污泥深度機械脫水技術及設備的比較分析*

鄭泰山，蔡 川，黃宋義，張澤派，廖旺才

（廣東省機械研究所，廣東廣州 510635）

0 引言

污泥按其來源分大致可分為給水污泥、生活污水污泥和工業污泥三類，前兩種污泥一般稱為市政污泥，工業污泥一般可分為有機和無機污泥兩類。隨著城市化的發展，市政污泥產量越來越大，以前我國污水處理工程發展過程中長期存在的“重水輕泥”現象帶來的污泥污染問題越來越突出，污泥處置處理問題逐步得到重視，污泥的脫水處理開始得到普遍應用，機械脫水逐漸成為主要的污泥脫水方式。污泥機械脫水技術按照原理劃分可分為真空過濾脫水、壓濾脫水和離心脫水三類。真空過濾脫水在早期市政污水處理廠使用較多，脫水后泥餅含水率一般高于85%；離心脫水在多行業有廣泛應用，出泥含水率一般為75%～80%；壓濾脫水又分為帶式壓濾脫水和板框壓濾脫水，壓濾脫水為了提高污泥脫水性能，一般會加藥劑調理，帶式壓濾脫水在我國大中型污水處理廠應用較為普遍，出泥含水率一般為82%左右，板框壓濾脫水通常用于對脫水率要求較高的場合，出泥含水率一般為65%～75%[1]。

環境保護部辦公廳2010年11月26日發布的《關于加強城鎮污水處理廠污泥污染防治工作的通知》中規定的“污水處理廠以儲存（即不處理處置）為目的將污泥運出廠界的，必須將污泥脫水至含水率50%以下”，單純靠現有的污水處理廠的常規機械脫水工藝顯然不能滿足含水率的要求[2]。目前有些地方甚至提出了將污泥運出廠界前，必須將污泥脫水至含水率40%以下的要求，更是對污泥脫水和干化提出了更高的挑戰。所以很多大學、研究機構、企業近幾年對污泥的深度脫水進行研究。污泥深度脫水是指脫水后污泥含水率達到55%～65%，特殊條件下污泥含水率還可以更低[3]。從國內近年的研究和生產實踐來看，有多種深度脫水工藝出現。從經濟的角度出發，機械脫水是一種相對節能的方式，但污泥中的水分一般認為有以下四種結合形式：間隙水（自由水）、毛細水、吸附水、內部水，前兩種可以用機械力去除，后兩種很難，所以發展了污泥調理預處理技術并成為污泥深度脫水的關鍵步驟，調理主要分為化學調理、物理調理和生物調理，其中化學調理是目前應用較為廣泛的技術方法[4]。化學調理加機械高壓壓濾成為了污泥深度脫水比較廣泛應用的技術路線。本文主要對機械高壓壓濾的技術和設備進行比較分析。

1 污泥深度機械脫水設備及技術現狀

（1）隔膜式板框壓濾技術和設備

污泥深度脫水自動高壓隔膜壓濾機作為污泥深度脫水分離設備，應用于城鎮污水及工業污水處理已有多年的歷史，它具有污泥深度脫水效果好、適應性廣，特別對于污泥在過濾完成后濾餅內的間隙水，通過高壓隔膜壓榨能夠有效地把間隙水給分離出來，最終污泥的含水率能夠降到60%甚至50%左右。自動高壓隔膜壓濾機是一種間歇性污泥深度分離設備，采用機、電一體化設計制造，結構合理，操作簡單方便維修率低等優點，能夠實現無人操作自動運行。過濾元件由隔膜板、隔膜配板、濾布、污泥進料泵組成。在污泥進料泵的壓力作用下，將污泥漿送入濾室，通過過濾介質（濾布），將污泥和液體分離。在經過高壓隔膜壓榨，把游離余污泥顆粒間的間隙水給壓榨出來。高壓隔膜自動污泥深度脫水壓濾機與離心機及帶式過濾機比較，污泥的含固率要高出30%～35%。屬于深度脫水范疇，為污泥后續無害化處理奠定了基礎。

據中國通用機械工業協會初步統計，我國生產隔膜壓濾機的較大型生產廠家已增加到十幾家，這些廠家所生產設備的過濾工藝流程較為先進，隔膜濾板的壓榨壓力最高可達到4.0 MPa，隔膜壓濾機同國外產品相比壓榨壓力高于國外同類產品，根據市場的需求不斷積累了豐富的固液分離工藝經驗，研發了比較成熟的過濾工藝技術，自主創新研發的聚丙烯高壓隔膜濾板壓榨壓力可達到4.0 MPa，為保證產品安全運行，實際使用壓榨壓力一般為1.6～2.5 MPa，這樣可以實現隔膜濾板壓榨的最佳效果。因為隔膜壓濾機能夠提高濾液回收率、降低含水率、過濾效率高、效果好，節省能源和降低生產成本，隨著近年來隔膜壓濾機的壓榨工藝的全面推廣，隔膜壓濾機的使用率大幅提高[5-6]。

