摘要：目前，隔膜壓濾機(jī)在我國(guó)污泥深度脫水中的應(yīng)用較為廣泛，但存在勞動(dòng)強(qiáng)度大、藥劑投加量大、運(yùn)營(yíng)成本高、車間環(huán)境差等問(wèn)題。全自動(dòng)隔膜壓濾機(jī)用于污泥深度脫水，能夠大幅降低勞動(dòng)強(qiáng)度、減少藥劑用量、降低運(yùn)營(yíng)成本，具有明顯的技術(shù)優(yōu)勢(shì)和經(jīng)濟(jì)效益，為我國(guó)污泥深度脫水設(shè)計(jì)及運(yùn)營(yíng)提供新的思路。

關(guān)鍵詞：全自動(dòng)隔膜壓濾機(jī)；污泥；深度脫水

中圖分類號(hào)：X703.3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1008-9500（2025）01-00-04

Application of Fully Automatic Diaphragm Filter Press in Deep Dehydration of Municipal Sludge

Abstract： At present， diaphragm filter presses are widely used in deep sludge dewatering in China， but there are problems such as high labor intensity， large dosage of chemicals， high operating costs， and poor workshop environment. The fully automatic diaphragm filter press is used for deep sludge dewatering， which can significantly reduce labor intensity， chemical dosage， and operating costs. It has obvious technical advantages and economic benefits， providing new ideas for the design and operation of deep sludge dewatering in China.

Keywords： fully automatic diaphragm filter press; sludge; deep dehydration

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，城市化進(jìn)程加快，城市人口不斷增長(zhǎng)，城市污水處理量和污泥產(chǎn)生量逐年增加。如何妥善處理日益增長(zhǎng)的污泥，成為相關(guān)研究人員的重要研究課題。目前，國(guó)內(nèi)污水廠污泥脫水主要采用帶式壓濾機(jī)、離心脫水機(jī)、隔膜壓濾機(jī)等脫水設(shè)備。經(jīng)帶式壓濾機(jī)和離心脫水機(jī)脫水后泥餅含水率約80%，運(yùn)輸和處置成本較高[1-3]；隔膜壓濾機(jī)能將污泥含水率降至60%以下[4]，但是目前隔膜壓濾機(jī)需要專人操作，勞動(dòng)強(qiáng)度較大，且在污泥調(diào)理過(guò)程中添加了大量石灰、三氯化鐵等藥劑[5-8]，導(dǎo)致運(yùn)行成本高，車間環(huán)境差。在這樣的背景情況下，開(kāi)發(fā)一種適合污泥深度脫水的全自動(dòng)壓濾機(jī)設(shè)備及脫水技術(shù)顯得尤為重要。

1 全自動(dòng)隔膜壓濾機(jī)介紹

全自動(dòng)隔膜壓濾機(jī)摒棄常規(guī)隔膜壓濾機(jī)依靠重力和人工輔助操作實(shí)現(xiàn)泥餅和濾布分離的卸泥方式，通過(guò)濾布行走實(shí)現(xiàn)快速自動(dòng)卸泥，快速自動(dòng)清洗，解決了常規(guī)隔膜壓濾機(jī)需要大量人工操作的問(wèn)題，大幅降低了勞動(dòng)強(qiáng)度，能夠無(wú)人操作污泥深度脫水系統(tǒng)。全自動(dòng)隔膜壓濾機(jī)與常規(guī)隔膜壓濾機(jī)有5個(gè)方面的區(qū)別。

一是薄膜壓濾不同。在壓濾的過(guò)程中泥餅表面的水首先被脫除，泥餅表面變得致密，出水通道變窄，使內(nèi)部的水難以脫除。傳統(tǒng)的隔膜壓濾機(jī)泥餅較厚（20～35 mm），易出現(xiàn)內(nèi)濕外干的情況。全自動(dòng)壓濾機(jī)通過(guò)改變?yōu)V板結(jié)構(gòu)，采用高彈性高膨脹率的膜片，實(shí)現(xiàn)薄膜脫水，泥餅厚度在8～10 mm，泥餅更干，更易脫水。

二是復(fù)合式濾板不同。不同于常規(guī)隔膜壓濾機(jī)實(shí)心濾板和空心濾板交替排布，全自動(dòng)隔膜壓濾機(jī)濾板統(tǒng)一采用實(shí)心板鑲嵌膜片的復(fù)合式濾板，實(shí)心濾板提供高強(qiáng)度，橡膠膜片提供高彈性。與傳統(tǒng)聚丙烯（Polypropylene，PP）膜片相比，橡膠膜片更軟，具有更好的回彈性、更高的撕裂強(qiáng)度、更長(zhǎng)的使用壽命以及更高的擠壓效率等特點(diǎn)。全自動(dòng)隔膜壓濾機(jī)濾板結(jié)構(gòu)如圖1所示。

