近年來，隨著我國污水處理事業的蓬勃發展，污泥的處理及處置問題日益突出。考慮到泥餅填埋、堆肥、焚燒等后續處理工段對污泥脫水的要求，臥式螺旋沉降離心機（以下簡稱離心機）因其脫水后泥餅含水率低、自動化程度高、操作環境好等優點而備受水處理行業青睞。根據離心機的使用調查情況，結合調試和使用經驗，就影響離心機脫水效果的因素作以下探討。

1 結構及脫水原理

離心機主要由轉鼓、螺旋、差速系統、液位擋板、驅動系統及控制系統等組成。

離心機是利用固液兩相的密度差，在離心力的作用下，加快固相顆粒的沉降速度來實現固液分離的。具體分離過程為污泥和絮凝劑藥液經入口管道被送入轉鼓內混合腔，在此進行混合絮凝；由于轉子（螺旋和轉鼓）的高速旋轉和摩擦阻力，污泥在轉子內部被加速并形成一個圓柱液環層；在離心力的作用下，密度較大固體顆粒沉降到轉鼓內壁；再利用螺旋和轉鼓的相對速度差把固相推向轉鼓錐段，推出液面之后泥渣得以脫水干燥，再推向排渣口排出；上清液從轉鼓大端排出，實現固液分離。

2 影響離心機效果的因素

2.1 不可調節的機械因素

2.1.1 轉鼓直徑和有效長度

轉鼓直徑越大和有效長度越長，其有效沉降面積越大，處理能力也越大，物料在轉鼓內的停留時間也越長，且在相同的轉速下，其分離因數就越大，分離效果越好；受到材料的限制，離心機的轉鼓直徑不可能無限制地增加，因為隨著直徑的增加可允許的速度會由于材料堅固性的降低而降低，從而離心力也相應降低。通常轉鼓直徑為200～1000mm，長徑比為3～4。

另外，相同處理量的情況下，大轉鼓直徑的離心機可以較低的速差運行。原因是大轉鼓直徑的螺旋輸渣能力較大，要達到相同的輸渣能力小轉鼓直徑的離心機必須提高速差來實現。從以下速差的討論中知，減小速差可以增加沉渣脫水時間，降低螺旋對澄清區的擾動，從而提高脫水效果。

2.1.2 轉鼓半錐角

沉降在離心機轉鼓內側的沉渣被沿轉鼓錐段推向出料口時，由于離心力的作用，受到向下滑移的回流力作用。半錐角越大，污泥受離心力擠壓越大，螺旋推力的扭矩越大，葉片磨損越大，甚至產生沉渣回流現象而導致螺旋推料器無法排渣。如果半錐角小，其有效沉降面積將大為減小，進而降低離心機的使用性能。液池深度一定時，錐角大，干燥區長度（即泥渣脫離液面到排渣口之間的距離）短，其脫水時間便短，沉渣的含水率就高，濾液的質量相對好些。反之，如果錐角小，則干燥區長度長，脫水時間長，沉渣的含水率就低，濾液質量就差些。

從以上分析可知，轉鼓半錐角是離心機設計中較為重要的參數。從澄清效果來講，要求錐角盡可能大一些；而從輸渣和脫水效果來講，要求錐角盡可能小些。由于輸渣是離心機正常工作的必要條件，因此設計必須首先滿足輸渣條件。對于難分離的物料如活性污泥半錐角一般在6°以內，以便降低沉渣的回流速度。對普通一般物料半錐角在10°以內就能保證沉渣的順利輸送。

2.1.3 螺距

螺距即相鄰兩螺旋葉片的間距，是一項很重要的結構參數，直接影響輸渣的成敗。在螺旋直徑一定時，螺距越大，螺旋升角越大，物料在螺旋葉片間堵塞的機會就越大。同時大螺距會減小螺旋葉片的圈數致使轉鼓錐端物料分布不均勻而引起機器振動加大，因此對于難分離物料如活性污泥，輸渣較困難。螺距小些，一般是轉鼓直徑的1/5～1/6，有利于輸送。對于易分離物料，螺距大些，一般為轉鼓直徑的1/2～1/5，以提高沉渣的輸送能力。

2.1.4 螺旋類型

螺旋是離心機的主要構件，它的作用是輸送沉降在轉鼓內側的沉渣和順利排掉沉渣，它不僅是卸料裝置，也決定了生產能力、使用壽命和分離效果。

螺旋的類型根據液體和固體在轉鼓內相對移動的方式不同分為逆流式和順流式。逆流式離心機的加料腔在螺旋中部，也就是位于干燥區和沉降區之間的邊界附近，以保證液相有足夠的沉降距離，但固相僅能停留其通過圓錐部位所需的時間，因此要求有較高的離心力；物料由這里進入轉鼓內會引起此區已沉降的固體顆粒被擾動再度浮起，還會產生湍流和附加渦流，使分離效果降低。順流式離心機由于進料口在轉鼓端部，避免了逆流式的湍流，保證沉渣不受干擾，離心機全長都起到了沉降作用，擴大了沉降面積，懸浮液在機內停留時間增長，從而使分離效果得到提高。由于沉降時間延長和沒有干擾，可有效地減少絮凝劑的使用量，使機內流體的流動狀態得到了很大改善，并且可加大轉鼓直徑來提高離心力，因此轉速可顯著降低，節省電力消耗，同時減少噪音，延長機器的壽命。順流式螺旋結構的離心機特別適用于固液密度差小，固相沉降性能差，固相含量低的難分離物料。但順流式離心機的濾液是靠撇液管排出，濾液通過撇液管時，未分離出的固相顆粒會再分離而沉積在撇液管內，日久會堵塞撇液管通道，需定期沖洗。