（2）彈簧鋼制濾板壓濾機

彈簧鋼制濾板壓濾機的工作過程一般也按照以下步驟進行：1）保壓；2）進料；3）壓濾或稱壓榨；4）卸濾餅。其中進料由柱塞泵抽取調理改性后的污泥注入壓濾機的濾板腔體中，進料泵的進料壓力在1.0～1.5 MPa，最大可達2.0 MPa，一次進料時間一般在20～40 min。在進料過程中，依據進料泵的進料壓力，擠壓濾板腔內污泥，是腔內污泥第一次脫水。進料完成后，由液壓缸提供壓力對腔內污泥進行平行施壓，對濾板腔內污泥進行第二次擠壓，壓力正常使用一般為2.5～3.5 MPa，最大可達5.0 MPa，單次壓榨時間為20～40 min，壓榨完畢后進行卸料[7-8]。彈簧鋼制濾板壓濾機的結構原理如圖1所示。

圖1 彈簧鋼制濾板壓濾機結構原理圖

由圖1可見，彈簧鋼制濾板壓濾機的濾板上有很多小孔和通道，這是為了在壓榨過程中提供水濾處的通道，污泥通過柱塞泵抽取注入壓濾機的濾板腔體后，由油缸提供穩定的壓力作用于濾板上，濾板之間的彈簧機構在壓力作用下產生壓縮變形，對對濾板腔內污泥施加平行穩定、遞增式的壓力，持續的對腔內污泥進行壓濾脫水，透過濾布析出的水經過濾板小空流出。一般情況下彈簧鋼制濾板壓濾機的壓榨壓力基本維持在2.5～3.0 MPa，可以將調理改性后的市政污泥壓濾到含水率60%以下。

（3）鋼帶式壓濾機

近年也有大學和企業開發除了帶式污泥深度脫水設備，例如下面介紹的帶式污泥壓榨脫水系統[9-10]。根據其工作特點，該類脫水系統大致可以分為進料、預壓脫水、鋼帶式輥壓深度脫水和卸料等過程。即工作時，將預處理的泥漿料連續勻速送入上下濾網之間，在兩濾網夾持作用下進入鍥形區，在上下濾網擠壓力作用下進行初步預壓脫水；隨后進入高壓脫水區（如圖2所示），在鋼帶張緊力和濾網張緊力作用下，進行輥壓高壓脫水，根據不同的漿料特點，可設置多個鋼帶輥壓脫水單元，從而對濾餅進行深度高壓壓榨脫水。壓榨后的濾餅由刮板從出料口卸出。

在鋼帶式輥壓深度脫水區，濾餅受到的壓榨壓力包括濾網和鋼帶兩部分產生的作用。

一般濾網的張緊力可達到4～100 kN/m，鋼帶張緊力可達到50～150 kN/m，最大可達到300 kN/m。通常情況下，鋼帶式壓濾機可將調理改性后的工業污泥，含水率可壓濾到50%左右。

圖2 鋼帶式壓濾機高壓脫水結構示意圖

2 新型高壓壓濾技術及設備介紹

廣東省機械研究所研發制造的新型高壓壓濾脫水工作站，如圖3所示，在吸取傳統隔膜壓濾機、鋼帶式壓濾機等設備優點的基礎上做了大量的升級、優化和創新設計，其壓力變量動態調節的特點使得工作壓力可穩定達到10 MPa的同時確保濾板無損壞，濾布無破損，避免了傳統隔膜壓濾機和鋼帶式壓濾機承受高壓之設計上的不足，設備運行能耗甚至更低。為使得設備各零部件滿足10 MPa工作壓力的性能要求，研發團隊通過對濾板結構、進料方式、壓濾方式、液壓系統進行全新創新改進設計，吸收了傳統隔膜壓濾機的“形”，但再造壓濾機的“神”，并經過了試驗運行檢驗，達到機械式脫水技術在國內外的領先水平。通過機械式高壓壓濾的方式可將調理改性后的市政污泥實現深度脫水，可壓濾市政污泥達到含水率40%。根據行業研究，40%以內含水率的高干度市政污泥具有較高的熱值貢獻，可直接外運至水泥廠協同處置或垃圾發電廠進行焚燒，這也是國家和很多地方政府建議和支持的處置方法。

