1 前言

隨著固液分離技術的應用領域的逐漸擴大，固液分離技術廣泛應用于各個行業，如選礦、造紙、醫藥衛生、環境保護和食品等。傳統的固液分離設備主要集中在過濾、壓濾、重力沉降和浮選等方面。隨著礦物資源的不斷開采和利用，礦石日趨“貧、細、雜”，有用礦物經選別作業的后期處理日漸困難；在選礦所有領域中超細懸浮液的脫水是一個日趨重要的問題。于是，人們對固液分離設備提出了更高要求，并傾注了很多心血去研究開發新的分離技術與分離設備。

2 固液分離設備介紹

2.1 固液分離設備的現狀與發展趨勢

隨著科技的不斷發展，固液分離設備在結構形式、分離效率、自動化水平、功能集成、產品質量和可靠性方面發展迅速，與歐洲發達國家產品性能差距越來越小，近年來其在制藥行業應用不斷廣泛。很多要求固液分離設備的漿體中的固形物顆粒粒度都很細，且有越來越細之勢。而且總的發展趨勢是要求濾液的高澄清度和濾渣的低含濕量，以減少干燥和進一步處理的工作量、降低固液分離成本。突出的對象是工業廢水、市政污水和污泥的脫水，這種料漿的濃度很稀（0.3%～1.0%），要先濃縮至3%～10%，而后進行預脫水，可由1%～5%濃縮至18%～40%，再用真空過濾、壓濾、離心機等進行二次脫水。這就使得固液分離設備技術面臨前所未有的挑戰，同時也就促使整個固液分離設備技術和設備圍繞這些挑戰而迅速發展。

同時固液分離設備在研究、消化、吸收國內外同類產品技術基礎上，針對目前該類產品出現的普遍問題和結合國內污泥脫水的特點和要求，自行設計制造的具有當今先進水平的新型高效、連續作業的壓力式固液分離設備，在印染行業得到了廣泛的應用。

2.2 固液分離設備的概述

固液分離是從水或廢水中除去懸浮固體的過程。從廢水中除去固體一般采用篩或沉淀方法。污泥處理中采用的分離方法有污泥重力濃縮、污泥的浮選或污泥的機械脫水。水處理中有微濾、澄清和深床過濾等方法。把固體和液體分開的過程都是固液分離，方法非常多，沉降，過濾，膜過濾，壓濾，真空，離心機固液分離機是利用離心力，分離液體中固體顆粒物和絮狀物的機械。

3 固液分離設備的原理

從原理上講，固液分離過程可以分為三大類沉降、過濾、離心這三種方法，其工作原理如下：

沉降式依靠外力的作用，利用分散物質（固相）與分散介質（液相）的密度差異，使之發生相對運動，而實現固液分離的過程。

過濾式以某種多孔性物質作為介質，在外力的作用下，懸浮液中的流體通過介質孔道，而固體顆粒被截留下來，從而實現固液分離的過程。

離心是利用裝置所提供的慣性離心力的作用來實現固液分離的過程。

4 固液分離設備分類

4.1 板框式脫水機

工作原理：板框式壓濾機是通過板框的擠壓，使污泥內的水通過濾布排出，達到脫水目的。它主要由凹入式濾板、框架、自動-氣動閉合系統測板懸掛系統、濾板振動系統、空氣壓縮裝置、濾布高壓沖洗裝置及機身一側光電保護裝置等構成。將帶有濾液的濾板和濾框平行交替排列，每組濾板和濾框中間夾有濾布。用可動段把濾板和濾框壓緊，使濾板和濾板之間構成一個壓濾室。污泥從料液進口流出水通過濾板從濾液流出口流出，泥餅堆積在框內濾布上，濾板和濾框松開后泥餅就很容易剝落下來。

脫水方式：加壓脫水。

優點：結構簡單，操作容易，運行確定故障少，保養方便，設備使用壽命長，過濾推動力大，所得的泥餅含水量。過濾范圍選擇范圍靈活，且單位過濾面積占地較少；對物料的適應性強。

