胡開強(qiáng)，楊峰

（獨山子石化公司乙烯廠，新疆 克拉瑪依 833699）

臥螺離心式脫水機(jī)（簡稱離心機(jī)）已廣泛被用于污泥脫水處理。該污泥離心機(jī)，目前負(fù)責(zé)處理所在石化公司的所有污水處理過程中產(chǎn)生的油泥、浮渣、剩余活性污泥。離心機(jī)的運行負(fù)荷及運行狀況關(guān)系到整個石化公司后處理的正常運行，進(jìn)而影響石化公司污水總排合格率。因此，確保離心機(jī)的長周期平穩(wěn)運行，已成為所在車間的工作重點之一。

1 離心機(jī)結(jié)構(gòu)及工作原理

凈化水聯(lián)合車間油泥脫水單元采用的是德國基埃韋斯伐利亞離心機(jī)，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 離心機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖

臥螺離心機(jī)是一種螺旋卸料沉降離心機(jī)。主要由高轉(zhuǎn)速的轉(zhuǎn)鼓、與轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)向相且轉(zhuǎn)速比轉(zhuǎn)鼓略低的螺旋輸送器和差速器等部件組成。當(dāng)要分離的懸浮液由空心轉(zhuǎn)軸送入轉(zhuǎn)筒后，在高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力作用下，立即被甩入轉(zhuǎn)鼓腔內(nèi)。高速旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)鼓產(chǎn)生強(qiáng)大的離心力把比液相密度大的固相顆粒甩貼在轉(zhuǎn)鼓內(nèi)壁上，形成固體層(因為環(huán)狀，稱為固環(huán)層)；水分由于密度較小，離心力小，因此，只能在固環(huán)層內(nèi)側(cè)形成液體層，稱為液環(huán)層。

由于螺旋和轉(zhuǎn)鼓的轉(zhuǎn)速不同，二者存在有相對運動（即轉(zhuǎn)速差），利用螺旋和轉(zhuǎn)鼓的相對運動把固環(huán)層的污泥緩慢地推動到轉(zhuǎn)鼓的錐端，并經(jīng)過干燥區(qū)后，由轉(zhuǎn)鼓圓周分布的出口連續(xù)排出；液環(huán)層的液體則靠重力由堰口連續(xù)“溢流”排至轉(zhuǎn)鼓外，形成分離液（濾后液）。

2 工藝簡介

凈化水聯(lián)合車間污水處理場各工段產(chǎn)生的污泥及，先經(jīng)污泥泵排放至濃縮池進(jìn)行重力濃縮，濃縮后的污泥經(jīng)切割機(jī)絞碎后，再經(jīng)進(jìn)泥泵提升至離心機(jī)，在離心機(jī)入口前，混合絮凝劑聚丙烯酰胺（簡稱PAM）溶液，經(jīng)離心機(jī)分離后得到含水率為85%以上的干泥餅和濾后液，干泥餅進(jìn)入焚燒爐進(jìn)行焚燒處理，濾后液排至污水場重新處理。其工藝流程如圖2所示。

圖2 污泥脫水工藝流程

3 存在問題及分析

該臺離心機(jī)原來只負(fù)責(zé)處理新區(qū)煉油和新區(qū)乙烯各裝置生產(chǎn)過程中排放的污水處理過程中產(chǎn)生的油泥，由于現(xiàn)場工藝條件所限需要間歇運行，自2016年每次計劃停機(jī)后再次開機(jī)經(jīng)常振動異常上升或者直接超標(biāo)，導(dǎo)致離心機(jī)無法長周期運行或者根本無法再次啟動，使得2#工業(yè)水場污水處理后的污泥的正常排出受限，進(jìn)而嚴(yán)重影響2#工業(yè)水場的平穩(wěn)運行。特別是2017年國家對污水外排指標(biāo)提高后，公司通過技術(shù)改造增加了老區(qū)煉油、第二電廠和老區(qū)乙烯部分外排污水進(jìn)入凈化水水場處理，這就使得凈化水場的污水處理量不斷增加，產(chǎn)生的含油污泥量也逐漸增多，油泥離心機(jī)也由間歇性運行改為連續(xù)運行，而且處理負(fù)荷不斷加大。此時，發(fā)現(xiàn)了兩個嚴(yán)重的問題：一是運行過程中當(dāng)逐漸提升離心機(jī)負(fù)荷時離心機(jī)機(jī)體振動也隨之逐漸增大，振動最大值為20.0mm/s，且離心機(jī)處理負(fù)荷只能提至6m3/h，就因為離心機(jī)振動超標(biāo)聯(lián)鎖跳車無法運行，遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到設(shè)計處理能力15m3/h，二是在離心機(jī)扭矩過大，平均在32%，進(jìn)一步制約了離心機(jī)的處理能力；由于車間產(chǎn)生的污泥含水率在98%～99%，污泥量約為400m3/d,經(jīng)濃縮后含水率降低為97%～98%，相應(yīng)的污泥量減少為約200m3/d，很明顯，離心機(jī)無法長周期、高負(fù)荷運行就不能完全確保車間污水處理場的正常運行。

