臥螺離心機在鋁冶金循環水污泥處理中的應用
摘 要：本文介紹了循環水污泥處理系統的概況，重點論述了臥螺離心機在污泥脫水處理中的運行管理，簡要分析了試運行期間遇到的問題及解決方法，并討論了臥螺離心機的重要作用。
關鍵詞：臥螺離心機；循環水；污泥處理
中國鋁業山東分公司是我國最早的鋁行業基地，隨著生產規模的不斷擴大和生產流程的不斷革新，各生產工序的給排水也隨之變化。近年來通過對生產排水漸進式的優化改造，目前已發展成以污水處理和蒸發循環水系統為主、不同水質獨立循環處理為輔、污泥集中處理的科學模式。其中在污泥的機械脫水處理中，主要設備為臥螺離心機，在長時間的運行管理中，積累了可指導性的運行經驗，優化臥螺離心機的運行對企業實現可持續發展具有積極意義。
1 循環水污泥系統概況
中國鋁業山東分公司循環水系統主要承擔著氧化鋁廠（燒結法）、化學品氧化鋁公司等生產單位各工序排水的沉淀處理、冷卻降溫和循環供應任務。
循環水污水處理系統主要包括水處理西站、水處理東站、大泵房（蒸發循環水）三個子系統，處理工藝為傳統污水處理方法。因各生產崗位排水復雜，回水水質和水量時常變化，其中水處理西站日處理污水量為2.5~3萬m3，水處理東站日處理污水量為2.5~3萬m3，大泵房系統日處理蒸發循環水量為16~20萬m3。
循環水污泥處理系統包括重力濃縮處理及機械脫水處理（臥螺離心機），因來泥為各污水處理各設施排泥，污水本身水質變化較大，所以污泥性質不穩定。其中重力濃縮日處理量為2500~7200m3，離心機日處理量約為360~960m3。
2 離心機在試驗和試運行期間的運行情況
2.1 臥螺離心機的技術參數及工作原理
公司采用的是上海市離心機械研究所生產的LW530×2270NY型臥式螺旋卸料沉降離心機，它主要由轉鼓、螺旋、液壓差速器、液壓站、主軸承、液固相收集器、電機傳動裝置、變頻器等部件組成。該離心機具有輸出扭矩大，差速自動反饋調節，推料功率自動補償，不易發生堵料情況，分離效率高的特點。
主要技術參數為：
轉鼓直徑530mm；轉鼓有效工作長度2270mm；最大分離因素2200g；錐角2×8°；轉鼓與螺旋差轉速2~16r/min；轉鼓轉速0~2700r/min無級可調；懸浮液處理能力15~40m3/h；電機功率37kW；螺旋形式：單頭、左旋、超前；轉鼓形式：圓柱-圓錐型；溢流板直徑：φ283、φ288.5、φ294、φ299.5四檔可調。
工作原理是通過轉鼓與螺旋的差轉速△n實現固液的高效分離。
2.2 試驗期間運行分析
2008年10月底，公司選用上海離心機械研究所的車載LW350型臥螺離心機對循環水污泥進行了定性試驗，LW350型離心機的主要參數為：螺旋差速2~20r/min、轉鼓轉速3700r/min、電機功率15kW。絮凝劑選用濃度為1.5‰的陰離子型聚丙烯酰胺，試驗數據見表1。
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從運行數據可以得出：
① 在污泥參數基本相同的情況，差速越大，泥餅在離心機中停留時間也越短，泥餅含固率越低，相應的固體回收率也越低。
② 對比第2組和第3組數據，在離心機參數及污泥固體總量一定時，加絮凝劑調節后，濾液濁度明顯降低，固體回收率提高了20%，脫水性能得到改善。
③ 因污泥粘度小、堿性大，絮凝劑的用量較多，按進機污泥與加藥瞬時流量的對應關系，假設進機污泥性質穩定，連續運行下日均消耗1.5‰的絮凝劑約0.128kg/m3(泥)，加藥成本為5.1元/m3(泥)（此絮凝劑按40元/kg計）。
2.3 試運行期間運行分析
2009年4月24日，新建臥螺離心機項目投入試運行，試運行工藝流程大致同圖2，離心機上清濾液不經過溢流水箱和溢流水泵到16米沉降槽，直接經過排水管排入下水道。
因前期試驗時加絮凝劑成本太高，且公司循環水污泥為無機污泥，成分復雜多變，泥沙含量大，同時含有鋁、鐵、鈣、鈉、鉀等金屬離子，粘性小，堿度大，懸浮物含量高，所以項目沒有安裝加藥系統。
試運行期間，進機污泥參數變化不大，離心機各項參數基本保持為：污泥流量20m3/h、差速8r/min、轉速1800r/min、主機電流30A。試運行數據見表2。
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根據以上數據可知：
①離心機參數一定時，泥餅含固率隨污泥濃度的升高而降低。
②在不加絮凝劑的情況下，泥餅含固率均大于50%，相應的固體回收率約為60%左右，每天外送干泥約20噸。
③脫水處理后的濾液濁度太高，因離心機的分離范圍有限，大量的小顆粒在沒有絮凝劑的作用下不能有效地脫除，溢流到下水道后進入污水處理系統，直接影響了循環水的水質（循環水供水主要控制濁度）。
3 問題分析及優化方案的選擇
