foreword

福州市西區水廠總設計規模為60萬t/d，采用絮凝池-平流沉淀池-V型濾池凈水工藝，原沉淀池排泥水、濾池反沖洗水混合進入廠區排水系統，通過壓力管輸送至廠區外的排泥水處理場，排泥水經高密度濃縮池濃縮，排入自然干化廠，自然干化至約含水率75%，定期清掏外運。利用干化場進行污泥脫水，干化場占地面積很大，造成土地資源浪費，其次自然干化場的脫水周期很長，而且受天氣影響很大且不易運輸，更易產生惡臭，造成衛生環境差。根據福州市規劃及環境影響評價要求，福州市西區水廠工程排泥水經處理后，上清液達到《污泥綜合排放標準》（GB8978-199）一級標準后排放至閩江，污泥需滿足污泥處置混合填埋泥質中對填埋污泥的基本要求-污泥含水率應小于60%，污泥含固率達40%以上。

污泥脫水設備選型依據

衛生填埋要求帶式壓濾機，離心脫水機等一般能保證出泥含水率在78%左右，Plate and frame filter press脫水具有出泥含固率高，長期運行可靠性強，不受污泥性質影響等優點，配合藥劑調理，能將脫水機污泥含固率保持在60%以下，滿足衛生填埋要求。因此板框filter press最為符合福州西區水廠的機械脫水設備。

板框壓濾機的類型

根據濾板的組成選型板框壓濾機通常有普通廂式板框壓濾機和隔膜板框壓濾機，主要是根據濾板組的組合分，普通廂式板框壓濾機的濾腔由兩塊普通廂式板組合成一個濾腔，隔膜板框壓濾機由一塊普通廂板和一塊隔膜板框組成一個濾腔，隔膜板框壓濾機較普通廂式板框壓濾機循環時間短，通過將擠壓水注入隔膜內進行二次擠壓，出泥含固率較普通廂式板框壓濾稍高，因此選用隔膜板框壓濾機。

根據板框壓濾機結構選型板框壓濾機根據結構通常分為懸梁式板框壓濾機和側梁式板框壓濾機。濾板規格在1200mm×1200mm以下的隔膜板框壓濾機一般采用側梁式板框壓濾機，掛板數量少，成本比較低，國內生產技術也相對成熟，而濾板規格為1500mm×1500mm，2000mm×2000mm及以上規格濾板的隔膜板框壓濾機懸梁式有明顯的運行穩定優勢，具體優勢可以體現在以下幾點：

（1）懸梁式板框壓濾機由懸梁、兩端端板，及兩組底部拉桿形成三角形結構，使壓濾機堅固安全的承受操作中液壓機組的動態閉合壓力，確保關閉壓力均勻作用于整個濾板，整個板框壓濾機運行平穩，使用壽命長。側梁板框壓濾機兩根側梁直線分布，承受液壓缸的關閉壓力時，容易產生不平衡現象。當濾板數量較多，機體較長時，橫梁容易變產生彎曲變形。

（2）懸梁式板框壓濾機采用標準掛鉤將濾板懸掛在頂梁上，單掛臂式走板，而側梁式板框壓濾機濾板固定于兩側橫梁上，長期運行濾板兩側把手會出現前后錯位，導致后續的濾板移動空間受限，無法正常卸泥。

（3）懸梁式板框壓濾機為敞開式，工作時可觀察整個濾腔的工作狀況及濾板的全程卸泥情況，可自由打開濾板組進行單獨維護。而側掛式板框壓濾機上濾板橫向安裝在側梁之上，整個濾板有約1/3被側梁擋住，很難觀察到壓濾機的工作情況。

（4）懸梁式板框壓濾機更換濾布更為方便。由于濾布為損耗品，需要檢修或更換的頻率較高，在檢查及更換濾布濾板方面，側掛式壓濾機需要設置操作平臺從機器上部調出濾板。而懸梁式壓濾機只需要用行車將濾板從掛鉤上調開，即可從側面抽出，檢修及更換濾布方便，而且保證了足夠的操作空間。懸梁式板框壓濾機2000mm×2000mm機型掛板數量可達150塊，最大能達10002，且采用先進的四個液壓缸拉缸閉合濾板的結構。綜合以上對比，濾板規格在1500mm×1500mm及以上規格，懸梁式板框壓濾機更能保證長期穩定運行，減少運行維護費用。

隔膜板框壓濾機選型的關鍵參數

脫水污泥類型及無機物含量選型需了解污泥類型及進入板框壓濾機的污泥中無機物的含量也會影響出泥的效果及絮凝劑的使用量，因此無機物含量較高時，選型之前需要進行小試，確定泥餅的出泥含水率范圍，選擇藥劑類型。

進泥含水率進入隔膜板框壓濾機的污泥含水率不宜過高，含水率在95~98%比較合理，過高的污泥含水率不僅增加藥劑的使用量，影響絮凝的效果，而且會延長進泥時間，增加污泥螺桿泵的流量，增加電耗，而且濾液量過大，會帶走小部分固體，降低固體捕獲率。福州西區水廠設置了污泥平衡池，保證進入隔膜板框壓濾機的污泥含水率相對穩定在95~97%。

