自來水廠制水過程中會(huì)產(chǎn)生大量的污泥，平均每生產(chǎn)1萬噸飲用水可產(chǎn)生幾十乃至數(shù)百噸的濃縮后污泥（含水率約97%）。數(shù)量如此巨大的污泥很難在自然環(huán)境中消納，必須通過污泥脫水，進(jìn)一步提高污泥的含固率使之成為固態(tài)的泥餅，以減少污泥體積便于外運(yùn)處置。
污泥脫水的方式一般有自然干化和機(jī)械脫水兩種，自然干化包括干化床和干化塘，機(jī)械脫水主要有帶式壓濾機(jī)、板框壓濾機(jī)、離心脫水機(jī)和疊螺脫水機(jī)四種。由于自然干化占地面積大、脫水時(shí)間長、衛(wèi)生環(huán)境差且維護(hù)管理工作大，國內(nèi)自來水廠污泥脫水目前一般都采用機(jī)械脫水的方式，污泥脫水機(jī)的投資和運(yùn)行成本在整個(gè)污泥脫水項(xiàng)目中占有較大份額。下面就四種常用的污泥脫水機(jī)的工作原理、技術(shù)特點(diǎn)、優(yōu)缺點(diǎn)和運(yùn)行成本等進(jìn)行詳細(xì)說明。
一、污泥脫水機(jī)工作原理
1、帶式壓濾機(jī)
①工作原理
帶式壓濾機(jī)是由上下兩條張緊的濾帶夾帶著污泥層，從一連串有規(guī)律排列的輥壓筒中呈S形經(jīng)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(xì)水?dāng)D壓出來，從而實(shí)現(xiàn)污泥脫水。
②工作過程
帶式壓濾機(jī)根據(jù)功能共分為五個(gè)區(qū)段，如圖1所示，各區(qū)段功能如下：
1-化學(xué)預(yù)處理脫水段；2-重力濃縮脫水段；3-楔形區(qū)預(yù)壓脫水段；4-擠壓輥高壓脫水段；5-物料排出段
（1）化學(xué)預(yù)處理脫水段：經(jīng)過濃縮的污泥與一定濃度的絮凝劑在混合器中充分混合以后，污泥中的微小固體顆粒聚凝成體積較大的絮狀團(tuán)塊，同時(shí)分離出自由水。
（2）重力濃縮脫水段：絮凝后的污泥經(jīng)布料斗均勻送入網(wǎng)帶，污泥隨濾帶向前運(yùn)行，游離態(tài)水在自重作用下通過濾帶流入接水槽。
（3）楔形區(qū)預(yù)壓脫水段：重力脫水后的污泥隨著帶式壓濾機(jī)濾帶的向前運(yùn)行，上下濾帶間距逐漸減少，物料開始受到輕微壓力，并隨著濾帶運(yùn)行，壓力逐漸增大。
（4）擠壓輥高壓脫水段：物料脫離楔形區(qū)就進(jìn)入此區(qū)內(nèi)受擠壓，沿濾帶運(yùn)行方向壓力隨擠壓輥直徑的減少而增加，物料受到擠壓體積收縮，物料內(nèi)的間隙游離水被擠出。
（5）物料排出段：物料經(jīng)過以上各階段的脫水處理后形成濾餅排出，通過刮泥板刮下，上下濾帶分開，經(jīng)過高壓沖洗水清除濾網(wǎng)孔間的微量物料，繼續(xù)進(jìn)入下一步脫水循環(huán)。
2、板框壓濾機(jī)
①工作原理
在密閉的狀態(tài)下，經(jīng)過高壓泵打入的污泥經(jīng)過板框的擠壓，使污泥內(nèi)的水通過濾布排出，達(dá)到脫水目的。板框壓濾機(jī)構(gòu)造原理如圖2所示。
圖 2 板框壓濾機(jī)構(gòu)造原理
注：1-濾布結(jié)合處；2-濾框（板框腔）；3-濾液通道；4-濾布；5-濾板；6-擠壓進(jìn)氣管；7-隔膜；8-壓縮空氣室；9-泥餅.
