基于钢带式压榨过滤机的制浆造纸污泥深度脱水工艺

吕文彬 肖红雷

(浙江华章科技有限公司，浙江桐乡，314500)

制浆造纸生产过程中会产生大量废水，废水经处理后才能达标排放，在废水处理过程中会产生大量的污泥，随着环境保护意识的加强，对废水处理的要求越来越高，伴随着废水的深度处理，废水中的污染物进一步向污泥集中，使得污泥处理量和处理难度与日俱增，污泥的处理处置已成为制浆造纸企业节能减排任务中的重要环节，如何经济有效地解决污泥问题已成为制浆造纸企业普遍面临的难题。

长期以来，我国制浆造纸污泥脱水设备以带式压滤机和离心机为主，即用该设备将含固率为2%～5%的经过调理剂调质的混合污泥进行机械压榨，使其含水率降至20%～30%，然后外运，主要进行填埋处置。这些脱水后的污泥体积庞大、含水率高、流动性好，外运填埋不仅占用大量土地资源，渗滤液对地下水的污染以及在此过程中带来的其他二次污染也逐渐引起人们的重视。

制浆造纸污泥有机物含量高，成分相对简单，近年来焚烧、堆肥农用等处置方式取得了较快的发展，而高干度脱水处理是各种污泥处置方式的共同要求［1-6］，污泥的机械深度脱水是经济有效解决污泥问题的关键所在。钢带式压榨过滤机作为一种新型深度脱水设备，在污泥深度脱水方面有着独特的优势及应用前景，本文在介绍钢带式压榨过滤机的基本构造和脱水原理的基础上，结合实际应用案例分析其在工程应用中的应用效果。

1 设备结构与脱水原理

1.1 设备结构

图1 钢带式压榨过滤机结构示意图

钢带式压榨过滤机的结构如图1所示，设备分为布料区、预压脱水区、高压脱水区和卸料区，具体由布料器、脱水系统、张紧系统、纠偏系统、清洗系统、控制系统、机架等组成。钢带式压榨过滤机为全自动连续生产设备，生产时污泥输送至布料器中，在双轴螺旋的搅拌下，沿设备宽幅横向均匀布料至下滤网，下滤网载着污泥一起运行至预压脱水区与上滤网重合，在预压脱水区污泥被压密变得平整，同时在这个过程中实现污泥的初步脱水，紧接着污泥进入高压脱水区，两层滤网带着污泥沿S形运行，在高压脱水区运行过程中，受强大挤压力和剪切力作用，污泥大量脱水，污泥离开高压脱水区后在设备末端被刮刀刮下，卸料后污泥经皮带机输送至污泥堆场，卸料后，上下滤网回到设备起始端再次生产。

图2 高压脱水单元示意图

布料器采用的是双轴螺旋布料器，主要作用是沿设备宽幅横向均匀分配污泥，并能根据车速的大小调整布料量。脱水系统主要由预压脱水区和高压脱水区组成，其中高压脱水区由几个高压脱水单元组成 (如图2所示)，高压脱水区采用模块化设计，可根据需要调整高压脱水单元数量，一般选用1～3个高压脱水单元，污泥脱水主要在高压脱水区完成，高压脱水区也是整个设备的核心部分。张紧系统分为钢带张紧和滤网张紧，分别用于调整钢带和滤网的松紧程度。纠偏系统由钢带纠偏部分和滤网纠偏部分组成，防止钢带和滤网在运行过程中跑偏。清洗系统分为钢带清洗和滤网清洗，使钢带和滤网始终保持清洁状态，避免钢带和滤网堵塞而影响脱水效果。控制系统由变频传动控制、进料与布料控制、纠偏系统控制等组成，保证设备自动化稳定运行。

1.2 脱水原理

污泥中所含的水分一般认为有4种形态，即间隙水、毛细结合水、表面吸附水和内部结合水。其中，间隙水占总含水量的65%～85%，毛细结合水占总含水量的15%～25%，表面吸附水和内部结合水一起占总含水量的10%。间隙水是指污泥颗粒包围着的游离水分，这部分水不与污泥颗粒直接结合，很容易分离，是污泥浓缩的主要对象。污泥由高度密集的细小固体颗粒组成，在固体颗粒接触的表面上，由于毛细力的作用，形成毛细结合水，浓缩作用不能分离毛细结合水，需借助机械作用力才能去除这部分水分。污泥颗粒细小，比表面积大，由于表面张力吸附的水称为表面吸附水，表面吸附水难以用普通的浓缩或脱水方法去除。内部结合水是指包含在微生物细胞内的水分，只有破坏细胞膜才能去除内部结合水。