缺點：不能連續運行，處理量小，濾布消耗大。易堵塞，需要使用高壓泵；不適用于油性污泥的脫水；難以實現連續自動運行。

適用條件：適用于中、小型污泥脫水處理場合。

設備選型時，應考慮的事項：

（1）對泥餅含固率的要求。一般板框式壓濾機與其他類型脫水機相比，泥餅含固率高，如果從減少污泥堆置占地因素考慮，可以選擇板框式壓濾機。

（2）框架的材質。

（3）濾板及濾布的材質。要求耐腐蝕，濾布要具有一定的抗拉強度。

（4）濾板的移動方式。要求可以通過液壓-氣動裝置全自動或半自動完成，以減輕操作人員勞動強度。

（5）濾布振蕩裝置，以使濾餅易于脫落。與其他型式脫水機相比，板框式壓濾機的缺點是占地面積較大。

4.2帶式脫水機

工作原理：帶式脫水機由濾帶、碾壓筒、濾帶張緊系統、濾帶調偏系統、濾帶驅動系統和濾帶沖洗系統組成。污泥流入在輥之間連續轉動的上下兩塊帶狀濾布上后，濾布的張力和軋輥的壓力及剪切力依次作用于夾在兩塊濾布之間的污泥上而進行重力濃縮和加壓脫水。脫水泥餅由刮泥上而進行重力濃縮和加壓脫水。脫水泥餅由刮泥板剝離，剝離了泥餅的濾布用水清洗，以防止濾布孔堵塞，影響過濾速度。

帶式污泥脫水機是由上下兩條張緊的濾帶夾帶著污泥層，從一連串有規律排列的輥壓筒中呈S形經過，依靠濾帶本身的張力形成對污泥層的壓榨和剪切力，把污泥層中的毛細水擠壓出來，獲得含固量較高的泥餅，從而實現污泥脫水。

一般帶式污泥脫水機由濾帶、輥壓筒、濾帶張緊系統、濾帶調偏系統、濾帶沖洗系統和濾帶驅動系統構成。

脫水方式：重力脫水加剪切型。

優點：利用濾布的張力和壓力在濾布上對污泥施加壓力使其脫水并不需要真空或加壓設備，動力消耗少，操作管理方便，可以連續操作，因而應用廣泛。同時帶式污泥脫水機受污泥負荷波動的影響小，還具有出泥含水率較低且工作穩定啟耗少、管理控制相對簡單、對運轉人員的素質要求不高等。

缺點：易堵塞，需要大量的水清洗，造成二次污染；不適于油性污泥的處理。

適用條件：在污水處理工程建設決策時，可以選用帶式污泥脫水機以降低工程投資。目前，國內新建的污水處理廠大多采用帶式污泥脫水機。

設備選型時，應考慮的事項：

（1）濾帶。要求其具有較高的抗拉強度、耐曲折、耐酸堿、耐溫度變化等特點，同時還應考慮污泥的具體性質，選擇適合的編織紋理，使濾帶具有良好的透氣性能及對污泥顆粒的攔截性能。

（2）輥壓筒的調偏系統。一般通過氣動裝置完成。

（3）濾帶的張緊系統。一般也由氣動系統來控制。濾帶張力一般控制在0.3～0.7MPa，常用值為0.5MPa。

（4）帶速控制。不同性質的污泥對帶速的要求各不相同，即對任何一種特定的污泥都存在一個較佳的帶速控制范圍，在該范圍內，脫水系統既能保證一定的處理能力，又能得到高質量的泥餅。

4.3 離心式脫水機

工作原理：離心脫水機主要由轉鼓和帶空心轉軸的螺旋輸送器組成，污泥由空心轉軸送入轉鼓后在高速旋轉產生的離心力作用下，立即被甩入轉腔內。污泥顆粒比重較大，因而產生的離心力也較大，被甩貼在轉鼓內壁上，形成固體層；水密度小，離心力也小，只在固體層內側產生液體層。固體層的污泥在螺旋輸送器的緩慢推動下，被輸送到轉鼓的錐端，經轉鼓周圍的出口連續排出，液體則由溢流口排至轉鼓外，匯集后排出脫水機。

脫水方式：離心力脫水。

優點：離心脫水機單機處理量大，可達50m3/h以上，處理負荷達1500kg/h，是帶式脫水機的數倍，較適用于大型污水處理廠。離心機占地小，自動化程度高，一般為全封閉型式，利于改善作業環境。

缺點：離心機電耗較高，噪聲較大，維修技術要求高等。

適用條件：適用于污泥固液相對密度較大的污泥脫水。

設備選型時，應考慮的事項：

（1）離心脫水機關鍵的部件是轉鼓，轉鼓的直徑越大，脫水處理能力越大。

（2）轉鼓的長度越長，污泥的含固率就越高，但轉鼓過長會使性能價格比下降。使用過長中，轉鼓的轉速是一個重要的控制參數，控制轉鼓的轉速，使其既能獲得較高的含固率，又能降低能耗，是離心脫水機運行好壞的關鍵。

