摘要：文章通過對帶式壓濾機的設(shè)計和應(yīng)用實踐，從機械結(jié)構(gòu)設(shè)計角度分析了帶式壓濾機重力脫水區(qū)、壓榨脫水區(qū)以及輔助系統(tǒng)對整機處理能力的影響，并且提供了設(shè)計參數(shù)。
關(guān)鍵詞：帶式壓濾機 結(jié)構(gòu)設(shè)計 重力脫水區(qū) 壓榨脫水區(qū) 濾帶
前言
隨著人們環(huán)保意識的不斷加強和我國環(huán)保政策和法規(guī)的不斷完善，各行各業(yè)處理項目和工程急劇增多，各種各樣的固液分離設(shè)備也隨之不斷地應(yīng)用于工程實踐。科學(xué)技術(shù)的不斷進步，新產(chǎn)品、新技術(shù)、新材料不斷涌現(xiàn)，以及工程項目對服務(wù)設(shè)備的經(jīng)濟技術(shù)、投資成本指標等要求的不斷提高，各個工程項目中所有設(shè)備的開機率和連續(xù)工作時間也都大幅度的提高，這就給在污泥脫水領(lǐng)域中占有大市場份額的帶式壓濾機提出了新的更高的要求。
我國自六十年代末開始引進應(yīng)用、消化吸收國外的先進技術(shù)，同時開發(fā)擁有自主技術(shù)的同類設(shè)備。帶式壓濾機作為污泥脫水工藝過程中的主導(dǎo)設(shè)備，其對具體工藝條件的適應(yīng)性和本身工作的可靠性是否能夠達到預(yù)期的設(shè)計指標、滿足工藝要求，受到了實實在在的考核與驗證。
1 帶式壓濾機概述
帶式壓濾機是由化學(xué)絮凝和機械擠壓原理相結(jié)合而組成的高效固液分離設(shè)備，其連續(xù)生產(chǎn)性好、自動化程度高、工作穩(wěn)定性好、可靠性強、動力消耗少、操作維修簡便、工人勞動強度低、處理能力大等優(yōu)點廣泛應(yīng)用于各行業(yè)的污泥處理工藝過程。 帶式壓濾機在實際工程應(yīng)用中所涉及的主要技術(shù)經(jīng)濟指標有： （1）處理能力（Kg絕干污泥/h/m或m3/h/m）； （2）脫水泥餅含水率（%）； （3）化學(xué)藥劑添加量（Kg/m3或Kg/T絕干污泥）； （4）動力消耗（Kwh）； （5）沖洗水耗量（m3/h）； （6）帶張力（kN/ m）； （7）帶有效寬度（mm）； （8）濾帶運行速度（m/min）； （9）氣源壓力（Mpa）。
以上九項指標中，處理能力是評價帶式壓濾機綜合性能的首要指標，然而，污泥脫水處理工藝水平高低和帶式壓濾機結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)劣都是影響其處理能力的直接因素。工藝因素是多方面綜合性的，諸如：
（1）絮凝藥劑選擇：目前，聚丙稀酰胺（PAM）是污泥脫水領(lǐng)域應(yīng)用廣泛的絮凝劑，PAM可分為陽離子型、陰離子型和非離子型，其中每一個離子型又可分為許多種分子量。因此，對不同的處理介質(zhì)，應(yīng)該選擇不同類型不同品種的PAM，例如，市政一般都需要使用陽離子型，而酒精、金礦尾礦等行業(yè)一般都需要選用陰離子型。在定性選擇之后，還要進行定量選擇，否則，非但達不到提高處理量之目的，甚至有可能造成污泥脫水根本無法進行。
（2）助凝藥劑選擇：不同行業(yè)的處理或不同處理介質(zhì)的污泥脫水，所使用的絮凝藥劑有所不同，有時還需要添加必要的助凝藥劑，例如酒精行業(yè)的酒糟脫水，就必須在添加PAM之前，先加入PAC（堿式氯化鋁）或熟石灰（氫氧化鈣）等，否則就根本無法形成絮體進行脫水。