三是開(kāi)板方式和時(shí)間不同。全自動(dòng)隔膜壓濾機(jī)改變常規(guī)隔膜壓濾機(jī)濾板序批式拉開(kāi)的開(kāi)板方式，所有濾板通過(guò)機(jī)械傳動(dòng)一次性打開(kāi)，整個(gè)開(kāi)板時(shí)間在1～2 min，開(kāi)板時(shí)間節(jié)省90%以上。

四是卸泥方式不同。全自動(dòng)隔膜壓濾機(jī)不再采用重力卸泥和人工卸泥方式，采用主動(dòng)泥布分離的卸泥方式，將傳統(tǒng)的固定濾布改為移動(dòng)濾布，卸泥時(shí)所有濾布同時(shí)向下行走，繞過(guò)底部固定軸后向上移動(dòng)，將泥餅與濾布的結(jié)合部位由一個(gè)面轉(zhuǎn)變成一條線，大幅降低濾布和泥餅的結(jié)合力，輕松實(shí)現(xiàn)污泥、濾布分離。在無(wú)人工干預(yù)的情況下，實(shí)現(xiàn)完全自動(dòng)卸泥，卸泥時(shí)間由常規(guī)隔膜壓濾機(jī)的30～50 min縮短至1～2 min。

五是濾布清洗方式不同。全自動(dòng)隔膜壓濾機(jī)不再是單塊濾布序批式清洗，而采用所有濾布同步清洗的方式。濾布清洗時(shí)間由60～100 min縮短至1～2 min。

在濾布固定軸底部，貼近固定軸的位置設(shè)清洗管，清洗管上設(shè)多個(gè)噴嘴，可形成一條高壓水線，清洗時(shí)濾布繞固定軸運(yùn)動(dòng)，高壓水線對(duì)準(zhǔn)固定軸方向，在濾布走行的過(guò)程中實(shí)現(xiàn)對(duì)所有濾布的同步清洗。

2 全自動(dòng)隔膜壓濾機(jī)深度脫水工藝流程

云南省某污水廠設(shè)計(jì)規(guī)模為1.6 萬(wàn)m3/d，污水處理采用厭氧-缺氧-好氧（Anaerobic-Anoxic-Oxic，A2O）+膜生物反應(yīng)器（Membrane Bio-Reactor，MBR）工藝。設(shè)計(jì)污泥量為12 t/d（以含水率為80%計(jì)）。

設(shè)計(jì)文件要求處理后的污泥含水率降至60%以下，且不得投加石灰作為污泥調(diào)理藥劑，因此污泥處理采用重力濃縮+藥劑調(diào)理+全自動(dòng)隔膜壓濾深度脫水工藝。含水率99.6%～99.2%的剩余污泥進(jìn)入重力濃縮池，經(jīng)過(guò)重力濃縮至含水率97%后，然后加入聚合氯化鋁（Polyaluminum Chloride，PAC）藥劑進(jìn)行調(diào)理，調(diào)理后的污泥采用螺桿泵輸送至隔膜壓濾機(jī)進(jìn)行壓濾脫水，得到含水率低于60%的脫水泥餅，脫水污泥外運(yùn)處置，脫水產(chǎn)生的壓濾液回流至污水處理廠。項(xiàng)目選用板框壓濾機(jī)為全自動(dòng)隔膜壓濾機(jī)，整個(gè)系統(tǒng)全自動(dòng)運(yùn)行，自動(dòng)化程度高，無(wú)須人工操作。

3 全自動(dòng)隔膜壓濾機(jī)深度脫水工藝設(shè)計(jì)

3.1 污泥調(diào)理系統(tǒng)

