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1 前言

隨著固液分離技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域的逐漸擴(kuò)大，固液分離技術(shù)廣泛應(yīng)用于各個(gè)行業(yè)，如選礦、造紙、醫(yī)藥衛(wèi)生、環(huán)境保護(hù)和食品等。傳統(tǒng)的固液分離設(shè)備主要集中在過(guò)濾、壓濾、重力沉降和浮選等方面。隨著礦物資源的不斷開(kāi)采和利用，礦石日趨“貧、細(xì)、雜”，有用礦物經(jīng)選別作業(yè)的后期處理日漸困難；在選礦所有領(lǐng)域中超細(xì)懸浮液的脫水是一個(gè)日趨重要的問(wèn)題。于是，人們對(duì)固液分離設(shè)備提出了更高要求，并傾注了很多心血去研究開(kāi)發(fā)新的分離技術(shù)與分離設(shè)備。

2 固液分離設(shè)備介紹

2.1 固液分離設(shè)備的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)

隨著科技的不斷發(fā)展，固液分離設(shè)備在結(jié)構(gòu)形式、分離效率、自動(dòng)化水平、功能集成、產(chǎn)品質(zhì)量和可靠性方面發(fā)展迅速，與歐洲發(fā)達(dá)國(guó)家產(chǎn)品性能差距越來(lái)越小，近年來(lái)其在制藥行業(yè)應(yīng)用不斷廣泛。很多要求固液分離設(shè)備的漿體中的固形物顆粒粒度都很細(xì)，且有越來(lái)越細(xì)之勢(shì)。而且總的發(fā)展趨勢(shì)是要求濾液的高澄清度和濾渣的低含濕量，以減少干燥和進(jìn)一步處理的工作量、降低固液分離成本。突出的對(duì)象是工業(yè)廢水、市政污水和污泥的脫水，這種料漿的濃度很?。?.3%～1.0%），要先濃縮至3%～10%，而后進(jìn)行預(yù)脫水，可由1%～5%濃縮至18%～40%，再用真空過(guò)濾、壓濾、離心機(jī)等進(jìn)行二次脫水。這就使得固液分離設(shè)備技術(shù)面臨前所未有的挑戰(zhàn)，同時(shí)也就促使整個(gè)固液分離設(shè)備技術(shù)和設(shè)備圍繞這些挑戰(zhàn)而迅速發(fā)展。

同時(shí)固液分離設(shè)備在研究、消化、吸收國(guó)內(nèi)外同類產(chǎn)品技術(shù)基礎(chǔ)上，針對(duì)目前該類產(chǎn)品出現(xiàn)的普遍問(wèn)題和結(jié)合國(guó)內(nèi)污泥脫水的特點(diǎn)和要求，自行設(shè)計(jì)制造的具有當(dāng)今先進(jìn)水平的新型高效、連續(xù)作業(yè)的壓力式固液分離設(shè)備，在印染行業(yè)得到了廣泛的應(yīng)用。

2.2 固液分離設(shè)備的概述

固液分離是從水或廢水中除去懸浮固體的過(guò)程。從廢水中除去固體一般采用篩或沉淀方法。污泥處理中采用的分離方法有污泥重力濃縮、污泥的浮選或污泥的機(jī)械脫水。水處理中有微濾、澄清和深床過(guò)濾等方法。把固體和液體分開(kāi)的過(guò)程都是固液分離，方法非常多，沉降，過(guò)濾，膜過(guò)濾，壓濾，真空，離心機(jī)固液分離機(jī)是利用離心力，分離液體中固體顆粒物和絮狀物的機(jī)械。

3 固液分離設(shè)備的原理

從原理上講，固液分離過(guò)程可以分為三大類沉降、過(guò)濾、離心這三種方法，其工作原理如下：

沉降式依靠外力的作用，利用分散物質(zhì)（固相）與分散介質(zhì)（液相）的密度差異，使之發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，而實(shí)現(xiàn)固液分離的過(guò)程。

