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卧螺沉降离心机在蓝藻处理领域中的应用

摘要:本文主要介绍了目前处于国内领先水平的整套蓝藻处理的工艺流程及工作原理,并主要对海申机电总厂生产的LW530型卧螺沉降离心机及其配套系统的组成、工作原理、技术特点、处理效果、运行数据以及对在开发过程中所遇到的问题与解决方法进行了详细的阐述。实践证明,海申机电总厂提供的LW530型卧螺沉降离心机机组具有性能稳定、自动化程度高、处理量大、故障率低等特点,能够满足国内蓝藻治理的要求,值得行业推广。

一、概述

近年来,由于环境污染日益严重,环太湖及云南滇池、安徽巢湖等地蓝藻泛滥,严重威胁到了当地居民的生活环境。经过现场调研及对蓝藻物料特性进行分析研究后,海申机电总厂(以下简称海申)与国内某知名生物科技有限公司共同合作,2008年7月,在江苏无锡太湖蓝藻爆发比较严重的杨湾、锦园等水域采用先进的汽浮沉降新工艺,并结合海申机电总厂最新研发成功的LW530型卧螺沉降离心机组,在太湖流域进行蓝藻分离尝试并获得成功,在国内蓝藻处理领域取得了重大突破,并于2010年把此项研究新成果拓展应用到云南滇池、安徽巢湖流域,经处理后既改善了湖水水质,分离后的蓝藻经初加工又生产出动物饲料及深加工后生产高科技生物食品,使以往严重威胁人类生态环境的藻类变废为宝,产生了巨大的经济效益。

二、蓝藻处理工艺流程

1.蓝藻处理系统工艺流程图(见图1)

图1  蓝藻处理工艺流程图

2.工作原理

蓝藻由水泵从湖面抽至进藻池内,藻泥由进藻池溢流到气浮池,在气浮池内由空压机泵入气、水对气浮池内的藻泥进行搅动的同时,另一条管线泵入助凝剂进行助凝,经过助凝和气浮后的藻泥,由于比重较轻因此浮在池面上,这时通过刮藻刷把气浮池表面堆积的藻泥刮到储藻池,储藻池内上层藻泥溢流至蓝藻浓缩池,下部水通过管路排出进入容器罐,在蓝藻浓缩池经过浓缩后的藻泥通过与絮凝剂投加装置输送过来的絮凝剂进行絮凝后进入离心机进行分离后,分离后的渣相外运,液相排入湖面。

三、离心机组组成、技术特点及效果分析

1.LW530型卧螺沉降离心机组的构成、技术特点及其工作原理

整套蓝藻脱水机组由LW530型卧螺沉降离心机、JY1000型絮凝剂配制装置、进料泵、加药泵、流量计和PLC全自动控制系统等构成。

(1)离心机结构、技术参数及其工作原理

①离心机主要结构

LW530型卧螺沉降离心机由主电机、副电机、差速器、螺旋体、转鼓、主轴承、机座、机罩及传动装置等部件组成。

②离心机主要技术参数

③工作原理

浓缩后的蓝藻和絮凝剂混合后,经进料管和螺旋出料口进入转鼓,在高速旋转产生的离心力作用下,比重较大的藻泥沉积在转鼓内壁上,与转鼓作相对运动的螺旋叶片不断地将沉积在转鼓内壁上的藻泥刮下并推出排渣口。分离后的清液经液层调节板开口流出转鼓。螺旋与转鼓之间的相对运动,也就是差转速是通过差速器来实现的,其大小由副电机来控制。差速器的外壳与转鼓相联接,输出轴与螺旋体相连接,输入轴与副电机相连接。主电机带动转鼓旋转的同时也带动了差速器外壳的旋转,副电机通过联轴器的连接来控制差速器输入轴的转速。使差速器能按一定的速比将扭矩传递给螺旋,从而实现了离心机对蓝藻物料的连续分离过程。

(2)离心机电气系统的组成及特性

采用当今工业控制领域应用最为广泛的可编程控制器(PLC)为核心,以界面友好的彩色液晶触摸屏为人机操作界面,节能优良的双电机双电频恒扭矩控制等组成了稳定可靠的离心机电器控制系统,目前处于国内同行业领先水平,采用一键式操作,初始运行参数自动设定,整个流程按照编制好的程序自动运行,无需人为干预,实现真正的全自动操作。在进料运行过程中通过恒力矩与恒差速两种控制方式,适应物料浓度、流量的变化,提高离心机对生产工艺的适应性,保证良好的分离效果和稳定的运行状态,是操作简便、功能完备的控制系统。

(3)高分子有机絮凝剂配投装置

整套加药装置配制能力为2m3/h,配比比浓度:1‰-3‰,分为三个部分:干粉投放装置、搅拌装置及管路系统,清水由进水管进入混合器,在此与螺旋输送器加入的絮凝剂干粉初步混合,初步配制的絮凝剂进入配制箱,由第一分箱至第三分箱进行充分搅拌,整个过程大概需要1-1.5小时,此后是连续的配制和同时进行的过程。