城鎮(zhèn)污泥通常含有自由水、毛細(xì)管水、表面吸附水以及內(nèi)部結(jié)合水，后3種都是受束縛的結(jié)合水。一般情況下，采用常規(guī)機(jī)械方式如離心脫水，處理剩余污泥，只能降含水率降至80%左右。污泥調(diào)理是將污泥調(diào)理劑投加在濃縮污泥中，使污泥顆粒之間的靜電斥力減弱進(jìn)而發(fā)生集聚、混凝，大幅降低污泥中毛細(xì)管水和表面吸附水的結(jié)合能與污泥的比阻，從而顯著改善污泥過(guò)濾速度和脫水深度[9-10]。項(xiàng)目采用PAC調(diào)理污泥，PAC投加量為絕干污泥質(zhì)量的25%～30%，其中PAC有效鋁含量為10%[11]。污泥調(diào)理系統(tǒng)包含污泥輸送泵、調(diào)理罐、加藥泵以及藥劑罐等設(shè)備，具體數(shù)量與基本參數(shù)如表1所示。在污泥調(diào)理時(shí)，污泥輸送泵將濃縮污泥輸送至調(diào)理罐內(nèi)，同時(shí)加藥泵將污泥調(diào)理劑輸送至調(diào)理罐，同步開(kāi)啟污泥調(diào)理罐內(nèi)的攪拌機(jī)，污泥與藥劑混合均勻后反應(yīng)一段時(shí)間，污泥調(diào)理過(guò)程完成。當(dāng)調(diào)理罐液位處于低液位時(shí)，污泥輸送泵和加藥泵可設(shè)置自動(dòng)啟動(dòng)，達(dá)到調(diào)理罐高液位時(shí)，污泥輸送泵和加藥泵可設(shè)置自動(dòng)停止。

3.2 污泥壓濾系統(tǒng)

污泥壓濾系統(tǒng)主機(jī)采用全自動(dòng)隔膜壓濾機(jī)，每個(gè)生產(chǎn)周期控制在1 h以內(nèi)，由合板、進(jìn)泥、隔膜擠壓、開(kāi)板、卸泥以及濾布清洗動(dòng)作單元所組成，具體流程如圖2所示。

自動(dòng)隔膜壓濾機(jī)設(shè)備啟動(dòng)時(shí)，液壓動(dòng)力單元驅(qū)動(dòng)油缸壓緊，推動(dòng)濾板閉合，形成密閉的濾室，為進(jìn)泥做好準(zhǔn)備。當(dāng)濾板處于壓緊狀態(tài)后，可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller，PLC）控制進(jìn)料泵開(kāi)始進(jìn)料，濾室進(jìn)料采用上部進(jìn)料方式，經(jīng)調(diào)理后的污泥通過(guò)進(jìn)料泵進(jìn)入壓濾機(jī)，污泥被濾布截留，濾液通過(guò)濾板上的濾液通道排出。進(jìn)料時(shí)采用壓力控制，當(dāng)進(jìn)料壓強(qiáng)穩(wěn)定在0.8 MPa時(shí)，通過(guò)壓力變送器的信號(hào)反饋控制進(jìn)料泵延時(shí)工作一段時(shí)間后，自動(dòng)切換成壓榨泵工作。

利用壓榨泵將高壓水注入膜片，利用隔膜片張力強(qiáng)力擠壓污泥進(jìn)行脫水，壓榨壓強(qiáng)為1.6 MPa。壓榨結(jié)束后，隔膜片內(nèi)壓榨水自動(dòng)回流到壓榨水箱。壓濾液透過(guò)濾布排出，污泥被濾布截留形成濾餅，壓榨可進(jìn)一步降低泥餅含水率。油缸松開(kāi)帶動(dòng)濾板打開(kāi)，濾板間以鏈條連接，一次性打開(kāi)全部濾板。通過(guò)濾布上下行走裝置，使全部泥餅同時(shí)剝落，卸泥徹底，所需時(shí)間在1～2 min。每組濾布均配置內(nèi)外清洗噴嘴，通過(guò)濾布上下行走，使全部濾布在1～2 min完成清洗。整個(gè)壓濾系統(tǒng)設(shè)備由壓濾機(jī)PLC控制，可以實(shí)現(xiàn)無(wú)人操作，全自動(dòng)運(yùn)行，具體設(shè)備數(shù)量與基本參數(shù)如表2所示。

3.3 空氣系統(tǒng)

空氣系統(tǒng)包括空壓機(jī)、冷干機(jī)、吹脫氣罐、儀表氣罐設(shè)備，具體數(shù)量與基本參數(shù)如表3所示?？諌簷C(jī)采用壓力控制，當(dāng)氣罐內(nèi)的壓強(qiáng)低于0.6 MPa時(shí)，空壓機(jī)自動(dòng)啟動(dòng)，當(dāng)壓強(qiáng)高于0.8 MPa時(shí)，空壓機(jī)停止運(yùn)行。吹脫氣罐用于在進(jìn)料完成后，將進(jìn)料孔內(nèi)殘留的污泥吹回污泥調(diào)理罐。冷干機(jī)和儀表氣罐用于給氣動(dòng)閥門(mén)提供干凈的壓縮空氣。

3.4 輸送系統(tǒng)

