我国是一个水资源大国，河湖众多。近年来，国民经济高速发展的同时，水体污染也日益严重，对生态环境和人体健康造成了极大危害，水环境全面治理已迫在眉睫。重金属和营养盐作为湖泊的主要污染物质，通常沉积于湖床底泥中，当水体受到扰动时释放出来，进一步造成水质污染恶化。因此，只有彻底清除湖泊污染底泥，才能从根本上净化水质，改善水环境。
疏浚污泥由于体积大、含水量高、流动性大，因而需进一步脱水干化以利后续处理。随着国内外相关技术的不断发展，应用卧式螺旋卸料沉降离心机（卧螺离心机）的污泥脱水技术日益受到人们关注。相比于带式压滤和板框压滤等机械脱水法，卧螺离心机污泥脱水工艺具有基建投资小、占地少、处理量大、效率高、自动化程度高、操作简便以及工作环境卫生、无二次污染等诸多优点，特别是可以不加或少加化学药剂，使脱水污泥用于填埋、制砖、焚烧、堆肥等，做到减量化、无害化、资源化，且整体运行费用较低，其应用范围已越来越广。市政污水有机物含量高、相对密度小、持水性能强、颗粒细小且含固率低，常用卧螺离心机处理污泥脱水，技术已相对成熟。湖泊底泥不同于市政污泥，其重金属含量高、有机物含量低、污泥浓度大，采用卧螺离心机的污泥脱水技术尚处于起步阶段，发展应用前景广阔。药剂（包括无机盐类和有机高分子类）的添加对污泥脱水效果起到了关键性作用，同时，各机械、运行、工艺等因素也极大地影响了脱水效果。
课题以武汉市某湖泊污泥清除工程为研究背景，以LW780X3200Y型卧螺离心机为研究对象，介绍了其在湖泊污泥脱水干化工程中的应用情况，分析了絮凝剂、差转速、处理量、污泥质量浓度等对脱水效果的影响。结果表明，添加絮凝剂可显著改善污泥脱水效果，提高运行稳定性；降低差转速、增加处理量、增大污泥质量浓度均能降低固渣含水率，同时也会增加余水含固率，降低固相回收率；LW780X3200Y型卧螺离心机运行工况为：转速2100r/min，差转速13r/min，污泥质量浓度10%，处理量63m³/h，加药量5.6m³/h。
一、卧螺离心机工作原理
卧螺离心机主要由转鼓、螺旋、差速器、主副电机、润滑系统等部件构成。
主电机通过大带轮带动转鼓高速旋转，副电机通过小带轮、差速器带动螺旋旋转，但转速相对较低。污泥进入转鼓后，由于受到强大的离心力作用，使得密度相对较大的固相土颗粒紧贴转鼓内壁而形成固环层，并在转鼓与螺旋形成的差转速下，逐渐被推至转鼓锥段由出渣口排出；密度相对较小的液相水位于固环层内侧形成液环层，逐渐流向转鼓大端由溢流口排出。通过调节溢流口高度改变液池深度，调节转鼓转速改变分离因数以及调节螺旋转速改变差转速，均能改变污泥脱水效果。
二、污泥性质及污泥脱水工艺流程
2.1 污泥性质
通常，适宜卧螺离心机分离的物料固液相密度差＞0.05g/cm³，且固相颗粒粒径大于3μm。经土工检测，污泥绝干密度为2.63g/cm³，固液相密度差达到1.63个g/cm³。当存在有机质和去除有机质时，土粒中值粒径分别约为18μm和8μm。因此，污泥较适宜采用卧螺离心机处理。
2.2 工艺流程
污泥脱水成套设备主要包括卧螺离心机、絮凝剂自动投配装置、进泥/加药螺杆泵、浓缩池、调节池、无轴螺旋输送机和电控系统等。
污染底泥经疏浚船输送至浓缩池后，通过自然沉淀浓缩排除一定的清水，再由渣浆泵输送至调节池储存泥浆以达到匹配离心机处理量的要求，并通过机械搅拌以均匀泥浆浓度，再由进泥螺杆泵送入离心机。絮凝剂自动投配装置制备的絮凝剂由加药螺杆泵在了离心机进料管前送入进泥管道，与污泥充分混合后进入离心机脱水处理。产生的固渣由无轴螺旋输送机送至堆场外运；余水自流余水池沉淀、处理达标后排放。离心机主副电机与进泥、加药螺杆泵电机均由变频器控制，用以调整转鼓、螺旋转速以及调节进泥、加药装置。
三、卧螺离心机污泥脱水结果分析
根据工程实际情况，分析了絮凝剂、差转速、处理量以及污泥质量浓度等因素对卧螺离心机污泥脱水效果的影响。根据小试结果，选用分子量2000万、水解度20的阴离子型絮凝剂，配制浓度0.15%，加药点距进料管口1m，泥药混合时间约2s，工作温度20～30℃。
3.1 不加药处理结果
为了明确絮凝剂对污泥脱水的作用和影响，首先分析不加药工况下卧螺离心机的处理效果。设定运行工况为：转鼓转速R=2250r/min，差转速D=12.45r/min，处理量A=63m³/h，污泥质量浓度C=12%。此时得到的固渣含水率均在40%以下甚至达到30%左右，但波动较大。余水含固率5.89%～7.76%，固相回收率均很低，仅为43.25%～54.27%。
由于转鼓转速高，分离因数较大，所以固渣较为密实，含水率达到了极低值。但由于部分细颗粒尚无法完全分离，仍存在液相水中，因此余水含固率较高，导致固相回收率较低。同时由于固渣含水率过低，离心机排渣顺畅度降低，对设备运行稳定性以及分离过程扰动较大，进一步降低了固相回收率，使得固渣含水率波动也增大。
3.2 絮凝剂对脱水效果的影响
加药运行时的工况为：转鼓转速R=2100r/min，差转速D=13r/min，处理量A=63m³/h，污泥质量浓度C=9%，此时加药量P=5.6m³/h，固渣含水率达到了57%作用，但余水含固率均低于0.5%，固相回收率均达到了96%以上。
