泥餅。一般來說，堰板的高度由污泥的性質(zhì)決定，堰板過高不利于泥餅的形成，堰板過低會(huì)造成濾液回收率降低。
(3)在輸泥管路上增設(shè)壓力表，以便觀察管道壓力。由于輸送介質(zhì)為排泥水，為防止介質(zhì)進(jìn)入損壞壓力表，因此選擇隔膜式壓力表。
5 結(jié)語
北京市第九水廠污泥脫水機(jī)房改造工程于2009年10月完成設(shè)備采購，2010年9月投產(chǎn)運(yùn)行，離心脫水機(jī)的處理能力為8 tDS/(d·臺(tái))，泥餅含水率小于80%，固體回收率大于95%，運(yùn)行結(jié)果達(dá)到了設(shè)計(jì)要求;污泥處理系統(tǒng)設(shè)備運(yùn)行至今，情況良好，對(duì)降低能源消耗、減少污染物排放、建設(shè)資源節(jié)約型環(huán)境友好型社會(huì)起到了積極的作用。
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