范新暉，龐仲達

（1.佛山石灣鷹牌陶瓷有限公司，佛山 528031；2.佛山市金凱地過濾設(shè)備有限公司，佛山 528061）

生產(chǎn)與應(yīng)用

超高壓污泥臥式彈簧濾板壓榨機的應(yīng)用優(yōu)勢

范新暉1，龐仲達2

（1.佛山石灣鷹牌陶瓷有限公司，佛山 528031；2.佛山市金凱地過濾設(shè)備有限公司，佛山 528061）

近年來，由于大量工業(yè)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(huán)境產(chǎn)生嚴(yán)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(guān)鍵技術(shù)，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(huán)利用中所需重點解決的技術(shù)關(guān)鍵問題進行了解讀，希望能給行業(yè)帶來幫助。關(guān)鍵詞：超高壓技術(shù)；固體廢渣；脫水；循環(huán)利用

1 背景

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

隨著我國節(jié)能減排的要求日益嚴(yán)格，近年來，企業(yè)、市政廢水和廢氣的排放濃度和總量持續(xù)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(chǎn)量快速增加，如：陶瓷生產(chǎn)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(huán)境產(chǎn)生嚴(yán)重的二次污染，使廢水、廢氣處理成果得不到保障。

根據(jù)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(yīng)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(guān)鍵技術(shù)，是固體廢渣價值回收利用的保障。

2 國內(nèi)外固體廢渣脫水技術(shù)情況

固體廢渣脫水技術(shù)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(nèi)外固體廢渣脫水均優(yōu)先采用機械方法脫除水分，以降低后續(xù)干燥成本。

國內(nèi)外應(yīng)用的機械脫水設(shè)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(wǎng)將固體廢渣保持在濾網(wǎng)之間，并通過濾網(wǎng)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(xù)生產(chǎn)，但產(chǎn)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?jǐn)D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?jǐn)D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(yè)開發(fā)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(jié)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(dǎo)致后期干燥等處理費用十分昂貴。

3 固體廢渣脫水技術(shù)的發(fā)展趨勢

由于現(xiàn)有固液分離設(shè)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(shè)備提出了需求。通過對固體廢渣水分形態(tài)分析，高壓是脫除更多水分的有效方法。

市場上也應(yīng)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(yè)通用性很好的設(shè)備。而且適用范圍有限，設(shè)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(shè)備不宜磨損，固體回收率高，而且作為廣泛應(yīng)用的機型易于為客戶接受。但設(shè)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(fā)展的趨勢。

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

就固體廢渣領(lǐng)域，按平均100噸/天產(chǎn)量需投資600萬元，對超高壓過濾設(shè)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(yōu)勢

以常見的工業(yè)固液分離物料為對象，針對現(xiàn)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(shù)值進行優(yōu)化設(shè)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(tǒng)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(shù)的優(yōu)化設(shè)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(shè)備的性能及設(shè)計參數(shù)，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(yōu)化的設(shè)備設(shè)計參數(shù)。實驗物料應(yīng)包括：陶瓷廢渣、物料超細(xì)灰渣、造紙污泥、市政污泥、印染污泥等。

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

圖1 小型壓榨實驗設(shè)備工藝流程圖及制作要求

基于以上工藝設(shè)計要求，小型壓榨設(shè)備對工藝中各單元進行了高度的集成，實驗設(shè)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(nèi)，并設(shè)有滾輪移動設(shè)備位置。設(shè)備樣品如圖2所示。

圖2 小型壓榨實驗設(shè)備照片

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(shè)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(jù)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(jié)構(gòu)

基于板框機對原料廣泛的適應(yīng)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(chǎn)資料的巨額投入。采用鋼質(zhì)材料加工濾板，同時使用通用機械加工設(shè)備加工，設(shè)備投入低，易于外派定制來擴大產(chǎn)量，降低了生產(chǎn)投入隨市場波動的風(fēng)險，同時使設(shè)備質(zhì)量易于控制。

采用彈簧改造箱式板框的邊框，實現(xiàn)可壓縮功能。通過止推油缸進步一推進，實現(xiàn)設(shè)備超高壓壓榨。采用此方式使得設(shè)備加工工序簡單，質(zhì)量易于控制，可采用通用的加工設(shè)備進行設(shè)備生產(chǎn)。避免了隔膜的復(fù)雜加工工序和加工設(shè)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(dān)進料及壓榨期間的壓力。板框互相的結(jié)合面上采用橡膠密封條進行密封。

具體技術(shù)方案如圖3～圖5所示，通過彈簧實現(xiàn)超高壓壓榨的機制，由多個首尾相連的濾板構(gòu)成。濾板分別由壓濾主板、其周邊的副框、位于副框內(nèi)側(cè)的多件副板和安裝在壓濾主板的濾網(wǎng)組成。副框與壓濾主板、副板、壓濾主板之間分別設(shè)有復(fù)位裝置、固定副框機構(gòu)和密封機構(gòu)。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(shè)置有進料口；而每塊壓濾主板和副板上設(shè)置有出水孔，出水孔與出水總管道相連接，在總管道上加設(shè)有氣動進氣卸料裝置和反沖洗洗布裝置。

圖3 單板徑向剖面

圖4 濾板組徑向剖面圖

圖5 濾板零部件組裝圖

4.3 原型機制造及工業(yè)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(cè)面固定有導(dǎo)桿，液壓裝置前端設(shè)有活塞桿。該活塞桿活動安裝在導(dǎo)桿上，活塞桿前端設(shè)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(dǎo)桿上。壓濾板由主板、副板及副框組成，該副板上設(shè)有凸臺，副框內(nèi)設(shè)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(nèi)設(shè)有彈簧及固定裝置，在壓濾板上還設(shè)置出水孔。工業(yè)樣機如圖6所示。

此工業(yè)樣機采用PLC全程自動控制，其工作流程及參數(shù)如圖7所示。

圖6 工業(yè)樣機照片

5 結(jié)語

超高壓壓榨脫水技術(shù)是一種成本低廉、運行穩(wěn)定的設(shè)備技術(shù)，經(jīng)多個工業(yè)應(yīng)用驗證，其運行穩(wěn)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(fā)電、制磚等利用要求，大幅度節(jié)約了干化設(shè)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(fā)展高端環(huán)保裝備產(chǎn)業(yè)的政策要求，可廣泛應(yīng)用于建陶行業(yè)陶瓷廢渣、市政污泥、造紙、冶金、化工、建材、煤炭、等工業(yè)領(lǐng)域。項目產(chǎn)品技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化推廣可將現(xiàn)有工業(yè)固液處理能力提高20%以上，對于污泥處理、廢水和廢渣循環(huán)再利用以及推動全社會節(jié)能減排具有重大的社會效益。