②工作過程
（1）壓緊濾板：由電力啟動(dòng)油壓系統(tǒng)閉合濾板。
（2）加壓脫水：投料泵啟動(dòng)，輸送泥漿進(jìn)入脫水機(jī)內(nèi)，濾框空氣管路上的排氣閥打開排出氣體，濾液經(jīng)濾布排出。
（3）擠壓脫水：投料泵停，排氣閥關(guān)閉，通入壓縮空氣進(jìn)行擠壓，使泥餅進(jìn)一步脫水。
（4）泥餅風(fēng)干：進(jìn)氣管切換至吹氣管，打開廢氣管，輸入壓縮空氣。吹出泥芯，殘余泥水與氣體經(jīng)廢氣管被排出氣水分離器。
（5）卸料及沖洗：吹氣結(jié)束，濾板打開，依次分板卸泥餅后，啟動(dòng)高壓沖洗水泵對濾布逐一沖洗。整個(gè)工作周期約2—4h。
3、離心脫水機(jī)
①工作原理
由轉(zhuǎn)載和帶空心轉(zhuǎn)軸的螺旋輸送器組成，污泥由空心轉(zhuǎn)軸送入轉(zhuǎn)筒，在高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力下，立即被甩入轉(zhuǎn)鼓腔內(nèi)。由于比重不一樣，形成固液分離。污泥在螺旋輸送器的推動(dòng)下，被輸送到轉(zhuǎn)鼓的錐端由出口連續(xù)排出；液環(huán)層的液體則由堰口連續(xù)“溢流”排至轉(zhuǎn)鼓外靠重力排出。離心脫水機(jī)外形及其構(gòu)造如圖3所示。
圖 3 離心脫水機(jī)構(gòu)造圖
2、工作過程
（1）混合與加速均布階段：污泥與絮凝劑在進(jìn)料室內(nèi)混合并得到加速，確保污泥以均勻的最佳狀態(tài)進(jìn)入分離區(qū)。
（2）澄清階段：在離心力的作用下，污泥顆粒在轉(zhuǎn)鼓的直線段快速分離并沉降，分離的上清液通過設(shè)在轉(zhuǎn)鼓尾端的堰口排出。
（3）壓縮階段：螺旋輸送器將沉降污泥推送至卸料端，污泥在離心力的作用下得到進(jìn)一步壓縮，并釋放出孔隙水。
（4）雙向擠壓段：在轉(zhuǎn)鼓的圓錐段，螺旋輸送器經(jīng)過適當(dāng)?shù)脑O(shè)計(jì)，沿軸方向產(chǎn)生雙向擠壓力。配合離心機(jī)的壓縮作用，進(jìn)一步將污泥的毛細(xì)水?dāng)D出，污泥從卸料口排出。
4、疊螺脫水機(jī)
①工作原理
由固定環(huán)，游動(dòng)環(huán)相互層疊，螺旋軸貫穿其中形成的過濾主體。通過重力濃縮以及污泥在推進(jìn)過程中受到背壓板形成的內(nèi)壓作用實(shí)現(xiàn)充分脫水，濾液從固定環(huán)和活動(dòng)環(huán)所形成的濾縫排出，泥餅從脫水部的末端排出。疊螺脫水機(jī)外形及其構(gòu)造如圖4所示。
圖 4 疊螺脫水機(jī)構(gòu)造圖
②工作過程
（1）進(jìn)泥：通過進(jìn)泥泵將污泥輸送至計(jì)量槽，通過計(jì)量堰計(jì)量的污泥流入絮凝混合槽，多余的部分通過計(jì)量槽中央的回流管返回供泥處。
（2）絮凝：疊螺污泥脫水機(jī)的絮凝混合槽部分內(nèi)設(shè)攪拌裝置和加藥口，污泥和絮凝劑在槽內(nèi)充分反應(yīng)，形成礬花。
（3）濃縮：礬花在濃縮部主要通過重力濃縮，把污泥中的大部分水分以濾液的形式返回生化處理系統(tǒng)在處理，留在疊螺主體內(nèi)的礬花通過螺旋軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慢慢地向脫水部推進(jìn)。
（4）脫水：疊螺主體內(nèi)的螺旋軸的螺距逐漸變小，環(huán)與環(huán)之間的空隙也逐漸變小，在排出口的背壓板的作用下，脫水部內(nèi)產(chǎn)生極大的內(nèi)壓，使礬花在脫水部充分脫水。
（5）出泥：礬花脫水后形成的泥餅從背壓板的間隙中排出。可以通過調(diào)節(jié)背壓板的間隙來調(diào)節(jié)泥餅的含水率和處理量。
二、性能比較
上述四種污泥脫水機(jī)的性能比較見表1：
表1污泥脫水機(jī)性能比較
| 項(xiàng)目 | 帶式 | 板框式 | 離心式 | 疊螺式 |
| 脫水方式 |
重力+剪切脫水
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加壓脫水
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離心脫水
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游動(dòng)環(huán)層疊型螺旋脫水
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低濃度污泥直接脫水
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不可以
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不可以
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不可以 | 不可以 |
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污泥濃縮池
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需要
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需要 | 需要 |
不需要
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污泥貯存池
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需要
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需要 | 需要 |
不需要
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占地空間
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中
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大
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小
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小
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輔助設(shè)備