過(guò)濾式以某種多孔性物質(zhì)作為介質(zhì)，在外力的作用下，懸浮液中的流體通過(guò)介質(zhì)孔道，而固體顆粒被截留下來(lái)，從而實(shí)現(xiàn)固液分離的過(guò)程。

離心是利用裝置所提供的慣性離心力的作用來(lái)實(shí)現(xiàn)固液分離的過(guò)程。

4 固液分離設(shè)備分類

4.1 板框式脫水機(jī)

工作原理：板框式壓濾機(jī)是通過(guò)板框的擠壓，使污泥內(nèi)的水通過(guò)濾布排出，達(dá)到脫水目的。它主要由凹入式濾板、框架、自動(dòng)-氣動(dòng)閉合系統(tǒng)測(cè)板懸掛系統(tǒng)、濾板振動(dòng)系統(tǒng)、空氣壓縮裝置、濾布高壓沖洗裝置及機(jī)身一側(cè)光電保護(hù)裝置等構(gòu)成。將帶有濾液的濾板和濾框平行交替排列，每組濾板和濾框中間夾有濾布。用可動(dòng)段把濾板和濾框壓緊，使濾板和濾板之間構(gòu)成一個(gè)壓濾室。污泥從料液進(jìn)口流出水通過(guò)濾板從濾液流出口流出，泥餅堆積在框內(nèi)濾布上，濾板和濾框松開(kāi)后泥餅就很容易剝落下來(lái)。

脫水方式：加壓脫水。

優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作容易，運(yùn)行確定故障少，保養(yǎng)方便，設(shè)備使用壽命長(zhǎng)，過(guò)濾推動(dòng)力大，所得的泥餅含水量。過(guò)濾范圍選擇范圍靈活，且單位過(guò)濾面積占地較少；對(duì)物料的適應(yīng)性強(qiáng)。

缺點(diǎn)：不能連續(xù)運(yùn)行，處理量小，濾布消耗大。易堵塞，需要使用高壓泵；不適用于油性污泥的脫水；難以實(shí)現(xiàn)連續(xù)自動(dòng)運(yùn)行。

適用條件：適用于中、小型污泥脫水處理場(chǎng)合。

設(shè)備選型時(shí)，應(yīng)考慮的事項(xiàng)：

（1）對(duì)泥餅含固率的要求。一般板框式壓濾機(jī)與其他類型脫水機(jī)相比，泥餅含固率高，如果從減少污泥堆置占地因素考慮，可以選擇板框式壓濾機(jī)。

（2）框架的材質(zhì)。

（3）濾板及濾布的材質(zhì)。要求耐腐蝕，濾布要具有一定的抗拉強(qiáng)度。

（4）濾板的移動(dòng)方式。要求可以通過(guò)液壓-氣動(dòng)裝置全自動(dòng)或半自動(dòng)完成，以減輕操作人員勞動(dòng)強(qiáng)度。

（5）濾布振蕩裝置，以使濾餅易于脫落。與其他型式脫水機(jī)相比，板框式壓濾機(jī)的缺點(diǎn)是占地面積較大。

4.2帶式脫水機(jī)

工作原理：帶式脫水機(jī)由濾帶、碾壓筒、濾帶張緊系統(tǒng)、濾帶調(diào)偏系統(tǒng)、濾帶驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和濾帶沖洗系統(tǒng)組成。污泥流入在輥之間連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)的上下兩塊帶狀濾布上后，濾布的張力和軋輥的壓力及剪切力依次作用于夾在兩塊濾布之間的污泥上而進(jìn)行重力濃縮和加壓脫水。脫水泥餅由刮泥上而進(jìn)行重力濃縮和加壓脫水。脫水泥餅由刮泥板剝離，剝離了泥餅的濾布用水清洗，以防止濾布孔堵塞，影響過(guò)濾速度。

帶式污泥脫水機(jī)是由上下兩條張緊的濾帶夾帶著污泥層，從一連串有規(guī)律排列的輥壓筒中呈S形經(jīng)過(guò)，依靠濾帶本身的張力形成對(duì)污泥層的壓榨和剪切力，把污泥層中的毛細(xì)水?dāng)D壓出來(lái)，獲得含固量較高的泥餅，從而實(shí)現(xiàn)污泥脫水。

