污泥深度机械脱水技术及设备的比较分析*

郑泰山，蔡 川，黄宋义，张泽派，廖旺才

（广东省机械研究所，广东广州 510635）

0 引言

污泥按其来源分大致可分为给水污泥、生活污水污泥和工业污泥三类，前两种污泥一般称为市政污泥，工业污泥一般可分为有机和无机污泥两类。随着城市化的发展，市政污泥产量越来越大，以前我国污水处理工程发展过程中长期存在的“重水轻泥”现象带来的污泥污染问题越来越突出，污泥处置处理问题逐步得到重视，污泥的脱水处理开始得到普遍应用，机械脱水逐渐成为主要的污泥脱水方式。污泥机械脱水技术按照原理划分可分为真空过滤脱水、压滤脱水和离心脱水三类。真空过滤脱水在早期市政污水处理厂使用较多，脱水后泥饼含水率一般高于85%；离心脱水在多行业有广泛应用，出泥含水率一般为75%～80%；压滤脱水又分为带式压滤脱水和板框压滤脱水，压滤脱水为了提高污泥脱水性能，一般会加药剂调理，带式压滤脱水在我国大中型污水处理厂应用较为普遍，出泥含水率一般为82%左右，板框压滤脱水通常用于对脱水率要求较高的场合，出泥含水率一般为65%～75%[1]。

环境保护部办公厅2010年11月26日发布的《关于加强城镇污水处理厂污泥污染防治工作的通知》中规定的“污水处理厂以储存（即不处理处置）为目的将污泥运出厂界的，必须将污泥脱水至含水率50%以下”，单纯靠现有的污水处理厂的常规机械脱水工艺显然不能满足含水率的要求[2]。目前有些地方甚至提出了将污泥运出厂界前，必须将污泥脱水至含水率40%以下的要求，更是对污泥脱水和干化提出了更高的挑战。所以很多大学、研究机构、企业近几年对污泥的深度脱水进行研究。污泥深度脱水是指脱水后污泥含水率达到55%～65%，特殊条件下污泥含水率还可以更低[3]。从国内近年的研究和生产实践来看，有多种深度脱水工艺出现。从经济的角度出发，机械脱水是一种相对节能的方式，但污泥中的水分一般认为有以下四种结合形式：间隙水（自由水）、毛细水、吸附水、内部水，前两种可以用机械力去除，后两种很难，所以发展了污泥调理预处理技术并成为污泥深度脱水的关键步骤，调理主要分为化学调理、物理调理和生物调理，其中化学调理是目前应用较为广泛的技术方法[4]。化学调理加机械高压压滤成为了污泥深度脱水比较广泛应用的技术路线。本文主要对机械高压压滤的技术和设备进行比较分析。

1 污泥深度机械脱水设备及技术现状

（1）隔膜式板框压滤技术和设备

污泥深度脱水自动高压隔膜压滤机作为污泥深度脱水分离设备，应用于城镇污水及工业污水处理已有多年的历史，它具有污泥深度脱水效果好、适应性广，特别对于污泥在过滤完成后滤饼内的间隙水，通过高压隔膜压榨能够有效地把间隙水给分离出来，最终污泥的含水率能够降到60%甚至50%左右。自动高压隔膜压滤机是一种间歇性污泥深度分离设备，采用机、电一体化设计制造，结构合理，操作简单方便维修率低等优点，能够实现无人操作自动运行。过滤元件由隔膜板、隔膜配板、滤布、污泥进料泵组成。在污泥进料泵的压力作用下，将污泥浆送入滤室，通过过滤介质（滤布），将污泥和液体分离。在经过高压隔膜压榨，把游离余污泥颗粒间的间隙水给压榨出来。高压隔膜自动污泥深度脱水压滤机与离心机及带式过滤机比较，污泥的含固率要高出30%～35%。属于深度脱水范畴，为污泥后续无害化处理奠定了基础。

据中国通用机械工业协会初步统计，我国生产隔膜压滤机的较大型生产厂家已增加到十几家，这些厂家所生产设备的过滤工艺流程较为先进，隔膜滤板的压榨压力最高可达到4.0 MPa，隔膜压滤机同国外产品相比压榨压力高于国外同类产品，根据市场的需求不断积累了丰富的固液分离工艺经验，研发了比较成熟的过滤工艺技术，自主创新研发的聚丙烯高压隔膜滤板压榨压力可达到4.0 MPa，为保证产品安全运行，实际使用压榨压力一般为1.6～2.5 MPa，这样可以实现隔膜滤板压榨的最佳效果。因为隔膜压滤机能够提高滤液回收率、降低含水率、过滤效率高、效果好，节省能源和降低生产成本，随着近年来隔膜压滤机的压榨工艺的全面推广，隔膜压滤机的使用率大幅提高[5-6]。

