污泥压滤脱水常用板框式压滤机的构造、工作原理及其框架强度和刚度的设计计算

  料可应用于污水处理。也有采用污泥、黏土以及一 定量的燃料制备污泥陶粒的生产方式。

  图 1某液压压紧型板框式压滤机的构造示意图 1—尾部支架，2—后横梁（尾板），3—滤板滤布，4—支柱，5—推压板（头板），6—行程开关，7—拉杆（导轨），8—前横梁，

  9—头部支Biblioteka Baidu，10—锁紧螺母，11—油缸柱塞压紧装置，12—液压站，13—电气控制箱，14—电接点

  （1）污泥制砖 污泥制砖是指将污泥经过一定处理筛选及脱 水后，污泥与其他原料或外加剂混合，加压成型，干 燥后入窑烧结后获得污泥砖产品。污泥制砖有两种 生产方式，一种是干化后的污泥直接用于制砖；另 一种是利用污泥焚烧成灰烬制砖。其制砖生产的基本工艺 大致相同，原料配料→制坯→干燥→烧结→成品。 （2）污泥制作陶粒 陶粒是一种人造粗集料，因质轻、高强及保温 等特性备受人们喜爱，是一种具有发展的潜在能力的新型 建筑材料制品。改性污泥经过一定处理筛选及脱 水后可以制成陶粒。污泥陶粒的制备通常是采用 黏土和炉渣为辅料，污泥为主要的组成原材料，经过烧结成 球后形成具有一定硬度、吸附能力的滤料，这种滤

  入和重视程度严重滞后。根据污泥性质和含水量的 差异，国内基本上形成了大致如下四类稳定化无害 化资源化利用生产技术：第一是好氧发酵 土地利 用，第二是厌氧消化 干化 土地利用，第三是干 化焚烧填埋/再利用，第四是深度脱水填埋技术。 具体表现为以下几种形式。

  （3）污泥制作水泥 污泥脱水后既能够适用于制作水泥的原材料，也 能够更好的起到提供热值的作用。利用污泥焚烧成灰烬 制作“生态水泥”，极大限度地降低了废物处理的负 荷，实现了污泥的资源化。利用污泥制作“生态水 泥”大致有三种工艺流程，第一是污泥脱水后直接 利用，第二是对污泥进行人工干燥，第三是污泥焚 烧成灰烬利用。无论哪种工艺流程，污泥中无机物 的成分一定要符合水泥的生产技术方面的要求，确保获得符 合国家标准的水泥熟料。目前，污泥制作的“生态 水泥”与普通硅酸盐水泥相比在某些性能方面更为 优越。 （4）污泥制作其他建筑材料 除 了 污 泥 制 砖、污 泥 制 陶 粒 及 污 泥 制 作 水 泥 外，还有很多其他资源化利用途径。例如利用污泥 制作陶瓷墙地砖制品、玻璃制品、微晶玻璃制品及 生化纤维板等。考虑到污泥焚烧灰烬成分中含有 一定量的 Fe2O3 和 P2O5 等晶核物质 [1]，因此污泥焚 烧成灰烬适合制作微晶玻璃制品。污泥为原料制 造生化纤维板的主要原理是利用活性污泥中的 生物质含量，这些生物质中所含有机物和酶，即粗 蛋白和球蛋白网 [1]，这两种大分子有机物质能溶解 于酸、碱、盐的水溶液中，利用这一特性，在碱性条 件下对污泥加热，再经过干燥、加压等工艺便会发 生蛋白质的变性作用，利用蛋白质的变性作用制作 蛋白胶（俗称活性树脂），再经过漂白、脱脂等工艺压 制成板材 [1]。 2污泥无害化利用的关键设备 由此可见，污泥稳定化无害化资源化利用生产 技术的关键就是污泥的过滤脱水（压滤脱水），板框 式压滤机（也称室式压滤机或厢式压滤机）是污泥最 有效的过滤脱水设备。 板框式压滤机（区别于带式 压滤机，因带式压滤机的压滤过滤推动力较小，污 泥处理后所得污泥饼——污泥渣之含水量通常较 高，不利于污泥渣的运输及资源化利用）按所用压 滤板（简称滤板）滤布的排列方式可大致区分为立式 （滤板垂直叠压后形成过滤室）板框式压滤机和卧式