干固體含量隔膜板框壓濾機每批次處理的干固體量基本保持恒定，因為板框壓濾機容積為恒定值，因此在設備選型計算時，干固體含量為關鍵參數之一，實際進泥干固含量不能低于設計處理干固含量的85%，否則容易造成隔膜破損，擠壓水濺出。

隔膜板框壓濾機系統的組成和功能

隔膜板框壓濾機系統的組成隔膜板框壓濾機系統由高密度濃縮池，平衡池，隔膜板框壓濾機，絮凝劑制備及投加系統，進泥泵，壓榨系統，高壓沖洗系統，空氣壓縮系統，泥餅輸送系統。

核心設備隔膜板框壓濾機福州市西區水廠排泥水處理項目脫水污泥為沉淀池排泥水及濾池反沖洗廢水，經提升后，輸送至廠區外的高密度濃縮池。高密度濃縮池對排泥水進行加藥以改善其沉降特性，再經絮凝、泥水分離、濃縮，污泥進入污泥平衡池。濃縮后污泥進泥含水率約95~97%，日處理干泥量為25.5t。經過選型計算及技術比較，隔膜板框壓濾機濾板尺寸為1500mm×1500mm。脫水機房為上下層結構，脫水機房一層設置隔膜板框壓濾機配套的進泥、加藥、沖洗、擠壓等設備，脫水機房二層布置廂式隔膜壓濾機及配電系統、控制系統等。污泥脫水機房及加藥間平面尺寸：34.4m×30.4m，高度14.0m；污泥堆棚平面尺寸：12.0m×23.8m，高度6.6m。懸梁式隔膜板框壓濾機，濾板規格為1500mm×1500mm，板框體積4.1m3，板框壓濾機過濾面積252m2，最大過濾壓力0.8MPa，最高壓榨壓力1.6MPa，濾板數量75，濾腔深度為30/40mm，平均深度35mm，泥餅厚度約25mm。每日工作18h，每批次3h，進泥約60min，壓榨40min，卸泥40m，其他時間10min，日運行6批次，設計單臺處理干泥量約1.06TDS/次，現板框壓濾機實際單臺處理干泥量約1.1TDS/批次。每臺每批次處理污泥量約30~38m3，污泥經PAM絮凝調理后，脫水泥餅含固率可達45~50%，泥餅量約3t/批次。隔膜板框壓濾機及配套通過PLC控制系統、上位機中控系統實現全自動運行，系統穩定可靠。

隔膜板框壓濾機的工作原理：進泥→壓榨水壓榨→反吹→回水→卸泥→清洗。

進泥污泥均衡池中污泥經攪拌均勻后，通過變頻螺桿泵及附屬連接管路輸送至壓濾機過濾，進料泵進料過程是個變頻控制過程，采用高低壓兩套變頻螺桿泵分級進泥的方式，即先用大流量低壓螺桿泵進泥，到一定壓力后再用小流量高壓螺桿泵進泥，同時均配帶變頻根據壓力變化調節流量，隨著進料壓力的增大，進料量越來越少，當壓力達到設定高值時，保壓一定時間后，停泵，進料過程結束。濾液一般通過暗流管道排走，濾液回到濾液收集池。

隔膜壓榨進料結束后，開始高壓壓榨過程，壓榨系統是由壓榨水罐、擠壓泵，閥門，儀表及其連接管路等組成。壓榨采用隔膜進水擠壓濾餅脫水，擠壓的目的是為了進一步降低泥餅含水率。擠壓過程是通過擠壓泵向隔膜板空腔中注水，通過擠壓相鄰兩塊隔膜板之間的泥餅。安裝在管道上的壓力傳感器反饋信號給擠壓泵變頻器，其變頻控制擠壓泵壓榨過程，當系統壓力達到設定值，開啟調節閥調節壓榨泵流量，擠壓泵保壓，當壓力下降到一定值時擠壓泵再次啟動。

吹脫吹脫系統由空氣壓縮系統和壓縮空氣儲存系統組成，經過空壓機壓縮空氣后進入儲氣罐儲存，儲存空氣通過管道連接到機身吹脫氣管。吹脫是利用壓縮空氣進行回吹，中心回吹是從機身尾端中心進料管道吹脫，使中心進料管道中未過濾的含水率較高的污泥回流到污泥回流管中。

回水卸壓擠壓吹脫完成后，隔膜板框壓濾機卸壓，同時壓榨水通過重力或壓榨泵反轉回流到壓榨水水箱循環使用。

卸料卸料是污泥處理的最后一道工序，自動拉板裝置啟動，壓緊板向后拉開，拉開到位后自動卸餅裝置開始工作，卸料開始。濾板上安裝有自動卸泥裝置配合卸泥。

隔膜板框壓濾機設計特點

（1）懸梁式板框壓濾機，先進的三角穩定結構，運行穩定。

（2）每塊濾板有獨立的移動小車，濾板移動為單掛臂走板，大大降低設備故障率。

（3）板框壓濾機卸泥配有自動泥餅卸除裝置，在濾板的移動過程中，利用彈簧夾擴張濾板兩邊的濾布卸泥，擴張角度30°左右，不用整個濾布傾斜，以免濾布磨損。

（4）液壓系統德國原廠進口，包括進口液壓缸，進口液壓站。

（5）板框壓濾機帶有安全保護裝置，帶有安全保護光柵，當操作人員進入危險操作區，設備會報警并停止運行，保證運行工況的安全性。（6）集水盤（蓋板）由全液壓控制，具有兩個功能：排泥斗蓋板具備以下兩種功用：