圖3 廣東省機械研究所新型高壓壓濾脫水工作站

對于電石渣、工業石膏、造紙白泥、氧化鋁赤泥、陶瓷拋光泥、選礦污泥等無機污泥，用這種新型高壓壓濾脫水工作站壓濾脫水可以使含水率低于20%，另外30～40分鐘一個壓濾工作周期的處理速度大大提高了生產效率，高產能的特點也是該脫水工作站的另一大優勢。

3 結束語

通過對目前行業應用中幾種典型的機械式壓濾深度脫水設備的特點進行對比，了解到，對市政污泥或者有機工業污泥要達到國家要求的50%含水率，甚至部分城市提出的40%含水率的高要求標準，隔膜壓濾機、鋼帶式壓濾機等傳統機械式壓濾機都具有一定的困難，且調理過程也需要添加大量的石灰、木屑等其他輔助材料，這既增加了成本，也違背了減量化處理處置的初衷，而筆者單位研發制造的新型高壓壓濾機可以很好的解決這個問題，滿足當下國家和地方對于污泥處理處置的高要求標準，也是目前針對市政污泥作減量化、資源化、無害化處置中深度脫水干化環節最經濟、最合理、最科學的技術工藝路線；而對很多無機污泥及物料可以實現壓濾到含水率20%以下，且可實現短周期快速壓濾，大大提高深度脫水工作站的工作效率，從而提高產能。

參考文獻：

［1］許春蓮，蔣進元，靳順龍，等.污泥機械脫水技術發展現狀及前景［J］.環境工程，2016（11）：90-93.

［2］孔祥娟，戴曉虎，張辰.城鎮污水處理廠污泥處理處置技術［M］.北京：中國建筑工業出版社，2015.

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［6］徐孝雅，趙穎.污泥深度脫水系統的技術研發和工程應用進展［J］.給水排水動態，2012（03）：32-34.

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［8］汪寶英.污水廠污泥調理深度脫水工藝研究［J］.有色冶金設計與研究，2014，35（5）：81-83.

［9］壽宗奇.污泥壓榨深度脫水系統的應用［J］.綠色科技，2013（8）：190-191.

［10］呂文彬，肖紅雷.基于鋼帶式壓榨過濾機的制漿造紙污泥深度脫水工藝［J］.中國造紙，2014，33（11）：32-35.

(編輯：向 飛)

第十三次機械工程師資格認證工作會議在順德召開

2018年3月10日，中國機械工程學會機械工程師資格認證第十三次工作會議在廣東順德職業技術學院召開。中國機械工程學會副理事長兼秘書長陸大明、繼續教育處處長羅平，以及北京、黑龍江、新疆、浙江、山東等全國各省區機械工程學會秘書長與認證分中心負責人，設計、物流、熱處理、包裝、鑄造等各分會負責人共50多人出席會議；廣東省機械工程學會常務副理事長兼秘書長劉奕華，廣東省機械工程學會副理事長兼教育培訓與認證專委會主任、順德職業技術學院院長夏偉，廣東省機械工程學會副秘書長曹永軍參加了會議。會議由中國機械工程學會羅平處長主持。

首先夏偉院長對各位同行代表蒞臨順德職業技術學院表示歡迎，并介紹了學院近年發展以及廣東省機械工程學會開展機械工程師認證工作的成效。劉奕華常務副理事長兼秘書長代表廣東省機械工程學會致辭，對會議在廣東召開表示祝賀，并介紹了廣東省機械工程學會近年在職稱與認證方面的工作經驗。

在上午的會議中，中國機械工程學會繼續教育處副處長欒大凱作“做好新時代人才評價工作”主題報告，對機械工程師資格認證2015-2017年度工作進行了回顧，分析了面臨的新形勢和新機遇，并對未來的新目標與新挑戰進行了闡述。隨后中國機械工程學會鑄造分會副秘書長劉秀玲作了“材料成形與改性（鑄造）高級工程師試點工作”專題報告、中國機械工程學會資格認證中心江蘇省分中心副主任徐林介紹了江蘇省機械工程學會開展見習機械制造工程師資格認證工作的思考。

下午，與會代表圍繞在工程師資格認證工作展開熱烈研討。各省區學會、分會及認證分中心代表分別介紹了各自專業領域工程師資格認證工作開展情況與工作感受，并圍繞資格認證工作目前存在的問題和重點工作進行了研討，同時分享了相關經驗和做法。然后，羅平處長談到了2018年將啟動高級工程師及見習制造工程師認證，同時工程師認證工作將適應發展從“做”到“改”，加大力度做好溝通、做好認證支撐與服務。

最后，中國機械工程學會副理事長兼秘書長陸大明在總結中對大家一直以來的辛苦工作表示感謝，要求大家以“十九大”會議精神為指導，并從中國科協對新時代學會工作的新要求出發，多進行交流與探討、共同克服困難、堅守一線、堅定不移的以更高的標準、更專業的服務做好認證組織工作。