离心脱水机在净水厂排泥水处理的应用初探

刘波

摘要：随着社会经济的发展，人们环保意识的加强，净水厂排泥水对环境的污染越来越引起人们的关注。本文结合工程实际，对离心脱水机在净水厂排泥水处理的应用进行了初步探讨。随着离心脱水机应用的逐渐普及，以及在使用和维护经验的日益丰富，其必将成为今后大中型净水厂排泥水机械脱水的主流机型。

关键词： 离心脱水机净水厂 排泥水 应用 主流机型

中图分类号： TU991 文献标识码： A 文章编号：

0 前言

净水厂产生的排泥水主要包括沉淀池排泥水和滤池反冲洗废水，这些排泥水所产生的污泥主要为无机泥砂，由于其悬浮物含量远远超过国家的相关标准，如果不加处理就直接排放到下水道或河道，不仅污染了环境，也可能造成下水道堵塞、河道淤积。因此，对净水厂排泥水的处理回收则显得十分必要。

国外特别是欧美发达国家早就对净水厂排泥水处理进行了立法，并制定了严格的污泥处理措施。而我国起步相对较晚，但随着近年来，对环境保护的日益重视，特别是新建的大、中型水厂的设计，对排泥水的处理成为必不可少的内容。

净水厂的排泥水处理主要是通过浓缩、脱水，使其上清液排放水质根据排放水体的要求，达到《污水综合排放标准》（GB18918-2002）、《地表水环境质量标准》（GB3838-2002）、《污水排入城镇下水道水质标准》（CJ343-2010）的有关规定；脱水后的污泥一般要求含固率达到35%以上，再外运作为建材或卫生填埋。

污泥脱水的效果，与污泥的性质，脱水机的选择，加药量的大小直接有关。在排泥水处理流程中，污泥脱水机械是净水厂排泥水处理的关键设备，其选择应根据污泥排泥水的沉降性能、污泥粒径的分布、无机物的含量，并结合现场实际情况，综合考虑药耗、电耗、运行管理、环境和经济等因素。

1 常用的污泥脱水机械在国内外的使用情况

目前，国内外大、中型自来水厂采用得较多的污泥脱水机械主要包括：板框压滤机、带式压滤机和离心脱水机。

从欧洲的使用情况来看，70%以上的净水厂排泥水都进行了处理，其脱水机械使用最多的是离心脱水机，其次是板框压滤机和带式压滤机。从日本的使用情况来看，以自然干化和压力过滤脱水最为普遍[1]。

从国内的使用情况来看，板框压滤机的使用较多，其次是离心脱水机和带式压滤机。尽管排泥水处理在国内处于起步阶段，但根据报导，目前有数十家大中型自来水厂均设置了排泥水处理设施。比较有代表性的如：北京水源九厂、南京滨江水厂、深圳梅林水厂、长沙第八水厂采用的是板框压滤机；石家庄第八水厂、南京开发区水厂采用的是带式压滤机；上海闽行水厂、广州西州水厂、大连沙河口水厂采用的是离心脱水机。从排泥水处理的运行情况来看，这些水厂的运行都比较正常，对我国净水厂排泥水的处理起到一定的示范作用。

离心脱水机的种类很多，主要包括卧式螺旋离心脱水机、筛网式离心脱水机、壳式离心脱水机、双椎体离心脱水机、盘式离心脱水机等，目前采用得最多的是卧式螺旋离心脱水机。卧式螺旋离心脱水机作为净水厂排泥水处理的主要机械，避免了传统污泥脱水工艺采用板框压滤机和带式压滤机的不足，特别是在运行管理、环境和占地上具有明显的优势。

2 离心脱水机的构造及工作原理

卧式螺旋离心脱水机主要由离心机主机、多级行星齿轮机械差速器或液压差速器、泥水分离阀和控制柜等组成。其中离心机主机主要包括转鼓、螺旋、机罩、进料管、可调溢流堰板、机座、驱动系统等组成。离心机转鼓一般采用双相不锈钢离心浇铸，再经精密车削加工而成，转鼓的长径比一般要求≥4.0，以提供足够长度的沉降区，达到节省絮凝剂的目的。转鼓的固相排出口配有可更换的碳化钨衬套，在转鼓的大端装配有可更换的可调溢流堰板，以调节转鼓内的液层深度，保证分离效果。螺旋与转鼓同轴安装，螺旋一般采用AISI316不锈钢制成，螺旋叶片边缘和推料部位表面采用可更换碳化钨喷涂作为耐磨保护。转筒由主电动机通过主变频系统驱动，启动平缓，无级可调，螺旋输料器采用多级行星齿轮机械差速器或进口液压差速器，差速无级可调，当进料含固率变化时，推料负载自动反馈调节、推料功率自动补偿，转差可自动增减并保持排出固渣的恒干度。若采用液压差速器，还需配置单独的液压站。

