1 概述

城市生活污水，工业废水在进行处理之后，会产生含水率很高的污泥，经浓缩后含水率仍为96%左右，有容量大、运输困难、易腐蚀、有恶臭等缺点，为便于运输和后续处理，需作进一步的脱水、干化处理。经脱水、干化处理后的污泥，含水率可降到60%～80%，体积可减为原来的1/10～1/5。因而各国对污泥脱水和干化技术都比较重视。污泥脱水一般有自然干化和机械脱水两种方式，自然干化占地面积大，环境污染较严重，只适用于气候比较干燥、占地不紧张以及环境卫生条件允许的地区。目前城市用地普遍较为紧张，且对环境卫生的要求也越来越高，因此，污泥脱水主要采用机械脱水方式，脱水机械多以带式压滤机、板框压滤机、离心脱水机为主，真空转鼓过滤机基本已经被淘汰。与其他脱水技术相比，离心机可在很短的时间内使污泥中很细小的颗粒与水分离，具有处理量大，基建费用少，占地少，工作环境卫生，操作简单，自动化程度高等优点，特别重要的是可以不投加或少量投加化学调理剂，其动力费用虽然较高，但总运行费用较低。在国外，特别是欧洲国家和美国等，离心机已是和带式压滤机、板框压滤机等在污泥脱水中运用得较多的机种，而在国内，应用离心机进行污泥脱水的却不多，特别是城市污水厂中未经消化的剩余污泥脱水，成功运行的实例极为少数。因此，应用离心机对污泥进行脱水在我国有着极为广阔的发展前景。

2 离心机构造和脱水原理

污泥处理中使用的离心机主要是卧式螺旋卸料转筒式离心机（简称卧螺式离心机），由转筒、螺旋卸料器、空心转轴（进料管），变速箱、驱动轮、机罩和机架等部分组成。按离心机的分离因素（离心加速度和重力加速度的商），一般可将离心机分为高速（分离因素大于3000）、中速（分离因素介于1500～3000）和低速（分离因素小于1500）离心机。

卧螺离心机是依靠污泥中固液两相的比重差，在离心力的作用下，加快固相的沉降速度来实现固液分离以达到污泥脱水目的的，整个污泥脱水过程分为进料、沉降分离、固体污泥及分离液排除三个阶段。开始污泥脱水时，污泥由空心进料管输送到离心机内，在转筒高速旋转的离心作用下，比重较大的固相污泥颗粒将沉积在转筒的内壁上，在螺旋卸料器和转筒之间的速度差推动下，缓慢地向转筒小端排出；比重较轻的液相则汇集在浓集污泥的上层，并不断地从圆筒大端排出。由于离心机产生的离心力场可达到一般用于沉淀的重力场的1000倍以上，远远超过了重力沉淀池中由于重力所产生的重力加速度，因而可以在很短的时间内，使污泥中细小的颗粒与水分离。

3 离心脱水机污泥脱水的影响因素

3.1 卧螺离心机分离效果的好坏与机器本身的几何参数和操作参数有关。几何参数主要为转筒直径及其形状、岸锥角大小等。

（1）转筒直径与形状

离心条件可用分离因素表示。加大转筒直径可以提高离心力，因此离心脱水机的转速可以降低，从而节省电耗、减小噪音。

转筒形状可分为全圆筒型、全圆锥型和圆筒圆锥结合型三种。全圆筒型转筒离心机的分离液透明度好、固体回收率高；全圆锥型转筒离心机的出泥含固率较高，而圆筒圆锥型转筒离心机则具有前两者的优点。对泥饼含固率、分离液透明度以及固体回收率的要求不同，可设计出不同长度配比的圆筒圆锥型离心机来达到目的。污泥脱水使用的离心机圆锥长度设计较长，而圆锥长度设计较短的离心机可在污泥浓缩工艺作浓缩离心机用。

（2）岸锥角

锥角的大小对于污泥的脱水与固体的回收率影响很大。由于离心力的作用，在圆筒圆锥交界处以上的圆锥壁上，污泥饼受到一个向下的滑移力的作用，这个力随着离心机转筒圆锥角度的减小而变弱，污泥颗粒滑移的临界点是在颗粒即将离开水池水面时，滑移力比颗粒在水池水面以下时的滑移力增加10倍左右。锥角过大，污泥颗粒会重新滑回到水池中，重新成为大量的悬浮物，导致排出泥饼的含水率高。因此，现代离心机多采用小锥角以减少滑移力。脱水用的离心机，其锥角一般为6～8度，对难处理的污泥其锥角低到4度为好。经转筒式离心机脱水处理后的泥饼含水率一般为20%～25%。