（3）藥劑溶解濃度、添加量：確定了藥劑的具體品種、型號，就要進行溶解濃度、添加量與脫水效果、運行成本等指標對比的試驗，以終確定運行成本相對低、脫水效果相對好、處理量相對大的工藝指標。
溶藥裝置能否保證藥劑熟化時間、熟化狀態(tài)為佳、使帶式壓濾機連續(xù)生產(chǎn)性得以充分發(fā)揮，加藥裝置是否能夠保證藥劑的分子鏈不被破壞、藥劑的活性不被降解，使污泥形成足以承受一定壓力的絮體等，都是屬于工藝因素方面的問題。這里，我們?yōu)榱搜芯繋綁簽V機本身的結(jié)構(gòu)設(shè)計對其處理能力的影響，因此，暫且拋開工藝因素進行分析。
2 結(jié)構(gòu)設(shè)計對帶式壓濾機處理能力的影響
任何一臺帶式壓濾機都是由重力脫水區(qū)和壓榨脫水區(qū)加之必要的輔助系統(tǒng)組成一臺完整的機器。
2.1 重力脫水區(qū)
絮凝污泥首先進入重力脫水區(qū)，絮凝產(chǎn)生的游離水絕大部分需在該區(qū)被脫除。所以，重力脫水區(qū)是影響帶式壓濾機處理能力首當其沖的主要因素之一。在重力脫水區(qū)內(nèi)，絮體沉淀在濾帶之上，游離水需要通過絮體透過濾帶而脫除，這就給長度有限的重力脫水區(qū)段增加了很大的負擔，要在整機尺寸和重力脫水區(qū)長度不變的前提下大地提高該區(qū)的效率，在其結(jié)構(gòu)的考慮上，從以下三方面著手很有實效： （1）設(shè)計具有一定仰角的上傾式濾帶運動結(jié)構(gòu)，這樣，污泥隨濾帶向前運動時，大部分游離水將倒流回入泥口處的湍流區(qū)（圖1），在湍流區(qū)內(nèi)絮體尚在生長過程加之受污泥泵的推力作用，完全處于運動狀態(tài)，所以，游離水不會受絮體層的阻礙而極易被脫除。實踐證明，其仰角以30左右為益。例如：山東倉上金礦進行的工業(yè)性試驗中，使用DY3000型（3000mm帶寬）帶式壓濾機，原設(shè)計重力脫水區(qū)是水平的，經(jīng)改造為上傾式后，處理效果和處理量都有明顯提高。
（2）設(shè)計多級錯位布置的犁耙梳泥結(jié)構(gòu)，使移出湍流區(qū)平鋪與濾帶上的污泥不斷受到梳理，以使未及倒流回湍流區(qū)的游離水被及時濾掉。其犁耙級數(shù)和耙齒間距的設(shè)置應(yīng)根據(jù)重力脫水區(qū)的長度和對各種處理介質(zhì)的適應(yīng)性來綜合考慮進行設(shè)計。
（3）在滿足整機結(jié)構(gòu)尺寸的前提下，重力脫水區(qū)長度尺寸應(yīng)盡可能加大，以求得長的重力脫水時間。
2.2 楔型脫水區(qū)
隨著濾帶的運轉(zhuǎn)，污泥進入楔型脫水區(qū)，楔型區(qū)兼有重力脫水和壓榨脫水的雙重作用，所以，楔型區(qū)亦是影響帶式壓濾機處理能力的主要因素之一。
眾所周知，當污泥還處于自由重力脫水具有較強流動狀態(tài)的時侯，若對其突然施壓，勢必會造成污泥快速向受壓點四周擴散，倘若由兩條濾帶組成的夾角很大，即污泥突然進入由兩條濾帶組成的擠壓部，則必然造成從濾帶兩側(cè)外卸產(chǎn)生“跑泥”現(xiàn)象。（圖2）
產(chǎn)生“跑泥”就無法壓出泥餅，也就更談不上提高處理量。從這一點上講，楔形角應(yīng)越小越好。但是，若楔形角設(shè)計過小，從重力脫水區(qū)過來的污泥不能全部進入楔型區(qū)，直接造成污泥在楔型區(qū)入口處堆積從濾帶兩側(cè)外溢。此時，只能減小污泥泵流量以保證脫水工藝的穩(wěn)定，這樣反而減小了處理量。若處理不當還會造成整個脫水工藝過程發(fā)生紊亂。（圖3）
