超高壓污泥臥式彈簧濾板壓榨機的應用優勢

范新暉等

摘 要：近年來，由于大量工業固體廢渣難以脫水，致使這類固體廢渣無法回收利用，侵占了大量的土地資源，對環境產生嚴重的二次污染，使廢水、廢氣處理成果得不到有效保障。因此，固體廢渣的低成本脫水是各種固體廢渣處置和利用的共性關鍵技術，是固體廢渣價值回收利用的保障。本文就固體廢渣在脫水循環利用中所需重點解決的技術關鍵問題進行了解讀，希望能給行業帶來幫助。

關鍵詞：超高壓技術；固體廢渣；脫水；循環利用

1 背景

我國人口眾多，資源相對不足，生態環境脆弱。低水平消耗資源和對環境的高污染是目前我國經濟發展中的兩大制約因素，資源與環境問題正日益成為我國生存和可持續發展的首要問題。在經濟持續增長、資源環境形勢面臨巨大壓力的情況下，在遏制“環境污染加劇”趨勢的同時，追求環境與經濟雙贏，是“十二五”期間環境保護工作的戰略目標。

隨著我國節能減排的要求日益嚴格，近年來，企業、市政廢水和廢氣的排放濃度和總量持續下降。廢水、廢氣中的污染物進一步向污泥等固體廢物中聚集，使得固體廢渣產量快速增加，如：陶瓷生產廢渣、造紙、市政、印染等固體廢渣每年已超過8000萬t。大量固體廢渣簡單丟棄會侵占大量土地資源，并對環境產生嚴重的二次污染，使廢水、廢氣處理成果得不到保障。

根據固體廢渣的特性，其固體部分可進行土地利用、熱回收利用和建材利用，但由于大量固體廢渣難以脫水的特性，壓濾脫水后的濾餅仍含有高達70%～80%的水分，其利用價值遠不能補償利用前的干燥脫水成本，因而阻礙了各種綜合利用途徑的實際應用。所以，固體廢渣的低成本脫水是各種處置和利用的共性關鍵技術，是固體廢渣價值回收利用的保障。

2 國內外固體廢渣脫水技術情況

固體廢渣脫水技術主要是機械脫水和干燥，機械脫水無需涉及液氣相變而成本低廉。目前，國內外固體廢渣脫水均優先采用機械方法脫除水分，以降低后續干燥成本。

國內外應用的機械脫水設備主要有：帶式壓濾機、離心機、箱式板框壓濾機、隔膜壓濾機、螺旋壓榨機。

帶式壓濾機是通過雙層濾網將固體廢渣保持在濾網之間，并通過濾網張緊力對濾餅施壓，進行脫水。通常帶式壓濾機過濾壓力可到2～4 kgf/cm2，濾餅含固率較低。此類機型運行自動化程度高，處理能力大，但后期濾餅干燥費用很高。

離心機是基于固液的密度差，通過高速離心使水分與固體分離。此類機型處理過程全封閉，連續生產，但產量小、電耗高、脫水濾餅含固率較低。后期處理費仍然很高。

普通箱式板框機是通過注料泵壓力將固體廢渣中水分擠出，也是板框過濾機的主要能耗，通常壓力在8～25 kgf/cm2，固體廢渣濾餅含固率不高，部分容易脫水固體廢渣濾餅含固率略有提高。此類機型為充分擠出固體廢渣中液體，到后期需克服較厚濾餅的阻力，因而能耗相對較高。

為克服后期相對較高的能耗，一些企業開發出了隔膜壓濾機，在濾餅較低阻力時采用隔膜注入高壓油對濾餅進行壓榨，從而節約了大量進料泵能耗。此類機型通常進料壓力為8～12 kgf/cm2，壓榨壓力為16～25 kgf/cm2。濾餅含固率略有提高。

在相對較低的過濾壓力下，濾餅中仍有大量水分未被擠出，濾餅含固率較低，導致后期干燥等處理費用十分昂貴。

3 固體廢渣脫水技術的發展趨勢

由于現有固液分離設備對固體廢渣脫水率較低，后期干燥成本十分昂貴。所以對能獲得更高含固率的脫水設備提出了需求。通過對固體廢渣水分形態分析，高壓是脫除更多水分的有效方法。

市場上也應運而生了如螺旋壓榨機和高壓帶式壓濾機，但這些機型較適合纖維含量高、顆粒較粗、沙含量低的物料，難以作為在固液分離行業通用性很好的設備。而且適用范圍有限，設備易磨損，固體回收率較低。

板框類型的機器對原料適用性好，設備不宜磨損，固體回收率高，而且作為廣泛應用的機型易于為客戶接受。但設備的過濾壓力太低，濾餅含固率低。有效提高過濾壓力，提高濾餅含固率是板框機將來發展的趨勢。

隨著市場對固液分離設備的需求與日俱增，在環保和新材料等領域浮現出大量固液分離任務。就已有設備供應企業，業務量以30%遞增。尤其對超高壓過濾設備的需求，使得大量危害環境難以處理的廢渣成為可利用的資源，使超高壓過濾設備成為市場上固液分離的新寵。