3.2 又对具体的一台离心机而言，几何参数是确定的，因此影响分离效果的主要是离心机的操作参数，主要包括转筒转速、转筒与螺旋卸料器之间的差转速、离心机的处理能力、污泥的性质、采用絮凝剂的类型、投加方式、投配点和剂量等等，一般对于某种污泥而言，其中的一到两种因素起主要作用。

（1）转筒转速

分离因数与转筒旋转角度的平方成正比，转筒转速快则分离因数大。分离因数越大，物体受的离心力越大，分离效果也就越好。但实践证明，随着分离因数的增加，只能使泥饼的浓度增加，固体的回收率增加是极有限的，而离心机的功耗随着分离因数的提高而增加很快，机器的磨损加剧，对机器的使用寿命有一定的影响。

（2）螺旋卸料器的转速和转筒差转速

沉积在转筒内壁上的污泥颗粒靠转筒和同方向旋转的螺旋卸料器之间存在的差转速从转筒小端推出，差转速的大小直接影响到分离效果的好坏。差转速小，沉降污泥的停留时间较长，可使较细小的污泥颗粒纳入沉降污泥之中，得到含固率较高的泥饼，但差转速过小，不利于沉降污泥的排除，有可能使螺旋卸料器叶片之间塞满污泥而导致机器不能正常工作；随着差转速的增加，泥饼的含固率明显的下降，较大的差转速对转筒内物料的搅动也大，导致分离液含固率偏高，固体回收率有所下降，需要较深的水池来澄清分离液。因此当对泥饼含水率和固体回收率要求较高时，应采用较小的差转速。

（3）污泥供给点

污泥供给点由空心转轴供给孔的位置来调节，由于供给点的变化，影响着转筒长度与岸区的变化，从而也影响泥饼含固率。高速离心机常采用逆流中心进料设计，污泥中液体和固体逆向流动，进料在转筒的圆筒和锥筒交接处附近，颗粒的停留时间和沉淀过程较短，进料和螺旋卸料器较快的转速有可能使已分离的污泥颗粒重新扰动浮起；低速离心机一般采用顺流圆筒始端进料设计，进料位于转筒圆筒的始端，与逆流设计相比，加长了沉淀长度和时间，使微细颗粒也能沉淀下来，产生了含水率低的高密度的沉积物和更清澈的液体，由于延长和没有干扰的沉淀，可有效的减少絮凝剂的使用量，已有实例证明，絮凝剂更可完全免除。

（4）水池深度与容积的影响

水池深度，有的离心机可自动调节，有的离心机则需要调正转筒末端的堰板来实现。水池深度增加，停留时间延长，固体回收率提高。但水深增加后，岸区相对缩短，使泥饼含固率降低。

（5）离心机处理量

处理量小，污泥在转筒内的停留时间长，可得到较好的分离效果，但处理量过小，要增加离心机的数量，加大了污泥处理的投资。处理量增加，污泥在转筒内的停留时间缩短，引起分离液悬浮物浓度也增加，固体回收率降低。处理量在一定范围内，对分离效果的影响不是太明显，适当增加处理量，由于停留时间短，分离出来的多属比重较大，易脱水的颗粒，因此还能起到提高泥饼含固率的作用。但处理量能力受离心机结构限制，过大的处理量会造成污泥在转筒内停留时间过短，分离液含固率增加，沉降污泥过多造成机内堵塞，使扭矩过大而造成差速器的损坏。

（6）污泥的性质 与絮凝剂的选用

离心机的分离效果与污泥中固液两相的比重差有很大关系，密实度较大，颗粒结构紧密的污泥其分离效果较为显著，投加调理剂对离心脱水的泥饼含固率影响很小。因此与其它机种相比，离心机可以少投加或不投加调理剂进行脱水工序，从而可大幅度地降低污泥脱水的费用。这是采用离心机脱水和采用其它污泥脱水机械所不能比拟的优点。对于难于与水分离的污泥，如丝绸印染电解污泥的脱水，采用合适的絮凝剂和适当的操作条件也能达到较为理想的脱水效果。

有机调理剂产生的絮体粗大，可使用于离心机，但由于其价格昂贵，在生产实践中应反复调试以确定较佳的絮凝剂种类，剂量及投加方式，有些情况下，无机和有机调理剂联用，其调理效果会更佳。