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空壓機(jī)系統(tǒng)，高壓沖洗泵系統(tǒng)
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空壓機(jī)系統(tǒng)， 高壓沖洗泵系統(tǒng)
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不需要 | 不需要 |
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連續(xù)運(yùn)行
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可以，但比較困難
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不可以
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可以 | 可以 |
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環(huán)境衛(wèi)生條件
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一般
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一般
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好
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好
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運(yùn)轉(zhuǎn)噪聲、震動(dòng)
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大
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大
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極大
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小 |
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維修管理
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較方便
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較復(fù)雜
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方便 | 方便 |
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適用范圍
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不適用于油性污泥脫水
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不適用于油性污泥脫水
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不適用于比重接近的固液分離
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不適用于無機(jī)污泥（如金屬類污泥）脫水
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用電量
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較大
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中
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大 | 小 |
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沖洗用水
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大
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中 | 少 | 少 |
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絮凝劑
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使用
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使用 | 使用 | 使用 |
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泥餅含水率
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70%~80%
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50%~70%
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60%~80%
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75%~80%
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污泥回收率
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約 90%
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＞95%
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約 95%
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約 90%
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| 金凱地自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)生產(chǎn)的智能壓榨機(jī)，市政污泥污水處理方面，經(jīng)多個(gè)行業(yè)案例驗(yàn)證：入料含水率90%，直接壓榨后污泥含水率小于40±5%，生物質(zhì)造料后25%含水率熱值大于3500大卡 | ||||