為了確保離心機系統的高效安全經濟運行，現對試驗及試運行存在的問題進行分析，并提出合理的整改方案。
① 絮凝劑的取舍
因污泥本身濁度較高、固體顆粒比重小且屬于難分離物料，絮凝劑的投加量會很大，同時形成的絮團強度不夠，在重力濃縮階段加入絮凝劑可以極大的減少進離心機的污泥量，但是進入攪拌槽后，在連續強力攪拌下，絮團極易破碎，容易造成后續投加絮凝劑過量。投加絮凝劑成本太高，不利于經濟運行。
② 改變離心機濾液排放流程
針對前期試運行時濾液中大量微小顆粒進入了循環水系統，影響了循環水供水水質，在實際中，可以改變濾液的去路，將排入下水道的溢流水改到16米沉降槽，進行進一步的重力濃縮處理，再回流到離心機繼續處理。流程改造方案為：將濾液收集到溢流水箱，通過溢流水泵排至16米沉降槽。
③ 優化重力濃縮處理流程
在機械脫水前，有兩級重力濃縮處理設施，水處理西站的排泥連續且泥量較多，經過16米沉降槽一級濃縮處理后，進入3#、4#濃縮槽進行二級濃縮處理，且大泵房系統的排泥間斷性進入3#、4#濃縮槽。
為最大限度地利用兩級重力濃縮處理設施，改變運行方式為：在大泵房不排泥時，16米沉降槽底流排泥量為50m3/h；大泵房排泥時，大泵房排泥量限定為20m3/h、16米沉降槽底流排泥量為30m3/h。因為大泵房處理蒸發循環水，水源較少，水處理西站回水復雜，外來水源較多，沉淀池中污泥量較多，所以應壓低大泵房的排泥，壓低總排泥量，延長污泥在濃縮槽內的停留時間（12~16小時）。這樣不僅可以保證濃縮槽的溢流水質，確保污泥的有效濃縮時間，盡可能降低污泥中的空隙水，提高進離心機的污泥含固率。同時可以減少進機泥沙含量，降低濾液的含固率，進而確保離心機的機動平衡。
④ 合理化離心機運行參數
LW530×2270NY型離心機的徑長比（L/D=4.3）確定了離心機的體積流量，對于可調的運行參數，結合進機污泥的狀況，保持進泥量不變，適當增加轉鼓轉速，穩步降低差速，以提高濾液澄清效率，增加泥餅含固率。
在參數的摸索調節中，轉鼓轉速過大會造成離心機本體的磨損和增加動力消耗，轉速過小，達不到處理效果，在前期運行轉速1800r/min的情況下，適當調節到2100~2500r/min范圍內；同時結合污泥含固率的減少和物料的難分離特性，將差速由前期的8r/min降低到2.5~6r/min范圍內，延長固體顆粒在離心機內的停留時間。調節后運行數據見表3（選擇上午8時數據）。
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4 階段性效果及下一步運行要點
4.1 階段性效果
結合表3的運行數據可以看出，前段時間的調試取得了階段性的效果，隨著進機污泥含固率的降低，通過適當增加轉鼓轉速和減小差速，經過離心脫水后的濾液液固比基本保持在80:1，泥餅含固率在48%左右，但相應的固體回收率低于50%。
現選取5月底每天的輸送泵外排污泥量進行分析，見下表4。
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從以上數據知，現階段日均外排泥量為103/8=12.9m3，循環水系統日均可減少43.98/8=5.5t干泥，從根本上可確保循環水的供水水質。
4.2 下一步離心機的運行要點
為科學合理的確保離心機的高效經濟運行，在前一階段的基礎上，下一步應重點做好以下幾點：
① 以設備安全經濟運行為出發點，在保證泥餅含固率的基礎上，調高溢流板的直徑，適度降低差速，合理控制轉鼓轉速，盡量減少濾液含固率，提高固體回收率，通過有計劃的實驗尋找離心機的最佳經濟運行點，并設計出不同條件下的差速變化曲線，指導離心機的運行。
② 繼續摸索重力濃縮處理系統的運行，結合進機污泥含固率持續低值的現狀，間斷運行排泥，即縮短排泥時間，增加排泥頻次，延長污泥的濃縮時間，減少進離心機污泥的泥沙含量，保證進離心機的污泥具有較高濃度, 確保離心機充分發揮脫水性能。
③ 加強離心機系統的運行維護，形成一套嚴格有效的管理制度，對關鍵設備或關鍵部件進行定期維護，確保系統的良好運行狀態。
5、結論
結合試驗及試運行期間的實際數據，通過對離心機關鍵參數進行階段性調試，使脫水處理的效果不斷改善，外排干泥量趨于穩定，反映了臥螺離心機在鋁冶金循環水污泥處理中的重要作用。在確保污泥處理成效的同時，保證了循環水的供水水質，對公司的安全高效生產和落實節能減排具有重要意義。
參考文獻
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作者簡介：于勝輝（1983-），男，山東省茌平縣，大學本科，現主要從事給排水調度運行管理工作。
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