带式压榨过滤机建筑泥浆脱水工艺研究

张超（宁波职业技术学院,浙江省宁波市  315800）

摘要：针对现行的建筑泥浆压缩处理设备的低效率和高成本等问题，分析了重型泥浆脱水机的泥浆性质和脱水设备之间的相关性。基于高分子化学、物理、机械压榨等性能并分析它们之间的相关性，确定了建筑泥浆脱水机的关键性质。研究结果表面在重力脱水阶段脱水越好，压榨阶段脱水性能越好，反之越差。进一步设计出了出一种辅助脱水机脱水的机械结构，实验表明设计结构对脱水一定的帮助作用。设计结果将符合国家对建筑泥浆污染防治环保要求。

关键词：滤带、压榨、跑泥现象、结构设计、脱水

Study on construction mud dewatering process of belt press filter

Abstract:Aiming at the problems of low efficiency and high cost of current building mud compression treatment equipment, the mud properties of heavy-duty mud dewaterer and the correlation between dewatering equipment are analyzed. Based on the properties of polymer chemistry, physics and mechanical pressing, and the correlation between them, the key properties of building mud dehydrator were determined. The results show that the better the surface dehydration is in the gravity dehydration stage, the better the dehydration performance is in the pressing stage, and vice versa. A kind of mechanical structure of assistant dehydrator was designed. The experiment shows that the structure is helpful to dehydration. The design results will meet the requirements of the state for the prevention and control of construction mud pollution.

Key word:Filter belt, press, mud run, structural design, dewatering

中图分类号：TH132.3

前言

社会前进发展离不开经济发展，在经济发展的同时往往会隐藏着社会通病，环境污染、产品安全事故。中国目前处于发展中国家阶段，改革开放初期片面追求经济的快速发展，不考虑自然环境承受能力，经济实力上升后再进行污染治理，我们正面临着这样的环境中，经济快速发展与环境保护、污染治理之间平衡问题。中国GDP总量目前已经居全球第二，但人均GDP相对较低。2017年中国国内生产值827122亿元，全年固定资产投资（不含农户）631684亿元，其中基础设施投资140005亿元，较去年有19.0%增长。全国房地产开发投资109799亿元，比上年增长7.09%，全年全国城镇棚户区住房改造开工609万套^[1]。基础设施、房地产大规模建设带来大量的建筑泥浆，对于我国人均水资源仅为世界平均水平的1/4的水资源缺乏国家来讲，如何处理好因发展城镇建设带的来建筑泥浆问题，对国家水资源安全处理技术进行相关研究是一个极为重要的民生课题。早期从德国、法国、日本引进的带式压过滤机技术已经被市场广泛吸收，在中国市场上出现了很多类似生产带式压榨过滤机的公司。

目前，国内外学者对带式压榨过滤机生产过程中的一些问题始终没有很好的解决，如生产过程的网带跑偏、挤压段两侧漏泥、滤饼含水量过高等问题。研究方向主要集中在泥浆脱水质量控制（QC）、结构优化、力学仿真建模等。段彬礼等^[2]把真空过滤设备用于重力脱水区, 利用真空压力提高了重力脱水区的脱水效果。朱力学^[3]从质量控制（QC）活动降低过滤机的故障次数提高输送带寿命。芮延年等^[4]利用振动的方法增加重力脱水和压榨脱水过程中脱水效果。Snyman^[5-8]等将电渗技术用于带式压滤机，并用试验证明该技术能显著降低滤饼含水量。Severin^[9-10]等通过样机模拟脱水过程，建立泥浆重力脱水模型，并分析了犁刀（分布器）作用对重力脱水的效果影响，

本文研究用一种新型链网式输送带与潘内维斯结构的创新结构应用。综合工况分析；输送带采用吸水性、弹性好的海绵为基材，把海绵材料与链网式输送带有机结合，形成一种具有海绵的弹性、吸水性和链网式防跑偏功能的输送带，结合新型海绵输送带的结构与性能创新设计出一种型的潘内维斯结构。

1、带式压榨过滤机结构给与分析

带式压榨过滤机根据压榨辊筒不同的布置与组合可形成多种结构过滤机。泥浆压榨脱水阶段结构由几组不同大小直径的辊筒和输送压滤带组成，两条输送压滤带呈S 形状依次环绕于辊筒之间，实现传送与压榨作用，使两条输送压滤带之间的半固态稀泥在剪切力和挤压力的作用下，挤压掉泥浆中过多的水份，进而达到物理压榨脱水的目的，最后形成固态泥饼而排掉。一般分为轻型不锈钢带式浓缩脱水一体机、重型碳钢带式压滤机两种，表1是常用的带式压榨过滤脱水设备优缺点。比较分析两种类型结构的优、缺点，得出以下一些观点。

表1常用的带式压榨过滤脱水设备优、缺点

1.1 设备结构排列空间占用问题与缺点

轻型不锈钢带式压榨浓缩脱水一体机结构上一体化，形成上下两层结构，在空间上进行叠加处理，纵向空间排列结构减少横向用地面积，结构排列紧凑。自由重力脱水阶段距离短，脱水不彻底，泥浆脱水处理量小。设备中部件与部件之间排列空间狭小，如设备中某一部件发生故障后，排故、维修空间较少，停机维修占用设备时间长。