輸送系統(tǒng)包括水平皮帶輸送機(jī)和傾斜皮帶輸送機(jī)設(shè)備，具體數(shù)量與基本參數(shù)如表4所示。輸送系統(tǒng)主要作用是將污泥輸送至運(yùn)泥車。當(dāng)壓濾機(jī)開(kāi)始卸泥時(shí)，皮帶機(jī)啟動(dòng)，水平皮帶輸送機(jī)和傾斜皮帶輸送機(jī)連鎖控制，設(shè)置的皮帶機(jī)運(yùn)行時(shí)間需要大于壓濾機(jī)卸泥時(shí)間。

4 運(yùn)行情況

項(xiàng)目于2021年3月完成土建施工和設(shè)備安裝，開(kāi)始調(diào)試和試運(yùn)行。調(diào)試和試運(yùn)行期間，濃縮環(huán)節(jié)采用重力濃縮池濃縮至含水率97%。調(diào)理環(huán)節(jié)，在調(diào)理罐內(nèi)同步加入剩余污泥和PAC，PAC投加量為絕干污泥質(zhì)量的20%～22%，（PAC為液態(tài)，有效鋁含量為10%），遠(yuǎn)低于常規(guī)隔膜壓濾機(jī)的PAC投加量（25%～30%），調(diào)理罐進(jìn)料完成后繼續(xù)攪拌15 min，保證混合和調(diào)理效果。調(diào)理完成后，開(kāi)始進(jìn)料，進(jìn)料時(shí)間在15～16 min，進(jìn)料壓強(qiáng)為0.8 MPa，壓榨時(shí)間在40～42 min，壓榨壓強(qiáng)約1.6 MPa，卸料時(shí)間在1～2 min，清洗時(shí)間在1～2 min，出泥含水率低于60%，滿足設(shè)計(jì)要求。單批次生產(chǎn)時(shí)間控制在1 h內(nèi)，生產(chǎn)完成后，自動(dòng)進(jìn)入下一批次的生產(chǎn)，無(wú)須人工干預(yù)，能夠24 h全自動(dòng)穩(wěn)定運(yùn)行。項(xiàng)目調(diào)試及試運(yùn)行期間，壓濾機(jī)系統(tǒng)處于全自動(dòng)運(yùn)行，值班人員除協(xié)調(diào)運(yùn)泥車運(yùn)泥和槽罐車運(yùn)輸藥劑外，無(wú)其他勞動(dòng)強(qiáng)度。試運(yùn)行相關(guān)數(shù)據(jù)如表5所示。

從表5可以看出，全自動(dòng)隔膜壓濾機(jī)在污泥深度脫水處理中具有明顯的優(yōu)勢(shì)：脫水效果好，含水率基本控制在55%左右，滿足低于60%的設(shè)計(jì)要求；生產(chǎn)效率高，進(jìn)料時(shí)間在15～16 min，壓榨時(shí)間在40～42 min，卸泥時(shí)間在1.1～1.3 min，濾布清洗時(shí)間在1.0～1.4 min，單批次總的生產(chǎn)時(shí)間小于1 h，可以24 h連續(xù)不間斷生產(chǎn)；設(shè)備能自動(dòng)完成進(jìn)料、壓榨、卸泥、清洗等全過(guò)程操作，無(wú)須人工值守；藥劑的絕干污泥投加量在20%～22%，低于常規(guī)隔膜壓濾機(jī)的PAC投加量（25%～30%）。

5 結(jié)論

污泥脫水采用的全自動(dòng)隔膜壓濾機(jī)具有顯著優(yōu)勢(shì)。僅采用PAC調(diào)理，可將污泥含水率可降低60%以下，滿足設(shè)計(jì)要求，優(yōu)秀脫水性能；單批次總的生產(chǎn)時(shí)間（含進(jìn)料、壓榨、卸泥、清洗全過(guò)程）小于1 h，可以24 h連續(xù)不間斷生產(chǎn)，處理效率出色；自動(dòng)化程度高，能做到自動(dòng)進(jìn)料、壓榨、卸泥、清洗等操作過(guò)程并循環(huán)往復(fù)，實(shí)現(xiàn)了全過(guò)程無(wú)人值守；人工勞動(dòng)強(qiáng)度及藥劑投加量顯著低于常規(guī)隔膜壓濾機(jī)脫水系統(tǒng)，運(yùn)行費(fèi)用更低；不加石灰，現(xiàn)場(chǎng)車間環(huán)境好，無(wú)揚(yáng)塵和臭味，操作環(huán)境友好。全自動(dòng)隔膜壓濾機(jī)在污泥深度脫水應(yīng)用中具有較大的技術(shù)先進(jìn)性和廣泛的應(yīng)用前景。

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