摘要：本文主要介紹了目前處于國內(nèi)領先水平的整套藍藻處理的工藝流程及工作原理，并主要對海申機電總廠生產(chǎn)的LW530型臥螺沉降離心機及其配套系統(tǒng)的組成、工作原理、技術特點、處理效果、運行數(shù)據(jù)以及對在開發(fā)過程中所遇到的問題與解決方法進行了詳細的闡述。實踐證明，海申機電總廠提供的LW530型臥螺沉降離心機機組具有性能穩(wěn)定、自動化程度高、處理量大、故障率低等特點，能夠滿足國內(nèi)藍藻治理的要求，值得行業(yè)推廣。
關鍵詞：LW530型臥螺沉降離心機 藍藻處理 絮凝劑
一、概述
近年來，由于環(huán)境污染日益嚴重，環(huán)太湖及云南滇池、安徽巢湖等地藍藻泛濫，嚴重威脅到了當?shù)鼐用竦纳瞽h(huán)境。經(jīng)過現(xiàn)場調(diào)研及對藍藻物料特性進行分析研究后，海申機電總廠（以下簡稱海申）與國內(nèi)某知名生物科技有限公司共同合作，2008年7月，在江蘇無錫太湖藍藻爆發(fā)比較嚴重的楊灣、錦園等水域采用先進的汽浮沉降新工藝，并結合海申機電總廠最新研發(fā)成功的LW530型臥螺沉降離心機組，在太湖流域進行藍藻分離嘗試并獲得成功，在國內(nèi)藍藻處理領域取得了重大突破，并于2010年把此項研究新成果拓展應用到云南滇池、安徽巢湖流域，經(jīng)處理后既改善了湖水水質(zhì)，分離后的藍藻經(jīng)初加工又生產(chǎn)出動物飼料及深加工后生產(chǎn)高科技生物食品，使以往嚴重威脅人類生態(tài)環(huán)境的藻類變廢為寶，產(chǎn)生了巨大的經(jīng)濟效益。
二、藍藻處理工藝流程
1.藍藻處理系統(tǒng)工藝流程圖（見圖1） 
圖1 藍藻處理工藝流程圖
2.工作原理
藍藻由水泵從湖面抽至進藻池內(nèi)，藻泥由進藻池溢流到氣浮池，在氣浮池內(nèi)由空壓機泵入氣、水對氣浮池內(nèi)的藻泥進行攪動的同時，另一條管線泵入助凝劑進行助凝，經(jīng)過助凝和氣浮后的藻泥，由于比重較輕因此浮在池面上，這時通過刮藻刷把氣浮池表面堆積的藻泥刮到儲藻池，儲藻池內(nèi)上層藻泥溢流至藍藻濃縮池，下部水通過管路排出進入容器罐，在藍藻濃縮池經(jīng)過濃縮后的藻泥通過與絮凝劑投加裝置輸送過來的絮凝劑進行絮凝后進入離心機進行分離后，分離后的渣相外運，液相排入湖面。
三、離心機組組成、技術特點及效果分析
1.LW530型臥螺沉降離心機組的構成、技術特點及其工作原理
整套藍藻脫水機組由LW530型臥螺沉降離心機、JY1000型絮凝劑配制裝置、進料泵、加藥泵、流量計和PLC全自動控制系統(tǒng)等構成。
（1）離心機結構、技術參數(shù)及其工作原理
①離心機主要結構
LW530型臥螺沉降離心機由主電機、副電機、差速器、螺旋體、轉鼓、主軸承、機座、機罩及傳動裝置等部件組成。
②離心機主要技術參數(shù)
轉鼓內(nèi)徑：430mm
長徑比：4.1
設計轉速：3200r/min
最大設計分離因素：2466
主電機功率：30kW， 副電機功率：7.5kW。
③工作原理
濃縮后的藍藻和絮凝劑混合后，經(jīng)進料管和螺旋出料口進入轉鼓,在高速旋轉產(chǎn)生的離心力作用下，比重較大的藻泥沉積在轉鼓內(nèi)壁上，與轉鼓作相對運動的螺旋葉片不斷地將沉積在轉鼓內(nèi)壁上的藻泥刮下并推出排渣口。分離后的清液經(jīng)液層調(diào)節(jié)板開口流出轉鼓。螺旋與轉鼓之間的相對運動，也就是差轉速是通過差速器來實現(xiàn)的，其大小由副電機來控制。差速器的外殼與轉鼓相聯(lián)接，輸出軸與螺旋體相連接，輸入軸與副電機相連接。主電機帶動轉鼓旋轉的同時也帶動了差速器外殼的旋轉，副電機通過聯(lián)軸器的連接來控制差速器輸入軸的轉速。使差速器能按一定的速比將扭矩傳遞給螺旋，從而實現(xiàn)了離心機對藍藻物料的連續(xù)分離過程。