2.离心机技术特点及处理效果、处理量分析

(1)技术特点

①先进的缓冲板结构

螺旋推料器上采用国际上先进的缓冲板结构,是把离心技术和挤压技术有机结合,我们成功的把这一技术用于蓝藻处理应用上,其具有有机藻泥可被进一步的压缩使处理后的泥饼干、处理能力大、液层深、出液清、出絮凝剂使用量省的特点。

②合理的长径比

LW530型卧螺沉降离心机采用长径比为4.1的结构,大的长径比可增加物料的沉降区域,延长物料在转鼓内的停留时间,使固形物去除率提高,这是分离技术行业所追求的目标。

③大锥角

锥角是分离技术技术行业最重要的分离参数,大的锥角可以增强螺旋对滤饼挤压力度,提高滤饼的含固率,所以在同样的分离因数下,滤饼更干,液更清,运行更经济。

④螺旋关键部位采用硬质合金和转鼓防磨技术设计

海申机电总厂在螺旋推力面采用硬质合金镶块技术可提高寿命一例五倍以上,使我厂耐磨技术达到国际先进水平,在国内处于领先地位,大提高了机器的稳定性和可靠性;转鼓筒体内壁采用防磨条结构,有效防止转鼓内壁磨损,并有利于渣的更好推出。

⑤机组电耗量小

LW530型离心脱水机采用双电机双变频器驱动方式,副电机在转鼓差速的作用下始终处于发电状态,由于采用双电机双变频共直流母线的驱动方案,能够合理利用副电机产生的电能,较好地解决了能量回收问题,离心机主机的耗电电流小于主电机的电流减去辅电机的发电电流。主电机功率为30kW,主要考虑到离心机的转鼓和螺旋转动惯量大,启动电流高而配置的。主机实际耗电电流不到40A,离心机主机吨干泥的耗电量在11-13KWh之间。

(2)处理量及处理效果分析

①处理量的各项参数

由于刚开始试验时客户条件有限,通过双方共同对工艺条件进行不断改进,因此经过前道浓缩工艺后进入离心机的进料含固率为控制在3.8%-4.5%,单机处理量:约15-20m3/h,主机运行电流38A,絮凝剂配比2‰,药剂流量0.8-1.2m3/h,吨干泥耗药量约2-3.5kg,离心机分离后渣的含水率在78%,固体回收率≥95%。运行中发现,处理量随物料浓度而发生变化,物料浓度越高处理量相应减小,反之浓度控制3%左右时单机处理量可达到20m3/h以上,因此运行中控制进料浓度对于离心机分离效果的稳定性与絮凝剂用量是非常重要的。以上各项分离数据远远超过了事先与地方政府签订的处理量≥15m3/h,分离后渣的含水率≤85%的技术协议要求。

②影响分离效果的因素

a.离心机转速的调整。根据物料波动适当选择主机转速,以求得最佳工作状态。主机转速越高,分离因素也就越高,提高分离因素一般会使分离效果提高,但当分离因素提高到某一值后,再增加分离因数不但没有意义,而且会明显地增加离心机的功率消耗,因此,转速的调整会直接影响机器在单位时间内的处理量和分离效果,调整时应根据实际情况兼顾各方面要求。

b.差转速的调节。操作比较简便,只需重新设定副变频器的设定值即可,差速越大,螺旋排料速度越快,但固相中的含水率也随之增高;降低差速的效果则相反,因此调节时要根据工艺要求和机器负荷的实际情况在设定值之间任意选择。

c.液层深度的调节。此项参数的调节是通过更换液层调节片来实现。共提供了8组液板,开口越近转鼓中心液层越深,反之即浅。加深液层会降低液相的含中的含固率,增加固相含水率。降低则反之。

d.絮凝剂的选用。分离试验前,絮凝剂厂家根据该物料特性选择了絮凝速度快、抱团较紧且不易打散、比较经济实用的高分子絮凝剂, 经过实际运行, 用于蓝藻处理领域的离心脱水机组每吨干藻絮凝剂平均消耗量为3kg,降低了运营成本。

e.离心机处理量对于分离效果的影响。离心机的处理量是指达到分离工艺要求的最大悬浮进料流量。工艺要求不同,离心机的处理量不同,进料量过大,机内渣层增厚,渣层表面的细小粒子很容易被分离液带走,同时,因悬浮液在转鼓内停留时间过短,分离不充分,分离效果明显下降。

四、机组运行中遇到的问题及解决办法

1.进料不稳定对分离效果影响较大

进料浓度对分离效果影响较大,刚开始进料运行时由于前段气浮浓缩工艺不太完善致使进料浓度过低或者突然增大使分离出的藻泥忽干忽湿,电流波动较大,从而影响了正常的分离效果,经过技术改进,前面增加了搅拌装置且控制了进料浓度,因此浓缩后的蓝藻进料浓度控制在3.8%-4.5%各项分离指标均达到或超过技术指标。

