污泥機械脫水設備的發(fā)展概況
行業(yè)動態(tài)
1 目前國內污泥處理現狀
近年來，隨著我國社會經濟和城市化的發(fā)展，供排水管網擴建，污水處理廠的增加，污泥產量越來越多，但是目前國內污泥處理處置水平很低，污泥經過常規(guī)的濃縮脫水后，主要是棄置，難以達到污泥的減量化、穩(wěn)定化、無害化、資源化的要求，并帶來環(huán)境的二次污染和供排水、污水處理正常運行的困難。雖然有些水處理企業(yè)，也投入一些污泥機械脫水設備，由于技術落后，出泥干度低，總是不盡人意?！秶鴦赵宏P于發(fā)展循環(huán)經濟的若干意見》已把污泥減量化、資源化利用，作為發(fā)展循環(huán)經濟的重點環(huán)節(jié)之一。推行城市污泥的無害化，減量化，資源化利用已經成為行業(yè)專家、公眾共同關注的焦點，進入“十二五”之后已經成為地方政府的施政目標。因此污泥處理處置，已經成為污水處理，環(huán)境整治過程中的新課題，成為發(fā)展循環(huán)經濟，建設和諧社會的新任務。
2 污泥機械脫水設備的改革
2.1 國內外污泥處理設備技術產品的狀況、問題、趨勢
（1）國內在水處理過程中所采用的機械脫水設備情況
機械脫水的種類，按脫水原理可分為真空過濾脫水、壓濾脫水和離心脫水三大類。真空過濾脫水系統(tǒng)將污泥置于多孔性過濾介質上，在介質另一側造成真空，將污泥中的水分強行“吸入”，使之與污泥分離，從而實現脫水。常用的設備有各種形式的真空轉鼓過濾脫水機。壓濾脫水系統(tǒng)將污泥置于過濾介質上，在污泥一側對污泥施加壓力，強行使水分通過介質，使之與污泥分離，從而實現脫水，常用的設備有各種形式的帶式壓濾脫水機和板框壓濾機。離心脫水系統(tǒng)通過水分與污泥顆粒的離心力之差使之相互分離從而實現脫水，常用的設備有各種形式的離心脫水機。
以上幾種脫水設備都已有一定的使用歷史，但具體使用情況存在很大差別。早期建設的污水處理廠，大多采用真空過濾脫水機，但由于其泥餅含水率較高、噪聲大、占地也大，而其構造及性能本身又無較大的改進，二十世紀80年代以來，已很少采用。板框壓濾脫水機泥餅含水率較低，因而一直在采用。但這種脫水機為間斷運行，效率低，且操作麻煩，維護量很大，所以使用并不普遍，僅在要求出泥含水率很低的情況下使用。帶式壓濾機是近幾年常用的脫水設備，它是把壓力施加在濾布上，用濾布的壓力和張力使污泥脫水，這種設備需要頻繁清洗濾布，反沖水消耗大、在反沖過程中二次生成的污水加大，且脫水效果并不理想。從了解的一些設備用戶來看，用戶對該設備的脫水性能很不滿意。離心脫水設備的脫水效果比較好，但它耗電量大，噪聲也大。從噪聲的角度講，它是一個較大的聲污染設備。另外，該設備較大的缺點是：一旦出現故障，維修時難以準確掌握軸平衡，維修難度很大，中軸一旦產生平衡偏差，對設備的損壞極大?？傮w分析，原來水處理市場中所用的脫水設備并不理想。
（2）國外在水處理過程中使用的污泥脫水技術設備情況
目前， 上較 的污泥脫水設備是加拿大法尼亞公司所生產的滾壓式污泥脫水機。對滾壓機污泥脫水的研究原由加拿大政府研究院開始。法尼亞在1990年買下該研究技術，再把其按商業(yè)及生產條件進行改進，并于1991年開始在加拿大LONGUEUIL 25萬t/d一級化學增強污泥法的污水廠投產。該廠到現在已連續(xù)運轉11年，24小時運行，沒有發(fā)生重大故障?，F在法尼亞在加拿大、美國、英國、法國及日本已有70多個項目。處理量由250t/d到3000萬t/d。處理污泥有一級化學增強污泥、活性污泥、消化污泥、生物處理及人畜糞便、造紙等污泥。在2001年，日本離心機廠TOMOI向法尼亞購買技術。
