范新暉等

摘 要：近年來(lái)，由于大量工業(yè)固體廢渣難以脫水，致使這類(lèi)固體廢渣無(wú)法回收利用，侵占了大量的土地資源，對(duì)環(huán)境產(chǎn)生嚴(yán)重的二次污染，使廢水、廢氣處理成果得不到有效保障。因此，固體廢渣的低成本脫水是各種固體廢渣處置和利用的共性關(guān)鍵技術(shù)，是固體廢渣價(jià)值回收利用的保障。本文就固體廢渣在脫水循環(huán)利用中所需重點(diǎn)解決的技術(shù)關(guān)鍵問(wèn)題進(jìn)行了解讀，希望能給行業(yè)帶來(lái)幫助。

關(guān)鍵詞：超高壓技術(shù)；固體廢渣；脫水；循環(huán)利用

1 背景

我國(guó)人口眾多，資源相對(duì)不足，生態(tài)環(huán)境脆弱。低水平消耗資源和對(duì)環(huán)境的高污染是目前我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展中的兩大制約因素，資源與環(huán)境問(wèn)題正日益成為我國(guó)生存和可持續(xù)發(fā)展的首要問(wèn)題。在經(jīng)濟(jì)持續(xù)增長(zhǎng)、資源環(huán)境形勢(shì)面臨巨大壓力的情況下，在遏制“環(huán)境污染加劇”趨勢(shì)的同時(shí)，追求環(huán)境與經(jīng)濟(jì)雙贏，是“十二五”期間環(huán)境保護(hù)工作的戰(zhàn)略目標(biāo)。

隨著我國(guó)節(jié)能減排的要求日益嚴(yán)格，近年來(lái)，企業(yè)、市政廢水和廢氣的排放濃度和總量持續(xù)下降。廢水、廢氣中的污染物進(jìn)一步向污泥等固體廢物中聚集，使得固體廢渣產(chǎn)量快速增加，如：陶瓷生產(chǎn)廢渣、造紙、市政、印染等固體廢渣每年已超過(guò)8000萬(wàn)t。大量固體廢渣簡(jiǎn)單丟棄會(huì)侵占大量土地資源，并對(duì)環(huán)境產(chǎn)生嚴(yán)重的二次污染，使廢水、廢氣處理成果得不到保障。

根據(jù)固體廢渣的特性，其固體部分可進(jìn)行土地利用、熱回收利用和建材利用，但由于大量固體廢渣難以脫水的特性，壓濾脫水后的濾餅仍含有高達(dá)70%～80%的水分，其利用價(jià)值遠(yuǎn)不能補(bǔ)償利用前的干燥脫水成本，因而阻礙了各種綜合利用途徑的實(shí)際應(yīng)用。所以，固體廢渣的低成本脫水是各種處置和利用的共性關(guān)鍵技術(shù)，是固體廢渣價(jià)值回收利用的保障。

2 國(guó)內(nèi)外固體廢渣脫水技術(shù)情況

固體廢渣脫水技術(shù)主要是機(jī)械脫水和干燥，機(jī)械脫水無(wú)需涉及液氣相變而成本低廉。目前，國(guó)內(nèi)外固體廢渣脫水均優(yōu)先采用機(jī)械方法脫除水分，以降低后續(xù)干燥成本。

國(guó)內(nèi)外應(yīng)用的機(jī)械脫水設(shè)備主要有：帶式壓濾機(jī)、離心機(jī)、箱式板框壓濾機(jī)、隔膜壓濾機(jī)、螺旋壓榨機(jī)。

帶式壓濾機(jī)是通過(guò)雙層濾網(wǎng)將固體廢渣保持在濾網(wǎng)之間，并通過(guò)濾網(wǎng)張緊力對(duì)濾餅施壓，進(jìn)行脫水。通常帶式壓濾機(jī)過(guò)濾壓力可到2～4 kgf/cm2，濾餅含固率較低。此類(lèi)機(jī)型運(yùn)行自動(dòng)化程度高，處理能力大，但后期濾餅干燥費(fèi)用很高。

離心機(jī)是基于固液的密度差，通過(guò)高速離心使水分與固體分離。此類(lèi)機(jī)型處理過(guò)程全封閉，連續(xù)生產(chǎn)，但產(chǎn)量小、電耗高、脫水濾餅含固率較低。后期處理費(fèi)仍然很高。

普通箱式板框機(jī)是通過(guò)注料泵壓力將固體廢渣中水分?jǐn)D出，也是板框過(guò)濾機(jī)的主要能耗，通常壓力在8～25 kgf/cm2，固體廢渣濾餅含固率不高，部分容易脫水固體廢渣濾餅含固率略有提高。此類(lèi)機(jī)型為充分?jǐn)D出固體廢渣中液體，到后期需克服較厚濾餅的阻力，因而能耗相對(duì)較高。

為克服后期相對(duì)較高的能耗，一些企業(yè)開(kāi)發(fā)出了隔膜壓濾機(jī)，在濾餅較低阻力時(shí)采用隔膜注入高壓油對(duì)濾餅進(jìn)行壓榨，從而節(jié)約了大量進(jìn)料泵能耗。此類(lèi)機(jī)型通常進(jìn)料壓力為8～12 kgf/cm2，壓榨壓力為16～25 kgf/cm2。濾餅含固率略有提高。

