板框厢式隔膜压滤机
前言
福州市西区水厂总设计规模为60万t/d，采用絮凝池-平流沉淀池-V型滤池净水工艺，原沉淀池排泥水、滤池反冲洗水混合进入厂区排水系统，通过压力管输送至厂区外的排泥水处理场，排泥水经高密度浓缩池浓缩，排入自然干化厂，自然干化至约含水率75%，定期清掏外运。利用干化场进行污泥脱水，干化场占地面积很大，造成土地资源浪费，其次自然干化场的脱水周期很长，而且受天气影响很大且不易运输，更易产生恶臭，造成卫生环境差。根据福州市规划及环境影响评价要求，福州市西区水厂工程排泥水经处理后，上清液达到《污泥综合排放标准》（GB8978-199）一级标准后排放至闽江，污泥需满足污泥处置混合填埋泥质中对填埋污泥的基本要求-污泥含水率应小于60%，污泥含固率达40%以上。
污泥脱水设备选型依据
卫生填埋要求带式压滤机，离心脱水机等一般能保证出泥含水率在78%左右，板框压滤机脱水具有出泥含固率高，长期运行可靠性强，不受污泥性质影响等优点，配合药剂调理，能将脱水机污泥含固率保持在60%以下，满足卫生填埋要求。因此板框压滤机最为符合福州西区水厂的机械脱水设备。
板框压滤机的类型
根据滤板的组成选型板框压滤机通常有普通厢式板框压滤机和隔膜板框压滤机，主要是根据滤板组的组合分，普通厢式板框压滤机的滤腔由两块普通厢式板组合成一个滤腔，隔膜板框压滤机由一块普通厢板和一块隔膜板框组成一个滤腔，隔膜板框压滤机较普通厢式板框压滤机循环时间短，通过将挤压水注入隔膜内进行二次挤压，出泥含固率较普通厢式板框压滤稍高，因此选用隔膜板框压滤机。
根据板框压滤机结构选型板框压滤机根据结构通常分为悬梁式板框压滤机和侧梁式板框压滤机。滤板规格在1200mm×1200mm以下的隔膜板框压滤机一般采用侧梁式板框压滤机，挂板数量少，成本比较低，国内生产技术也相对成熟，而滤板规格为1500mm×1500mm，2000mm×2000mm及以上规格滤板的隔膜板框压滤机悬梁式有明显的运行稳定优势，具体优势可以体现在以下几点：
（1）悬梁式板框压滤机由悬梁、两端端板，及两组底部拉杆形成三角形结构，使压滤机坚固安全的承受操作中液压机组的动态闭合压力，确保关闭压力均匀作用于整个滤板，整个板框压滤机运行平稳，使用寿命长。侧梁板框压滤机两根侧梁直线分布，承受液压缸的关闭压力时，容易产生不平衡现象。当滤板数量较多，机体较长时，横梁容易变产生弯曲变形。
（2）悬梁式板框压滤机采用标准挂钩将滤板悬挂在顶梁上，单挂臂式走板，而侧梁式板框压滤机滤板固定于两侧横梁上，长期运行滤板两侧把手会出现前后错位，导致后续的滤板移动空间受限，无法正常卸泥。
（3）悬梁式板框压滤机为敞开式，工作时可观察整个滤腔的工作状况及滤板的全程卸泥情况，可自由打开滤板组进行单独维护。而侧挂式板框压滤机上滤板横向安装在侧梁之上，整个滤板有约1/3被侧梁挡住，很难观察到压滤机的工作情况。
（4）悬梁式板框压滤机更换滤布更为方便。由于滤布为损耗品，需要检修或更换的频率较高，在检查及更换滤布滤板方面，侧挂式压滤机需要设置操作平台从机器上部调出滤板。而悬梁式压滤机只需要用行车将滤板从挂钩上调开，即可从侧面抽出，检修及更换滤布方便，而且保证了足够的操作空间。悬梁式板框压滤机2000mm×2000mm机型挂板数量可达150块，最大能达1000²，且采用先进的四个液压缸拉缸闭合滤板的结构。综合以上对比，滤板规格在1500mm×1500mm及以上规格，悬梁式板框压滤机更能保证长期稳定运行，减少运行维护费用。
隔膜板框压滤机选型的关键参数
脱水污泥类型及无机物含量选型需了解污泥类型及进入板框压滤机的污泥中无机物的含量也会影响出泥的效果及絮凝剂的使用量，因此无机物含量较高时，选型之前需要进行小试，确定泥饼的出泥含水率范围，选择药剂类型。
进泥含水率进入隔膜板框压滤机的污泥含水率不宜过高，含水率在95~98%比较合理，过高的污泥含水率不仅增加药剂的使用量，影响絮凝的效果，而且会延长进泥时间，增加污泥螺杆泵的流量，增加电耗，而且滤液量过大，会带走小部分固体，降低固体捕获率。福州西区水厂设置了污泥平衡池，保证进入隔膜板框压滤机的污泥含水率相对稳定在95~97%。
