自來水廠制水過程中會產(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處置。
污泥脫水的方式一般有自然干化和機械脫水兩種，自然干化包括干化床和干化塘，機械脫水主要有帶式壓濾機、板框壓濾機、離心脫水機和疊螺脫水機四種。由于自然干化占地面積大、脫水時間長、衛(wèi)生環(huán)境差且維護管理工作大，國內(nèi)自來水廠污泥脫水目前一般都采用機械脫水的方式，污泥脫水機的投資和運行成本在整個污泥脫水項目中占有較大份額。下面就四種常用的污泥脫水機的工作原理、技術特點、優(yōu)缺點和運行成本等進行詳細說明。
一、污泥脫水機工作原理
1、帶式壓濾機
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帶式壓濾機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，把污泥層中的毛細水擠壓出來，從而實現(xiàn)污泥脫水。
?、诠ぷ鬟^程
帶式壓濾機根據(jù)功能共分為五個區(qū)段，如圖1所示，各區(qū)段功能如下：
1-化學預處理脫水段；2-重力濃縮脫水段；3-楔形區(qū)預壓脫水段；4-擠壓輥高壓脫水段；5-物料排出段
（1）化學預處理脫水段：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塊，同時分離出自由水。
?。?）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，污泥隨濾帶向前運行，游離態(tài)水在自重作用下通過濾帶流入接水槽。
?。?）楔形區(qū)預壓脫水段：重力脫水后的污泥隨著帶式壓濾機濾帶的向前運行，上下濾帶間距逐漸減少，物料開始受到輕微壓力，并隨著濾帶運行，壓力逐漸增大。
?。?）擠壓輥高壓脫水段：物料脫離楔形區(qū)就進入此區(qū)內(nèi)受擠壓，沿濾帶運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。
?。?）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)進入下一步脫水循環(huán)。
2、板框壓濾機
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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，達到脫水目的。板框壓濾機構造原理如圖2所示。
圖 2 板框壓濾機構造原理
注：1-濾布結合處；2-濾框（板框腔）；3-濾液通道；4-濾布；5-濾板；6-擠壓進氣管；7-隔膜；8-壓縮空氣室；9-泥餅.
?、诠ぷ鬟^程
（1）壓緊濾板：由電力啟動油壓系統(tǒng)閉合濾板。
?。?）加壓脫水：投料泵啟動，輸送泥漿進入脫水機內(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，排氣閥關閉，通入壓縮空氣進行擠壓，使泥餅進一步脫水。
（4）泥餅風干：進氣管切換至吹氣管，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。
?。?）卸料及沖洗：吹氣結束，濾板打開，依次分板卸泥餅后，啟動高壓沖洗水泵對濾布逐一沖洗。整個工作周期約2—4h。
3、離心脫水機
①工作原理
由轉載和帶空心轉軸的螺旋輸送器組成，污泥由空心轉軸送入轉筒，在高速旋轉產(chǎn)生的離心力下，立即被甩入轉鼓腔內(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下，被輸送到轉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”排至轉鼓外靠重力排出。離心脫水機外形及其構造如圖3所示。
圖 3 離心脫水機構造圖
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)進入分離區(qū)。
?。?）澄清階段：在離心力的作用下，污泥顆粒在轉鼓的直線段快速分離并沉降，分離的上清液通過設在轉鼓尾端的堰口排出。
?。?）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一步壓縮，并釋放出孔隙水。
（4）雙向擠壓段：在轉鼓的圓錐段，螺旋輸送器經(jīng)過適當?shù)脑O計，沿軸方向產(chǎn)生雙向擠壓力。配合離心機的壓縮作用，進一步將污泥的毛細水擠出，污泥從卸料口排出。
4、疊螺脫水機
①工作原理
由固定環(huán)，游動環(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過程中受到背壓板形成的內(nèi)壓作用實現(xiàn)充分脫水，濾液從固定環(huán)和活動環(huán)所形成的濾縫排出，泥餅從脫水部的末端排出。疊螺脫水機外形及其構造如圖4所示。
圖 4 疊螺脫水機構造圖
?、诠ぷ鬟^程
?。?）進泥：通過進泥泵將污泥輸送至計量槽，通過計量堰計量的污泥流入絮凝混合槽，多余的部分通過計量槽中央的回流管返回供泥處。
?。?）絮凝：疊螺污泥脫水機的絮凝混合槽部分內(nèi)設攪拌裝置和加藥口，污泥和絮凝劑在槽內(nèi)充分反應，形成礬花。
?。?）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動慢慢地向脫水部推進。
?。?）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。
?。?）出泥：礬花脫水后形成的泥餅從背壓板的間隙中排出。可以通過調節(jié)背壓板的間隙來調節(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的性能比較見表1：
表1污泥脫水機性能比較
| 項目 | 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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輔助設備
