全自動隔膜壓濾機在污泥深度脫水中的應用

摘要：目前，隔膜壓濾機在我國污泥深度脫水中的應用較為廣泛，但存在勞動強度大、藥劑投加量大、運營成本高、車間環境差等問題。全自動隔膜壓濾機用于污泥深度脫水，能夠大幅降低勞動強度、減少藥劑用量、降低運營成本，具有明顯的技術優勢和經濟效益，為我國污泥深度脫水設計及運營提供新的思路。

關鍵詞：全自動隔膜壓濾機；污泥；深度脫水

中圖分類號：X703.3 文獻標識碼：A 文章編號：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

隨著我國經濟發展，城市化進程加快，城市人口不斷增長，城市污水處理量和污泥產生量逐年增加。如何妥善處理日益增長的污泥，成為相關研究人員的重要研究課題。目前，國內污水廠污泥脫水主要采用帶式壓濾機、離心脫水機、隔膜壓濾機等脫水設備。經帶式壓濾機和離心脫水機脫水后泥餅含水率約80%，運輸和處置成本較高[1-3]；隔膜壓濾機能將污泥含水率降至60%以下[4]，但是目前隔膜壓濾機需要專人操作，勞動強度較大，且在污泥調理過程中添加了大量石灰、三氯化鐵等藥劑[5-8]，導致運行成本高，車間環境差。在這樣的背景情況下，開發一種適合污泥深度脫水的全自動壓濾機設備及脫水技術顯得尤為重要。

1 全自動隔膜壓濾機介紹

全自動隔膜壓濾機摒棄常規隔膜壓濾機依靠重力和人工輔助操作實現泥餅和濾布分離的卸泥方式，通過濾布行走實現快速自動卸泥，快速自動清洗，解決了常規隔膜壓濾機需要大量人工操作的問題，大幅降低了勞動強度，能夠無人操作污泥深度脫水系統。全自動隔膜壓濾機與常規隔膜壓濾機有5個方面的區別。

一是薄膜壓濾不同。在壓濾的過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，使內部的水難以脫除。傳統的隔膜壓濾機泥餅較厚（20～35 mm），易出現內濕外干的情況。全自動壓濾機通過改變濾板結構，采用高彈性高膨脹率的膜片，實現薄膜脫水，泥餅厚度在8～10 mm，泥餅更干，更易脫水。

二是復合式濾板不同。不同于常規隔膜壓濾機實心濾板和空心濾板交替排布，全自動隔膜壓濾機濾板統一采用實心板鑲嵌膜片的復合式濾板，實心濾板提供高強度，橡膠膜片提供高彈性。與傳統聚丙烯（Polypropylene，PP）膜片相比，橡膠膜片更軟，具有更好的回彈性、更高的撕裂強度、更長的使用壽命以及更高的擠壓效率等特點。全自動隔膜壓濾機濾板結構如圖1所示。

三是開板方式和時間不同。全自動隔膜壓濾機改變常規隔膜壓濾機濾板序批式拉開的開板方式，所有濾板通過機械傳動一次性打開，整個開板時間在1～2 min，開板時間節省90%以上。

四是卸泥方式不同。全自動隔膜壓濾機不再采用重力卸泥和人工卸泥方式，采用主動泥布分離的卸泥方式，將傳統的固定濾布改為移動濾布，卸泥時所有濾布同時向下行走，繞過底部固定軸后向上移動，將泥餅與濾布的結合部位由一個面轉變成一條線，大幅降低濾布和泥餅的結合力，輕松實現污泥、濾布分離。在無人工干預的情況下，實現完全自動卸泥，卸泥時間由常規隔膜壓濾機的30～50 min縮短至1～2 min。

五是濾布清洗方式不同。全自動隔膜壓濾機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清洗管，清洗管上設多個噴嘴，可形成一條高壓水線，清洗時濾布繞固定軸運動，高壓水線對準固定軸方向，在濾布走行的過程中實現對所有濾布的同步清洗。

2 全自動隔膜壓濾機深度脫水工藝流程

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

設計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理藥劑，因此污泥處理采用重力濃縮+藥劑調理+全自動隔膜壓濾深度脫水工藝。含水率99.6%～99.2%的剩余污泥進入重力濃縮池，經過重力濃縮至含水率97%后，然后加入聚合氯化鋁（Polyaluminum Chloride，PAC）藥劑進行調理，調理后的污泥采用螺桿泵輸送至隔膜壓濾機進行壓濾脫水，得到含水率低于60%的脫水泥餅，脫水污泥外運處置，脫水產生的壓濾液回流至污水處理廠。項目選用板框壓濾機為全自動隔膜壓濾機，整個系統全自動運行，自動化程度高，無須人工操作。

3 全自動隔膜壓濾機深度脫水工藝設計

3.1 污泥調理系統

城鎮污泥通常含有自由水、毛細管水、表面吸附水以及內部結合水，后3種都是受束縛的結合水。一般情況下，采用常規機械方式如離心脫水，處理剩余污泥，只能降含水率降至80%左右。污泥調理是將污泥調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而發生集聚、混凝，大幅降低污泥中毛細管水和表面吸附水的結合能與污泥的比阻，從而顯著改善污泥過濾速度和脫水深度[9-10]。項目采用PAC調理污泥，PAC投加量為絕干污泥質量的25%～30%，其中PAC有效鋁含量為10%[11]。污泥調理系統包含污泥輸送泵、調理罐、加藥泵以及藥劑罐等設備，具體數量與基本參數如表1所示。在污泥調理時，污泥輸送泵將濃縮污泥輸送至調理罐內，同時加藥泵將污泥調理劑輸送至調理罐，同步開啟污泥調理罐內的攪拌機，污泥與藥劑混合均勻后反應一段時間，污泥調理過程完成。當調理罐液位處于低液位時，污泥輸送泵和加藥泵可設置自動啟動，達到調理罐高液位時，污泥輸送泵和加藥泵可設置自動停止。