（2）離心機電氣系統(tǒng)的組成及特性
采用當今工業(yè)控制領域應用最為廣泛的可編程控制器(PLC)為核心，以界面友好的彩色液晶觸摸屏為人機操作界面，節(jié)能優(yōu)良的雙電機雙電頻恒扭矩控制等組成了穩(wěn)定可靠的離心機電器控制系統(tǒng)，目前處于國內(nèi)同行業(yè)領先水平，采用一鍵式操作，初始運行參數(shù)自動設定，整個流程按照編制好的程序自動運行，無需人為干預，實現(xiàn)真正的全自動操作。在進料運行過程中通過恒力矩與恒差速兩種控制方式，適應物料濃度、流量的變化，提高離心機對生產(chǎn)工藝的適應性，保證良好的分離效果和穩(wěn)定的運行狀態(tài)，是操作簡便、功能完備的控制系統(tǒng)。
（3）高分子有機絮凝劑配投裝置
整套加藥裝置配制能力為2m3/h，配比比濃度：1‰-3‰，分為三個部分：干粉投放裝置、攪拌裝置及管路系統(tǒng)，清水由進水管進入混合器，在此與螺旋輸送器加入的絮凝劑干粉初步混合，初步配制的絮凝劑進入配制箱，由第一分箱至第三分箱進行充分攪拌，整個過程大概需要1-1.5小時，此后是連續(xù)的配制和同時進行的過程。
2.離心機技術特點及處理效果、處理量分析
（1）技術特點
①先進的緩沖板結構
螺旋推料器上采用國際上先進的緩沖板結構，是把離心技術和擠壓技術有機結合，我們成功的把這一技術用于藍藻處理應用上，其具有有機藻泥可被進一步的壓縮使處理后的泥餅干、處理能力大、液層深、出液清、出絮凝劑使用量省的特點。
②合理的長徑比
LW530型臥螺沉降離心機采用長徑比為4.1的結構，大的長徑比可增加物料的沉降區(qū)域，延長物料在轉鼓內(nèi)的停留時間，使固形物去除率提高，這是分離技術行業(yè)所追求的目標。
③大錐角
錐角是分離技術技術行業(yè)最重要的分離參數(shù)，大的錐角可以增強螺旋對濾餅擠壓力度，提高濾餅的含固率，所以在同樣的分離因數(shù)下，濾餅更干，液更清，運行更經(jīng)濟。
④螺旋關鍵部位采用硬質(zhì)合金和轉鼓防磨技術設計
海申機電總廠在螺旋推力面采用硬質(zhì)合金鑲塊技術可提高壽命一例五倍以上，使我廠耐磨技術達到國際先進水平，在國內(nèi)處于領先地位，大提高了機器的穩(wěn)定性和可靠性；轉鼓筒體內(nèi)壁采用防磨條結構，有效防止轉鼓內(nèi)壁磨損，并有利于渣的更好推出。
⑤機組電耗量小
LW530型離心脫水機采用雙電機雙變頻器驅(qū)動方式,副電機在轉鼓差速的作用下始終處于發(fā)電狀態(tài)，由于采用雙電機雙變頻共直流母線的驅(qū)動方案，能夠合理利用副電機產(chǎn)生的電能，較好地解決了能量回收問題，離心機主機的耗電電流小于主電機的電流減去輔電機的發(fā)電電流。主電機功率為30kW，主要考慮到離心機的轉鼓和螺旋轉動慣量大，啟動電流高而配置的。主機實際耗電電流不到40A，離心機主機噸干泥的耗電量在11-13KWh之間。
（2）處理量及處理效果分析
①處理量的各項參數(shù)
由于剛開始試驗時客戶條件有限，通過雙方共同對工藝條件進行不斷改進，因此經(jīng)過前道濃縮工藝后進入離心機的進料含固率為控制在3.8%-4.5%，單機處理量：約15-20m3/h，主機運行電流38A，絮凝劑配比2‰，藥劑流量0.8-1.2m3/h，噸干泥耗藥量約2-3.5kg，離心機分離后渣的含水率在78%，固體回收率≥95%。運行中發(fā)現(xiàn)，處理量隨物料濃度而發(fā)生變化，物料濃度越高處理量相應減小，反之濃度控制3%左右時單機處理量可達到20m3/h以上，因此運行中控制進料濃度對于離心機分離效果的穩(wěn)定性與絮凝劑用量是非常重要的。以上各項分離數(shù)據(jù)遠遠超過了事先與地方政府簽訂的處理量≥15m3/h，分離后渣的含水率≤85%的技術協(xié)議要求。