在相對(duì)較低的過(guò)濾壓力下，濾餅中仍有大量水分未被擠出，濾餅含固率較低，導(dǎo)致后期干燥等處理費(fèi)用十分昂貴。

3 固體廢渣脫水技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)

由于現(xiàn)有固液分離設(shè)備對(duì)固體廢渣脫水率較低，后期干燥成本十分昂貴。所以對(duì)能獲得更高含固率的脫水設(shè)備提出了需求。通過(guò)對(duì)固體廢渣水分形態(tài)分析，高壓是脫除更多水分的有效方法。

市場(chǎng)上也應(yīng)運(yùn)而生了如螺旋壓榨機(jī)和高壓帶式壓濾機(jī)，但這些機(jī)型較適合纖維含量高、顆粒較粗、沙含量低的物料，難以作為在固液分離行業(yè)通用性很好的設(shè)備。而且適用范圍有限，設(shè)備易磨損，固體回收率較低。

板框類(lèi)型的機(jī)器對(duì)原料適用性好，設(shè)備不宜磨損，固體回收率高，而且作為廣泛應(yīng)用的機(jī)型易于為客戶(hù)接受。但設(shè)備的過(guò)濾壓力太低，濾餅含固率低。有效提高過(guò)濾壓力，提高濾餅含固率是板框機(jī)將來(lái)發(fā)展的趨勢(shì)。

隨著市場(chǎng)對(duì)固液分離設(shè)備的需求與日俱增，在環(huán)保和新材料等領(lǐng)域浮現(xiàn)出大量固液分離任務(wù)。就已有設(shè)備供應(yīng)企業(yè)，業(yè)務(wù)量以30%遞增。尤其對(duì)超高壓過(guò)濾設(shè)備的需求，使得大量危害環(huán)境難以處理的廢渣成為可利用的資源，使超高壓過(guò)濾設(shè)備成為市場(chǎng)上固液分離的新寵。

就固體廢渣領(lǐng)域，按平均100噸/天產(chǎn)量需投資600萬(wàn)元，對(duì)超高壓過(guò)濾設(shè)備需求總量可達(dá)4.8萬(wàn)億，每年還以10%遞增，具有非常廣闊的市場(chǎng)前景。

4 超高壓污泥臥式彈簧濾板壓榨機(jī)的優(yōu)勢(shì)

以常見(jiàn)的工業(yè)固液分離物料為對(duì)象，針對(duì)現(xiàn)有各類(lèi)污泥廢渣的機(jī)械脫水原理進(jìn)行分析研究，并通過(guò)對(duì)泥餅厚度、壓榨時(shí)間和壓榨壓力的數(shù)值進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。采用超高壓污泥臥式彈簧濾板壓榨機(jī)可以使泥餅含固率較傳統(tǒng)工藝提高20%～40%，濾餅可以進(jìn)一步脫除50%以上的水分。

4.1 固液分離物過(guò)濾曲線(xiàn)參數(shù)的優(yōu)化設(shè)置

固液分離在過(guò)濾壓力下的過(guò)濾速度以及過(guò)濾完畢時(shí)的濾餅含固率決定了設(shè)備的性能及設(shè)計(jì)參數(shù)，所以需對(duì)大量固液分離物料進(jìn)行壓力、濾餅厚度及壓榨時(shí)間的綜合實(shí)驗(yàn)，以確定優(yōu)化的設(shè)備設(shè)計(jì)參數(shù)。實(shí)驗(yàn)物料應(yīng)包括：陶瓷廢渣、物料超細(xì)灰渣、造紙污泥、市政污泥、印染污泥等。

通過(guò)壓榨實(shí)驗(yàn)設(shè)備對(duì)常見(jiàn)工業(yè)固液分離物料進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，優(yōu)化濾餅厚度、壓榨時(shí)間及壓榨壓力。壓榨設(shè)備為液壓推進(jìn)的3塊板小型壓濾機(jī)，實(shí)驗(yàn)設(shè)備工藝如圖1所示。

基于以上工藝設(shè)計(jì)要求，小型壓榨設(shè)備對(duì)工藝中各單元進(jìn)行了高度的集成，實(shí)驗(yàn)設(shè)備包括3塊厚度不同的壓榨濾板，1臺(tái)為壓榨提供動(dòng)力的液壓站，125 L的原料槽，以及濾液計(jì)量箱。所有部件集中在一個(gè)框架內(nèi)，并設(shè)有滾輪移動(dòng)設(shè)備位置。設(shè)備樣品如圖2所示。

實(shí)驗(yàn)機(jī)濾餅直徑為250 mm，濾餅厚度分別是10 mm、20 mm、30 mm。通過(guò)8 kgf/cm2的進(jìn)料壓力進(jìn)料，待物料進(jìn)料充分后，啟動(dòng)止推油缸對(duì)濾餅進(jìn)一步壓榨，壓榨壓力最高可達(dá)100 kgf/cm2。