3.2 污泥壓濾系統

污泥壓濾系統主機采用全自動隔膜壓濾機，每個生產周期控制在1 h以內，由合板、進泥、隔膜擠壓、開板、卸泥以及濾布清洗動作單元所組成，具體流程如圖2所示。

自動隔膜壓濾機設備啟動時，液壓動力單元驅動油缸壓緊，推動濾板閉合，形成密閉的濾室，為進泥做好準備。當濾板處于壓緊狀態后，可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller，PLC）控制進料泵開始進料，濾室進料采用上部進料方式，經調理后的污泥通過進料泵進入壓濾機，污泥被濾布截留，濾液通過濾板上的濾液通道排出。進料時采用壓力控制，當進料壓強穩定在0.8 MPa時，通過壓力變送器的信號反饋控制進料泵延時工作一段時間后，自動切換成壓榨泵工作。

利用壓榨泵將高壓水注入膜片，利用隔膜片張力強力擠壓污泥進行脫水，壓榨壓強為1.6 MPa。壓榨結束后，隔膜片內壓榨水自動回流到壓榨水箱。壓濾液透過濾布排出，污泥被濾布截留形成濾餅，壓榨可進一步降低泥餅含水率。油缸松開帶動濾板打開，濾板間以鏈條連接，一次性打開全部濾板。通過濾布上下行走裝置，使全部泥餅同時剝落，卸泥徹底，所需時間在1～2 min。每組濾布均配置內外清洗噴嘴，通過濾布上下行走，使全部濾布在1～2 min完成清洗。整個壓濾系統設備由壓濾機PLC控制，可以實現無人操作，全自動運行，具體設備數量與基本參數如表2所示。

3.3 空氣系統

空氣系統包括空壓機、冷干機、吹脫氣罐、儀表氣罐設備，具體數量與基本參數如表3所示。空壓機采用壓力控制，當氣罐內的壓強低于0.6 MPa時，空壓機自動啟動，當壓強高于0.8 MPa時，空壓機停止運行。吹脫氣罐用于在進料完成后，將進料孔內殘留的污泥吹回污泥調理罐。冷干機和儀表氣罐用于給氣動閥門提供干凈的壓縮空氣。

3.4 輸送系統

輸送系統包括水平皮帶輸送機和傾斜皮帶輸送機設備，具體數量與基本參數如表4所示。輸送系統主要作用是將污泥輸送至運泥車。當壓濾機開始卸泥時，皮帶機啟動，水平皮帶輸送機和傾斜皮帶輸送機連鎖控制，設置的皮帶機運行時間需要大于壓濾機卸泥時間。

4 運行情況

項目于2021年3月完成土建施工和設備安裝，開始調試和試運行。調試和試運行期間，濃縮環節采用重力濃縮池濃縮至含水率97%。調理環節，在調理罐內同步加入剩余污泥和PAC，PAC投加量為絕干污泥質量的20%～22%，（PAC為液態，有效鋁含量為10%），遠低于常規隔膜壓濾機的PAC投加量（25%～30%），調理罐進料完成后繼續攪拌15 min，保證混合和調理效果。調理完成后，開始進料，進料時間在15～16 min，進料壓強為0.8 MPa，壓榨時間在40～42 min，壓榨壓強約1.6 MPa，卸料時間在1～2 min，清洗時間在1～2 min，出泥含水率低于60%，滿足設計要求。單批次生產時間控制在1 h內，生產完成后，自動進入下一批次的生產，無須人工干預，能夠24 h全自動穩定運行。項目調試及試運行期間，壓濾機系統處于全自動運行，值班人員除協調運泥車運泥和槽罐車運輸藥劑外，無其他勞動強度。試運行相關數據如表5所示。

從表5可以看出，全自動隔膜壓濾機在污泥深度脫水處理中具有明顯的優勢：脫水效果好，含水率基本控制在55%左右，滿足低于60%的設計要求；生產效率高，進料時間在15～16 min，壓榨時間在40～42 min，卸泥時間在1.1～1.3 min，濾布清洗時間在1.0～1.4 min，單批次總的生產時間小于1 h，可以24 h連續不間斷生產；設備能自動完成進料、壓榨、卸泥、清洗等全過程操作，無須人工值守；藥劑的絕干污泥投加量在20%～22%，低于常規隔膜壓濾機的PAC投加量（25%～30%）。

5 結論

污泥脫水采用的全自動隔膜壓濾機具有顯著優勢。僅采用PAC調理，可將污泥含水率可降低60%以下，滿足設計要求，優秀脫水性能；單批次總的生產時間（含進料、壓榨、卸泥、清洗全過程）小于1 h，可以24 h連續不間斷生產，處理效率出色；自動化程度高，能做到自動進料、壓榨、卸泥、清洗等操作過程并循環往復，實現了全過程無人值守；人工勞動強度及藥劑投加量顯著低于常規隔膜壓濾機脫水系統，運行費用更低；不加石灰，現場車間環境好，無揚塵和臭味，操作環境友好。全自動隔膜壓濾機在污泥深度脫水應用中具有較大的技術先進性和廣泛的應用前景。

參考文獻

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