  液压压紧型板框式压滤机通常利用头部支架 和尾部支架支承整台设备的重量。尾部后横梁（与 滤板滤布接触处制有漏水收集沟槽，俗称尾板、也 称止推板）和进浆管相连接，头部前横梁内安装有 液压油缸及柱塞压紧装置，头部前横梁与尾部后横 梁两侧由拉紧杆（工作时，因滤板在拉杆上需纵向 移动，所以拉杆也称为导杆）连接成一整体。考虑 到板框式压滤机工作时，拉杆既承受压紧装置所产 生的压紧力（纵向）又承受滤板滤布及污水泥浆等过 滤物的重量（垂直方向）。而且头部前横梁与尾部后 横梁通常相距较远，因此每侧拉杆中间需设有一个 或两个支柱支承等，以减少拉杆在垂直方向的弯曲 变形等，确保油缸柱塞带动推压板（与滤板滤布接触 处制有漏水收集沟槽，也称头板）产生预定的压紧 滤板滤布的前进运动（俗称紧榨）和退回卸饼（污泥 饼——污泥渣）运动（俗称松榨），以此来实现污水泥浆 等压滤脱水操作。由此可见，主机部分是压滤机的 基础，用于支撑过滤机构及连接其他部件，通常包 括前横梁、油缸柱塞压紧装置、推压板（俗称头板）、 后横梁（俗称尾板、也称止推板）和拉杆（也称导杆） 等组成。液压压紧型板框式压滤机工作时，油缸柱 塞推动推压板，将位于推压板和止推板之间的滤板 滤布依次压紧，确保具有一定工作所承受的压力（过滤推动 力）的污水泥浆等在滤板滤布所形成的滤室内完成 加压过滤脱水操作而获得含水率约 20% 左右的污 泥饼（污泥渣）等。 3.2过滤部分

  （滤板水平叠压后形成过滤室）板框式压滤机两种结 构形式；但因立式板框式压滤机滤饼的剥离卸除操 作很难等，因此，目前污泥处理大范围的应用的板 框式压滤机几乎都是卧式板框式压滤机（也简称为 板框式压滤机，除非另有说明）。同时，板框式压滤 机按滤板压紧力的产生方式又可区分为液压压紧 型（由液压油推动油缸柱塞产生压紧滤板滤布的作 用力）板框式压滤机和机械作用压紧型（如：螺旋传 动机构等产生压紧滤板滤布的作用力）板框式压滤 机。考虑到目前污泥处理要求获得较低含水率的 污泥饼（污泥渣），那么污水泥浆所需的压滤脱水阻 力较大，一方面，可节约人类赖以生存的有限的水 资源；另一方面，可大幅度地降低运输污泥饼（污泥 渣）至填埋场等运输费用或降低污泥资源化处理的 生产所带来的成本等。但因机械作用压紧型板框式压滤机 的压紧力通常较小，显然经机械作用压紧型板框式 压滤机处理后所得污泥饼（污泥渣）的含水量通常偏 高。所以说，目前污泥处理过程中，机械作用压紧 型板框式压滤机已逐渐被液压压紧型板框式压滤 机所取代。

  目前，塑料滤板的常用材质主要是聚乙烯、聚 丙烯、增强聚丙烯、填充聚四氟乙烯、尼龙、聚甲醛 和超高分子量聚乙烯等。因超高分子量聚乙烯是 一种新型高效节能材料，具有耐压性能好、耐磨性 能好、耐热性能好、耐腐蚀、抗冲击、重量轻、防粘 接性能好、易于压注成形和机械切削加工性能好 等优点，并且常规使用的寿命长（通常为聚丙烯滤板的 4～6 倍，铸铁滤板的 3～9 倍）及价格适中。同时考虑到 目前污泥处理企业要求所得污泥饼（污泥渣）的含水 率也慢慢变得低，那么污水泥浆等所需的过滤脱水阻 力大，要求塑料滤板应具有较高的耐压和耐磨性能 等。由此可见，超高分子量聚乙烯塑料滤板是目前 污泥压滤脱水生产企业等板框式压滤机的最佳选 择。

  市污水处理和工业污水处理的固态废料，大致可分 为城市污泥和工业污泥两大类。城市污泥的稳定 化无害化资源化利用一直是砖瓦行业及环境保护 保工作者共同关注的课题。至于工业污泥则需要 具体对待，有毒有害工业污泥需获取相关处理资质 的专业化工厂才能处理。