為了使離心脫水機(jī)達(dá)到或者接近設(shè)計處理能力的同時能夠長周期平穩(wěn)運行，2017年6月12日乙烯鉗工車間對離心機(jī)進(jìn)行解體檢查，如圖3、圖4所示，

圖3

圖4

發(fā)現(xiàn)下述情況：（1）圓柱段螺旋槽被黏附物幾乎填平，同時黏附物在轉(zhuǎn)鼓表面不均勻分布。黏附物為黑色油性松軟固體，帶黏性，中間夾帶有白色膠狀物。對上述沉積物進(jìn)行分析，認(rèn)為黑色沉積物是油泥脫水后長時間沉積在螺旋槽內(nèi)形成的，其中的白色膠狀物就是PAM膠體。（2）螺旋葉片和轉(zhuǎn)鼓存在較嚴(yán)重的不規(guī)則磨損。

結(jié)合上述發(fā)現(xiàn)的情況及離心機(jī)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析：

（1）從離心機(jī)的結(jié)構(gòu)來看，圓柱段螺旋槽被黏附物幾乎填平，同時黏附物在轉(zhuǎn)鼓表面不均勻分布，使得螺旋槽被堵和螺旋葉片磨損，使槽深變淺離心機(jī)內(nèi)有效容積變小同時破壞離心機(jī)的動平衡，離心機(jī)在高速旋轉(zhuǎn)時（最高 4500r/min），這種不平衡力被放大后導(dǎo)致離心機(jī)振動上升或超標(biāo)。螺旋葉片的不規(guī)則磨損，使螺旋與轉(zhuǎn)鼓的間隙變大，螺旋的固體傳送能力也隨之下降，分離效果也逐漸減低，上述兩種變化共同作用的結(jié)果就是離心機(jī)處理能力低同時離心機(jī)振動超標(biāo)；在此情況下，提高進(jìn)料泵變頻，處理負(fù)荷不會有明顯的提升，反而因為進(jìn)料壓力增大，導(dǎo)致離心機(jī)螺旋內(nèi)黏附物在壓力作用下變實硬化，進(jìn)一步破壞離心機(jī)的動平衡。

（2）從離心機(jī)的重量來看，螺旋槽內(nèi)的黏附物和黏附物在轉(zhuǎn)鼓表面不均勻分布極大的增加了轉(zhuǎn)子的自重，造成低負(fù)荷情況下，扭矩過大，甚至是過載聯(lián)鎖保護(hù)停車；黏附物在螺旋槽內(nèi)的分布不均和螺旋葉片的磨損又導(dǎo)致離心機(jī)振動幅度增加。

（3）離心機(jī)就是利用螺旋將沉降在轉(zhuǎn)鼓內(nèi)表面上的固體輸送到小端排出口，螺旋葉片的外緣與轉(zhuǎn)鼓內(nèi)表面之間發(fā)生相對運行，從而導(dǎo)致螺旋葉片一定程度的磨損，這是無法避免的。

通過上述分析，我們認(rèn)為螺旋槽內(nèi)的黏附物及黏附物在轉(zhuǎn)鼓表面不均勻分布是造成這兩個問題的根本原因，所以解決問題的關(guān)鍵就轉(zhuǎn)為如何控制和消除螺旋槽內(nèi)的黏附物及黏附物在轉(zhuǎn)鼓表面不均勻分布。

4 原因分析

結(jié)合上述發(fā)現(xiàn)的情況及離心機(jī)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，認(rèn)為造成該問題的主要原因有以下幾點：

（1）該離心機(jī)處理的污泥，由預(yù)處理系統(tǒng)產(chǎn)生的油泥、浮渣等收集排放后形成稱為含油污泥，它是由固體污染物、油、水組成。為黑臭黏稠的漿液，主要成分是油、有機(jī)物，其粒子質(zhì)輕，常溫下呈固體或半固體而易變形，一般由水包油、油包水以及懸浮固體組成的穩(wěn)定的懸浮乳狀液體系，是導(dǎo)致其脫水困難的根本原因，也是脫水難度最大的。由于含油污泥的物化性質(zhì)，造成離心脫水性能差，并且易于黏附在螺旋槽內(nèi)較難去除，從而導(dǎo)致泥進(jìn)去后就出不來，逐漸在螺旋槽內(nèi)黏附同在轉(zhuǎn)鼓表面不均勻分布，形成上述沉積物。車間為保證含油污泥的可脫水性，采用的在含油污泥濃縮池進(jìn)料中增加剩余活性污泥，使得油泥、浮渣及生化系統(tǒng)排出的剩余活性污泥，這“三泥”一起進(jìn)入含油污泥濃縮池進(jìn)行濃縮處理，再進(jìn)行離心脫水處理；由于剩余活性污泥里面含有部分活的微生物，其會對油泥中的油和有機(jī)物起一定的降解作用，降低油泥的黏度，從而使污泥物化性質(zhì)有所改變，脫水性能得到一定改善。根據(jù)車間的實際產(chǎn)泥情況，含油污泥與剩余污泥的體積比，控制在3:1到5:1。