究竟楔形角多大才合理，應(yīng)該結(jié)合重力脫水區(qū)的長度，濾帶運行的速度范圍，濾帶的透水性能，楔型區(qū)的長度、帶式壓濾機設(shè)計大處理能力等因素綜合考慮；應(yīng)保證即能大限度地接受重力脫水區(qū)送來的污泥，又可以使污泥在楔型區(qū)內(nèi)盡可能早的接受緩慢遞增的、污泥向濾帶兩側(cè)擴散外溢趨勢極小的預(yù)壓，使污泥中剩余游離水的脫除量完全滿足污泥逐漸增稠變硬的要求，從而順利地過渡到壓榨區(qū)。
實踐證明，對于大部分處理介質(zhì)，若入料固含量按≥3%計，其楔型區(qū)設(shè)計長度大于2m，楔形角設(shè)計為1.50左右，可以使帶式壓濾機實際處理量達到240~300Kg（DS）/h.m以上。例如：山東蓬萊市處理廠選用一臺DY2000帶式壓濾機，實測出泥3.5 m3/h（含水率81.6%），其入料固含量為4.6%，則實際處理3.5×18.4%÷4.6%=14 m3/h，折絕干污泥14×4.6%=322Kg/h.m。
2.3 壓榨脫水區(qū)
經(jīng)過楔型脫水區(qū)脫水的污泥，仍然還沒有形成濾餅，并且具有一定的流動性，但是已經(jīng)完全可以經(jīng)受來自兩條濾帶施加給其的合理壓榨力。之所以稱合理壓榨力，是因為如果壓榨區(qū)結(jié)構(gòu)設(shè)計的不合理，也完全可能造成污泥在接受逐漸增加的擠壓力的過程中，形成污泥受壓擴散和濾水過程不協(xié)調(diào)而外瀉“跑泥”。所以，壓榨區(qū)結(jié)構(gòu)設(shè)計的優(yōu)劣，也將對帶式壓濾機處理量產(chǎn)生直接影響。
（1）輥徑變化的影響：壓榨輥曲率半徑的均勻遞減，則各輥單位面積上的正壓力均勻遞增，即污泥所受的擠壓力和剪切力由低向高均勻、平穩(wěn)過渡， 這樣可以有效地避免由于壓力突變造成的“跑泥”現(xiàn)象。為此，應(yīng)盡可能做到相臨兩輥徑之差為接近值的降徑設(shè)計。如我們設(shè)計的壓榨輥系相臨輥徑差值的排列順序為：49、52、52、54、60mm。
（2）包角變化的影響：濾帶對各輥的包角趨近等梯度增加，使得污泥在壓榨段內(nèi)一直處于穩(wěn)定遞增的受壓狀態(tài)，既可以保證提高處理量的穩(wěn)定性又可以大限度的降低泥餅含水率。為此，應(yīng)盡可能做到壓力由低向高的輥子包角趨近等梯度增加的設(shè)計思路。
（3）相鄰兩輥中心距的影響：壓榨輥系中相鄰兩輥中心距的合理布局，可以大限度降低壓榨段濾帶做無用功的長度，以盡可能地防止“漏泥”現(xiàn)象產(chǎn)生而影響處理量。為此，應(yīng)力求做到相鄰兩輥中心距短的設(shè)計標準。
輥徑、包角和中心距是互為關(guān)聯(lián)的三個指標，在實踐中應(yīng)以輥徑為基準與包角和中心距兩指標進行平衡設(shè)計，以求得相對的佳設(shè)計方案。
2.4 濾帶張力
常規(guī)狀態(tài)下，張力值設(shè)計的越大，泥餅含水率可能越低，但是，壓力越高壓榨段擠漏“跑泥”的可能性就越大，為了解決“跑泥”，實際工作中在其它因素（如絮凝效果、沖洗效果等）都正常只有采用減小處理量來求得平衡。所以，在保證泥餅含水率基本要求的前提下，從提高處理量和延長氣動元件、濾帶、軸承等零部件的服務(wù)壽命角度考慮，應(yīng)適當降低張力設(shè)計值。
2.5 濾帶運行速度