①當沒有運行污泥餅排放裝置時能用于遮蓋地面排料口；

②當開放并沖洗壓濾機時能用做濾液收集槽。

隔膜板框壓濾機的系統功能

隔膜板框壓濾機的主要配套設備壓進泥泵流量約40m3/h，壓力3~4bar，功率7.5kW4臺高壓進泥泵流量20m3/h，壓力10bar，功率11kW4臺隔膜擠壓泵流量10~15m3/h，壓力16~18bar，功率18.5kW4臺隔膜擠壓儲水罐V=5m3，材質：PP4臺高壓沖洗水泵流量275L/min，壓力100bar，功率55kW2臺沖洗儲水罐V=5m3，材質：PP2套PAM制備裝置干粉制備能力10kg/h，配制濃度：0.15%2套絮凝劑投加螺桿泵流量1.5m3/h，壓力10bar，功率2.2kW4臺在線混合器3kW4臺空壓機流量1.61m3/min，壓力14bar，功率15kW2臺冷干機（含過濾器）配套1臺吹脫儲氣罐3.0m3，1.3MPa1臺儀表儲氣罐1.0m3，1.3MPa1臺泥餅排放槽配套4套水平螺旋輸送機Q=16m3/h，L=11.5m，N=7.5kW4套控制系統配套1套西區水廠采用的是高低壓泵進泥，運行時先開啟高流量低揚程螺桿泵，螺桿泵均為變頻控制，待壓濾機壓力達到設定值后，再開啟低流量高揚程螺桿泵，進泥時間約60~70min。污泥調理是板框壓濾機進泥前的重要環節。本工程采用以聚丙烯酰胺（PAM）為調理劑的污泥調理系統，聚丙烯酰胺（PAM）作為污泥調理劑具有具有投藥量少，出泥含固率高等優勢。根據工程調試情況，經對比試驗，目前采用的陽離子PAM，分子量為800萬，加藥量設計為2.5gPAM/1kgDS，PAM溶液由PAM藥液制備及稀釋裝置制備，配制濃度0.15%PAM溶液投加。PAM的投加點在進泥泵后的管路上，通過動態在線混合器充分混合。壓榨系統為專業設計的進水，安全壓力顯示及壓力保護，系統設有調節閥調節流量保證變頻螺桿一直處于保壓狀態，系統設置有安全閥，當壓力高于壓榨壓力，安全閥會自動打開，防止濾板受損。板框壓濾機濾布清洗采用高壓自動沖洗系統，清洗時，位于壓濾機頂部的噴射腔在水平面自動移動，以100bar的高壓沖洗，7~15d沖洗一次，保證濾布清潔，濾網孔暢通。工程采用有軸雙螺旋輸送機輸送40%的泥餅，雙軸螺旋輸送機不僅有破碎作用，而且可以將泥餅排放槽低的污泥向中間聚合，保證泥餅完全外送的效果。脫水機房隔膜壓濾機及配套設備控制系統之間的通訊通過西門子Profibus-DP網絡完成，公用設備MCC柜、1#~4#壓濾機電控柜、PAM制備系統控制柜都連接在Profibus-DP網絡上。實現了全自動系統控制。

運行費用分析

本項目現通過對藥劑費、電耗、運輸費用的記錄分析，計算以污泥進泥含水率96%計算，得出每噸污泥脫水處理成本。根據板框壓濾機及配套設備運行的時間及功率消耗計，每批次消耗36kWh，每批次進泥量約28m3/批次，約1.1DS，計算電耗約1.32kWh/m3進泥含水率96%的污泥。藥劑投加為2.5kg/tDS，運輸距離約30km，1m3含水率96%的污泥產生的泥餅量為0.1m3。目前市場隔膜板框壓濾機系統設備投加石灰/Fecl3調理劑的能耗成本在200元/tDS左右為合理范圍，投加PAM調理劑的系統，根據PAM藥劑的選型及投加量偏差較大，能耗成本在100~120元/tDS，根據以上分析比較，福州西區水廠經試驗后陽離子PAM，分子量為800萬，綜合運行成本低，且出泥效果好，污泥含固率通常可達50%以上，有時甚至高達60%。

concluding remarks

本工程已進入正式運行階段，在配合PAM絮凝劑條件下，出泥含水率控制在55%以下，滿足了規劃及設計要求及城市污泥混合填埋的基本要求。設備的合理選型及整套工藝的配置完善，保證了系統的全自動化運行，體現了整個系統的先進性和優越性。系統有效降低了工人的勞動強度，且在保證泥餅效果的情況下運行成本低，節約了運行成本。

作者：章良藝教授