法尼亞滾壓式污泥脫水機不但具有濃縮、脫水一體化功能，而且具有耗能少、產出率高、性能穩(wěn)定、易損件少、維修量小、自動化程度高等優(yōu)點。但它同時也存在一些技術和性能缺陷：一是濾水板上的濾水孔的數量受技術結構的影響，使有效濾水面積減少，進而影響污泥脫水效率；二是設備的脫水效率直接受污泥進口壓力的影響，而法尼亞公司的滾壓式污泥脫水機進入設備的濕態(tài)污泥其壓力只能在60kPa內調整，如果壓力過大，會造成濾板變形，損壞設備，壓力小，則泥餅產量低，效益差；三是法尼亞滾壓式污泥脫水機結構中的濾板固定在一個轉鼓上，轉鼓在轉動過程中常常偏離水平，造成濾板傾斜，使濾板與相鄰部件產生碰撞和摩擦，這使濾板和相鄰部件產生損傷，增加了設備的維修量，減少了設備的使用壽命，同時增加了能耗。
（3）推廣使用高性能污泥脫水設備的意義
在污水處理過程中，污泥的處理是水處理工藝中一個重要的環(huán)節(jié)之一。污泥的處理量將占處理水量的0.3%～0.5%，在污水處理廠的全部建設費用中，用于處理污泥的將占20%～50%，甚至70%。而用來處理污泥的一個重要設備就是污泥脫水機。它能夠使污泥減量、穩(wěn)定、無害化和綜合利用。因此，使用高性能的污泥脫水設備，不僅是水處理的基本要求，而且可以減少污水處理單位費用支出，有效解決治污單位的污泥處理問題。
2.2 活塞式污泥脫水機
活塞式污泥脫水機正是應我國環(huán)保形勢和環(huán)保市場的要求，近幾年開發(fā)的新型、高效污泥脫水設備，它不但具有污泥濃縮、脫水一體化功能，使污泥減量、穩(wěn)定、無害化和綜合利用，而且性能具有耗能少、產出率高、性能穩(wěn)定、易損件少、維修量小、自動化程度高，效果性能指標均優(yōu)于傳統(tǒng)機械類污泥脫水設備。
活塞式濃縮脫水機的情況介紹：
（1）產品用途：
該設備適用于高濃度、難以實現泵輸送介質物料的濃縮與脫水，同時也適用于城市廢水初次處理污泥、城市廢水活性污泥、造紙、釀造業(yè)，生物過濾污泥、化糞池、礦渣、屠宰廠等污泥或廢料的濃縮與脫水。
（2）設備性能特點：
①脫水效率高：濃縮物料含水率為70%～79%。
②生產效率高：每小時可處理濃縮介質40～45m3。
③固體介質保留率高：大部分固體介質保留在介質濃縮餅中，不會隨水分流走，造成二次污染。
④可連續(xù)長期運行：不需要停機清洗或更換濾網。
⑤操作簡單、自動化程度高。
⑥性能穩(wěn)定可靠，活塞與濾網接觸為非金屬接觸，活塞低速運動，故運行可靠，部件極少損壞。
⑦本設備具有濃縮一體化功能。
⑧設備經濟技術比高：設備功率小，生產能力大。
（3）技術分析：
①脫水效率高
該設備每個活塞缸為一個處理單元，對JS4-40型設備來說，缸的外徑為219mm，在缸內壁上附有兩層精密制孔的不銹鋼孔板，孔板厚度分別為2mm和1mm，兩層孔板焊接與活塞缸缸壁形成一個剛性整體，內層孔板的孔徑為0.2～0.25mm，致密的小孔和很小的孔徑，確保了絮凝后的污泥中的水分被及時排出，且污泥顆粒大部分保留缸體內，下排液只含有很少的顆粒物質。這就保證了設備的脫水效率。
