離心脫水機在凈水廠排泥水處理的應用初探

劉波

摘要：隨著社會經濟的發展，人們環保意識的加強，凈水廠排泥水對環境的污染越來越引起人們的關注。本文結合工程實際，對離心脫水機在凈水廠排泥水處理的應用進行了初步探討。隨著離心脫水機應用的逐漸普及，以及在使用和維護經驗的日益豐富，其必將成為今后大中型凈水廠排泥水機械脫水的主流機型。

關鍵詞： 離心脫水機凈水廠 排泥水 應用 主流機型

中圖分類號： TU991 文獻標識碼： A 文章編號：

0 前言

凈水廠產生的排泥水主要包括沉淀池排泥水和濾池反沖洗廢水，這些排泥水所產生的污泥主要為無機泥砂，由于其懸浮物含量遠遠超過國家的相關標準，如果不加處理就直接排放到下水道或河道，不僅污染了環境，也可能造成下水道堵塞、河道淤積。因此，對凈水廠排泥水的處理回收則顯得十分必要。

國外特別是歐美發達國家早就對凈水廠排泥水處理進行了立法，并制定了嚴格的污泥處理措施。而我國起步相對較晚，但隨著近年來，對環境保護的日益重視，特別是新建的大、中型水廠的設計，對排泥水的處理成為必不可少的內容。

凈水廠的排泥水處理主要是通過濃縮、脫水，使其上清液排放水質根據排放水體的要求，達到《污水綜合排放標準》（GB18918-2002）、《地表水環境質量標準》（GB3838-2002）、《污水排入城鎮下水道水質標準》（CJ343-2010）的有關規定；脫水后的污泥一般要求含固率達到35%以上，再外運作為建材或衛生填埋。

污泥脫水的效果，與污泥的性質，脫水機的選擇，加藥量的大小直接有關。在排泥水處理流程中，污泥脫水機械是凈水廠排泥水處理的關鍵設備，其選擇應根據污泥排泥水的沉降性能、污泥粒徑的分布、無機物的含量，并結合現場實際情況，綜合考慮藥耗、電耗、運行管理、環境和經濟等因素。

1 常用的污泥脫水機械在國內外的使用情況

目前，國內外大、中型自來水廠采用得較多的污泥脫水機械主要包括：板框壓濾機、帶式壓濾機和離心脫水機。

從歐洲的使用情況來看，70%以上的凈水廠排泥水都進行了處理，其脫水機械使用最多的是離心脫水機，其次是板框壓濾機和帶式壓濾機。從日本的使用情況來看，以自然干化和壓力過濾脫水最為普遍[1]。

從國內的使用情況來看，板框壓濾機的使用較多，其次是離心脫水機和帶式壓濾機。盡管排泥水處理在國內處于起步階段，但根據報導，目前有數十家大中型自來水廠均設置了排泥水處理設施。比較有代表性的如：北京水源九廠、南京濱江水廠、深圳梅林水廠、長沙第八水廠采用的是板框壓濾機；石家莊第八水廠、南京開發區水廠采用的是帶式壓濾機；上海閩行水廠、廣州西州水廠、大連沙河口水廠采用的是離心脫水機。從排泥水處理的運行情況來看，這些水廠的運行都比較正常，對我國凈水廠排泥水的處理起到一定的示范作用。

離心脫水機的種類很多，主要包括臥式螺旋離心脫水機、篩網式離心脫水機、殼式離心脫水機、雙椎體離心脫水機、盤式離心脫水機等，目前采用得最多的是臥式螺旋離心脫水機。臥式螺旋離心脫水機作為凈水廠排泥水處理的主要機械，避免了傳統污泥脫水工藝采用板框壓濾機和帶式壓濾機的不足，特別是在運行管理、環境和占地上具有明顯的優勢。

2 離心脫水機的構造及工作原理

臥式螺旋離心脫水機主要由離心機主機、多級行星齒輪機械差速器或液壓差速器、泥水分離閥和控制柜等組成。其中離心機主機主要包括轉鼓、螺旋、機罩、進料管、可調溢流堰板、機座、驅動系統等組成。離心機轉鼓一般采用雙相不銹鋼離心澆鑄，再經精密車削加工而成，轉鼓的長徑比一般要求≥4.0，以提供足夠長度的沉降區，達到節省絮凝劑的目的。轉鼓的固相排出口配有可更換的碳化鎢襯套，在轉鼓的大端裝配有可更換的可調溢流堰板，以調節轉鼓內的液層深度，保證分離效果。螺旋與轉鼓同軸安裝，螺旋一般采用AISI316不銹鋼制成，螺旋葉片邊緣和推料部位表面采用可更換碳化鎢噴涂作為耐磨保護。轉筒由主電動機通過主變頻系統驅動，啟動平緩，無級可調，螺旋輸料器采用多級行星齒輪機械差速器或進口液壓差速器，差速無級可調，當進料含固率變化時，推料負載自動反饋調節、推料功率自動補償，轉差可自動增減并保持排出固渣的恒干度。若采用液壓差速器，還需配置單獨的液壓站。

