卧螺离心机在铝冶金循环水污泥处理中的应用
摘 要：本文介绍了循环水污泥处理系统的概况，重点论述了卧螺离心机在污泥脱水处理中的运行管理，简要分析了试运行期间遇到的问题及解决方法，并讨论了卧螺离心机的重要作用。
关键词：卧螺离心机；循环水；污泥处理
中国铝业山东分公司是我国最早的铝行业基地，随着生产规模的不断扩大和生产流程的不断革新，各生产工序的给排水也随之变化。近年来通过对生产排水渐进式的优化改造，目前已发展成以污水处理和蒸发循环水系统为主、不同水质独立循环处理为辅、污泥集中处理的科学模式。其中在污泥的机械脱水处理中，主要设备为卧螺离心机，在长时间的运行管理中，积累了可指导性的运行经验，优化卧螺离心机的运行对企业实现可持续发展具有积极意义。
1 循环水污泥系统概况
中国铝业山东分公司循环水系统主要承担着氧化铝厂（烧结法）、化学品氧化铝公司等生产单位各工序排水的沉淀处理、冷却降温和循环供应任务。
循环水污水处理系统主要包括水处理西站、水处理东站、大泵房（蒸发循环水）三个子系统，处理工艺为传统污水处理方法。因各生产岗位排水复杂，回水水质和水量时常变化，其中水处理西站日处理污水量为2.5~3万m3，水处理东站日处理污水量为2.5~3万m3，大泵房系统日处理蒸发循环水量为16~20万m3。
循环水污泥处理系统包括重力浓缩处理及机械脱水处理（卧螺离心机），因来泥为各污水处理各设施排泥，污水本身水质变化较大，所以污泥性质不稳定。其中重力浓缩日处理量为2500~7200m3，离心机日处理量约为360~960m3。
2 离心机在试验和试运行期间的运行情况
2.1 卧螺离心机的技术参数及工作原理
公司采用的是上海市离心机械研究所生产的LW530×2270NY型卧式螺旋卸料沉降离心机，它主要由转鼓、螺旋、液压差速器、液压站、主轴承、液固相收集器、电机传动装置、变频器等部件组成。该离心机具有输出扭矩大，差速自动反馈调节，推料功率自动补偿，不易发生堵料情况，分离效率高的特点。
主要技术参数为：
转鼓直径530mm；转鼓有效工作长度2270mm；最大分离因素2200g；锥角2×8°；转鼓与螺旋差转速2~16r/min；转鼓转速0~2700r/min无级可调；悬浮液处理能力15~40m3/h；电机功率37kW；螺旋形式：单头、左旋、超前；转鼓形式：圆柱-圆锥型；溢流板直径：φ283、φ288.5、φ294、φ299.5四档可调。
工作原理是通过转鼓与螺旋的差转速△n实现固液的高效分离。
2.2 试验期间运行分析
2008年10月底，公司选用上海离心机械研究所的车载LW350型卧螺离心机对循环水污泥进行了定性试验，LW350型离心机的主要参数为：螺旋差速2~20r/min、转鼓转速3700r/min、电机功率15kW。絮凝剂选用浓度为1.5‰的阴离子型聚丙烯酰胺，试验数据见表1。
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从运行数据可以得出：
① 在污泥参数基本相同的情况，差速越大，泥饼在离心机中停留时间也越短，泥饼含固率越低，相应的固体回收率也越低。
② 对比第2组和第3组数据，在离心机参数及污泥固体总量一定时，加絮凝剂调节后，滤液浊度明显降低，固体回收率提高了20%，脱水性能得到改善。
③ 因污泥粘度小、碱性大，絮凝剂的用量较多，按进机污泥与加药瞬时流量的对应关系，假设进机污泥性质稳定，连续运行下日均消耗1.5‰的絮凝剂约0.128kg/m3(泥)，加药成本为5.1元/m3(泥)（此絮凝剂按40元/kg计）。
2.3 试运行期间运行分析
2009年4月24日，新建卧螺离心机项目投入试运行，试运行工艺流程大致同图2，离心机上清滤液不经过溢流水箱和溢流水泵到16米沉降槽，直接经过排水管排入下水道。
因前期试验时加絮凝剂成本太高，且公司循环水污泥为无机污泥，成分复杂多变，泥沙含量大，同时含有铝、铁、钙、钠、钾等金属离子，粘性小，碱度大，悬浮物含量高，所以项目没有安装加药系统。
试运行期间，进机污泥参数变化不大，离心机各项参数基本保持为：污泥流量20m3/h、差速8r/min、转速1800r/min、主机电流30A。试运行数据见表2。
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根据以上数据可知：
①离心机参数一定时，泥饼含固率随污泥浓度的升高而降低。
②在不加絮凝剂的情况下，泥饼含固率均大于50%，相应的固体回收率约为60%左右，每天外送干泥约20吨。
③脱水处理后的滤液浊度太高，因离心机的分离范围有限，大量的小颗粒在没有絮凝剂的作用下不能有效地脱除，溢流到下水道后进入污水处理系统，直接影响了循环水的水质（循环水供水主要控制浊度）。
3 问题分析及优化方案的选择
为了确保离心机系统的高效安全经济运行，现对试验及试运行存在的问题进行分析，并提出合理的整改方案。