在保證污泥由重力、楔型脫水區(qū)安全、平穩(wěn)過渡到壓榨區(qū)的前提下（80%以上游離水充分脫除），適當提高濾帶運行速度就可以相應(yīng)提高污泥泵流量，也就是提高了帶式壓濾機的處理量。為此，在滿足其它設(shè)計指標的前提下，應(yīng)適當擴大濾帶運行速度范圍指標。
2.6 濾帶沖洗裝置
污泥脫水是通過濾帶編織的縫隙排泄濾液的，當污泥經(jīng)過壓榨脫水后，殘存在濾帶縫隙中的泥渣若不及時處理干凈，下一個脫水循環(huán)的濾液就無法透過濾帶排出。這樣，勢必造成從濾帶兩側(cè)泄漏。此時，處理量急劇下降甚至根本談不上處理量。所以，設(shè)計高性能的沖洗裝置是非常重要的。
長期的工程實踐證明：噴嘴出口處沖洗水流速保持在6m/sec左右，射流角度為85°左右，在濾帶上形成的沖洗帶寬度位于80~90mm范圍，兩噴嘴射出的水流邊緣錯位疊加為15~25mm時（圖4），其沖洗效果、耗水量、水泵電機功率等指標的匹配相對佳。
2.7 濾帶選擇
濾帶透氣量選擇的合適與否，對處理能力的提高起著至關(guān)重要的作用。透氣量過大，容易造成壓榨段濾液渾濁，去除率降低。透氣量過小，重力區(qū)排水效率低，處理能力直接受到影響，當絮凝效果稍有下降時，還有可能在壓榨段出現(xiàn)擠壓“跑泥”現(xiàn)象。
通過在實驗室0.3米帶式壓濾機上對天津造紙網(wǎng)廠和沈陽銅網(wǎng)廠生產(chǎn)的多種形式和型號的濾帶（如20903、17704、22503、22504、6850等）上機對各種不同處理介質(zhì)進行脫水試驗和多年現(xiàn)場應(yīng)用證明，對各種處理介質(zhì)適應(yīng)性較強的透氣量指標在8000~10000m3/h范圍內(nèi)。同時，選擇濾帶時還應(yīng)該考慮到濾帶編織結(jié)構(gòu)對沖洗效果的影響（相同透氣量，不同編織結(jié)構(gòu)的濾帶對沖洗效果的影響不同）、耐磨性、接頭形式（涉及到小曲率半徑）對濾帶壽命的影響等。
3 工程實例 3.1河北制藥廠
河北制藥廠一期處理工程使用了DY2000型（2000mm帶寬）帶式壓濾機5臺，二期工程又增選5臺，共計10臺帶式壓濾機成套裝備服務(wù)于該廠的污泥脫水系統(tǒng)。實測平均每臺帶式壓濾機處理入料固含量為3%的16.67m3/h，則處理絕干污泥達到250.05Kg/h.m。
3.2 山東聊城市處理廠
山東聊城市處理廠使用了2臺DNS-2000B一體化污泥濃縮壓濾機（2000mm帶寬帶式壓濾機前置2000mm帶寬污泥濃縮預(yù)脫水機），實測指標為：入料污泥固含量9752mg/l；處理量51.4 m3/h；泥餅含水率80.77%；出泥餅量2606.87 Kg/h。根據(jù)以上實測數(shù)據(jù)可反算出處理量為：2.60687×100-80.77）%÷0.9752%=51.405m3/h（與實測吻合）；處理絕干污泥量為：51.405×0.9752%=501.3Kg/h÷2=250.65Kg/h.m。
一般情況下帶壓機處理能力僅為150~200Kg/h.m，經(jīng)過結(jié)構(gòu)改進的帶壓機處理能力提高了25~30%。
4 結(jié)論
通過以上討論和分析不難看出，結(jié)構(gòu)設(shè)計對帶式壓濾機處理能力的影響主要體現(xiàn)在重力脫水區(qū)、楔型脫水區(qū)、壓榨區(qū)、沖洗裝置的設(shè)計以及濾帶運行速度、濾帶張力設(shè)計和濾帶選擇等方面。如果將每一個問題都考慮的即全面具體，又能夠有機地協(xié)調(diào)好各方面的相互配合和制約關(guān)系，就能夠使帶式壓濾機很好的服務(wù)于我國各行業(yè)的固液分離領(lǐng)域。