  我国社会经济的快速发展及人民生活水平的 逐步的提升，加速我国城市污泥（为便于叙述，以下 简称污泥）产量的逐年递増，而目前我国污泥稳定 化无害化资源化利用率仅 20%～30%，预计 2020 年 底，我国污泥产量将达到 9000 万吨，考虑到污泥的 主要成分中 80% 是水，有机质仅占 7%，可以形象地 采用“似泥，非泥；似水，非水”来表达污泥的基本 特征。显然，如此高含水量的污泥会产生渗滤液， 填埋之后仍会产生渗滤液。污泥如果不经处理（如： 临时堆放等）或者处理不当（如：简单填埋），如果任 其渗滤液渗入地下，其后果是不仅占用大量土地资 源，污染地下水资源和土壤等，而且还破坏生态平 衡，严重污染饮用水源及危害人们的身体健康，阻 碍社会经济的可持续发展等。

  用的液压压紧型板框式压滤机的结构示意图如图 1，液压压紧型板框式压滤机是集机、电、液于一体 的自动化程度较高的固液分离设备，它主要由主机

  特殊行业。由于铸铁滤板的铸造性能和机械切削 加工性能好，加工后表面喷塑处理后即可适用于 污水泥浆等压滤脱水操作。但铸铁滤板的材料

  消 耗 大、重 量 大，人 工 拉 开 滤 板 卸 饼（污 泥 饼——污泥渣）时劳动强度大；此外，为了确认和保证滤布 免遭铸铁滤板排水沟槽的划伤等损害，铸铁滤板两 侧表面的排水沟槽表面须安装（覆盖）多孔的铝质 薄圆板（俗称滤水板）。即使如此，压滤脱水操作时， 滤 布 仍 会 挤 入 铝 质 滤 水 板 的 滤 水 孔 中 而 损 坏，总 之，采用铸铁滤板压滤脱水操作时，滤布的破损率 较高，压滤脱水操作生产所带来的成本较高。因此随着科学 技术的发展，铸铁滤板已逐渐被塑料滤板所取代， 所以说，目前污泥压滤脱水等生产企业广泛应用的 板框式压滤机几乎都是采用塑料滤板进行压滤脱 水操作的。

  摘要：介绍了污泥压滤脱水常用板框式压滤机的构造和工作原理，建立了板框式压滤机框架的力学模型，研究了其 受力分析，并详细论述及推导出板框式压滤机框架强度和刚度的设计计算或校核公式。 关键词：板框式压滤机；构造；工作原理；板框式压滤机框架；强度；刚度；设计计算

  事实上，实践生产经验也表明：板框式压滤机 框架的受力及其变形（刚性）的大小在一定范围内严 重影响板框式压滤机的工作可靠性及其压滤脱水 效率的高低等。具体说来就是：如果压滤机框架的 刚性越大，其变形就越小，那么所得的污泥饼（污泥 渣）的含水量就越低，水资源的节约率就越高，生产 成本就越低；反之，若压滤机框架的刚性越小，其变 形就越大，那么所得的污泥饼（污泥渣）的含水量就 越高，水资源的节约率就越低，生产成本就越高，还 易造成板框式压滤脱水操作过程中漏浆（也称“跑 浆”），严重时甚至造成板框式压滤机后横梁（也称 尾板）的断裂等安全生产事故。所以说，积极研究 和探讨板框式压滤机框架的受力分析及其变形的 大 小，推 导 出 其 强 度 和 刚 度 的 设 计 计 算 或 校 核 公 式，据此合理地设计板框式压滤机框架的强度和刚 度，能最大限度地提高板框式压滤机的工作可靠性 及压滤脱水效率等，从而提高污水处理及污泥资源 化利用（如：污泥制砖等）生产企业的市场竞争能力 及其经济效益，对促进社会的持续发展等具有非常

  过滤部分主要是由滤板和滤布（也称过滤布）等 组成。如图 2 所示，滤板是中间有圆孔（待过滤浆料 的通道）两端向内凹入，且具有许多相互连通的排 水沟槽的圆柱形盘状零件。其顶部制有滤布托架， 便于安装滤布。滤板两侧部制有支撑耳，可通过支 撑耳垂直支承在两侧导杆上。

  目 前 滤 板 的 常 用 材 料 主 要 是 铸 造 铝 合 金、铸 铁、铸不锈钢和工程塑料等，因铸造铝合金和铸不 锈钢滤板的铸造性能差和机械切削加工性能较差， 生产成本比较高，通常仅适用于酿酒、食品和化工等