4 和其它类型的脱水机比较

目前用于污泥脱水机械主要是带式压滤机、板框压滤机、卧螺离心机等，真空过滤机由于其脱水效率较低和运行费用较高而逐渐被淘汰。

一般对污泥脱水机械进行比较，应首先从他们的经济性和分离效果考虑，在进行经济性比较时，须将脱水处理和污泥的处置作为一个系统来考虑。因为脱水效果的好坏直接关系到后继污泥的运输和处置费用。污泥脱水费用包括基建投资（机房建筑、脱水机及投加混凝剂的设备和其它附加费用）和运行费用（混凝剂费、电耗、管理费用和污泥的运输及处置费用）。

离心机在三者之中投资较低，带式压滤机投资略高于离心机，二者相差不大；自动板框压滤机的设备投资较高，一般为卧螺离心机和带式压滤机的2～3倍以上。相应的脱水效果以板框压滤机为较好，一般经消化处理和浓缩后的污水厂污泥可达40～45%的含固率，离心机略低于带式压滤机，其脱水后的污泥含固率一般可达20～28%，带式压滤机一般为24～30%。离心机和带式压滤机常用高分子有机混凝剂（聚丙烯酰胺），而板框压滤机则必须用无机FeCl₃及Ca(OH)₂，以保证污泥承压时具有良好的固态结构。操作费用中以板框压滤机为较高，其次是带式压滤机。

从污泥的处置方式来看，对污泥的脱水要求不一样，当采用焚烧法等费用昂贵的处置方式时，对污泥的脱水要求较高，应采用脱水效果较好的自动板框压滤机对污泥进行脱水，而对于采用土地填埋等方式作为污泥的处置方式时，应选择离心机或带式压滤机，这样可大大降低污泥处理的费用。

我国的污泥处置方式主要以土地填埋等方式为主，由于带式压滤机有投资较省，运行稳定等特点，自80年代以来，我国大部分城市均使用的是带式压滤机。而与带式压滤机脱水效果相仿，投资略低，但具有诸多带式压滤机不具备、对污泥脱水有独特之处的离心机却只是应用在少数几种工业污泥的脱水之中，用于城市污水厂的污泥脱水为少数，这就给离心机的推广使用带来了一片光明的前景。和其他脱水机械相比，离心机主要有以下特点：

（1）机器重量轻，设备紧凑，占地面积和空间小，附属设备比其他脱水机减少，因而基建投资较省。一台转筒直径为500mm的卧螺离心机仅为一台GN20型内滤式转鼓真空过滤机的1/23；出泥量和含固率相似的转筒离心机所占位置只是带式压滤机的1/3。

（2）能连续操作，长期运转，便于实现自动化管理。

（3）调理剂消耗量一般低于带式压滤机，且可以少量投加或不投加调理剂也能进行脱水工艺，而带式压滤机则不能。

（4）运行过程中不增加带有污泥的废水，而其他类型的机械都需要冲洗滤布和滤网，需要大量的冲洗水同时产生等量的需要处理的废水。

（5）对物料的适应性较好，一定范围内，污泥的浓度和处理量的变化对污泥的脱水效果影响不大。

（6）处理量大，范围广，比带式压滤机更符合实际需要，处理能力胜过其他脱水机械。

（7）整个系统密封，操作安全，卫生条件优于其他类型的机械，车间整洁卫生，有利于保护操作工人的身体健康，有利于防止传染性疾病的传染。

综上所述，转筒离心机应用于污水厂污泥脱水的前景很为广阔。

5 工程实例

美国Charlotte-mecklenburg的McApine Creek污水处理厂始建于1966年，其污泥脱水方式采用的是自然干化床，脱水后污泥在当地作为土地改良剂使用，1983年后，污水厂为适应发展要求，决定将污泥的自然脱水方式改为机械脱水方式，并将脱水后污泥送至较远的地点作土地或堆肥处理。因此，脱水后污泥的体积直接影响到整个污泥处理的成本。

该厂选择了离心机和带式压滤机作为比较，进行了成本效益分析。结论如下：离心机和带式压滤机都能对消化后的污泥进行很好的脱水，因此评价的指标主要是他们的经济性因素。数据表明，使用离心机，总计费用可比带式压滤机低55%，比污泥干化床低62%。因此，McApine Creek污水处理厂推荐使用离心机进行污泥脱水。

6 结论

从以上可以看出，离心机能连续运转，处理能力大，便于实现自动化管理，并且有运行费用较低、操作简单、处理现场较其它压滤机卫生、占地面积较少和有不投加絮凝剂也能达到污泥脱水的效果等特点。