干固体含量隔膜板框压滤机每批次处理的干固体量基本保持恒定，因为板框压滤机容积为恒定值，因此在设备选型计算时，干固体含量为关键参数之一，实际进泥干固含量不能低于设计处理干固含量的85%，否则容易造成隔膜破损，挤压水溅出。
隔膜板框压滤机系统的组成和功能
隔膜板框压滤机系统的组成隔膜板框压滤机系统由高密度浓缩池，平衡池，隔膜板框压滤机，絮凝剂制备及投加系统，进泥泵，压榨系统，高压冲洗系统，空气压缩系统，泥饼输送系统。
核心设备隔膜板框压滤机福州市西区水厂排泥水处理项目脱水污泥为沉淀池排泥水及滤池反冲洗废水，经提升后，输送至厂区外的高密度浓缩池。高密度浓缩池对排泥水进行加药以改善其沉降特性，再经絮凝、泥水分离、浓缩，污泥进入污泥平衡池。浓缩后污泥进泥含水率约95~97%，日处理干泥量为25.5t。经过选型计算及技术比较，隔膜板框压滤机滤板尺寸为1500mm×1500mm。脱水机房为上下层结构，脱水机房一层设置隔膜板框压滤机配套的进泥、加药、冲洗、挤压等设备，脱水机房二层布置厢式隔膜压滤机及配电系统、控制系统等。污泥脱水机房及加药间平面尺寸：34.4m×30.4m，高度14.0m；污泥堆棚平面尺寸：12.0m×23.8m，高度6.6m。悬梁式隔膜板框压滤机，滤板规格为1500mm×1500mm，板框体积4.1m3，板框压滤机过滤面积252m2，最大过滤压力0.8MPa，最高压榨压力1.6MPa，滤板数量75，滤腔深度为30/40mm，平均深度35mm，泥饼厚度约25mm。每日工作18h，每批次3h，进泥约60min，压榨40min，卸泥40m，其他时间10min，日运行6批次，设计单台处理干泥量约1.06TDS/次，现板框压滤机实际单台处理干泥量约1.1TDS/批次。每台每批次处理污泥量约30~38m3，污泥经PAM絮凝调理后，脱水泥饼含固率可达45~50%，泥饼量约3t/批次。隔膜板框压滤机及配套通过PLC控制系统、上位机中控系统实现全自动运行，系统稳定可靠。
隔膜板框压滤机的工作原理：进泥→压榨水压榨→反吹→回水→卸泥→清洗。
进泥污泥均衡池中污泥经搅拌均匀后，通过变频螺杆泵及附属连接管路输送至压滤机过滤，进料泵进料过程是个变频控制过程，采用高低压两套变频螺杆泵分级进泥的方式，即先用大流量低压螺杆泵进泥，到一定压力后再用小流量高压螺杆泵进泥，同时均配带变频根据压力变化调节流量，随着进料压力的增大，进料量越来越少，当压力达到设定高值时，保压一定时间后，停泵，进料过程结束。滤液一般通过暗流管道排走，滤液回到滤液收集池。
隔膜压榨进料结束后，开始高压压榨过程，压榨系统是由压榨水罐、挤压泵，阀门，仪表及其连接管路等组成。压榨采用隔膜进水挤压滤饼脱水，挤压的目的是为了进一步降低泥饼含水率。挤压过程是通过挤压泵向隔膜板空腔中注水，通过挤压相邻两块隔膜板之间的泥饼。安装在管道上的压力传感器反馈信号给挤压泵变频器，其变频控制挤压泵压榨过程，当系统压力达到设定值，开启调节阀调节压榨泵流量，挤压泵保压，当压力下降到一定值时挤压泵再次启动。
吹脱吹脱系统由空气压缩系统和压缩空气储存系统组成，经过空压机压缩空气后进入储气罐储存，储存空气通过管道连接到机身吹脱气管。吹脱是利用压缩空气进行回吹，中心回吹是从机身尾端中心进料管道吹脱，使中心进料管道中未过滤的含水率较高的污泥回流到污泥回流管中。
回水卸压挤压吹脱完成后，隔膜板框压滤机卸压，同时压榨水通过重力或压榨泵反转回流到压榨水水箱循环使用。
卸料卸料是污泥处理的最后一道工序，自动拉板装置启动，压紧板向后拉开，拉开到位后自动卸饼装置开始工作，卸料开始。滤板上安装有自动卸泥装置配合卸泥。
隔膜板框压滤机设计特点
（1）悬梁式板框压滤机，先进的三角稳定结构，运行稳定。
（2）每块滤板有独立的移动小车，滤板移动为单挂臂走板，大大降低设备故障率。
（3）板框压滤机卸泥配有自动泥饼卸除装置，在滤板的移动过程中，利用弹簧夹扩张滤板两边的滤布卸泥，扩张角度30°左右，不用整个滤布倾斜，以免滤布磨损。
（4）液压系统德国原厂进口，包括进口液压缸，进口液压站。