添加絮凝剂后固渣含水率明显升高，这是由于絮凝剂与污泥作用后所产生的的絮团内引入了新的水分，从而提高了含水率。但由于絮团包裹了绝大多数污泥颗粒，成为固渣排出，因而余水含固率极低，固相回收率很高。添加絮凝剂可明显改善污泥脱水效率。另一方面，添加絮凝剂后降低转鼓转速、增大差转速仍使得固相回收率提高，这极大地提高了处理效率。同时，由于转速降低也增加了离心机运行稳定性。
3.3 差转速变化对脱水效果的影响
差转速调整时离心机运行工况为：R=2100r/min，C=10%，A=63m³/h，P=5.6m³/h。差转速为10.65r/min时，固渣含水率相对较低，达到57.23%。随着差转速增加，固渣含水率在60%左右波动。而余水含固率一直呈下降趋势，由3.81%降至1.18%。相应地，固相回收率明显增加，由64.64%升至90.20%。
差转速较低时，污泥在转鼓内停留时间较长，分离效果较好，固渣经过锥段干燥区时间也较长，固相间相互挤压时间也增加，因而固渣密实度较高，含水率较低。但此时由于排渣速率较低，进料污泥对转鼓内壁已分离固液层扰动较大，因此余水含固率高，固相回收率低。差转速增大后，排渣更为顺畅，污泥脱水时间变短，因而固渣含水率明显升高，随后排渣与内部扰动达到平衡，固渣含水率因此基本不变。相应地由于扰动减少，污泥脱水效果逐渐转好。所以余水含固率持续下降，固相回收率持续上升。当差转速为13.5r/min左右时，离心机处理效果较佳。
3.4 处理量变化对脱水效果的影响
处理量调整时离心机的运行工况为：R=2100r/min，D=13r/min，C=10%，P=2.8～7.6m³/h，泥量药量比基本不变。当处理量分别为33.48和63m³/h时，固渣含水率均达到58%以上，余水含固率均低于1%，固相回收率均在90%以上。但当处理量增加至79和94m³/h后，固渣含水率降至52%左右，余水含固率上升至6%左右，固相回收率也下降至50%左右。
液池深度决定了离心机转鼓容量，处理量较低时，转鼓内液相含量相对较多，因此固渣含水率较高，而固相基本分离排出，固相回收率也相对较高。随着处理量增大，转鼓内固相相对含量增加，絮凝反应充分，固渣密实度提高，固渣含水率相应下降。但仍有部分污泥未能及时分离，随余水直接排出，同时，由于进料污泥的加速扰动，余水含固率将显著增加，固相回收率也明显降低。此时离心机的较佳处理量为63m³/h。
3.5 污泥质量浓度变化对脱水效果的影响
污泥质量浓度改变时离心机运行工况为：R=2100r/min，D=13r/min，A=63m³/h，P=5.6m³/h。当污泥质量浓度由8.83%升至14.28%时，固渣含水率由57.49%降至50.54%；当浓度继续升至18.42%时，固渣含水率基本保持在51%左右。而余水含固率整体呈上升趋势，由0.23%升至7.30%，固相回收率则由97.71%急剧降至66.72%。
污泥质量浓度较低时，所含液相较多，固相较容易被全部分离而排出，因此固渣含水率较高，固相回收率也较高。随着污泥质量浓度的提高，单位体积固相增加，因此固渣密实度提高，含水率下降，而由于絮凝剂无法与全部污泥充分混合反应，因而余水含固率增加，固相回收率下降。当污泥浓度过高后，由于絮凝剂效力减弱，固渣含水率基本不变，固相土颗粒将更多地随余水排出，因此余水含固率持续升高，固相回收率持续下降。污泥质量浓度为10%左右较为适宜。
经过综合对比，LW780X3200Y型卧螺离心机适宜运行工况为：转速2100r/min，差转速13r/min，污泥质量浓度10%，处理量63m³/h，加药量5.6m³/h。该工况下固渣含水率58%左右，余水含固率低于1%，固相回收率可达90%以上。
四、结论
本文介绍了LW780X3200Y型卧螺离心机在城市湖泊污泥脱水中的工程应用情况，分析了絮凝剂、差转速、处理量和污泥质量浓度对污泥脱水效果的影响，得到以下结论：
（1）絮凝剂可明显改善卧螺离心机污泥脱水效果，并增加脱水效果和设备运行稳定性。
（2）较低的差转速可得到较低的固渣含水率，但固相回收率也较低。差转速升高将使固渣含水率增加，清液含固率下降，固相回收率显著提高，有利于余水处理。
（3）处理量较低，固渣含水率较高，固相回收率也较高。余水含水率较低。增大处理量可降低固渣含水率，但固相回收率也将降低，清液含固率显著增加，不利于余水处理。
（4）污泥质量浓度较低时，固渣含水率较高，固相回收率也较高。增大污泥浓度后，固渣含水率将显著下降，但固相回收率也将降低，清液含固率将升高，不利于余水处理。
（5）LW780X3200Y型卧螺离心机适宜运行工况为：转速2100r/min，差转速13r/min，污泥质量浓度10%，处理量63m³/h，加药量5.6m³/h。
应用卧螺离心机处理城市湖泊污泥脱水时，受诸多因素影响，处理效果变化较大。运行时需根据不同处理条件及时调整运行参数，从而达到改善效果、提高效率、节约成本的目的。