一般帶式污泥脫水機(jī)由濾帶、輥壓筒、濾帶張緊系統(tǒng)、濾帶調(diào)偏系統(tǒng)、濾帶沖洗系統(tǒng)和濾帶驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)構(gòu)成。

脫水方式：重力脫水加剪切型。

優(yōu)點(diǎn)：利用濾布的張力和壓力在濾布上對(duì)污泥施加壓力使其脫水并不需要真空或加壓設(shè)備，動(dòng)力消耗少，操作管理方便，可以連續(xù)操作，因而應(yīng)用廣泛。同時(shí)帶式污泥脫水機(jī)受污泥負(fù)荷波動(dòng)的影響小，還具有出泥含水率較低且工作穩(wěn)定啟耗少、管理控制相對(duì)簡(jiǎn)單、對(duì)運(yùn)轉(zhuǎn)人員的素質(zhì)要求不高等。

缺點(diǎn)：易堵塞，需要大量的水清洗，造成二次污染；不適于油性污泥的處理。

適用條件：在污水處理工程建設(shè)決策時(shí)，可以選用帶式污泥脫水機(jī)以降低工程投資。目前，國(guó)內(nèi)新建的污水處理廠大多采用帶式污泥脫水機(jī)。

設(shè)備選型時(shí)，應(yīng)考慮的事項(xiàng)：

（1）濾帶。要求其具有較高的抗拉強(qiáng)度、耐曲折、耐酸堿、耐溫度變化等特點(diǎn)，同時(shí)還應(yīng)考慮污泥的具體性質(zhì)，選擇適合的編織紋理，使濾帶具有良好的透氣性能及對(duì)污泥顆粒的攔截性能。

（2）輥壓筒的調(diào)偏系統(tǒng)。一般通過(guò)氣動(dòng)裝置完成。

（3）濾帶的張緊系統(tǒng)。一般也由氣動(dòng)系統(tǒng)來(lái)控制。濾帶張力一般控制在0.3～0.7MPa，常用值為0.5MPa。

（4）帶速控制。不同性質(zhì)的污泥對(duì)帶速的要求各不相同，即對(duì)任何一種特定的污泥都存在一個(gè)較佳的帶速控制范圍，在該范圍內(nèi)，脫水系統(tǒng)既能保證一定的處理能力，又能得到高質(zhì)量的泥餅。

4.3 離心式脫水機(jī)

工作原理：離心脫水機(jī)主要由轉(zhuǎn)鼓和帶空心轉(zhuǎn)軸的螺旋輸送器組成，污泥由空心轉(zhuǎn)軸送入轉(zhuǎn)鼓后在高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力作用下，立即被甩入轉(zhuǎn)腔內(nèi)。污泥顆粒比重較大，因而產(chǎn)生的離心力也較大，被甩貼在轉(zhuǎn)鼓內(nèi)壁上，形成固體層；水密度小，離心力也小，只在固體層內(nèi)側(cè)產(chǎn)生液體層。固體層的污泥在螺旋輸送器的緩慢推動(dòng)下，被輸送到轉(zhuǎn)鼓的錐端，經(jīng)轉(zhuǎn)鼓周圍的出口連續(xù)排出，液體則由溢流口排至轉(zhuǎn)鼓外，匯集后排出脫水機(jī)。

脫水方式：離心力脫水。

優(yōu)點(diǎn)：離心脫水機(jī)單機(jī)處理量大，可達(dá)50m3/h以上，處理負(fù)荷達(dá)1500kg/h，是帶式脫水機(jī)的數(shù)倍，較適用于大型污水處理廠。離心機(jī)占地小，自動(dòng)化程度高，一般為全封閉型式，利于改善作業(yè)環(huán)境。