净水厂的排泥水经过重力或机械浓缩后，由污泥泵送入高速旋转（3000r/min以上）的离心机转筒内，在高分子絮凝剂的作用下，污泥形成体积较大、比重较重的絮凝体。在筒体的高速旋转过程中，进泥中比重较大的污泥被甩至转筒四周，并聚集到转筒的内壁上进行沉降；而比重小的液体则汇集到转筒内侧。在高速旋转的离心机内部，转筒和螺旋输送器之间有5-20r/min的转速差，聚集在转筒内壁的污泥颗粒由于筒体和螺旋的速差被螺旋推出，在转筒锥形末端压实最终由卸料口排出，而比重小的分离水从转筒圆柱端溢流口排出，从而达到固液分离的目的。离心脱水机构造详见图1。

图1离心脱水机构造图

影响离心脱水机处理效果的因素较多，归纳起来有以下两点：

（1）与离心脱水机结构本身无关的工艺因素，主要包括：污泥的性质、污泥的流量、进泥含固率、絮凝剂的种类和投加量等。对于城市净水厂的排泥水，其污泥主要以无机泥砂为主，沉降性能较好，利于离心脱水机的脱水。进入离心脱水机的污泥含固率一般要求在3%以上，当污泥泥饼含固率不能满足设计要求时，也可以减少其进泥流量进行调节。有资料显示，只要污泥的进泥含固率稳定在3%~6.5%之间，可保证较高的污泥回收率（≥98%以上）和泥饼含固率（≥35%）；当采用阳离子PAM药剂时，分离效果较好，且出水色度较低；当采用阴离子PAM药剂时，其上清液出水色度较高[2]。

（2）与离心脱水机有关的因素，主要包括：转鼓的长径比、分离因素、运行速度、泥饼推送扭矩、螺旋差速、可调溢流堰板等。为保证良好的分离效果，离心机转鼓的长径比一般要求≥4.0，分离因数一般要求≥3000G，转筒运行速度一般要求≥3000转/分（变频启动）, 泥饼推送扭矩一般要求≥12000Nm；螺旋差速在0.1~20转/分(差速可调)。其中除转筒的运行速度、螺旋差速和溢流堰板可调外，其余参数均在设备制造完成后就不可改变了。因此，要改变离心脱水机的分离效果，只有改变转筒的运行速度、螺旋差速和溢流堰板的高度。一般来讲，提高转筒的运行速度，可以提高离心脱水机的分离因素，有利于固、液分离，但过大的运行速度则会带来更大的磨损和噪音，而且随着转速的增加，对污泥絮体的剪切力增加，大的絮体容易被破坏，则又降低了污泥的分离效果。螺旋差速越大，污泥在离心脱水机内的停留时间越短，泥饼的含固率就越低，上清液的含固率就越高；反之，螺旋差速越小，污泥在离心脱水机内的停留时间越长，泥饼的含固率就越高，上清液的含固率就越低。而提高溢流堰板的高度可以使污泥的停留时间加长，从而可以保证上清液的最佳清澈度（较高的固体回收率）和泥饼较高的含固率的平衡。

总之，离心脱水机高速旋转产生的离心力，是普通重力的3000倍以上，且运行速度可调，脱水效果良好，在国内外得到了普遍的采用。目前主流的离心脱水机均采用了大长径比、高转速的离心设计，而且设计了变频调速、液压或机械差速等多种形式对转筒的速度、转筒与螺旋的速差进行调控，针对不同性质的污泥，可作到自动化调节控制，管理维护方便。整个脱水系统的进料、出泥、螺旋输送、絮凝剂的投加以及系统运行均采用PLC全自动控制，使离心脱水机和与其配套的进料泵、螺旋输送、干泥泵、絮凝剂制备和投加装置合为一体，成为全自动化的成套处理系统。

3 常用脱水机械比较及离心脱水机的优势

在净水厂排泥水处理工艺常用的脱水机械设备有三类，分别为板框压滤机、带式压滤机和离心脱水机，表1为这三类脱水机械在净水厂排泥水处理的技术经济比较表。

表1 脱水机技术经济比较表

与板框压滤机和带式压滤机相比，离心机在处理效果、系统配置、占地面积和工程投资、环境、运行管理和运行费用等多方面具有明显优势。下面分述如下：

（1）从处理效果上看，对于净水厂排泥水，进水含固率约2.5%~4.5%，其出泥含固率可达到30%以上，PAM的投加量约为3kg/T.ds，在同样的药耗情况下，比带式压滤机的处理后泥饼含固率高5%~10%，与板框压滤机处理后泥饼含固率大致相当。