凈水廠的排泥水經過重力或機械濃縮后，由污泥泵送入高速旋轉（3000r/min以上）的離心機轉筒內，在高分子絮凝劑的作用下，污泥形成體積較大、比重較重的絮凝體。在筒體的高速旋轉過程中，進泥中比重較大的污泥被甩至轉筒四周，并聚集到轉筒的內壁上進行沉降；而比重小的液體則匯集到轉筒內側。在高速旋轉的離心機內部，轉筒和螺旋輸送器之間有5-20r/min的轉速差，聚集在轉筒內壁的污泥顆粒由于筒體和螺旋的速差被螺旋推出，在轉筒錐形末端壓實最終由卸料口排出，而比重小的分離水從轉筒圓柱端溢流口排出，從而達到固液分離的目的。離心脫水機構造詳見圖1。

圖1離心脫水機構造圖

影響離心脫水機處理效果的因素較多，歸納起來有以下兩點：

（1）與離心脫水機結構本身無關的工藝因素，主要包括：污泥的性質、污泥的流量、進泥含固率、絮凝劑的種類和投加量等。對于城市凈水廠的排泥水，其污泥主要以無機泥砂為主，沉降性能較好，利于離心脫水機的脫水。進入離心脫水機的污泥含固率一般要求在3%以上，當污泥泥餅含固率不能滿足設計要求時，也可以減少其進泥流量進行調節。有資料顯示，只要污泥的進泥含固率穩定在3%~6.5%之間，可保證較高的污泥回收率（≥98%以上）和泥餅含固率（≥35%）；當采用陽離子PAM藥劑時，分離效果較好，且出水色度較低；當采用陰離子PAM藥劑時，其上清液出水色度較高[2]。

（2）與離心脫水機有關的因素，主要包括：轉鼓的長徑比、分離因素、運行速度、泥餅推送扭矩、螺旋差速、可調溢流堰板等。為保證良好的分離效果，離心機轉鼓的長徑比一般要求≥4.0，分離因數一般要求≥3000G，轉筒運行速度一般要求≥3000轉/分（變頻啟動）, 泥餅推送扭矩一般要求≥12000Nm；螺旋差速在0.1~20轉/分(差速可調)。其中除轉筒的運行速度、螺旋差速和溢流堰板可調外，其余參數均在設備制造完成后就不可改變了。因此，要改變離心脫水機的分離效果，只有改變轉筒的運行速度、螺旋差速和溢流堰板的高度。一般來講，提高轉筒的運行速度，可以提高離心脫水機的分離因素，有利于固、液分離，但過大的運行速度則會帶來更大的磨損和噪音，而且隨著轉速的增加，對污泥絮體的剪切力增加，大的絮體容易被破壞，則又降低了污泥的分離效果。螺旋差速越大，污泥在離心脫水機內的停留時間越短，泥餅的含固率就越低，上清液的含固率就越高；反之，螺旋差速越小，污泥在離心脫水機內的停留時間越長，泥餅的含固率就越高，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時間加長，從而可以保證上清液的最佳清澈度（較高的固體回收率）和泥餅較高的含固率的平衡。

總之，離心脫水機高速旋轉產生的離心力，是普通重力的3000倍以上，且運行速度可調，脫水效果良好，在國內外得到了普遍的采用。目前主流的離心脫水機均采用了大長徑比、高轉速的離心設計，而且設計了變頻調速、液壓或機械差速等多種形式對轉筒的速度、轉筒與螺旋的速差進行調控，針對不同性質的污泥，可作到自動化調節控制，管理維護方便。整個脫水系統的進料、出泥、螺旋輸送、絮凝劑的投加以及系統運行均采用PLC全自動控制，使離心脫水機和與其配套的進料泵、螺旋輸送、干泥泵、絮凝劑制備和投加裝置合為一體，成為全自動化的成套處理系統。

3 常用脫水機械比較及離心脫水機的優勢

在凈水廠排泥水處理工藝常用的脫水機械設備有三類，分別為板框壓濾機、帶式壓濾機和離心脫水機，表1為這三類脫水機械在凈水廠排泥水處理的技術經濟比較表。

表1 脫水機技術經濟比較表

與板框壓濾機和帶式壓濾機相比，離心機在處理效果、系統配置、占地面積和工程投資、環境、運行管理和運行費用等多方面具有明顯優勢。下面分述如下：

（1）從處理效果上看，對于凈水廠排泥水，進水含固率約2.5%~4.5%，其出泥含固率可達到30%以上，PAM的投加量約為3kg/T.ds，在同樣的藥耗情況下，比帶式壓濾機的處理后泥餅含固率高5%~10%，與板框壓濾機處理后泥餅含固率大致相當。