从理论上讲，必须施以至少等于毛细压力的外加压力才可能去除毛细水。毛细水压力 (P)如式 (1)所示:

式中，σ为表面张力;θ为接触角;r为毛细管半径。

钢带式压榨过滤机在压榨脱水时，除张紧的滤网对泥饼施加压力之外，张紧的钢带对泥饼也施加了强大的挤压力，高压脱水区泥饼所受到的压榨压力P总如式 (2)所示:

式中，Q为滤网张力;Qh为钢带张力;Rh为高压脱水辊半径。

滤网的张力Q一般能达到4～10 kN/m，钢带的张力Qh一般能达到50～150 kN/m，最大可以达到300 kN/m，钢带机可根据污泥的性质选择高压脱水单元的数量，当钢带式压榨过滤机采用多个高压脱水单元时，钢带张力设置成依次逐步升高，如当采用3个高压脱水单元时，第一条钢带的张力若设置为50 kN/m，第二条钢带的张力可设置为100 kN/m，第三条钢带张力则可提高至150 kN/m，这种逐步升高的压榨压力，结合泥饼在运行过程中所受到的剪切力，可最大限度地将污泥中的水分压榨出来，同时，在生产过程中，根据污泥可脱水的程度，除了可以调整钢带张力大小外，还可以调整设备运行的速度来调整出泥含固率(车速调整范围一般为0.5～3 m/min)，但是无论采用何种脱水方式，无论压力梯度有多大，滤饼层中总会有一时刻毛细力与排液力达到平衡。

与其他脱水设备相比，钢带能提供强大的张力和剪切力 (与钢带相比，滤网提供的张力几乎可以忽略)并能连续生产，而且在生产过程中能灵活调整设备的运行参数，这就是钢带式压榨过滤机区别于一般脱水设备能够经济有效地实现污泥深度脱水的原因。

实际生产中，污泥深度脱水通常是机械作用和化学作用综合作用的结果，除了配备机械设备外，往往会选择加入药剂来改善污泥脱水性能，污泥脱水的难易程度可以用比阻值来衡量，比阻值越大越难脱水，相反则越容易脱水。一般经验，进行机械脱水的污泥，其比阻值在 (0.1～0.4)×109s2/g之间较为经济，造纸厂各种污泥的比阻值一般均大于此值。为改善污泥的过滤脱水性能，提高污泥脱水设备的效率，通常会对污泥进行适当调质改性，化学调质是最为常用的办法，通过添加药剂，降低Zeta电位，污泥颗粒表面的双电层得到压缩，使处于稳定状态的污泥胶体颗粒脱稳，颗粒物之间通过药剂絮凝作用而聚集，有些药剂有降低表面张力和破坏细胞膜的作用，通过添加化学药剂，不仅可以加快设备对污泥脱水的速度，而且能提高泥饼最终脱水的程度，使脱水后的泥饼含固率更高［7-15］。

2 污泥深度脱水工艺与工程实践

2.1 污泥深度脱水工艺介绍

钢带式压榨过滤机作为二次深度脱水设备，可以与板框压滤机、厢式隔膜压滤机、带式压滤机、离心机等设备配合使用，具体介绍如下。

2.1.1 板框/厢式隔膜压滤机与钢带式压榨过滤机联合深度脱水

板框/厢式隔膜压滤机与钢带式压榨过滤机联合深度脱水工艺如图3所示。其脱水过程为:当含固率3%～5%的污泥添加药剂后进入板框/厢式隔膜压滤机，污泥在板框/厢式隔膜压滤机实现第一次过滤和压榨脱水，脱水后泥饼含固率一般为30%～45%，卸料时泥饼经输送皮带输送至破碎机，破碎后泥饼落入移动料斗中，移动料斗通过进料和出料实现泥饼的储存和输出，其作用主要是将板框/厢式隔膜压滤机生产的泥饼暂时储存起来，每次进料能储存板框/厢式隔膜压滤机一个周期所产生的泥饼，移动料斗出料时，泥饼经过渡皮带落入钢带式压榨过滤机的布料器料斗，通过钢带式压榨过滤机进行第二次压榨脱水，经钢带式压榨过滤机压榨后含固率一般可达到50%～55%。在移动料斗出料供钢带式压榨过滤机生产的同时，板框/厢式隔膜压滤机可以开始第二个生产周期的生产，当第二个生产周期准备卸料时，移动料斗中的泥饼已经被钢带式压榨过滤机处理完，可以进料储存板框/厢式隔膜压滤机的泥饼，如此反复实现整个系统的连续运行。脱水后的泥饼输送至污泥堆场准备处置，脱水设备压榨出来的压滤液经废水处理系统处理后达标排放。