2.温度对蓝藻保鲜提出了更高的要求

九月中旬,客户反映在蓝藻分离效果很稳定的情况下突然出现了不稳定现象,由于离心机渣相藻泥过稀,已影响到了蓝藻分离站藻泥的正常运输。赶赴现场了解情况后发现,由于夏天环境温度过高,湖面藻类已出现腐烂现象,腐烂的蓝藻在浓缩池中发生化学反应而在池面上产生大量气泡,由于汽泡过多、腐烂的蓝藻比重较轻、添加絮凝剂不起絮凝效果等因素,使离心机分离效果变差。通过与同济大学微生物专家联系,并在同济大学教授的指导下,对从湖面抽上来的蓝藻采取了保鲜措施,使问题得到了根本解决。

3.“过电流保护”停机的处理方法

运行一周左右突然发生出渣口出水,同时伴随着运行电流逐步升高造成离心机“过电流保护”而停机。经现场拆机检查发现,由于藻泥颗粒较细,转鼓与罩壳之间存在间隙,使离心机在运行过程中机座部位存在负压,造成运行分离过程中渣相藻泥和液相清液飞溅到机座内部,时间一长就致使机座排水孔被藻泥堵塞,机座部位的积水漫上来,造成出渣口出水以及转鼓部位负载加大,同时伴随着运行电流逐步升高,最终造成了“过电流保护”而停机。刚开始时几乎每周要停机对离心机机座部位进行清理一次,这无疑加大了工人的劳动强度,针对物料特性,我们吸收国外先进经验,及时在离心机排液口部位加装了排气管,通过近半年多的运行观察,机座堵料现象没有再发生过。

4.由于加药点选择不当引起分离效果不佳问题的解决

加药点的选择至关重要,选择加药点时一定要做好物料与絮凝剂小试。在太湖杨湾蓝藻处理站反映,离心机在工艺系统稳定的情况下分离效果不佳,经了解后发现,客户出于经济上考虑更换了絮凝剂。现场做了藻泥与絮凝剂小试,发现客户更换后的絮凝剂虽然絮团反应速度较快、絮团大、液较清,但经两个烧杯来回颠倒8次后发现絮团破碎,出现这种情况时加药点理应适当前移至离心机进料部位0.8米左右,可客户却延用前期正常运行时的离进料管部位2米左右的加药点,造成浓缩后的藻泥提前絮凝,在进离心机进行分离前被打碎或在离心机的进料口处藻泥和絮凝剂同时进入转鼓腔,瞬间絮凝并通过离心力的作用使泥水提前絮凝,形成大的絮团,絮团进入离心机后被打碎,使泥水不易分离,效果变差。通过重新调整加药点,一切分离正常。

5.进料泵和加药泵的流量选择要合理

进料泵和加药泵的流量选择要合理,保证变频器在合理的频率范围内工作。离心机的进泥泵、加药泵采用变频器调节流量。变频器在低频率条件下长期连续运行时,因转速低扭矩大,导致电机电流过高,容易出现故障,对电机也不利。

6.季节对蓝藻分离的影响

蓝藻分离受季节影响较大,在每年的4、5月份,太湖湖面上蓝藻稀少、湖面风力较大,前期工艺抽至工艺浓缩池的蓝藻中所含泥量较大。针对此特点,物料沉降速度、用药量也可根据实际情况降低,此时离心机的分离因素不易过高、差转速不易调整过低,否则会引起离心机出渣过干、螺旋推料力矩过大而发生离心机堵料现象。根据经验,此时离心机分离因素控制在1700G左右,差转速在20-25r/min即可满足分离要求;在夏天蓝藻繁殖较盛时,从湖面抽至浓缩池内的藻类数量大、比重轻,物料较难处理,因此分离因素控制在2400G左右,差转速控制在8-10r/min时处理效果较佳,此时絮凝剂用量较4、5月份偏多。

五、结论

笔者从事国产离心机设计及售后服务多年,本次在环太湖及滇池流域,会同合作单位的科研人员共同对国产离心机用于蓝藻分离领域做出了尝试,并取得了一定的成果,在合作伙伴提供的完善的气浮沉降工艺、海申机电总厂提供的LW530型卧螺沉降离心机组的条件下,经过科研小组所有成员的共同努力,根据江苏无锡太湖流域4个蓝藻处理站近三年的成功运作,和云南滇池近6个月的应用表明,海申机电总厂提供的LW530型卧螺沉降离心机组用于蓝藻处理领域的分离技术不但具有处理量大、分离后的渣相含水率低、固体回收率高、用药省、自动连续运行可靠等特点,完全满足了国内蓝藻分离治污的要求。其中在无锡杨湾太湖蓝藻治理站已获得“2008年国家重点环境保护实用技术示范工程”、“无锡市科普委教育基地”、“无锡市少工委2010年红领巾爱水教育基地”、江苏省水利厅颁发的“江苏省水利网技术示范应用基地”等称号。2010年,与安徽国祯环保有限公司在安徽巢湖流推广此项治工程,目前已经取得了初步的成效,海申机电生产的LW530型卧螺沉降离心机组值得在全国范围内推广。