②影響分離效果的因素
a.離心機轉速的調(diào)整。根據(jù)物料波動適當選擇主機轉速，以求得最佳工作狀態(tài)。主機轉速越高，分離因素也就越高，提高分離因素一般會使分離效果提高，但當分離因素提高到某一值后，再增加分離因數(shù)不但沒有意義，而且會明顯地增加離心機的功率消耗，因此，轉速的調(diào)整會直接影響機器在單位時間內(nèi)的處理量和分離效果，調(diào)整時應根據(jù)實際情況兼顧各方面要求。
b.差轉速的調(diào)節(jié)。操作比較簡便，只需重新設定副變頻器的設定值即可，差速越大，螺旋排料速度越快，但固相中的含水率也隨之增高；降低差速的效果則相反，因此調(diào)節(jié)時要根據(jù)工藝要求和機器負荷的實際情況在設定值之間任意選擇。
c.液層深度的調(diào)節(jié)。此項參數(shù)的調(diào)節(jié)是通過更換液層調(diào)節(jié)片來實現(xiàn)。共提供了8組液板，開口越近轉鼓中心液層越深，反之即淺。加深液層會降低液相的含中的含固率，增加固相含水率。降低則反之。
d.絮凝劑的選用。分離試驗前，絮凝劑廠家根據(jù)該物料特性選擇了絮凝速度快、抱團較緊且不易打散、比較經(jīng)濟實用的高分子絮凝劑， 經(jīng)過實際運行， 用于藍藻處理領域的離心脫水機組每噸干藻絮凝劑平均消耗量為3kg，降低了運營成本。
e.離心機處理量對于分離效果的影響。離心機的處理量是指達到分離工藝要求的最大懸浮進料流量。工藝要求不同，離心機的處理量不同，進料量過大，機內(nèi)渣層增厚，渣層表面的細小粒子很容易被分離液帶走，同時，因懸浮液在轉鼓內(nèi)停留時間過短，分離不充分，分離效果明顯下降。
四、機組運行中遇到的問題及解決辦法
1.進料不穩(wěn)定對分離效果影響較大
進料濃度對分離效果影響較大，剛開始進料運行時由于前段氣浮濃縮工藝不太完善致使進料濃度過低或者突然增大使分離出的藻泥忽干忽濕，電流波動較大，從而影響了正常的分離效果，經(jīng)過技術改進，前面增加了攪拌裝置且控制了進料濃度，因此濃縮后的藍藻進料濃度控制在3.8%-4.5%各項分離指標均達到或超過技術指標。
2.溫度對藍藻保鮮提出了更高的要求
九月中旬，客戶反映在藍藻分離效果很穩(wěn)定的情況下突然出現(xiàn)了不穩(wěn)定現(xiàn)象，由于離心機渣相藻泥過稀，已影響到了藍藻分離站藻泥的正常運輸。趕赴現(xiàn)場了解情況后發(fā)現(xiàn)，由于夏天環(huán)境溫度過高，湖面藻類已出現(xiàn)腐爛現(xiàn)象，腐爛的藍藻在濃縮池中發(fā)生化學反應而在池面上產(chǎn)生大量氣泡，由于汽泡過多、腐爛的藍藻比重較輕、添加絮凝劑不起絮凝效果等因素，使離心機分離效果變差。通過與同濟大學微生物專家聯(lián)系，并在同濟大學教授的指導下，對從湖面抽上來的藍藻采取了保鮮措施，使問題得到了根本解決。
3.“過電流保護”停機的處理方法
運行一周左右突然發(fā)生出渣口出水，同時伴隨著運行電流逐步升高造成離心機“過電流保護”而停機。經(jīng)現(xiàn)場拆機檢查發(fā)現(xiàn)，由于藻泥顆粒較細，轉鼓與罩殼之間存在間隙，使離心機在運行過程中機座部位存在負壓，造成運行分離過程中渣相藻泥和液相清液飛濺到機座內(nèi)部，時間一長就致使機座排水孔被藻泥堵塞，機座部位的積水漫上來，造成出渣口出水以及轉鼓部位負載加大，同時伴隨著運行電流逐步升高，最終造成了“過電流保護”而停機。剛開始時幾乎每周要停機對離心機機座部位進行清理一次，這無疑加大了工人的勞動強度，針對物料特性，我們吸收國外先進經(jīng)驗，及時在離心機排液口部位加裝了排氣管，通過近半年多的運行觀察，機座堵料現(xiàn)象沒有再發(fā)生過。