②處理量大
對JS4-40型設備來說，每個處理單元-活塞缸的內徑為200mm，污泥在缸體內縱向裝填長度為1.4米，每個處理單元在一個壓力行程下，裝填污泥的體積為：0.044立方米，4個缸的總容量為0.044×4=0.176立方米。全自動電液推桿動力傳動使每個處理單元的活塞桿運行壓縮4次/分鐘，故設備的處理能力為：0.176×4×60=42.24立方米/小時。在實際運行狀態(tài)下，輸入的污泥是連續(xù)的，也就是說在活塞桿伸出和壓縮狀態(tài)下，缸體內一直在輸入污泥，所以，實際生產過程中，污泥的處理量要大于42.24，立方米/小時。
③全自動，實現無人值守
本設備配置了自動控制系統(tǒng)，動力傳動和污泥輸入、泥餅輸出以及定時反沖都采用的自動控制，實現了無人值守。
④設備全部密封，生產現場清潔，工礦衛(wèi)生好
本設備在污泥處理過程中，污泥處于密封狀態(tài)，過濾的下排水直接通過管道排出，不像目前所使用的板框、帶式壓濾設備那樣工礦衛(wèi)生差。本設備生產過程中無臭味，無污泥溢漏。
⑤使用壽命長
本設備內活塞缸的壓縮活塞結構和缸體內的不銹鋼過濾筒的接觸為非剛性接觸，過濾筒幾乎不被磨損。加之設備運行速度慢，易損部件少，故設備使用壽命長。
⑥設備功率小，能耗低
本設備采用液壓動力傳動，液壓站的電機功率為3kW，液壓傳動力為30000NF，即3000公斤，每個處理單元的活塞推力（或壓力）為3000/4=750公斤，這一壓力遠遠大于污泥脫水所需要的擠壓力，并且和國內脫水設備如板框、帶式、離心式脫水設備相比，其擠壓力遠遠高于這些設備。
（4）經濟分析
①占用人員少，減少人員開支
本設備自動化程度高，可實現無人值守，減少人員開支。
②維護費用低
本設備濾板有兩層厚度分別為2mm、1mm精密制孔的不銹鋼鋼筒組成，由于設備運行速度低，過濾筒磨損極小，5年內一般不需要檢查和更換濾板。主要檢修的部件在于處理單元中活塞的塑膠材料的膠板和密封圈，其檢修費用每年在600元左右（含人工及部件費用）。而板框壓濾機每4～6個月需要全部更換濾布，以同處理量設備相比，更換濾布費用至少在5000～6000元，帶式壓濾機的濾布也是如此。相對離心式污泥脫水機來說，離心式脫水設備由于高速運行，使得易損件增多，且容易發(fā)生故障，而一旦發(fā)生故障，中軸難以調整平衡，維修難度不但大，而且維修費用高。
③藥劑用量少
本設備濾筒采用精密制孔，孔徑為0.05～0.25mm，由于孔板厚度大，形成的孔徑小于打孔理論直徑，由于孔徑小，就大大降低了對絮凝狀態(tài)的嚴格要求，絮凝用藥量明顯降低。對帶式壓濾機來說，絮凝一旦不好，泥水就會從履帶兩側溢出，且難以形成泥餅。而綜合比較目前脫水設備的濾板（布），離心式脫水機的網孔直徑較大，需要的加藥量也較大。使用本設備，對城市污水處理廠來說，配制0.2%的聚丙烯酰胺C496H溶液，100毫升剩余活性污泥僅加3毫升C496H溶液即可達到脫水要求。
④污泥處理干度自由調節(jié)，增大處理能力，進一步降低處理費用
本設備的泥餅出口壓力可自由調節(jié)，根據運輸需要，可通過降低氣壓值，增加泥餅濕度，進而提高處理量。
⑤能耗低
活塞式污泥脫水機動力全自動電液推桿作為動力，電機功率為3kW，根據效能計算，本技術設備處理污泥能耗為6kWh/噸干固體，而脫水設備能耗為18.84～20kWh/噸干固體。而相對離心式污泥脫水機來說，能耗降低更明顯。