（2）从系统配置来看，离心脱水机的配置最为简单，对于采用液压差速系统的离心脱水机，仅需再增加一套液压站。由于离心脱水机对反冲洗的水压要求不高，只要0.2~0.3MPa的压力，且冲洗仅在停机后使用，为间歇冲洗，用水量较小，故冲洗用水可以直接采用自来水进行冲洗，无需设置加压泵。而带式压滤机需要纠偏，且滤带冲洗水水压要求在0.6MPa以上，并需连续冲洗，因此还需增加空压机系统、反冲洗泵等，系统较为复杂。板框压滤机的配套设备主要包括压缩空气系统、高压冲洗水系统等，其投料泵的压力也在0.6MPa左右，系统庞大且复杂。

(3)从占地面积及工程总投资来看，离心机占地面积最小，土建投资最低，但设备投资较大。带式压滤机和板框压滤机土建投资高，但设备投资低，综合设备投资和土建投资，二者可以基本持平。

（4）从环境指标来看，主要反映在噪声和臭气方面。离心脱水机采用全封闭结构，可以避免臭气的外溢，卫生条件最好，但噪音较大，考虑到离心脱水机自动化程度较高，可以做到无人值守，可最大限度地避免臭气污染和噪声污染的问题。而带式压滤机和板框压滤机均为敞开式结构，卫生条件较差，若要采用封闭式结构，则需大量增加通风设备，其电耗也会相应增加。因此，离心脱水机与带式压滤机和板框压滤机相比，具有明显的优势。

（5）从运行管理来看，离心脱水机可以全自动运行，无需人工操作，维护方便，故障较少，运行可靠性好。而带式压滤机易损件较多，滤布易损坏，更换较困难，脱泥无需人工操作。板框压滤机易损件较少，但附属设备太多，运行时需人工辅助。因此，离心脱水机优势明显。

（6）从运行费用来看，主要考虑运行电费、水耗、药耗、易损件等四个方面。

在运行电费方面，由于离心机属于高速运转机械，因此全系统（含附属设备）装机功率和运行功率要明显高于板框压滤机和带式压滤机。从运行电费来看，离心脱水机相对较差。

在水耗方面，板框压滤机和带式压滤机由于采用滤布，容易堵塞，冲洗水消耗量较大。在一般的净水厂，通常使用滤后水进行冲洗，对水资源是一种浪费。而离心机的主要特点是能24小时连续生产，在运行期间完全不需要进行冲洗，只需要在停机后冲洗，这样既简化操作程序，又不浪费水资源。因此，使用离心脱水机比使用带式压滤机和板框压滤机显得更有优势。

在药耗方面，离心脱水机需要的高分子絮凝剂PAM投药量较少，大致与板框压滤机相同，比带式压滤机少。因此，在药耗方面，离心脱水机的药耗较省。

在易损件方面，由于板框压滤机和带式压滤机结构自身的特点，滤带寿命较短，按经验每3~6个月就要更换一次。而离心脱水机一般可以作到3年无大修。故离心机的日常维护费用较低。

通过以上四个方面的分析，在脱水系统运行费用上，使用离心脱水机要比板框压滤机和带式压滤机具有更明显的优势。

4 结语

随着离心脱水技术的成熟，离心脱水机具有分离效果好，操作管理方便，日常运行费用省，占地面积小等诸多优点，克服了常规带式压滤机和板框压滤机的缺点，如：污泥脱水机械敞开运行，现场环境恶劣，臭味大，冲洗水消耗量大，絮凝剂用量大，滤带寿命短，日常运行成本高，设备体积庞大、占地大、土建投资大等缺点，值得进一步推广使用。

近年来，许多新建的大、中型自来水厂的泥处理系统中，均选用了离心脱水机作为脱水设备。如：上海罗泾水厂（近期10万m3/d，总规模20万m3/d），采用长江水作为水源；四川南部杜家湾制水工程（近期6万m3/d，总规模20万m3/d），采用嘉陵江水作为水源。相信随着离心脱水机应用的逐渐普及，以及在净水厂排泥水处理中的使用和维护经验的日益丰富和完善，其必将成为今后大、中型净水厂排泥水机械脱水的主流机型。

参考文献

[1] 何纯提.净水厂排泥水处理.中国建筑工业出版社 2006，9：5

[2] 陆在宏.邹盛平.陈同春.离心脱水机在闽行水厂排泥水处理工程中的应用.给水排水.1999，25(7)：22~25.

注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。