（3）在做離心式脫水機選型時，因轉輪或螺旋的外緣極易磨損，對其材質要有特殊要求。

（4）新型離心脫水機螺旋外緣大多做成裝配塊，以便更換。裝配塊的材質一般為碳化鎢，價格昂貴。

4.4 陶瓷過濾機

工作原理：陶瓷過濾機工作基于毛細微孔的作用原理，采用微孔陶瓷為過濾介質，利用微孔陶瓷大量狹小具有毛細作用原理設計的固液分離設備，在負壓工作狀態下的盤式過濾機，利用微孔陶瓷板其獨特透水不透氣性，抽起陶瓷板內腔真空產生于外部的壓差，使料槽內懸浮的物料在負壓的作用下吸附在陶瓷板上，固體物料因不能通過微孔陶瓷板被截留在陶瓷板表面，而液體因真空壓差的作用及陶瓷板的親水性則順利通過進入氣液分配裝置外排或循環利用達到了固液分離的目的。

脫水方式：過濾脫水。

優點：陶瓷過濾機的特殊材質及結構決定了它的優勢，即一般強度好，耐磨損耐腐蝕，使用壽命長，同時因為其強度好，微孔無變形，技術指標穩定無波動。同時其微孔小，毛細作用強，節約能耗，運行成本低，濾餅水分低，濾液清澈可回用。

缺點：陶瓷過濾機在工作過程中，微小顆粒易于堵塞陶瓷微孔，影響生產效率。

設備選型時，應考慮的事項：

（1）陶瓷過濾板是陶瓷過濾機的關鍵部件，陶瓷過濾板材質的變化，孔徑的變化及強度，直接影響到過濾效果，陶瓷過濾板的制造技術決定了陶瓷過濾機的使用效果。

（2）陶瓷片的材料選擇。

（3）電控部分，陶瓷過濾機需要控制的地方比較多。

（4）處理量的穩定要求。

4.5 疊螺脫水機

工作原理：脫水機本體主要由過濾體和螺旋軸所構成，過濾體又分濃縮部和脫水部兩部分。所以，當污泥進入濾體后，利用固定環、游動環的相對移動，使濾液通過疊片間隙快速向外排出，迅速濃縮，污泥向脫水部推移。當污水泥進入到脫水部時，在濾腔內的空間不斷縮小，污泥內壓不斷增強，再加上出泥處調壓器的背壓作用，使其達到高效脫水的目的，同時污泥不斷排出機外。

脫水方式：螺旋脫水。

優點：疊螺脫水機工作時不堵塞，輕松處理含油污泥，運行管理簡單，可全自動操作，無人看守，同時其體積小、功能齊、節水節能。

缺點：不擅長顆粒大、硬度大的污泥脫水；處理量較小。

適用條件：適用污泥濃度2000～30000mg/L，適用于10～30000m3污水處理規模。

設備選型時，應注意的事項：

（1）疊螺污泥脫水機的絕干污泥處理量取決于疊螺主體的直徑和數量，機型用三個字母加三位數字表示。

（2）在污泥的性質、濃度不明確的情況下進行選型時，建議采用絕干污泥處理量平均值來計算。

（3）無軸螺旋輸送機或進料斗的高度設置可參考泥餅排出口底端離地面的高度。

（4）由于疊螺主體有自我清洗的功能，只需用水壓依靠常閉電磁閥實施定期噴淋。

（5）疊螺污泥脫水機系列脫水機的易損件更換周期是個大概數值，在實際運行過程中，污泥的種類、處理的方式、運行的調整狀況以及每天的運行時間，都會影響易損件的更換周期。

4.6 轉鼓過濾機

轉鼓式固液分離設備是一種轉鼓式篩網過濾裝置。被處理的廢水沿軸向進入鼓內，以徑向輻射狀經篩網流出，水中雜質（細小的懸浮物、纖維、紙漿等）即被截留于鼓筒上濾網內面。當截留在濾網上的雜質被轉鼓帶到上部時，被壓力沖洗水反沖到排渣槽內流出。

脫水方式：連續加壓。

優點：用于水庫水處理時，除浮游生物效率高。微濾機占地面積小，生產能力大，操作管理方便。能連續自動操作，省人力。

缺點：附屬設備較多，投資費用高，過濾面積大。過濾推動力有限，不易過濾高溫的懸浮液。

適用條件：適用于處理易含過濾顆粒的濃懸浮液。

設備選型時，應注意的事項：過濾布材質的選擇，選擇濾布時應考慮濾布的使用周期以及防靜電能力。

5 小結

通過上述的比較分析，將各脫水設備的優缺點列表如下：

根據不同型式脫水機性能的比較分析可以看出，不同的污水處理廠在做污泥脫水方案選擇時，應從污泥特性、運行狀況、人員素質、對泥餅的要求以及資金、成本等幾個方面綜合考慮，才能做出相對合理的選擇。