⑥設備全密封，生產工況好，節(jié)省了除臭通風設備投資
與帶式壓濾機相比，帶式壓濾機在生產過程中，不但全部暴露，而且污泥常常從濾帶兩側溢出，工況條件極差。根據客戶需要，本設備可在泥餅出口下方，安裝泥餅輸送帶，將泥餅輸送到指定位置。
據測算，目前全國環(huán)保產業(yè)從業(yè)單位約3.5萬家，從業(yè)人員近300萬人，產業(yè)收入總額超過1.1萬億元。其中污泥脫水機銷售收入占到環(huán)保產業(yè)總收入的15～20%左右。
3 國內目前用于城市污水處理廠幾種代表性污泥脫水設備應用情況和技術現狀
污水經過沉淀處理后會產生大量污泥，即使經過濃縮及消化處理，含水率仍高達96%，體積很大，難以消納處置，必須經過脫水處理，提高泥餅的含固率，以減少污泥堆置的占地面積。
一般大中型污水處理廠均采用機械脫水。脫水機的種類很多，按脫水原理可分為真空過濾脫水、壓濾脫水及離心脫水三大類。下面就國內污水處理廠經常選用的壓濾機（包括帶式壓濾機及板框式壓濾機）和離心式脫水機的工作原理、設備選型時需重點考慮的問題以及維護運行成本等作一介紹。
3.1 帶式壓濾脫水機
帶式壓濾脫水機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形經過，依靠濾帶本身的張力形成對污泥層的壓榨和剪切力，把污泥層中的毛細水擠壓出來，獲得含固量較高的泥餅，從而實現污泥脫水。
一般帶式壓濾脫水機由濾帶、輥壓筒、濾帶張緊系統(tǒng)、濾帶調偏系統(tǒng)、濾帶沖洗系統(tǒng)和濾帶驅動系統(tǒng)構成。作機型選擇時，應從以下幾個方面加以考慮：
（1）濾帶。要求其具有較高的抗拉強度、耐曲折、耐酸堿、耐溫度變化等特點，同時還應考慮污泥的具體性質，選擇適合的編織紋理，使濾帶具有良好的透氣性能及對污泥顆粒的攔截性能。
（2）輥壓筒的調偏系統(tǒng)。一般通過氣動裝置完成。
（3）濾帶的張緊系統(tǒng)。一般也由氣動系統(tǒng)來控制。濾帶張力一般控制在0.3～0.7MPa，常用值為0.5MPa。
（4）帶速控制。不同性質的污泥對帶速的要求各不相同，即對任何一種特定的污泥都存在一個較佳的帶速控制范圍，在該范圍內，脫水系統(tǒng)既能保證一定的處理能力，又能得到高質量的泥餅。
帶式壓濾脫水機受污泥負荷波動的影響小，還具有出泥含水率較低且工作穩(wěn)定啟耗少、管理控制相對簡單、對運轉人員的素質要求不高等特點。同時，由于帶式壓濾脫水機進入國內較早，已有相當數量的廠家可以生產這種設備。在污水處理工程建設決策時，可以選用帶式壓濾機以降低工程投資。目前，國內新建的污水處理廠大多采用帶式壓濾脫水機，例如北京高碑店污水處理廠一期工程五臺脫水機全部是帶式壓濾脫水機，投入運行以來情況良好，所以在二期設備選型時仍然選用了這種機型。
3.2 離心式脫水機
離心脫水機主要由轉筒和帶空心轉軸的螺旋輸送器組成，污泥由空心轉軸送入轉筒后，在高速旋轉產生的離心力作用下，立即被甩入轉筒腔內。污泥顆粒比重較大，因而產生的離心力也較大，被甩貼在轉筒內壁上，形成固體層。水密度小，離心力也小，只在固體層內側產生液體層。固體層的污泥在螺旋輸送器的緩慢推動下，被輸送到轉筒的錐端，經轉筒周圍的出口連續(xù)排出，液體則由堰口溢流排至轉筒外，匯集后排出脫水機。
