市政污水處理處置中，污泥減量化一直是關心的焦點。活性污泥法是應用非常廣泛且比較成熟的工藝，而由此產生剩余活性污泥性質也決定了后期污泥處理工藝和設備的選擇。參考歐洲較為普遍的濃縮加消化加脫水的工藝，處理流程中需要配備臥螺沉降離心濃縮機以結合消化工藝。本文針對臥螺離心機在團島污水處理廠的實際應用，總結出部分經驗，并提出需要改進的內容。

1 臥螺離心機的基本構造及主要參數

1.1 基本構造

臥螺離心機主要由轉鼓（柱段加錐段），驅動電機，機架，螺旋推料器和齒輪箱器構成。通過主驅電機帶動轉鼓旋轉，達到2000～4000rpm產生幾千倍重力加速度的離心力，使污泥顆粒沉降；齒輪箱產生額外的差速，使同軸旋轉的螺旋體與轉鼓有0～30rpm的速度差，螺旋體與轉鼓之間產生了相對位移，污泥被螺旋葉片輸送至固相出口。上清液則沿著柱段通過另一側的出水堰板溢流排出。

1.2 主要參數

（1）分離因數（G-force），分離因數等于離心力與重力加速度（g）的比值，是個無綱量。G-force=F離心力/F重力=m·w²r/（m·g），近似公式為0.011×r×n²/g。其中，0.011是（2π/60）²的近似值，n為離心機的轉速，單位rpm，r為離心機轉鼓半徑。從分離因數可以得出結論，為了獲得更高的分離因數，可以通過增大轉鼓直徑或提高轉速來實現。對于同一規格即轉鼓直徑不變，提高轉速也可以獲得更高的分離因數，但對機械本身（軸承、密封圈、潤滑等）損耗也就更厲害，額外產生的高分貝噪音也進一步影響現場的操作環境。

（2）轉鼓，由圓柱及圓錐部分組成，柱段為澄清區，錐段為推料區，柱段與錐段夾角的補交稱作錐角（半錐角）。根據經驗，離心機做濃縮機使用時一般配備小錐角（6～10°）。轉鼓直徑大小與分離因數成正比，轉鼓的容積大小同離心機處理能力也成正比。

（3）齒輪箱，也稱為差速器。齒輪箱與推料螺旋連接，通過調節差速值的大小，達到調節扭矩，扭矩值可以相當于螺旋推料的作用力，差速越小，扭矩越高。齒輪箱有行星齒輪箱，擺線齒輪箱等，輸出速比值決定了差速器的形式，目前能輸出大速比的行星齒輪箱更為主流。

（4）驅動電機，以行星齒輪箱為例，驅動電機為主驅和背驅，均為變頻電機。主驅電機驅動轉鼓和螺旋體，產生高轉速；背驅電機驅動齒輪箱，產生0～30rpm的差速。

（5）防磨損保護，包括進料區，推料區，排泥口都是物料與離心機接觸的位置，同樣也是磨損較為嚴重的部位，因此需要考慮防磨損保護措施，在進料區，排泥口增加可更換的碳化物襯套，在螺旋葉片上噴涂碳化物保護涂層或者硬質合金燒結塊。

2 團島污水處理廠離心濃縮機參數

根據團島污水《青島市團島污水處理廠升級改造工程項目初步設計說明》：污水處理廠原初沉污泥采用重力濃縮、剩余污泥采用機械濃縮，兩者混合后進行中溫消化、機械脫水。

而項目采購了3套德國福樂偉公司的C5E-4/454 OSE臥螺離心濃縮機。轉鼓直徑0.57m，轉速3100rpm，理論處理量90m3/h，裝機容量75+5.5（kW），齒輪箱型號SP 3.10，輸出扭矩2750N·m。

結合設備72h進料調試驗收報告以及具體運行指標要求，將從多個方面來驗證該項目的離心機的選型是否合理。

2.1 分離因數計算

離心濃縮機的分離因數計算如下：

G-forece=0.011×（0.57/2）×（3100）²/9.81=3070

通過試管離心機測試，在未投加絮凝劑（一般為陽離子的聚丙烯酰胺）情況下，剩余活性污泥能夠離心分離的較小分離因數約1500。實際工況，離心機正常轉速在2344rpm，此時分離因數為1756。另外，在投加絮凝劑情況下，污泥顆粒絮凝后粒徑變大，更有利于沉降。因此離心機的分離因數滿足工藝要求。

2.2 轉速，差速

結合分離因數條件，轉速達到2344rpm，較之轉速3100rpm來評價，該轉速工況下，離心機處于比較穩定狀態，主機功率實際消耗低于裝機容量的60%；現場離心機1m范圍內測定的噪聲值低于80dB。