三、經(jīng)濟(jì)分析
1、分析說明
①品牌選擇
在相同生產(chǎn)工況條件下，國產(chǎn)和進(jìn)口的污泥脫水機(jī)均能穩(wěn)定、可靠運(yùn)行，但進(jìn)口污泥脫水機(jī)設(shè)備投資多、維修周期長、維修費(fèi)用高，對工況變化的適應(yīng)性及故障排除方面不如國產(chǎn)污泥脫水機(jī)，而且國產(chǎn)污泥脫水機(jī)設(shè)備投資少、技術(shù)支持到位、易損件修復(fù)容易、備品備件供貨期短，一些自來水廠已考慮將進(jìn)口污泥脫水機(jī)更換為國產(chǎn)污泥脫水機(jī)，因此這里選擇國產(chǎn)知名品牌，業(yè)績眾多、應(yīng)用廣泛、質(zhì)量信譽(yù)可靠的污泥脫水機(jī)廠家。
②絕干污泥量
以江蘇某水廠為例，原水為長江水，處理規(guī)模10萬m³/d，絕干污泥量約14tDs/d。
③運(yùn)行方式
按照可自控運(yùn)行選型，污泥脫水機(jī)每日工作16h（絕干污泥處理量為875kgDs/h），每年工作360d計(jì)算。
④土建費(fèi)用
包括污泥濃縮池、污泥平衡池和脫水機(jī)房。污泥濃縮池和污泥平衡池費(fèi)用約需170萬元（包含設(shè)備），脫水機(jī)房費(fèi)用見下文。
⑤設(shè)備費(fèi)用
包括通用設(shè)備和專用設(shè)備，通用設(shè)備主要有PAM泡藥機(jī)和螺旋輸送機(jī)，約需30萬元，專用設(shè)備費(fèi)用見下文。
⑥運(yùn)行費(fèi)用
包括藥費(fèi)、水費(fèi)、電費(fèi)、維護(hù)費(fèi)、污泥外運(yùn)費(fèi)和污泥處置費(fèi)。
（1）藥費(fèi)：PAM價(jià)格按30元/kg計(jì)算。
（2）水費(fèi)：按水廠制水成本（包含電耗、藥耗）0.3元/m3計(jì)算。
（3）電費(fèi)：按0.8元/kWh計(jì)算。
（4）維護(hù)費(fèi)：見下文。
（5）污泥外運(yùn)費(fèi)：按50元/t（20km以內(nèi)）計(jì)算。
（6）污泥處置費(fèi)：因處置方式不同費(fèi)用相差較大，暫不計(jì)算。
2、經(jīng)濟(jì)分析
②帶式壓濾機(jī)
選用2臺(tái)HTB-2000，每日連續(xù)運(yùn)行16h，每臺(tái)絕干污泥處理量450kgDs/h，處理后的污泥含水率按80%（廠家統(tǒng)計(jì)的保守均值，下同）計(jì)算，污泥量約70t/d。每臺(tái)占地面積約9m²，脫水機(jī)房土建費(fèi)用約60萬元；帶式壓濾機(jī)每臺(tái)35萬元，附屬設(shè)備包括污泥螺桿泵和加藥泵各2臺(tái)，約20萬；PAM平均投藥量3kg/tDs；每臺(tái)清洗用水12m3/h；每臺(tái)功率2.2kW；每臺(tái)濾布每8個(gè)月更換一次，每次約3萬元，軸承每2年更換一次，每次約5000元。
②板框壓濾機(jī)
選擇廣東省金凱地過濾設(shè)備有限公司的板框壓濾機(jī)，選用1臺(tái)XAZGFQ350/1600-UK，每日工作6班，每班工作周期2.5h，每班絕干污泥處理量2.5t，處理后的污泥含水率按65%計(jì)算，污泥量約31t/d。每臺(tái)占地面積約41m²，脫水機(jī)房土建費(fèi)用約100萬元；板框壓濾機(jī)每臺(tái)75萬元，附屬設(shè)備包括自動(dòng)水洗、翻板接液、自控、水洗泵、進(jìn)料泵和壓榨泵等約37萬元；PAM投藥量1.5kg/tDs；每天水洗一次，每次3m³；功率8kW；濾布每6個(gè)月更換一次，每次約2萬元，板框每年更換10%，每次約4萬元。計(jì)算可見表2數(shù)據(jù)。
3、離心脫水機(jī)
選用1臺(tái)LW450，每日連續(xù)運(yùn)行16h，絕干污泥處理量900kgDs/h，處理后的污泥含水率按75%計(jì)算，污泥量約56t/d。每臺(tái)占地面積約5m²，脫水機(jī)房土建費(fèi)用約50萬元；離心脫水機(jī)每臺(tái)50萬元，附屬設(shè)備包括污泥螺桿泵和加藥泵各一臺(tái)，約32萬元；PAM投藥2kg/tDs；每天水洗一次，每次2m³；功率37kW；螺旋每5年維護(hù)一次，每次約8萬元。計(jì)算可見表2數(shù)據(jù)。
4、疊螺脫水機(jī)
選用2臺(tái)TECH-404，每日連續(xù)運(yùn)行16h，每臺(tái)絕干污泥處理量450kgDs/h，處理后的污泥含水率按80%計(jì)算，污泥量約70t/d。每臺(tái)占地面積約14m²，脫水機(jī)房土建費(fèi)用約60萬元；疊螺脫水機(jī)每臺(tái)55萬元，附屬設(shè)備包括污泥泵和加藥泵各2臺(tái)，約4萬元；PAM投藥量5kg/tDs；每臺(tái)每天水洗一次，每次2m³；每臺(tái)功率5.5kW；每臺(tái)疊片每年更換10%，每次約1.5萬元，每臺(tái)螺旋每10年維護(hù)一次，每次約10萬元。計(jì)算可見表2數(shù)據(jù)。
結(jié)論與建議
綜上所述，建議自來水廠污泥脫水機(jī)從板框壓濾機(jī)和離心脫水機(jī)兩者中來選擇，具體應(yīng)根據(jù)自來水廠的實(shí)際情況、污泥自身的性質(zhì)和環(huán)保要求的處置方式來選擇合適的污泥脫水機(jī)。目前主要的污泥處置方式為送往城市垃圾衛(wèi)生填埋場與垃圾混合填埋，而國家對城鎮(zhèn)自來水廠污泥混合填埋用泥質(zhì)暫無相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，城市垃圾衛(wèi)生填埋場接收污泥都依據(jù)《城鎮(zhèn)污水處理廠污泥處置混合填埋用泥質(zhì)》（GB/T23485-2009）標(biāo)準(zhǔn)，其中污泥含水率需小于60%。因此：
（1）如果環(huán)保要求脫水后的污泥需填埋處置，建議選擇板框壓濾機(jī)，脫水后的污泥含固率高、體積小、可直接填埋、不需二次處理，大大降低了外運(yùn)處費(fèi)。
（2）如果環(huán)保對脫水后的污泥沒有強(qiáng)制要求，還可以其他方式處置，或者污泥脫水機(jī)房場地有限，無法放置板框壓濾機(jī)，可考慮選擇離心脫水機(jī)，占地小，運(yùn)行環(huán)境好，氣味少。
（3）如果原水中砂粒含量很高，離心脫水機(jī)的磨損會(huì)較嚴(yán)重，維護(hù)費(fèi)用會(huì)增加，建議不要采用離心脫水機(jī)