（2）弹簧钢制滤板压滤机

弹簧钢制滤板压滤机的工作过程一般也按照以下步骤进行：1）保压；2）进料；3）压滤或称压榨；4）卸滤饼。其中进料由柱塞泵抽取调理改性后的污泥注入压滤机的滤板腔体中，进料泵的进料压力在1.0～1.5 MPa，最大可达2.0 MPa，一次进料时间一般在20～40 min。在进料过程中，依据进料泵的进料压力，挤压滤板腔内污泥，是腔内污泥第一次脱水。进料完成后，由液压缸提供压力对腔内污泥进行平行施压，对滤板腔内污泥进行第二次挤压，压力正常使用一般为2.5～3.5 MPa，最大可达5.0 MPa，单次压榨时间为20～40 min，压榨完毕后进行卸料[7-8]。弹簧钢制滤板压滤机的结构原理如图1所示。

图1 弹簧钢制滤板压滤机结构原理图

由图1可见，弹簧钢制滤板压滤机的滤板上有很多小孔和通道，这是为了在压榨过程中提供水滤处的通道，污泥通过柱塞泵抽取注入压滤机的滤板腔体后，由油缸提供稳定的压力作用于滤板上，滤板之间的弹簧机构在压力作用下产生压缩变形，对对滤板腔内污泥施加平行稳定、递增式的压力，持续的对腔内污泥进行压滤脱水，透过滤布析出的水经过滤板小空流出。一般情况下弹簧钢制滤板压滤机的压榨压力基本维持在2.5～3.0 MPa，可以将调理改性后的市政污泥压滤到含水率60%以下。

（3）钢带式压滤机

近年也有大学和企业开发除了带式污泥深度脱水设备，例如下面介绍的带式污泥压榨脱水系统[9-10]。根据其工作特点，该类脱水系统大致可以分为进料、预压脱水、钢带式辊压深度脱水和卸料等过程。即工作时，将预处理的泥浆料连续匀速送入上下滤网之间，在两滤网夹持作用下进入锲形区，在上下滤网挤压力作用下进行初步预压脱水；随后进入高压脱水区（如图2所示），在钢带张紧力和滤网张紧力作用下，进行辊压高压脱水，根据不同的浆料特点，可设置多个钢带辊压脱水单元，从而对滤饼进行深度高压压榨脱水。压榨后的滤饼由刮板从出料口卸出。

在钢带式辊压深度脱水区，滤饼受到的压榨压力包括滤网和钢带两部分产生的作用。

一般滤网的张紧力可达到4～100 kN/m，钢带张紧力可达到50～150 kN/m，最大可达到300 kN/m。通常情况下，钢带式压滤机可将调理改性后的工业污泥，含水率可压滤到50%左右。

图2 钢带式压滤机高压脱水结构示意图

2 新型高压压滤技术及设备介绍

广东省机械研究所研发制造的新型高压压滤脱水工作站，如图3所示，在吸取传统隔膜压滤机、钢带式压滤机等设备优点的基础上做了大量的升级、优化和创新设计，其压力变量动态调节的特点使得工作压力可稳定达到10 MPa的同时确保滤板无损坏，滤布无破损，避免了传统隔膜压滤机和钢带式压滤机承受高压之设计上的不足，设备运行能耗甚至更低。为使得设备各零部件满足10 MPa工作压力的性能要求，研发团队通过对滤板结构、进料方式、压滤方式、液压系统进行全新创新改进设计，吸收了传统隔膜压滤机的“形”，但再造压滤机的“神”，并经过了试验运行检验，达到机械式脱水技术在国内外的领先水平。通过机械式高压压滤的方式可将调理改性后的市政污泥实现深度脱水，可压滤市政污泥达到含水率40%。根据行业研究，40%以内含水率的高干度市政污泥具有较高的热值贡献，可直接外运至水泥厂协同处置或垃圾发电厂进行焚烧，这也是国家和很多地方政府建议和支持的处置方法。

图3 广东省机械研究所新型高压压滤脱水工作站

对于电石渣、工业石膏、造纸白泥、氧化铝赤泥、陶瓷抛光泥、选矿污泥等无机污泥，用这种新型高压压滤脱水工作站压滤脱水可以使含水率低于20%，另外30～40分钟一个压滤工作周期的处理速度大大提高了生产效率，高产能的特点也是该脱水工作站的另一大优势。