① 絮凝剂的取舍
因污泥本身浊度较高、固体颗粒比重小且属于难分离物料，絮凝剂的投加量会很大，同时形成的絮团强度不够，在重力浓缩阶段加入絮凝剂可以极大的减少进离心机的污泥量，但是进入搅拌槽后，在连续强力搅拌下，絮团极易破碎，容易造成后续投加絮凝剂过量。投加絮凝剂成本太高，不利于经济运行。
② 改变离心机滤液排放流程
针对前期试运行时滤液中大量微小颗粒进入了循环水系统，影响了循环水供水水质，在实际中，可以改变滤液的去路，将排入下水道的溢流水改到16米沉降槽，进行进一步的重力浓缩处理，再回流到离心机继续处理。流程改造方案为：将滤液收集到溢流水箱，通过溢流水泵排至16米沉降槽。
③ 优化重力浓缩处理流程
在机械脱水前，有两级重力浓缩处理设施，水处理西站的排泥连续且泥量较多，经过16米沉降槽一级浓缩处理后，进入3#、4#浓缩槽进行二级浓缩处理，且大泵房系统的排泥间断性进入3#、4#浓缩槽。
为最大限度地利用两级重力浓缩处理设施，改变运行方式为：在大泵房不排泥时，16米沉降槽底流排泥量为50m3/h；大泵房排泥时，大泵房排泥量限定为20m3/h、16米沉降槽底流排泥量为30m3/h。因为大泵房处理蒸发循环水，水源较少，水处理西站回水复杂，外来水源较多，沉淀池中污泥量较多，所以应压低大泵房的排泥，压低总排泥量，延长污泥在浓缩槽内的停留时间（12~16小时）。这样不仅可以保证浓缩槽的溢流水质，确保污泥的有效浓缩时间，尽可能降低污泥中的空隙水，提高进离心机的污泥含固率。同时可以减少进机泥沙含量，降低滤液的含固率，进而确保离心机的机动平衡。
④ 合理化离心机运行参数
LW530×2270NY型离心机的径长比（L/D=4.3）确定了离心机的体积流量，对于可调的运行参数，结合进机污泥的状况，保持进泥量不变，适当增加转鼓转速，稳步降低差速，以提高滤液澄清效率，增加泥饼含固率。
在参数的摸索调节中，转鼓转速过大会造成离心机本体的磨损和增加动力消耗，转速过小，达不到处理效果，在前期运行转速1800r/min的情况下，适当调节到2100~2500r/min范围内；同时结合污泥含固率的减少和物料的难分离特性，将差速由前期的8r/min降低到2.5~6r/min范围内，延长固体颗粒在离心机内的停留时间。调节后运行数据见表3（选择上午8时数据）。
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4 阶段性效果及下一步运行要点
4.1 阶段性效果
结合表3的运行数据可以看出，前段时间的调试取得了阶段性的效果，随着进机污泥含固率的降低，通过适当增加转鼓转速和减小差速，经过离心脱水后的滤液液固比基本保持在80:1，泥饼含固率在48%左右，但相应的固体回收率低于50%。
现选取5月底每天的输送泵外排污泥量进行分析，见下表4。
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从以上数据知，现阶段日均外排泥量为103/8=12.9m3，循环水系统日均可减少43.98/8=5.5t干泥，从根本上可确保循环水的供水水质。
4.2 下一步离心机的运行要点
为科学合理的确保离心机的高效经济运行，在前一阶段的基础上，下一步应重点做好以下几点：
① 以设备安全经济运行为出发点，在保证泥饼含固率的基础上，调高溢流板的直径，适度降低差速，合理控制转鼓转速，尽量减少滤液含固率，提高固体回收率，通过有计划的实验寻找离心机的最佳经济运行点，并设计出不同条件下的差速变化曲线，指导离心机的运行。
② 继续摸索重力浓缩处理系统的运行，结合进机污泥含固率持续低值的现状，间断运行排泥，即缩短排泥时间，增加排泥频次，延长污泥的浓缩时间，减少进离心机污泥的泥沙含量，保证进离心机的污泥具有较高浓度, 确保离心机充分发挥脱水性能。
③ 加强离心机系统的运行维护，形成一套严格有效的管理制度，对关键设备或关键部件进行定期维护，确保系统的良好运行状态。
5、结论
结合试验及试运行期间的实际数据，通过对离心机关键参数进行阶段性调试，使脱水处理的效果不断改善，外排干泥量趋于稳定，反映了卧螺离心机在铝冶金循环水污泥处理中的重要作用。在确保污泥处理成效的同时，保证了循环水的供水水质，对公司的安全高效生产和落实节能减排具有重要意义。
参考文献
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[3] 全国化工设备设计技术中心站机泵技术委员会. 工业离心机选用手册[M]. 北京：化学工业出版社，1999.3
[4] 徐强. 污泥处理处置技术及装置[M]. 北京：化学工业出版社，2003.8
作者简介：于胜辉（1983-），男，山东省茌平县，大学本科，现主要从事给排水调度运行管理工作。
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