（5）板框压滤机带有安全保护装置，带有安全保护光栅，当操作人员进入危险操作区，设备会报警并停止运行，保证运行工况的安全性。（6）集水盘（盖板）由全液压控制，具有两个功能：排泥斗盖板具备以下两种功用：
①当没有运行污泥饼排放装置时能用于遮盖地面排料口；
②当开放并冲洗压滤机时能用做滤液收集槽。
隔膜板框压滤机的系统功能
隔膜板框压滤机的主要配套设备压进泥泵流量约40m3/h，压力3~4bar，功率7.5kW4台高压进泥泵流量20m3/h，压力10bar，功率11kW4台隔膜挤压泵流量10~15m3/h，压力16~18bar，功率18.5kW4台隔膜挤压储水罐V=5m3，材质：PP4台高压冲洗水泵流量275L/min，压力100bar，功率55kW2台冲洗储水罐V=5m3，材质：PP2套PAM制备装置干粉制备能力10kg/h，配制浓度：0.15%2套絮凝剂投加螺杆泵流量1.5m3/h，压力10bar，功率2.2kW4台在线混合器3kW4台空压机流量1.61m3/min，压力14bar，功率15kW2台冷干机（含过滤器）配套1台吹脱储气罐3.0m3，1.3MPa1台仪表储气罐1.0m3，1.3MPa1台泥饼排放槽配套4套水平螺旋输送机Q=16m3/h，L=11.5m，N=7.5kW4套控制系统配套1套西区水厂采用的是高低压泵进泥，运行时先开启高流量低扬程螺杆泵，螺杆泵均为变频控制，待压滤机压力达到设定值后，再开启低流量高扬程螺杆泵，进泥时间约60~70min。污泥调理是板框压滤机进泥前的重要环节。本工程采用以聚丙烯酰胺（PAM）为调理剂的污泥调理系统，聚丙烯酰胺（PAM）作为污泥调理剂具有具有投药量少，出泥含固率高等优势。根据工程调试情况，经对比试验，目前采用的阳离子PAM，分子量为800万，加药量设计为2.5gPAM/1kgDS，PAM溶液由PAM药液制备及稀释装置制备，配制浓度0.15%PAM溶液投加。PAM的投加点在进泥泵后的管路上，通过动态在线混合器充分混合。压榨系统为专业设计的进水，安全压力显示及压力保护，系统设有调节阀调节流量保证变频螺杆一直处于保压状态，系统设置有安全阀，当压力高于压榨压力，安全阀会自动打开，防止滤板受损。板框压滤机滤布清洗采用高压自动冲洗系统，清洗时，位于压滤机顶部的喷射腔在水平面自动移动，以100bar的高压冲洗，7~15d冲洗一次，保证滤布清洁，滤网孔畅通。工程采用有轴双螺旋输送机输送40%的泥饼，双轴螺旋输送机不仅有破碎作用，而且可以将泥饼排放槽低的污泥向中间聚合，保证泥饼完全外送的效果。脱水机房隔膜压滤机及配套设备控制系统之间的通讯通过西门子Profibus-DP网络完成，公用设备MCC柜、1#~4#压滤机电控柜、PAM制备系统控制柜都连接在Profibus-DP网络上。实现了全自动系统控制。
运行费用分析
本项目现通过对药剂费、电耗、运输费用的记录分析，计算以污泥进泥含水率96%计算，得出每吨污泥脱水处理成本。根据板框压滤机及配套设备运行的时间及功率消耗计，每批次消耗36kWh，每批次进泥量约28m3/批次，约1.1DS，计算电耗约1.32kWh/m3进泥含水率96%的污泥。药剂投加为2.5kg/tDS，运输距离约30km，1m3含水率96%的污泥产生的泥饼量为0.1m3。目前市场隔膜板框压滤机系统设备投加石灰/Fecl3调理剂的能耗成本在200元/tDS左右为合理范围，投加PAM调理剂的系统，根据PAM药剂的选型及投加量偏差较大，能耗成本在100~120元/tDS，根据以上分析比较，福州西区水厂经试验后阳离子PAM，分子量为800万，综合运行成本低，且出泥效果好，污泥含固率通常可达50%以上，有时甚至高达60%。
结语
本工程已进入正式运行阶段，在配合PAM絮凝剂条件下，出泥含水率控制在55%以下，满足了规划及设计要求及城市污泥混合填埋的基本要求。设备的合理选型及整套工艺的配置完善，保证了系统的全自动化运行，体现了整个系统的先进性和优越性。系统有效降低了工人的劳动强度，且在保证泥饼效果的情况下运行成本低，节约了运行成本。
作者：章良艺教授