3 结束语

通过对目前行业应用中几种典型的机械式压滤深度脱水设备的特点进行对比，了解到，对市政污泥或者有机工业污泥要达到国家要求的50%含水率，甚至部分城市提出的40%含水率的高要求标准，隔膜压滤机、钢带式压滤机等传统机械式压滤机都具有一定的困难，且调理过程也需要添加大量的石灰、木屑等其他辅助材料，这既增加了成本，也违背了减量化处理处置的初衷，而笔者单位研发制造的新型高压压滤机可以很好的解决这个问题，满足当下国家和地方对于污泥处理处置的高要求标准，也是目前针对市政污泥作减量化、资源化、无害化处置中深度脱水干化环节最经济、最合理、最科学的技术工艺路线；而对很多无机污泥及物料可以实现压滤到含水率20%以下，且可实现短周期快速压滤，大大提高深度脱水工作站的工作效率，从而提高产能。

参考文献：

［1］许春莲，蒋进元，靳顺龙，等.污泥机械脱水技术发展现状及前景［J］.环境工程，2016（11）：90-93.

［2］孔祥娟，戴晓虎，张辰.城镇污水处理厂污泥处理处置技术［M］.北京：中国建筑工业出版社，2015.

［3］住房和城乡建设部.城镇污水处理厂污泥处理处置技术指南（试行）［S］.2011.

［4］王硕，陈晓光，陈宇，等.城市污水处理厂污泥深度脱水技术研究进展［J］.环境科学与技术，2015，38（12Q）：186-190.

［5］柳宝昌.隔膜压滤机在污泥脱水中的应用［J］.过滤与分离，2016，26（2）：45-48.

［6］徐孝雅，赵颖.污泥深度脱水系统的技术研发和工程应用进展［J］.给水排水动态，2012（03）：32-34.

［7］刘帮樑，李波，鲍家华，等.钢制弹性高压板框机在污泥深度脱水中的应用［J］.工业水处理，2015，35（5）：103-105.

［8］汪宝英.污水厂污泥调理深度脱水工艺研究［J］.有色冶金设计与研究，2014，35（5）：81-83.

［9］寿宗奇.污泥压榨深度脱水系统的应用［J］.绿色科技，2013（8）：190-191.

［10］吕文彬，肖红雷.基于钢带式压榨过滤机的制浆造纸污泥深度脱水工艺［J］.中国造纸，2014，33（11）：32-35.

(编辑：向 飞)

第十三次机械工程师资格认证工作会议在顺德召开

2018年3月10日，中国机械工程学会机械工程师资格认证第十三次工作会议在广东顺德职业技术学院召开。中国机械工程学会副理事长兼秘书长陆大明、继续教育处处长罗平，以及北京、黑龙江、新疆、浙江、山东等全国各省区机械工程学会秘书长与认证分中心负责人，设计、物流、热处理、包装、铸造等各分会负责人共50多人出席会议；广东省机械工程学会常务副理事长兼秘书长刘奕华，广东省机械工程学会副理事长兼教育培训与认证专委会主任、顺德职业技术学院院长夏伟，广东省机械工程学会副秘书长曹永军参加了会议。会议由中国机械工程学会罗平处长主持。

首先夏伟院长对各位同行代表莅临顺德职业技术学院表示欢迎，并介绍了学院近年发展以及广东省机械工程学会开展机械工程师认证工作的成效。刘奕华常务副理事长兼秘书长代表广东省机械工程学会致辞，对会议在广东召开表示祝贺，并介绍了广东省机械工程学会近年在职称与认证方面的工作经验。

在上午的会议中，中国机械工程学会继续教育处副处长栾大凯作“做好新时代人才评价工作”主题报告，对机械工程师资格认证2015-2017年度工作进行了回顾，分析了面临的新形势和新机遇，并对未来的新目标与新挑战进行了阐述。随后中国机械工程学会铸造分会副秘书长刘秀玲作了“材料成形与改性（铸造）高级工程师试点工作”专题报告、中国机械工程学会资格认证中心江苏省分中心副主任徐林介绍了江苏省机械工程学会开展见习机械制造工程师资格认证工作的思考。

下午，与会代表围绕在工程师资格认证工作展开热烈研讨。各省区学会、分会及认证分中心代表分别介绍了各自专业领域工程师资格认证工作开展情况与工作感受，并围绕资格认证工作目前存在的问题和重点工作进行了研讨，同时分享了相关经验和做法。然后，罗平处长谈到了2018年将启动高级工程师及见习制造工程师认证，同时工程师认证工作将适应发展从“做”到“改”，加大力度做好沟通、做好认证支撑与服务。

最后，中国机械工程学会副理事长兼秘书长陆大明在总结中对大家一直以来的辛苦工作表示感谢，要求大家以“十九大”会议精神为指导，并从中国科协对新时代学会工作的新要求出发，多进行交流与探讨、共同克服困难、坚守一线、坚定不移的以更高的标准、更专业的服务做好认证组织工作。