根據濃縮段工藝要求，濃縮機出泥進入消化池的濕污泥干度僅需滿足5%的要求，離心機可以輕松勝任，因此處理量成為相對重要的參數。差速值23.7rpm始終處于較高閾值（0～30rpm）內，差速越高，螺旋的推料速度越快，扭矩越小，污泥通過螺旋葉片輸送，途徑錐端再從固相出口排出離心機的時間縮短。相當于縮短污泥的停留時間，達到處理量大的效果，此時由于污泥停留時間短了，澄清時間也減少，因此會降低出泥的含固率，同時液相出口的上清液的回收率會提高。

2.3 理論處理量和實際處理量

臥螺離心機內部構造分為：推料區（錐段），進料部位及螺旋部位，以及澄清區。

其中澄清區就是所定義的離心機的有效容積，其有效容積計算如下：

V=（π·D²_轉鼓/4-π·d²_堰板/4）×L_柱段=（3.14×0.57²/4-3.14×0.312²/4）×1.76=0.3145m3

一般物料在離心機停留時間為15～20s，因此理論處理量如下：

Q=V×3600/t=56.6～75.5（m3/h），與調試結果比較吻合，與理論處理能力存在一定差距。為了達到處理量90m3/h，可以從設備機械本身做以下調整：

（1）提高差速，加快濃縮后污泥的排出，減少了污泥的停留時間，從處理量公示中可以驗證，分母變小，分數值變大。差速提升也是局限的，不能超過30rpm，一般程序上設置了高差速值的報警和停機功能。

（2）減少排液堰板直徑。堰板直徑變小，澄清區有效水深增加，有效容積值變大，處理量值變大。

（3）上述方法在提高處理量的同時，都是以犧牲出料干度為代價，對于污泥濃縮而言，這點完全是可以接受的。處理量介于79～83.3m3/h，出泥干度在6.4% ～7.0%之間，雖然能滿足工藝5%的干度要求，但從嚴格意義上來說，當處理量需達到理論設計處理量90m3/h時，存在兩個疑問：

①是否真的能夠達到90m3/h，是否超出了機械當量設計的上限。

②如果達到理論處理量，需要確定一系列參數：

a. 進料的固體負荷具體數值。

b. 差速輸出值。

c. 出泥干度值。

d. 主驅，背驅功率消耗值。

e. 離心機整機振動值，1m范圍內噪聲值等參數。

上述問題還需事實證明，從調試驗收來看，處理能力約在84m3/h，能否達到90m3/h值，還有待事實證明，這也是該項目中剩余的一大遺憾。

2.4 絮凝劑消耗值（藥耗）

配比濃度0.3%，投加量520dm3，此時處理量82.9m3/h，干粉投加量計算值=520×0.3%=1.56kg，每立方米消耗干粉量=1.56/82.9=18.8g，此時進料濃度1.3%，噸絕干污泥藥耗=18.8/1.3%/1000=1.45kg-TDS。藥耗量也滿足1～2kg-TDS的工藝要求。

2.5 扭矩

該離心機配備了SP 3.10差速器，輸出扭矩2750N·m，實際運行扭矩穩定在16%～16.7%，即實際輸出扭矩440～460N·m，由于濃縮后污泥具有較好的流動性，干度要求僅需5%，所以該扭矩數值也很合理。離心機配備的差速器滿足實際工況需求。

3 結論

（1）具有高分離因數的臥螺離心濃縮機完全適合濃縮段的工藝需求，也能更好地配合后續低溫消化工藝。

（2）在性能指標上，出泥含固率達到5%，符合工藝段需求；處理量在80m3/h左右，基本滿足要求，但處理量能否達到90m3/h，還有待論證。

（3）實際電耗僅為裝機容量的60%，也起到了節能減排的作用。

（4）絮凝劑消耗低，滿足工藝要求的同時，也為節約日后的藥劑消耗量，實現了經濟意義上的回報。

4 存在的問題及需要改進的問題

（1）團島污水廠現場配備了三臺離心濃縮機，對應三套進料泵，進料泵為潛水離心泵，非變頻電機。進料流量通過電動刀閘閥PID調節閥體開啟度以實現控制流量，在開啟度過小的工況下，存在管道憋壓的狀態，長時間極有可能會損壞泵的電機。建議在進料泵出水管處設置1路DN50支管，各安裝1套機械式減壓閥，以實現在管道壓力過高情況下自動排水減壓的功能。

（2）對應三套離心濃縮機配備了三套管路，由于場地局限性，該三根管路管位非常緊張，當時的安裝單位采用了泵出口三根DN150支管合并一根DN300總管的敷設方式，至濃縮機房前再分為三根DN150支管。這種方式不僅增大了水頭損失，而且在濃縮機單臺，雙臺，三臺開啟的不同工況下也存在配流不均的問題，建議直接采用三根支管的進料方式。