4.由于加藥點選擇不當引起分離效果不佳問題的解決
加藥點的選擇至關重要，選擇加藥點時一定要做好物料與絮凝劑小試。在太湖楊灣藍藻處理站反映，離心機在工藝系統(tǒng)穩(wěn)定的情況下分離效果不佳，經(jīng)了解后發(fā)現(xiàn)，客戶出于經(jīng)濟上考慮更換了絮凝劑?，F(xiàn)場做了藻泥與絮凝劑小試，發(fā)現(xiàn)客戶更換后的絮凝劑雖然絮團反應速度較快、絮團大、液較清，但經(jīng)兩個燒杯來回顛倒8次后發(fā)現(xiàn)絮團破碎，出現(xiàn)這種情況時加藥點理應適當前移至離心機進料部位0.8米左右，可客戶卻延用前期正常運行時的離進料管部位2米左右的加藥點，造成濃縮后的藻泥提前絮凝，在進離心機進行分離前被打碎或在離心機的進料口處藻泥和絮凝劑同時進入轉鼓腔，瞬間絮凝并通過離心力的作用使泥水提前絮凝，形成大的絮團，絮團進入離心機后被打碎，使泥水不易分離，效果變差。通過重新調(diào)整加藥點，一切分離正常。
5.進料泵和加藥泵的流量選擇要合理
進料泵和加藥泵的流量選擇要合理，保證變頻器在合理的頻率范圍內(nèi)工作。離心機的進泥泵、加藥泵采用變頻器調(diào)節(jié)流量。變頻器在低頻率條件下長期連續(xù)運行時，因轉速低扭矩大，導致電機電流過高，容易出現(xiàn)故障，對電機也不利。
6.季節(jié)對藍藻分離的影響
藍藻分離受季節(jié)影響較大，在每年的4、5月份，太湖湖面上藍藻稀少、湖面風力較大，前期工藝抽至工藝濃縮池的藍藻中所含泥量較大。針對此特點，物料沉降速度、用藥量也可根據(jù)實際情況降低，此時離心機的分離因素不易過高、差轉速不易調(diào)整過低，否則會引起離心機出渣過干、螺旋推料力矩過大而發(fā)生離心機堵料現(xiàn)象。根據(jù)經(jīng)驗，此時離心機分離因素控制在1700G左右，差轉速在20-25r/min即可滿足分離要求；在夏天藍藻繁殖較盛時，從湖面抽至濃縮池內(nèi)的藻類數(shù)量大、比重輕，物料較難處理，因此分離因素控制在2400G左右，差轉速控制在8-10r/min時處理效果較佳，此時絮凝劑用量較4、5月份偏多。
五、結論
筆者從事國產(chǎn)離心機設計及售后服務多年，本次在環(huán)太湖及滇池流域，會同合作單位的科研人員共同對國產(chǎn)離心機用于藍藻分離領域做出了嘗試，并取得了一定的成果，在合作伙伴提供的完善的氣浮沉降工藝、海申機電總廠提供的LW530型臥螺沉降離心機組的條件下，經(jīng)過科研小組所有成員的共同努力，根據(jù)江蘇無錫太湖流域4個藍藻處理站近三年的成功運作，和云南滇池近6個月的應用表明，海申機電總廠提供的LW530型臥螺沉降離心機組用于藍藻處理領域的分離技術不但具有處理量大、分離后的渣相含水率低、固體回收率高、用藥省、自動連續(xù)運行可靠等特點，完全滿足了國內(nèi)藍藻分離治污的要求。其中在無錫楊灣太湖藍藻治理站已獲得“2008年國家重點環(huán)境保護實用技術示范工程”、“無錫市科普委教育基地”、“無錫市少工委2010年紅領巾愛水教育基地”、江蘇省水利廳頒發(fā)的“江蘇省水利網(wǎng)技術示范應用基地”等稱號。2010年，與安徽國禎環(huán)保有限公司在安徽巢湖流推廣此項治工程，目前已經(jīng)取得了初步的成效，海申機電生產(chǎn)的LW530型臥螺沉降離心機組值得在全國范圍內(nèi)推廣。