設(shè)備每塊濾板濾出水分獨(dú)立流出，分別由計(jì)量容器收集，可根據(jù)過(guò)濾時(shí)間來(lái)分別確定每塊板的過(guò)濾曲線(xiàn)及效率。

4.2 可壓縮箱式板框結(jié)構(gòu)

基于板框機(jī)對(duì)原料廣泛的適應(yīng)特性，使箱式板框可壓縮，進(jìn)而對(duì)濾餅實(shí)施超高過(guò)濾壓力。避免采用隔膜形式，以降低濾板生產(chǎn)資料的巨額投入。采用鋼質(zhì)材料加工濾板，同時(shí)使用通用機(jī)械加工設(shè)備加工，設(shè)備投入低，易于外派定制來(lái)擴(kuò)大產(chǎn)量，降低了生產(chǎn)投入隨市場(chǎng)波動(dòng)的風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)使設(shè)備質(zhì)量易于控制。

采用彈簧改造箱式板框的邊框，實(shí)現(xiàn)可壓縮功能。通過(guò)止推油缸進(jìn)步一推進(jìn)，實(shí)現(xiàn)設(shè)備超高壓壓榨。采用此方式使得設(shè)備加工工序簡(jiǎn)單，質(zhì)量易于控制，可采用通用的加工設(shè)備進(jìn)行設(shè)備生產(chǎn)。避免了隔膜的復(fù)雜加工工序和加工設(shè)施。

由于箱式板框在進(jìn)料及壓榨期間，濾板的邊框會(huì)受到巨大的壓力，而彈簧是不能單獨(dú)完成支撐的。因此，采用較厚的鋼圈固定彈簧的同時(shí)，分擔(dān)進(jìn)料及壓榨期間的壓力。板框互相的結(jié)合面上采用橡膠密封條進(jìn)行密封。

具體技術(shù)方案如圖3～圖5所示，通過(guò)彈簧實(shí)現(xiàn)超高壓壓榨的機(jī)制，由多個(gè)首尾相連的濾板構(gòu)成。濾板分別由壓濾主板、其周邊的副框、位于副框內(nèi)側(cè)的多件副板和安裝在壓濾主板的濾網(wǎng)組成。副框與壓濾主板、副板、壓濾主板之間分別設(shè)有復(fù)位裝置、固定副框機(jī)構(gòu)和密封機(jī)構(gòu)。濾布分布于濾板的上下方，前一個(gè)濾板下方的濾布與后一個(gè)濾板上方的濾布組成物料腔，物料腔的底部設(shè)置有進(jìn)料口；而每塊壓濾主板和副板上設(shè)置有出水孔，出水孔與出水總管道相連接，在總管道上加設(shè)有氣動(dòng)進(jìn)氣卸料裝置和反沖洗洗布裝置。

4.3 原型機(jī)制造及工業(yè)實(shí)驗(yàn)

臥式彈簧濾板壓榨機(jī)，包括液壓裝置和壓濾裝置，液壓裝置與壓濾裝置兩側(cè)面固定有導(dǎo)桿，液壓裝置前端設(shè)有活塞桿。該活塞桿活動(dòng)安裝在導(dǎo)桿上，活塞桿前端設(shè)有推板。壓濾裝置包括多組首尾相連的壓濾板，這些壓濾板活動(dòng)安裝在導(dǎo)桿上。壓濾板由主板、副板及副框組成，該副板上設(shè)有凸臺(tái)，副框內(nèi)設(shè)有供凸臺(tái)壓入的物料腔，在主板、副板上分別開(kāi)有與物料腔相通的進(jìn)料孔，位于主板和副板上開(kāi)有彈簧槽，彈簧槽內(nèi)設(shè)有彈簧及固定裝置，在壓濾板上還設(shè)置出水孔。工業(yè)樣機(jī)如圖6所示。

此工業(yè)樣機(jī)采用PLC全程自動(dòng)控制，其工作流程及參數(shù)如圖7所示。

5 結(jié)語(yǔ)

超高壓壓榨脫水技術(shù)是一種成本低廉、運(yùn)行穩(wěn)定的設(shè)備技術(shù)，經(jīng)多個(gè)工業(yè)應(yīng)用驗(yàn)證，其運(yùn)行穩(wěn)定、占地小、費(fèi)用低；只需一次性機(jī)械脫水即可使泥餅滿(mǎn)足堆肥、焚燒發(fā)電、制磚等利用要求，大幅度節(jié)約了干化設(shè)備的投資費(fèi)用和能耗，是污泥處理的理想選擇，符合國(guó)家大力發(fā)展高端環(huán)保裝備產(chǎn)業(yè)的政策要求，可廣泛應(yīng)用于建陶行業(yè)陶瓷廢渣、市政污泥、造紙、冶金、化工、建材、煤炭、等工業(yè)領(lǐng)域。項(xiàng)目產(chǎn)品技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化推廣可將現(xiàn)有工業(yè)固液處理能力提高20%以上，對(duì)于污泥處理、廢水和廢渣循環(huán)再利用以及推動(dòng)全社會(huì)節(jié)能減排具有重大的社會(huì)效益。