（2）由于離心機(jī)是利用固液兩相的密度差來實現(xiàn)固液分離的，因此，污泥顆粒比重越大越易于分離。為進(jìn)一步改善污泥脫水性能，進(jìn)行離心脫水前需投加絮凝劑，使固相凝聚，污泥固相和液相分離后更易于脫水。車間是在離心機(jī)入口前投加濃度為3‰的絮凝劑PAM溶液，采取自動配藥系統(tǒng)，投加前絮凝劑PAM已在藥罐充分熟化，無塊狀未溶物。但在實際運行中，PAM投加量平均在250～600L/h，泥餅干度和上清液質(zhì)量控制均較好，滿足處理要求。但由于PAM溶液濃度較大，當(dāng)PAM需要量較小時，只能降低加藥泵的供給量，這樣勢必造成因投加流量過低，與進(jìn)泥混合不均，導(dǎo)致PAM和污泥混合不均局部PAM過量。過量的PAM因不發(fā)生絮凝而“失效”，聚集形成塊狀物，被黏附物包裹并一起黏附在螺旋槽內(nèi)，表現(xiàn)為白色膠狀物。

（3）因生產(chǎn)的需要，離心機(jī)自2018年10月開機(jī)以來，直至2020年10檢修未做任何清理，其間只按照廠家說明進(jìn)行常規(guī)的的自動沖洗，由于水的去污能力不強(qiáng)，加之轉(zhuǎn)鼓內(nèi)壁及螺旋槽內(nèi)的黏附物為疏水的油性污垢和沉積物，沖洗的強(qiáng)度不夠，效果不明顯，導(dǎo)致螺旋槽內(nèi)的沉積物越積越多，厚度越來越厚。

5 預(yù)防措施

針對以上分析制訂了以下五點預(yù)防措施。

（1）增加進(jìn)入油泥濃縮池的活性污泥，分析含油污泥理化物性及時調(diào)整含油污泥和活性污泥進(jìn)入油泥濃縮池的比例，根據(jù)車間的生產(chǎn)情況，合理安排生化污泥的排放量；污泥濃縮時間由2h延長為4h，使不同種類的污泥之間充分混合，更好的壓縮沉降，增加污泥比重。

（2）在污泥濃縮池中投加聚合氯化鋁鐵，在并充分鼓風(fēng)混合反應(yīng)，破壞污泥的膠體結(jié)構(gòu)，減少其與水的親合力，對污泥進(jìn)行預(yù)調(diào)理，使其膠體顆粒進(jìn)一步增大，提高污泥顆粒的比重。

（3）絮凝劑PAM投加濃度由3‰降低為1‰～2‰，在保證PAM投加量的前提下，加大了藥泵的供給流量，避免或減少了其與污泥混合不均而發(fā)生局部過量的情況，同樣多的流量所含的PAM有所減少，所以減少了PAM形成的白色膠狀物。

（4）增加停車沖洗時長及沖洗強(qiáng)度：每次停機(jī)沖洗時在執(zhí)行PLC程序的自動停機(jī)沖洗程序后后，對含油離心機(jī)進(jìn)行全速（4500rpm左右）沖洗1小時，再按照全速（4500rpm左右）沖洗5分鐘，中速（2500rpm左右）沖洗五分中，低速（1000～800rpm）沖洗五分鐘的程序執(zhí)行。

（5）每次停機(jī)后對轉(zhuǎn)鼓和螺旋進(jìn)行一次CIP清洗（亦可根據(jù)實際生產(chǎn)情況，靈活安排），CIP清洗液即配制1%～1.5%的氫氧化鈉溶液，確保pH在12～13。浸泡24h，并每間隔2h，將轉(zhuǎn)鼓和螺旋分別旋轉(zhuǎn)180°，使轉(zhuǎn)鼓和螺旋充分浸泡，最后用水沖洗直至澄清。

6 總論

檢修后試運行，各主要參數(shù)如表1。

表1 離心機(jī)主要運行參數(shù)

由圖5和表1可見，離心機(jī)處理在接近設(shè)計負(fù)荷15m3/h的大負(fù)荷處理污泥的情況下，扭矩、振動都明顯下降，在設(shè)備長期運行的允許范圍內(nèi)，振動值遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于該離心機(jī)的振動報警值12mm/s。2020年10月～2021年1月，離心機(jī)的運行振動值主要保持在3～6mm/s。

圖5 離心機(jī)2020年10月～2021年1月振動趨勢圖

2021年1月，離心機(jī)停機(jī)經(jīng)過沖洗后對離心機(jī)解體檢查，情況如圖6所示。

圖6

圖6 與圖3、圖4進(jìn)行比較，很明顯，前圖所示螺旋槽內(nèi)沉積較少，說明以上措施對黏附物有一定的預(yù)防和清除作用，保證了螺旋和轉(zhuǎn)鼓組成的轉(zhuǎn)子部分保持有效的動平衡，為離心機(jī)平穩(wěn)高負(fù)荷運行創(chuàng)造了條件。