摘要：文章通過對帶式壓濾機的設計和應用實踐，從機械結構設計角度分析了帶式壓濾機重力脫水區、壓榨脫水區以及輔助系統對整機處理能力的影響，并且提供了設計參數。
關鍵詞：帶式壓濾機 結構設計 重力脫水區 壓榨脫水區 濾帶
前言
隨著人們環保意識的不斷加強和我國環保政策和法規的不斷完善，各行各業處理項目和工程急劇增多，各種各樣的固液分離設備也隨之不斷地應用于工程實踐。科學技術的不斷進步，新產品、新技術、新材料不斷涌現，以及工程項目對服務設備的經濟技術、投資成本指標等要求的不斷提高，各個工程項目中所有設備的開機率和連續工作時間也都大幅度的提高，這就給在污泥脫水領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用、消化吸收國外的先進技術，同時開發擁有自主技術的同類設備。帶式壓濾機作為污泥脫水工藝過程中的主導設備，其對具體工藝條件的適應性和本身工作的可靠性是否能夠達到預期的設計指標、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絮凝和機械擠壓原理相結合而組成的高效固液分離設備，其連續生產性好、自動化程度高、工作穩定性好、可靠性強、動力消耗少、操作維修簡便、工人勞動強度低、處理能力大等優點廣泛應用于各行業的污泥處理工藝過程。 帶式壓濾機在實際工程應用中所涉及的主要技術經濟指標有： （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構設計優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）是污泥脫水領域應用廣泛的絮凝劑，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，應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：不同行業的處理或不同處理介質的污泥脫水，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、熟化狀態為佳、使帶式壓濾機連續生產性得以充分發揮，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，我們為了研究帶式壓濾機本身的結構設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 結構設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和壓榨脫水區加之必要的輔助系統組成一臺完整的機器。
2.1 重力脫水區
絮凝污泥首先進入重力脫水區，絮凝產生的游離水絕大部分需在該區被脫除。所以，重力脫水區是影響帶式壓濾機處理能力首當其沖的主要因素之一。在重力脫水區內，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段增加了很大的負擔，要在整機尺寸和重力脫水區長度不變的前提下大地提高該區的效率，在其結構的考慮上，從以下三方面著手很有實效： （1）設計具有一定仰角的上傾式濾帶運動結構，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（圖1），在湍流區內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，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性試驗中，使用DY3000型（3000mm帶寬）帶式壓濾機，原設計重力脫水區是水平的，經改造為上傾式后，處理效果和處理量都有明顯提高。
（2）設計多級錯位布置的犁耙梳泥結構，使移出湍流區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的游離水被及時濾掉。其犁耙級數和耙齒間距的設置應根據重力脫水區的長度和對各種處理介質的適應性來綜合考慮進行設計。
（3）在滿足整機結構尺寸的前提下，重力脫水區長度尺寸應盡可能加大，以求得長的重力脫水時間。
2.2 楔型脫水區
隨著濾帶的運轉，污泥進入楔型脫水區，楔型區兼有重力脫水和壓榨脫水的雙重作用，所以，楔型區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外卸產生“跑泥”現象。（圖2）
產生“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，楔形角應越小越好。但是，若楔形角設計過小，從重力脫水區過來的污泥不能全部進入楔型區，直接造成污泥在楔型區入口處堆積從濾帶兩側外溢。此時，只能減小污泥泵流量以保證脫水工藝的穩定，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生紊亂。（圖3）
究竟楔形角多大才合理，應該結合重力脫水區的長度，濾帶運行的速度范圍，濾帶的透水性能，楔型區的長度、帶式壓濾機設計大處理能力等因素綜合考慮；應保證即能大限度地接受重力脫水區送來的污泥，又可以使污泥在楔型區內盡可能早的接受緩慢遞增的、污泥向濾帶兩側擴散外溢趨勢極小的預壓，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。
實踐證明，對于大部分處理介質，若入料固含量按≥3%計，其楔型區設計長度大于2m，楔形角設計為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
經過楔型脫水區脫水的污泥，仍然還沒有形成濾餅，并且具有一定的流動性，但是已經完全可以經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，是因為如果壓榨區結構設計的不合理，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調而外瀉“跑泥”。所以，壓榨區結構設計的優劣，也將對帶式壓濾機處理量產生直接影響。
（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、平穩過渡， 這樣可以有效地避免由于壓力突變造成的“跑泥”現象。為此，應盡可能做到相臨兩輥徑之差為接近值的降徑設計。如我們設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一直處于穩定遞增的受壓狀態，既可以保證提高處理量的穩定性又可以大限度的降低泥餅含水率。為此，應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”現象產生而影響處理量。為此，應力求做到相鄰兩輥中心距短的設計標準。
輥徑、包角和中心距是互為關聯的三個指標，在實踐中應以輥徑為基準與包角和中心距兩指標進行平衡設計，以求得相對的佳設計方案。
2.4 濾帶張力
常規狀態下，張力值設計的越大，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壽命角度考慮，應適當降低張力設計值。
2.5 濾帶運行速度
在保證污泥由重力、楔型脫水區安全、平穩過渡到壓榨區的前提下（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，在滿足其它設計指標的前提下，應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，下一個脫水循環的濾液就無法透過濾帶排出。這樣，勢必造成從濾帶兩側泄漏。此時，處理量急劇下降甚至根本談不上處理量。所以，設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擠壓“跑泥”現象。
通過在實驗室0.3米帶式壓濾機上對天津造紙網廠和沈陽銅網廠生產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進行脫水試驗和多年現場應用證明，對各種處理介質適應性較強的透氣量指標在8000~10000m3/h范圍內。同時，選擇濾帶時還應該考慮到濾帶編織結構對沖洗效果的影響（相同透氣量，不同編織結構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于該廠的污泥脫水系統。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。根據以上實測數據可反算出處理量為：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，經過結構改進的帶壓機處理能力提高了25~30%。
4 結論
通過以上討論和分析不難看出，結構設計對帶式壓濾機處理能力的影響主要體現在重力脫水區、楔型脫水區、壓榨區、沖洗裝置的設計以及濾帶運行速度、濾帶張力設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，又能夠有機地協調好各方面的相互配合和制約關系，就能夠使帶式壓濾機很好的服務于我國各行業的固液分離領域。