（2）從系統配置來看，離心脫水機的配置最為簡單，對于采用液壓差速系統的離心脫水機，僅需再增加一套液壓站。由于離心脫水機對反沖洗的水壓要求不高，只要0.2~0.3MPa的壓力，且沖洗僅在停機后使用，為間歇沖洗，用水量較小，故沖洗用水可以直接采用自來水進行沖洗，無需設置加壓泵。而帶式壓濾機需要糾偏，且濾帶沖洗水水壓要求在0.6MPa以上，并需連續沖洗，因此還需增加空壓機系統、反沖洗泵等，系統較為復雜。板框壓濾機的配套設備主要包括壓縮空氣系統、高壓沖洗水系統等，其投料泵的壓力也在0.6MPa左右，系統龐大且復雜。

(3)從占地面積及工程總投資來看，離心機占地面積最小，土建投資最低，但設備投資較大。帶式壓濾機和板框壓濾機土建投資高，但設備投資低，綜合設備投資和土建投資，二者可以基本持平。

（4）從環境指標來看，主要反映在噪聲和臭氣方面。離心脫水機采用全封閉結構，可以避免臭氣的外溢，衛生條件最好，但噪音較大，考慮到離心脫水機自動化程度較高，可以做到無人值守，可最大限度地避免臭氣污染和噪聲污染的問題。而帶式壓濾機和板框壓濾機均為敞開式結構，衛生條件較差，若要采用封閉式結構，則需大量增加通風設備，其電耗也會相應增加。因此，離心脫水機與帶式壓濾機和板框壓濾機相比，具有明顯的優勢。

（5）從運行管理來看，離心脫水機可以全自動運行，無需人工操作，維護方便，故障較少，運行可靠性好。而帶式壓濾機易損件較多，濾布易損壞，更換較困難，脫泥無需人工操作。板框壓濾機易損件較少，但附屬設備太多，運行時需人工輔助。因此，離心脫水機優勢明顯。

（6）從運行費用來看，主要考慮運行電費、水耗、藥耗、易損件等四個方面。

在運行電費方面，由于離心機屬于高速運轉機械，因此全系統（含附屬設備）裝機功率和運行功率要明顯高于板框壓濾機和帶式壓濾機。從運行電費來看，離心脫水機相對較差。

在水耗方面，板框壓濾機和帶式壓濾機由于采用濾布，容易堵塞，沖洗水消耗量較大。在一般的凈水廠，通常使用濾后水進行沖洗，對水資源是一種浪費。而離心機的主要特點是能24小時連續生產，在運行期間完全不需要進行沖洗，只需要在停機后沖洗，這樣既簡化操作程序，又不浪費水資源。因此，使用離心脫水機比使用帶式壓濾機和板框壓濾機顯得更有優勢。

在藥耗方面，離心脫水機需要的高分子絮凝劑PAM投藥量較少，大致與板框壓濾機相同，比帶式壓濾機少。因此，在藥耗方面，離心脫水機的藥耗較省。

在易損件方面，由于板框壓濾機和帶式壓濾機結構自身的特點，濾帶壽命較短，按經驗每3~6個月就要更換一次。而離心脫水機一般可以作到3年無大修。故離心機的日常維護費用較低。

通過以上四個方面的分析，在脫水系統運行費用上，使用離心脫水機要比板框壓濾機和帶式壓濾機具有更明顯的優勢。

4 結語

隨著離心脫水技術的成熟，離心脫水機具有分離效果好，操作管理方便，日常運行費用省，占地面積小等諸多優點，克服了常規帶式壓濾機和板框壓濾機的缺點，如：污泥脫水機械敞開運行，現場環境惡劣，臭味大，沖洗水消耗量大，絮凝劑用量大，濾帶壽命短，日常運行成本高，設備體積龐大、占地大、土建投資大等缺點，值得進一步推廣使用。

近年來，許多新建的大、中型自來水廠的泥處理系統中，均選用了離心脫水機作為脫水設備。如：上海羅涇水廠（近期10萬m3/d，總規模20萬m3/d），采用長江水作為水源；四川南部杜家灣制水工程（近期6萬m3/d，總規模20萬m3/d），采用嘉陵江水作為水源。相信隨著離心脫水機應用的逐漸普及，以及在凈水廠排泥水處理中的使用和維護經驗的日益豐富和完善，其必將成為今后大、中型凈水廠排泥水機械脫水的主流機型。

參考文獻

[1] 何純提.凈水廠排泥水處理.中國建筑工業出版社 2006，9：5

[2] 陸在宏.鄒盛平.陳同春.離心脫水機在閩行水廠排泥水處理工程中的應用.給水排水.1999，25(7)：22~25.

注：文章內所有公式及圖表請以PDF形式查看。