缺點(diǎn)：離心機(jī)電耗較高，噪聲較大，維修技術(shù)要求高等。

適用條件：適用于污泥固液相對(duì)密度較大的污泥脫水。

設(shè)備選型時(shí)，應(yīng)考慮的事項(xiàng)：

（1）離心脫水機(jī)關(guān)鍵的部件是轉(zhuǎn)鼓，轉(zhuǎn)鼓的直徑越大，脫水處理能力越大。

（2）轉(zhuǎn)鼓的長(zhǎng)度越長(zhǎng)，污泥的含固率就越高，但轉(zhuǎn)鼓過(guò)長(zhǎng)會(huì)使性能價(jià)格比下降。使用過(guò)長(zhǎng)中，轉(zhuǎn)鼓的轉(zhuǎn)速是一個(gè)重要的控制參數(shù)，控制轉(zhuǎn)鼓的轉(zhuǎn)速，使其既能獲得較高的含固率，又能降低能耗，是離心脫水機(jī)運(yùn)行好壞的關(guān)鍵。

（3）在做離心式脫水機(jī)選型時(shí)，因轉(zhuǎn)輪或螺旋的外緣極易磨損，對(duì)其材質(zhì)要有特殊要求。

（4）新型離心脫水機(jī)螺旋外緣大多做成裝配塊，以便更換。裝配塊的材質(zhì)一般為碳化鎢，價(jià)格昂貴。

4.4 陶瓷過(guò)濾機(jī)

工作原理：陶瓷過(guò)濾機(jī)工作基于毛細(xì)微孔的作用原理，采用微孔陶瓷為過(guò)濾介質(zhì)，利用微孔陶瓷大量狹小具有毛細(xì)作用原理設(shè)計(jì)的固液分離設(shè)備，在負(fù)壓工作狀態(tài)下的盤(pán)式過(guò)濾機(jī)，利用微孔陶瓷板其獨(dú)特透水不透氣性，抽起陶瓷板內(nèi)腔真空產(chǎn)生于外部的壓差，使料槽內(nèi)懸浮的物料在負(fù)壓的作用下吸附在陶瓷板上，固體物料因不能通過(guò)微孔陶瓷板被截留在陶瓷板表面，而液體因真空壓差的作用及陶瓷板的親水性則順利通過(guò)進(jìn)入氣液分配裝置外排或循環(huán)利用達(dá)到了固液分離的目的。

脫水方式：過(guò)濾脫水。

優(yōu)點(diǎn)：陶瓷過(guò)濾機(jī)的特殊材質(zhì)及結(jié)構(gòu)決定了它的優(yōu)勢(shì)，即一般強(qiáng)度好，耐磨損耐腐蝕，使用壽命長(zhǎng)，同時(shí)因?yàn)槠鋸?qiáng)度好，微孔無(wú)變形，技術(shù)指標(biāo)穩(wěn)定無(wú)波動(dòng)。同時(shí)其微孔小，毛細(xì)作用強(qiáng)，節(jié)約能耗，運(yùn)行成本低，濾餅水分低，濾液清澈可回用。

缺點(diǎn)：陶瓷過(guò)濾機(jī)在工作過(guò)程中，微小顆粒易于堵塞陶瓷微孔，影響生產(chǎn)效率。

設(shè)備選型時(shí)，應(yīng)考慮的事項(xiàng)：

（1）陶瓷過(guò)濾板是陶瓷過(guò)濾機(jī)的關(guān)鍵部件，陶瓷過(guò)濾板材質(zhì)的變化，孔徑的變化及強(qiáng)度，直接影響到過(guò)濾效果，陶瓷過(guò)濾板的制造技術(shù)決定了陶瓷過(guò)濾機(jī)的使用效果。

（2）陶瓷片的材料選擇。

（3）電控部分，陶瓷過(guò)濾機(jī)需要控制的地方比較多。

（4）處理量的穩(wěn)定要求。

4.5 疊螺脫水機(jī)