图3 板框/厢式隔膜压滤机与钢带式压榨过滤机联合深度脱水工艺示意图

板框/厢式隔膜压滤机的优势是化学药剂用量低，以及对不同性质污泥适应性强，缺点在于板框机/厢式隔膜压滤机是间歇生产，自动化程度低，并且在压榨脱水阶段，效率低而能耗高;钢带式压榨过滤机为连续生产，产量大，自动化程度高，能对已经脱水污泥实现低能耗二次深度脱水。板框/厢式隔膜压滤机和钢带式压榨过滤机联合深度脱水工艺可充分发挥两种设备的优势，污泥在低浓过滤脱水阶段采用化学药剂用量低，对污泥适应性强的板框/厢式隔膜压滤机，在高浓压榨阶段采用效率高能耗低的钢带式压榨过滤机，根据污泥在不同状态下脱水难度的差异以及对设备与过滤介质的差异化要求，采取不同的设备分段处理，使整个系统运行成本达到最低，不足之处在于板框/厢式隔膜压滤机为间歇生产，钢带式压榨过滤机为连续生产，两个设备中间需要的过渡设备较多，系统配置相对复杂，前期投资成本也相对较高。

2.1.2 带式压滤机/离心机与钢带式压榨过滤机联合深度脱水

图4 带式压滤机/离心机与钢带式压榨过滤机联合深度脱水工艺示意图

带式压滤机/离心机与钢带式压榨过滤机联合深度脱水工艺如图4所示。其脱水过程为:当含固率3%～5%的污泥添加药剂后经带式压滤机/离心机处理至含固率20%～30%，脱水后泥饼在螺旋输送机中与药剂充分搅拌混合，经螺旋输送机输送至钢带式压榨过滤机布料器料斗，经钢带式压榨过滤机脱水至45%～55%左右的含固率，脱水后泥饼至污泥堆场准备处置，脱水设备压榨出来的压滤液经废水处理系统处理后达标排放。

表1 钢带式压榨过滤机在制浆造纸污泥深度脱水中的应用

该工艺中所有设备均为连续生产，优点是中间过渡设备少，工艺流程相对简单，自动化程度高，可直接在客户现有的带式压滤机/离心机处理系统进行改造，占地和投资相对较省，不足之处在于前段普通带式压滤机药剂用量相对偏高，而且当带式压滤机和离心机出来泥饼偏湿时，有时需要加入干粉药剂以改善污泥脱水性能和抗剪切性能。

2.2 工程实践

表1总结了近年来钢带式压榨过滤机在制浆造纸污泥深度脱水中的应用状况。从表1中可以看出，经过钢带式压榨过滤机处理后，污泥含固率基本可以达到50%～55%。钢带式压榨过滤机投入市场以来，以其优异的性能及灵活的搭配方式，为众多造纸厂解决了污泥处理的难题，得到用户的普遍认可。

3 结论与展望

3.1 钢带式压榨过滤机能将制浆造纸污泥脱水至50%～55%含固率，为后续污泥资源化利用奠定了基础，为制浆造纸工业污泥处理处置的难题提供了一条新的解决方案。

3.2 钢带式压榨过滤机通过与板框机、厢式隔膜压滤机、带式压滤机、离心机联合深度脱水，根据污泥在不同状态下脱水难度的差异以及对设备及过滤介质的差异化要求，采取不同的设备分段处理，既可经济合理地实现污泥深度脱水，又保证了设备广泛的适应性。

3.3 除了制浆造纸污泥的脱水，钢带式压榨过滤机也适用于浆料脱水洗涤、浆渣脱水、白泥脱水等各种需要固液分离的场合;另外，钢带式压榨过滤机也可用于其他各行业需要固液分离的场合。

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