離心脫水機關鍵的部件是轉筒，轉筒的直徑越大，脫水處理能力越大，但制造及運行成本都相當高，很不經濟。轉筒的長度越長，污泥的含固率就越高，但轉筒過長會使性能價格比下降。使用過程中，轉筒的轉速是一個重要的控制參數，控制轉筒的轉速，使其既能獲得較高的含固率又能降低能耗，是離心脫水機運行好壞的關鍵。目前，多采用低速離心脫水機。在作離心式脫水機選型時，因轉筒或螺旋的外緣極易磨損，對其材質要有特殊要求。新型離心脫水機螺旋外緣大多做成裝配塊，以便更換。裝配塊的材質一般為碳化鎢，價格昂貴。
離心脫水機具有噪音大、能耗高、處理能力低等缺點。國內只有上海、浙江等地為數不多的幾個廠家可以生產小型離心脫水機，如果選擇大型離心脫水機，就只能依靠進口，會增加工程投資，同時，離心脫水機受污泥負荷的波動影響較大，對運行人員的素質要求較高，因此一般污水處理廠均不采用離心脫水工藝。但近幾年來，隨著科技進步，離心式脫水機的脫水技術在國外有了長足進展，例如瑞典Alfa Laval公司生產的螺旋離心式脫水機，其泥餅含固率可達30%以上，而且操作是在全封閉的環(huán)境中進行，脫水機周圍沒有任何污泥及污水存在，也沒有惡臭氣味，可以大大改善運行人員的工作環(huán)境，因而受到業(yè)界人士的青睞。
3.3 板框式壓濾脫水機
板框式壓濾機是通過板框的擠壓，使污泥內的水通過濾布排出，達到脫水目的。它主要由凹入式濾板、框架、自動-氣動閉合系統(tǒng)、側板懸掛系統(tǒng)、濾板震動系統(tǒng)、空氣壓縮裝置、濾布高壓沖洗裝置及機身一側光電保護裝置等構成。設備選型時，應考慮以下幾個方面：
（1）對泥餅含固率的要求。一般板框式壓濾機與其他類型脫水機相比，泥餅含固率較高，可達35%，如果從減少污泥堆置占地因素考慮，板框式壓濾機應該是首選方案。
（2）框架的材質。
（3）濾板及濾布的材質。要求耐腐蝕，濾布要具有一定的抗拉強度。
（4）濾板的移動方式。要求可以通過液壓-氣動裝置全自動或半自動完成，以減輕操作人員勞動強度。
（5）濾布振蕩裝置，以使濾餅易于脫落。與其他型式脫水機相比，板框式壓濾機較大的缺點是占地面積較大。以北京高碑店污水處理廠一期工程使用的帶式壓濾機和鞍山工業(yè)污水處理廠使用的板框式壓濾機為例作比較：高碑店污水廠處理污水量為50萬t/d，污泥產量1852.5m3/d，干物質92.63t/d，采用五臺德國KLEIN-KS30型帶式壓濾機，每臺壓濾機的基礎占地面積僅為2750×3500mm，鞍山污水廠處理水量為22t/d，干物質275t/d，采用六臺板框式壓濾機，每臺壓濾機的基礎占地面積達2400×12000mm，同時，由于板框式壓濾機為間斷式運行，效率低，操作間環(huán)境較差，有二次污染，國內大型污水處理廠已很少采用。但近來大量開發(fā)研制工作，使其適應了現代化污水處理廠的要求，如通過PLC系統(tǒng)控制就可以實現系統(tǒng)全自動運行，其壓濾、濾板的移動、濾布的振蕩、壓縮空氣的提供、濾布沖洗、進料等操作全部可通過PLC遠端控制來完成，大大減輕了工人勞動強度。
根據不同型式脫水機性能的比較分析可以看出，不同的污水處理廠在作污泥脫水方式選擇時，應從污泥特性、運行狀況、人員素質、對泥餅的要求以及資金、成本等幾個方面綜合考慮，才能作出相對合理的選擇。
4 河南省、上海市污泥處理現狀
4.1 河南省
