带式浓缩压滤机处理能力的计算方法

1、概述
带式浓缩压滤机（以下简称带式压滤机）是依据化学絮凝接触过滤和机械挤压原理而制成的高效固液分离设备，因其具有工艺流程简单、自动化程度高、运行连续、控制操作简便和工作过程可调节等一系列优点，并且省却了污泥浓缩池、在一定程度上节省了建设资金，正得到越来越广泛的应用。
经絮凝的污泥首先进入重力脱水区，大部分游离水在重力作用下通过滤带被滤除；随着滤带的运行，污泥进入由两条滤带组成的楔形区，两条滤带对污泥实施缓慢加压，污泥逐渐增稠，流动性降低，过渡到压榨区；在压榨区，污泥受到递增的挤压力和两条滤带上下位置交替变化所产生的剪切力的作用，大部分残存于污泥中的游离水和间隙水被滤除，污泥成为含水率较低的片状滤饼；上下滤带经卸料辊分离，凭借滤带曲率的变化并利用刮刀将滤饼刮落，实现物料的固液分离，而上、下滤带经冲洗后重新使用，进行下一周期的浓缩压滤。
带式压滤机在实际工程应用中所涉及的主要技术经济指标有：①处理能力，②泥饼含水率，③化学药剂投加量，④动力消耗，⑤冲洗水耗量，⑥带张力，⑦有效带宽，⑧滤带运行速度，⑨气源压力等主要指标，其中处理能力是评价带式压滤机综合性能的首要指标。影响带式压滤机处理能力的因素很多，但主要体现在重力脱水区、压榨区及其滤带运行速度、滤带张力、辊径(大小、包角和中心距)、滤带(透气量)选择、加药调理效果等方面，也是带式压滤机结构设计、生产制造等质量的综合体现。所以了解带式压滤机处理能力的计算方法对带式压滤机的优化设计、运行参数的选择、合理投加药剂量等选择具有一定的指导意义。

2、带式浓缩压滤机处理能力的计算

2.1 带式压滤机处理能力的第一种计算方法
以带式压滤机产出湿泥饼厚度为主要计算参数，根据算出的湿泥饼产量，再计算出进料量（即处理能力），其计算公式如下：
Q湿泥饼=B·ξ·δ·v·s·γ·β
式中：Q湿泥饼——湿泥饼产出量t/h
B——滤带宽度m
ξ——滤带宽度利用系数，一般取0.85～0.9
δ——湿泥饼厚度m，一般取6～10mm（0.006～0.01m）
v——压滤带带实际工作速度m/min , 一般取3～6m/min
s——单位时间60min/h
γ——湿泥饼比重t/m3，一般取1.03 t/m3
β——固相回收率，一般取≥95%
Q进料量=（湿泥饼含固率/进料含固率）×Q湿泥饼（t/h）
从以上计算公式可以看出，该计算方法是以带式压滤机产出湿泥饼厚度为主要计算参数，而湿泥饼厚度的形成一方面与带式压滤机的运行参数如滤带运行速度、过滤压力有很大关系；另一方面还与污泥的性质如固体浓度、粘度、加药调理后污泥的比阻等也有很大关系；湿泥饼厚度的形成关键还取决于压滤机的结构设计如浓缩段的长度、浓缩段的容量、压滤时间和压滤周期、滤带透气量的选择等。计算公式中Q湿泥饼与湿泥饼厚度δ成线性关系，湿泥饼厚度选择范围3～10mm，并且许多带式压滤机实际运行中形成的湿泥饼的厚度在滤带宽度范围内也不均匀。所以笔者认为，该种计算方法没有与浓缩段、压榨段的主要技术参数及污泥的主要性质参数相结合，没有反映出污泥加药调理效果、压滤机结构参数设计、运行参数的变化等因素对带式压滤机处理能力的影响，且计算出的Q湿泥饼数值范围较大，一般适用于带式压滤机的设计选型，对带式压滤机的优化结构设计、指导运行等意义不大。
2.2 带式压滤机处理能力的另一种计算方法：
城市污水和工业废水的污泥脱水系统，在污泥脱水前都需对污泥进行加药调理。加药调理的目的是改善污泥的脱水性能，降低污泥中水的亲和力，降低污泥的过滤比阻抗值（即滤饼的阻力）r和毛细管吸水时间CST。
过滤开始时，滤液必须克服过滤介质（滤带）的阻力，当滤饼逐渐形成后，还必须克服滤饼本身的阻力，属滤饼过滤的基本形式。可利用根据液体通过滤渣层流动的基本原理推导出的卡门（Carman）过滤基本方程来进行过滤产率（即处理能力）的计算。
根据卡门过滤基本方程：
(1)
式中：V——滤液体积 m3
t——过滤时间 s
P——过滤压力Pa
A——过滤面积m2
μ——滤液的动力粘度Pa·s
ω——滤过单位体积滤液在过滤介质上截留的干固体重量kg/m3
r——比阻m/kg，即滤饼的阻力，定义为单位过滤面积上单位干重滤饼所具有的阻力
Rf——过滤介质的阻抗1/m2
由ω的定义可写出下式：
（2）
式中：Q0——进污泥量（处理量）m3
Qf——滤液量m3
Ck——滤饼中固体物质浓度kg/ m3
根据液相平衡关系：Q0= Qf + Qk
根据固相平衡关系：Q0C0= QfCf+ QkCk
得：
（3）
式中：C0——进原污泥中固体物质浓度g/L
Cf——滤液中固体物质浓度g/L，污泥脱水系统一般要求固体回收率≥95%，Cf数值很小，实际计算时可取Cf =0
Qk——滤饼量L
根据过滤产率的定义：单位时间内单位过滤面积上产生的滤饼干重量kg/(m2·s)或kg/(m2·h)。
为计算方便，暂设过滤介质的阻抗Rf=0，则卡门过滤基本方程（1）式变为：
即 （4）
设滤饼干重为W，则W=ωV，V=W/ω代入（4）整理得：