就固體廢渣領域，按平均100噸/天產量需投資600萬元，對超高壓過濾設備需求總量可達4.8萬億，每年還以10%遞增，具有非常廣闊的市場前景。

4 超高壓污泥臥式彈簧濾板壓榨機的優勢

以常見的工業固液分離物料為對象，針對現有各類污泥廢渣的機械脫水原理進行分析研究，并通過對泥餅厚度、壓榨時間和壓榨壓力的數值進行優化設計。采用超高壓污泥臥式彈簧濾板壓榨機可以使泥餅含固率較傳統工藝提高20%～40%，濾餅可以進一步脫除50%以上的水分。

4.1 固液分離物過濾曲線參數的優化設置

固液分離在過濾壓力下的過濾速度以及過濾完畢時的濾餅含固率決定了設備的性能及設計參數，所以需對大量固液分離物料進行壓力、濾餅厚度及壓榨時間的綜合實驗，以確定優化的設備設計參數。實驗物料應包括：陶瓷廢渣、物料超細灰渣、造紙污泥、市政污泥、印染污泥等。

通過壓榨實驗設備對常見工業固液分離物料進行實驗，優化濾餅厚度、壓榨時間及壓榨壓力。壓榨設備為液壓推進的3塊板小型壓濾機，實驗設備工藝如圖1所示。

基于以上工藝設計要求，小型壓榨設備對工藝中各單元進行了高度的集成，實驗設備包括3塊厚度不同的壓榨濾板，1臺為壓榨提供動力的液壓站，125 L的原料槽，以及濾液計量箱。所有部件集中在一個框架內，并設有滾輪移動設備位置。設備樣品如圖2所示。

實驗機濾餅直徑為250 mm，濾餅厚度分別是10 mm、20 mm、30 mm。通過8 kgf/cm2的進料壓力進料，待物料進料充分后，啟動止推油缸對濾餅進一步壓榨，壓榨壓力最高可達100 kgf/cm2。

設備每塊濾板濾出水分獨立流出，分別由計量容器收集，可根據過濾時間來分別確定每塊板的過濾曲線及效率。

4.2 可壓縮箱式板框結構

基于板框機對原料廣泛的適應特性，使箱式板框可壓縮，進而對濾餅實施超高過濾壓力。避免采用隔膜形式，以降低濾板生產資料的巨額投入。采用鋼質材料加工濾板，同時使用通用機械加工設備加工，設備投入低，易于外派定制來擴大產量，降低了生產投入隨市場波動的風險，同時使設備質量易于控制。

采用彈簧改造箱式板框的邊框，實現可壓縮功能。通過止推油缸進步一推進，實現設備超高壓壓榨。采用此方式使得設備加工工序簡單，質量易于控制，可采用通用的加工設備進行設備生產。避免了隔膜的復雜加工工序和加工設施。

由于箱式板框在進料及壓榨期間，濾板的邊框會受到巨大的壓力，而彈簧是不能單獨完成支撐的。因此，采用較厚的鋼圈固定彈簧的同時，分擔進料及壓榨期間的壓力。板框互相的結合面上采用橡膠密封條進行密封。

具體技術方案如圖3～圖5所示，通過彈簧實現超高壓壓榨的機制，由多個首尾相連的濾板構成。濾板分別由壓濾主板、其周邊的副框、位于副框內側的多件副板和安裝在壓濾主板的濾網組成。副框與壓濾主板、副板、壓濾主板之間分別設有復位裝置、固定副框機構和密封機構。濾布分布于濾板的上下方，前一個濾板下方的濾布與后一個濾板上方的濾布組成物料腔，物料腔的底部設置有進料口；而每塊壓濾主板和副板上設置有出水孔，出水孔與出水總管道相連接，在總管道上加設有氣動進氣卸料裝置和反沖洗洗布裝置。

4.3 原型機制造及工業實驗

臥式彈簧濾板壓榨機，包括液壓裝置和壓濾裝置，液壓裝置與壓濾裝置兩側面固定有導桿，液壓裝置前端設有活塞桿。該活塞桿活動安裝在導桿上，活塞桿前端設有推板。壓濾裝置包括多組首尾相連的壓濾板，這些壓濾板活動安裝在導桿上。壓濾板由主板、副板及副框組成，該副板上設有凸臺，副框內設有供凸臺壓入的物料腔，在主板、副板上分別開有與物料腔相通的進料孔，位于主板和副板上開有彈簧槽，彈簧槽內設有彈簧及固定裝置，在壓濾板上還設置出水孔。工業樣機如圖6所示。

此工業樣機采用PLC全程自動控制，其工作流程及參數如圖7所示。

5 結語

超高壓壓榨脫水技術是一種成本低廉、運行穩定的設備技術，經多個工業應用驗證，其運行穩定、占地小、費用低；只需一次性機械脫水即可使泥餅滿足堆肥、焚燒發電、制磚等利用要求，大幅度節約了干化設備的投資費用和能耗，是污泥處理的理想選擇，符合國家大力發展高端環保裝備產業的政策要求，可廣泛應用于建陶行業陶瓷廢渣、市政污泥、造紙、冶金、化工、建材、煤炭、等工業領域。項目產品技術的產業化推廣可將現有工業固液處理能力提高20%以上，對于污泥處理、廢水和廢渣循環再利用以及推動全社會節能減排具有重大的社會效益。