目前河南污水廠采購污泥脫水設備的主要目的是對污水處理過程產生的污泥進行脫水，脫水后的污泥大多采用保守的填埋處理方法。污泥脫水機的作用是去除污泥中毛細水和表面附著水，從而縮小其體積，減輕其重量。污泥脫水設備以國產的帶式機和離心機為主，從目前設備效率來看，污泥脫水后含水率能從96%左右降到70～80%，其體積為原體積1/5以上，如能進一步提高出泥干度，則能進一步降低運輸費用和有利于污泥后續(xù)處理。
污泥處理處置是污水處理得以實施的保障，在發(fā)達 ，其投資約占污水處理廠總投資的50～70%。據統(tǒng)計，河南用于污泥處理處置的投資僅僅占污水處理廠總投資的20～50%，歷史欠賬較多，導致污泥處理處置技術裝備水平滯后，污泥處理量也處于嚴重滯后狀態(tài)。截止2008年底，河南省已建成城市污水處理廠136座，日處理污水586.8萬噸，總投資118.6億元，并已全部實現穩(wěn)定運行。2008年，河南全省城鎮(zhèn)污水廠實際處理污水量14.9億立方米，實現了每縣都有一座污水處理廠的目標。與此同時，污水處理的副產品污泥的產生量也在大幅度增長。
過去由于沒有嚴格的污泥排放監(jiān)管和政策要求，河南省內污水處理廠普遍將污水和污泥處理單元剝離開來，為了追求簡單的污水處理率，盡可能的簡化、甚至忽略了污泥處理單元。有的污水處理廠為了節(jié)省運行費用，將已建成的污泥處理設施長期閑置，甚至將未處理的濕污泥隨意外運、簡單填埋或堆放，導致許多中心城市出現了污泥包圍城市的現象，并且逐步向中小城市蔓延，給生態(tài)環(huán)境帶來了不容忽視的安全隱患。
4.2 上海市
上海市污泥處理處置現狀在全國具有普遍性，具體表現為：因污泥處理不到位，達不到處理填埋的干度要求（干度≥40%），污泥外運不出去，填埋場不歡迎，專用填埋場不能夠填埋，污泥資源化利用受阻。這一現狀，在上海乃至全國都普遍存在。
上海作為特大型城市，隨著污水廠不斷增加，污水量不斷增長，處理效率不斷提高，上海市污水處理廠污泥量也不斷增加，現實表明，上海市的污水處理廠污泥實現有效處理到了不得不解決的時刻。
上海市目前每處理1萬m3的污水（視進水污染物濃度高低）按照經驗值估算：
按照含水率80%計算，日產生5～8m3的污泥。
折算成干物質估算，約1000～1600kg干物質。
2007年，上海市48座城鎮(zhèn)污水處理廠，每日處理污水量457萬立方米，每天約產生含水率80%的污泥3800立方米。
2010年，上海市污水處理率達到80%，每天處理污水量為540萬立方米，每天產生含水率80%的污泥約3800立方米。
處理得當的污泥，在環(huán)境中處置時才會較大程度上避免有害影響的產生。污泥處置主要包括污泥濃縮、污泥機械脫水、污泥穩(wěn)定、污泥干化、污泥焚燒等等。
上海市目前污泥如何滿足填埋要求之辦法建議：
方法一、更換污泥脫水機械
上海市目前使用的污泥脫水設備絕大多數為離心及和帶式壓濾機，脫水后的含水率在80%左右，且采用高分子藥劑聚丙烯酰胺調理，脫水后的污泥像“涼粉”，無法滿足填埋要求。
個別廠家為了提高污泥干度，采用板框式壓濾機替代原有的離心機和帶式機，出泥干度是提高了，但是仍然無法滿足污泥有機物減量和穩(wěn)定的要求。
方法二：將污泥變成灰
也就是將污泥當中的水分盡可能脫出來以后，采用焚燒的方法，將污泥變成灰分，這樣徹底滿足了填埋要求，灰分同時還可以作為建材制作、水泥的骨料。