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空壓機系統(tǒng)，高壓沖洗泵系統(tǒng)
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空壓機系統(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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運轉噪聲、震動
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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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| 金凱地自主知識產(chǎn)權生產(chǎn)的智能壓榨機，市政污泥污水處理方面，經(jīng)多個行業(yè)案例驗證：入料含水率90%，直接壓榨后污泥含水率小于40±5%，生物質造料后25%含水率熱值大于3500大卡 | ||||
三、經(jīng)濟分析
1、分析說明
?、倨放七x擇
在相同生產(chǎn)工況條件下，國產(chǎn)和進口的污泥脫水機均能穩(wěn)定、可靠運行，但進口污泥脫水機設備投資多、維修周期長、維修費用高，對工況變化的適應性及故障排除方面不如國產(chǎn)污泥脫水機，而且國產(chǎn)污泥脫水機設備投資少、技術支持到位、易損件修復容易、備品備件供貨期短，一些自來水廠已考慮將進口污泥脫水機更換為國產(chǎn)污泥脫水機，因此這里選擇國產(chǎn)知名品牌，業(yè)績眾多、應用廣泛、質量信譽可靠的污泥脫水機廠家。
?、诮^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。
?、圻\行方式
按照可自控運行選型，污泥脫水機每日工作16h（絕干污泥處理量為875kgDs/h），每年工作360d計算。
?、芡两ㄙM用
包括污泥濃縮池、污泥平衡池和脫水機房。污泥濃縮池和污泥平衡池費用約需170萬元（包含設備），脫水機房費用見下文。
?、菰O備費用
包括通用設備和專用設備，通用設備主要有PAM泡藥機和螺旋輸送機，約需30萬元，專用設備費用見下文。
?、捱\行費用
包括藥費、水費、電費、維護費、污泥外運費和污泥處置費。
?。?）藥費：PAM價格按30元/kg計算。
?。?）水費：按水廠制水成本（包含電耗、藥耗）0.3元/m3計算。
（3）電費：按0.8元/kWh計算。
?。?）維護費：見下文。
?。?）污泥外運費：按50元/t（20km以內(nèi)）計算。
（6）污泥處置費：因處置方式不同費用相差較大，暫不計算。
2、經(jīng)濟分析
?、趲綁簽V機
選用2臺HTB-2000，每日連續(xù)運行16h，每臺絕干污泥處理量450kgDs/h，處理后的污泥含水率按80%（廠家統(tǒng)計的保守均值，下同）計算，污泥量約70t/d。每臺占地面積約9m²，脫水機房土建費用約60萬元；帶式壓濾機每臺35萬元，附屬設備包括污泥螺桿泵和加藥泵各2臺，約20萬；PAM平均投藥量3kg/tDs；每臺清洗用水12m3/h；每臺功率2.2kW；每臺濾布每8個月更換一次，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
選擇廣東省金凱地過濾設備有限公司的板框壓濾機，選用1臺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%計算，污泥量約31t/d。每臺占地面積約41m²，脫水機房土建費用約100萬元；板框壓濾機每臺75萬元，附屬設備包括自動水洗、翻板接液、自控、水洗泵、進料泵和壓榨泵等約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。計算可見表2數(shù)據(jù)。
3、離心脫水機
選用1臺LW450，每日連續(xù)運行16h，絕干污泥處理量900kgDs/h，處理后的污泥含水率按75%計算，污泥量約56t/d。每臺占地面積約5m²，脫水機房土建費用約50萬元；離心脫水機每臺50萬元，附屬設備包括污泥螺桿泵和加藥泵各一臺，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年維護一次，每次約8萬元。計算可見表2數(shù)據(jù)。
4、疊螺脫水機
選用2臺TECH-404，每日連續(xù)運行16h，每臺絕干污泥處理量450kgDs/h，處理后的污泥含水率按80%計算，污泥量約70t/d。每臺占地面積約14m²，脫水機房土建費用約60萬元；疊螺脫水機每臺55萬元，附屬設備包括污泥泵和加藥泵各2臺，約4萬元；PAM投藥量5kg/tDs；每臺每天水洗一次，每次2m³；每臺功率5.5kW；每臺疊片每年更換10%，每次約1.5萬元，每臺螺旋每10年維護一次，每次約10萬元。計算可見表2數(shù)據(jù)。
結論與建議
綜上所述，建議自來水廠污泥脫水機從板框壓濾機和離心脫水機兩者中來選擇，具體應根據(jù)自來水廠的實際情況、污泥自身的性質和環(huán)保要求的處置方式來選擇合適的污泥脫水機。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暫無相關標準，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》（GB/T23485-2009）標準，其中污泥含水率需小于60%。因此：
?。?）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，脫水后的污泥含固率高、體積小、可直接填埋、不需二次處理，大大降低了外運處費。
?。?）如果環(huán)保對脫水后的污泥沒有強制要求，還可以其他方式處置，或者污泥脫水機房場地有限，無法放置板框壓濾機，可考慮選擇離心脫水機，占地小，運行環(huán)境好，氣味少。
?。?）如果原水中砂粒含量很高，離心脫水機的磨損會較嚴重，維護費用會增加，建議不要采用離心脫水機