近年來，隨著對污泥脫水要求的日益提高，出現了各種高效型螺旋結構。如瑞典某公司的BD擋板技術，即在離心機錐段的螺旋出料端設置一個特殊擋板，可使離心機處于超深液池狀態，增加對泥餅的壓榨力，并且只輸送下部沉渣，而將上部含水率高的污泥截留在壓榨錐段外側，實現壓榨脫水，使出泥更干。瑞典某公司采用斜板沉淀原理的Lamella專利技術，將離心機螺旋推料器葉片設計成傾斜狀態，其葉片傾角、螺距、葉片間距等參數經過優化設計，提高處理能力，降低絮凝劑的消耗量及泥餅含水率。

2.2 可調節的機械因素

2.2.1 轉鼓轉速

轉鼓轉速的調節通常通過變頻電機或液壓馬達實現。轉速越大，離心力越大，有助于提高泥餅含固率，但轉速過大時會使污泥絮凝體破壞，反而降低脫水效果。同時較高轉速對材料的要求高，機器的磨損增大，動力消耗、振動及噪聲水平也相應地增加。

2.2.2 速差

速差直接影響排渣能力、泥餅干度和濾液質量。提高速差，有利于提高排渣能力，但沉渣脫水時間縮短，脫水后泥餅含水率大，同時螺旋對澄清區液池的擾動大，濾液質量相對差一些。降低速差，沉渣厚度加大，沉渣脫水時間增長，脫水后泥餅含水率就降低，同時螺旋對澄清區物料的擾動也越小，濾液質量也相對好些，但會增大螺旋推料的負荷，應防止排渣量減小而造成離心機內沉渣不能及時排出引起的堵料現象，否則易使濾液大量帶泥，這是必須減小進料量，或提高速差。因此應根據物料性質、處理量大小、處理要求及離心機結構參數來確定速差大小。一般認為泥餅在干燥區的脫水時間應控制在4～6s之間，時間再加長效果增加不明顯。

2.2.3 液環層厚度

液環層厚度是工藝優化的一個重要參數，直接影響離心機的有效沉降容積和干燥區長度，進而影響離心機的處理效果。一般是停機狀態下通過手動調節液位擋板的高低來實現，調整時必須確保各個液位擋板的高低一致，否則會導致離心機運行時劇烈振動，也有部分國外廠商可以實現液環層厚度的自動調節。液環層厚度增加，沉降面積增大，物料在機內停留時間也相應增加，其結果是濾液質量提高，但同時機內的干燥區長度縮短，導致泥餅干度降低；相反，減少液環層厚度可獲得較高的泥餅含固率，但要以犧牲濾液質量為代價。因此應合理地調節液位擋板的高低使泥餅干度與濾液質量達到較優組合。

2.3 工藝因素

由于離心機是利用固液兩相的密度差來實現固液分離的，因此污泥顆粒密度越大越易于分離。城市污水處理廠的初沉污泥較易脫水，剩余污泥較難脫水，其混合污泥的脫水性能介于兩者之間。

為改善污泥脫水性能，進行機械脫水前一般應均勻加入適量的有機高分子絮凝劑，如聚丙烯酰胺（PAM）來降低污泥的比阻，使其易于脫水。絮凝劑的種類必須和污泥特性相適應。聚丙烯酰胺有陽離子型、陰離子型和非離子型三類，選擇時應從技術、經濟方面綜合衡量，通過試驗篩選合適的絮凝劑類型和品牌，并且絮凝劑的分子量也要達到一定要求。

根據實際運行情況表明，投加絮凝劑的多少對離心脫水的泥餅含固率的影響很小，對濾液的質量影響較大。因此采用離心脫水可以不投加或少投加絮凝劑進行脫水處理，從而降低運行費用，但投加適量、合適的絮凝劑可顯著提高固體回收率。絮凝劑用量和濃度不足，難以形成絮體，影響濾液質量；絮凝劑濃度太大，活性基團由于相互屏蔽質量反而下降，再分散作用也會破壞絮體穩定，絮凝效果同樣不好，并且絮凝劑用量太大，不僅造成浪費，對處理效果也沒有顯著提高。市政污泥處理中，有機高分子絮凝劑藥液的配置比例一般為1‰～5‰，絮凝劑用量一般3～5kg/TDS。

3 結語

影響離心機脫水效果的因素很多，并且各個因素又互相影響，因此處理效果是以上所述各個因素綜合作用的結果。離心機的選型應結合工程項目的實際情況，運行參數的調整應從脫水后泥餅處置方法所要求泥餅含水率、固體回收率和經濟性等因素綜合考慮。