即：带式压滤机处理量L（以绝干污泥量计，即滤饼干重）为：
(kg/m2.s) （5）
（5）式即为带式压滤机处理能力的另一种计算公式。
对于城市污水厂污泥脱水系统，污泥经加药调理后，污泥的比阻r控制在（1～4）×1012m/kg（实验室就是通过测定r值确定较经济的加药量），其中对于带式压滤机，实验室一般通过加药调理后污泥的比阻抗r在(1～3)×1012 m/kg（离心脱水r=(2～4)×1012 m/kg）。按环境温度20℃时，污泥的运动粘度μ=0.001Pa·s。
利用（5）式计算时，对于带式压滤一体机应分两部分计算：浓缩段和压榨段。浓缩段属重力过滤脱水，过滤压力P按进入浓缩段污泥槽中污泥的高度（平均厚度，1mm=9.5Pa）计算，浓度C0为进泥浓度，Ck出浓缩段污泥浓度，一般可按为8～10%（通过浓缩段重力脱水后，污泥基本失去流动性时浓度）。过滤时间t按浓缩段长度与滤带行走速度求得。
对于压榨段，压力P通过滤带张力、压榨滚与滤带接触面积计算，进入压榨段的浓度C0即为出浓缩段污泥浓度（8～10%），Ck即最终滤饼浓度（25%～20%），压滤时间t=m/T，m=ts/T（即t=ts/T2），ts为实际压滤时间（压榨段滤带与压榨滚接触长度、压榨段滤带运行速度求得），T为压滤周期（压榨段运行时间）。
浓缩段与压榨段的处理量的和即为带式压滤机的处理量。因在计算中未考虑过滤介质滤带的阻抗Rf，而滤带的阻抗Rf与滤带的材质、通气量[一般选8000～10000m3/(h·m2)]等有关，所以最终的处理量应是上述计算的处理量乘以一个系数K（K一般取0.9～0.95）即为带式压滤机的处理量。
3、结论
第二种计算方法较第一种计算方法虽为复杂，但该计算方法中包含了带式压滤机结构设计参数，污泥性质参数，运行参数等对处理量的影响，对优化带式压滤机的结构设计，合理投加药剂量、运行参数的选择对提高带式压滤机的处理量具有一定的指导意义。并通过实例计算，浓缩段的处理量对带式压滤机处理能力起主要作用。


参考文献：
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