工作原理：脫水機(jī)本體主要由過(guò)濾體和螺旋軸所構(gòu)成，過(guò)濾體又分濃縮部和脫水部?jī)刹糠?。所以，?dāng)污泥進(jìn)入濾體后，利用固定環(huán)、游動(dòng)環(huán)的相對(duì)移動(dòng)，使濾液通過(guò)疊片間隙快速向外排出，迅速濃縮，污泥向脫水部推移。當(dāng)污水泥進(jìn)入到脫水部時(shí)，在濾腔內(nèi)的空間不斷縮小，污泥內(nèi)壓不斷增強(qiáng)，再加上出泥處調(diào)壓器的背壓作用，使其達(dá)到高效脫水的目的，同時(shí)污泥不斷排出機(jī)外。

脫水方式：螺旋脫水。

優(yōu)點(diǎn)：疊螺脫水機(jī)工作時(shí)不堵塞，輕松處理含油污泥，運(yùn)行管理簡(jiǎn)單，可全自動(dòng)操作，無(wú)人看守，同時(shí)其體積小、功能齊、節(jié)水節(jié)能。

缺點(diǎn)：不擅長(zhǎng)顆粒大、硬度大的污泥脫水；處理量較小。

適用條件：適用污泥濃度2000～30000mg/L，適用于10～30000m3污水處理規(guī)模。

設(shè)備選型時(shí)，應(yīng)注意的事項(xiàng)：

（1）疊螺污泥脫水機(jī)的絕干污泥處理量取決于疊螺主體的直徑和數(shù)量，機(jī)型用三個(gè)字母加三位數(shù)字表示。

（2）在污泥的性質(zhì)、濃度不明確的情況下進(jìn)行選型時(shí)，建議采用絕干污泥處理量平均值來(lái)計(jì)算。

（3）無(wú)軸螺旋輸送機(jī)或進(jìn)料斗的高度設(shè)置可參考泥餅排出口底端離地面的高度。

（4）由于疊螺主體有自我清洗的功能，只需用水壓依靠常閉電磁閥實(shí)施定期噴淋。

（5）疊螺污泥脫水機(jī)系列脫水機(jī)的易損件更換周期是個(gè)大概數(shù)值，在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，污泥的種類、處理的方式、運(yùn)行的調(diào)整狀況以及每天的運(yùn)行時(shí)間，都會(huì)影響易損件的更換周期。

4.6 轉(zhuǎn)鼓過(guò)濾機(jī)

轉(zhuǎn)鼓式固液分離設(shè)備是一種轉(zhuǎn)鼓式篩網(wǎng)過(guò)濾裝置。被處理的廢水沿軸向進(jìn)入鼓內(nèi)，以徑向輻射狀經(jīng)篩網(wǎng)流出，水中雜質(zhì)（細(xì)小的懸浮物、纖維、紙漿等）即被截留于鼓筒上濾網(wǎng)內(nèi)面。當(dāng)截留在濾網(wǎng)上的雜質(zhì)被轉(zhuǎn)鼓帶到上部時(shí)，被壓力沖洗水反沖到排渣槽內(nèi)流出。

脫水方式：連續(xù)加壓。

優(yōu)點(diǎn)：用于水庫(kù)水處理時(shí)，除浮游生物效率高。微濾機(jī)占地面積小，生產(chǎn)能力大，操作管理方便。能連續(xù)自動(dòng)操作，省人力。

缺點(diǎn)：附屬設(shè)備較多，投資費(fèi)用高，過(guò)濾面積大。過(guò)濾推動(dòng)力有限，不易過(guò)濾高溫的懸浮液。

適用條件：適用于處理易含過(guò)濾顆粒的濃懸浮液。

設(shè)備選型時(shí)，應(yīng)注意的事項(xiàng)：過(guò)濾布材質(zhì)的選擇，選擇濾布時(shí)應(yīng)考慮濾布的使用周期以及防靜電能力。

5 小結(jié)

通過(guò)上述的比較分析，將各脫水設(shè)備的優(yōu)缺點(diǎn)列表如下：

根據(jù)不同型式脫水機(jī)性能的比較分析可以看出，不同的污水處理廠在做污泥脫水方案選擇時(shí)，應(yīng)從污泥特性、運(yùn)行狀況、人員素質(zhì)、對(duì)泥餅的要求以及資金、成本等幾個(gè)方面綜合考慮，才能做出相對(duì)合理的選擇。