重型碳钢带式压榨过滤机结构上一般都是分布式，分成两三个部分拼接组合而成，各自相对独立，设备往往做的很大，横向排列结构。重力脱水距离比较长，占地面积多，同样输送带宽度尺寸污泥处理量相比一体式增加20%。设备中部件与部件之间空间大，如设备中某一部件发生故障后，排故、维修空间较大，但部件大往往需要两人以上合作维修。

1.2 设备结构功能压榨过滤跑泥现象

带与带之间空间减小或连续减小挤压和剪切泥浆使泥浆脱水干化，这一过程中两带之间的泥浆会往输送带两侧跑，泥浆溢出输送带外的现象称之为跑泥现象。

挤压段输送带两侧泥浆外溢现象的原因是泥浆当中含水量太大，泥浆流动性好，受到外力作用易产生流动。解决这一现象的就是解决泥浆的进入预压、挤压阶段的含水量。

轻型不锈钢带式压榨浓缩脱水一体机在重力脱水上，往往因一体化的原因减少重力脱水长度，一般设备都在2~4米间，这一距离重力脱水不完善。

重型碳钢带式压榨过滤机在重力脱水长，重力脱水长度为8~11米，借助提升重力脱水长度来充分过滤，在后1/3开始自由水脱水减少明显，泥浆间的吸附力把自由水吸在泥浆间，脱水效率减小。

1.3 过滤带跑偏现象

带式压榨过滤机在泥浆输送脱水、压榨脱水过程中，会产生一定量的泥浆粘附在棍筒上，粘附泥浆越积越多，使过输送带产生变形、棍筒直径变大，因无规则的变化导致过滤带往一个方向偏离原位置，我们称之为过滤带跑偏现象。带式压榨过滤机为了纠正这种现象在功能结构上都会增加防跑偏机构，以实时纠正跑偏问题。机构的增加使得机器的形状、与结构功能发生变化，在成本上增加很多。

2 带式压榨过滤机生产工艺研究与创新

固液分离是带式压榨过滤机的主要功能，课题组研究这些问题后，查找中外相关处理结构设计，发现一种叫潘内维斯(Pannevis)带式过滤机 ，如图1

图1带有压力装置的潘内维斯(Pannevis)带式过滤机

图示6是压力带，成三角形态布置压力带与带轮，对物料进行挤压工作。结合重力脱水阶段的情况与潘内维斯(Pannevis)带式压榨过滤机的压力装置设计了一种改良的压力装置，一种带式压榨过滤机新型机械装置结构，如图2

图2种带式压滤机新型机械装置

该结构利用加长契形预压距离，长距离小角度的导入泥浆，再经带与带之间挤压脱水，结构功能当中提到挤压带是由一种弹性海绵带，其功能是挤压、吸水、柔性包容、脱水等功能：挤压是带据有的一种刚性;吸水是海水其特有的性能，吸水量达到其本性重量的十倍左右，海绵休当中充满水;柔性包容是海绵的弹性变化，受力变形，向下凹呈锥形拉伸，包容物体；脱水是海绵体受挤压后，体积变小，其包容的水分子从海绵体中脱离。

2.1 压榨工艺研究与创新

该机构可以应用的一体式和分布式带式压榨过滤机上，利用该结构这些功能，在重力脱水结束部分装置这一机构，增加一级预压处理减小重力脱水泥浆含水量，减少输送到过滤机预压阶段的泥浆的跑泥现象，减少挤压阶段的跑泥现象，提高泥饼的排出质量，提高过滤机设备操作工人与过滤机的工作环境。在原设备结构上可减少一到两级对压棍筒，减少设备的结构及占地使用面积。

结构对一体式过滤设备的生产改良：补充完善泥浆在重力脱水阶段脱水工作长度不够的问题，使进行预压阶段的泥浆含水量更少，减少在预压阶段和S型压榨阶段的跑泥现象；可以减少对压棍筒系统的复杂程度，简化S型挤压结构。

结构对分布式过滤设备的生产改良：可以缩短重力脱水阶段的长度，减少设备占地使用面积；减少在预压阶段和S型压榨阶段的跑泥现象；可以减少对压棍筒系统的复杂程度，简化S型挤压结构。

2.2 输送带工艺研究与创新

链网式输送带依靠链条和链轮啮合来传递动力和运动。链传动与带传动比较，在过滤机中功能突出，传动过程中具有跑偏率低，能在潮湿、高低温、多尘、腐蚀等恶劣环境中工作。

海绵与链网式输送带的结合，新产生的功能符合泥浆处理功能。新型海绵链网式输送带具有输送带跑偏率低；能在潮湿、高低温、多尘、腐蚀等恶劣环境中工作；能反复压缩及吸压水；有能效的包裹流动性好的泥浆。新型海绵链网式输送带能有效减少输送带在输送过程中的带跑偏问题、能有效减少带之间的跑泥问题等。

3、结语

根据实验情况分析 ：新型海绵链网式输送带与新型潘内维结构能有效的解决输送带跑偏问题、滤饼含水量、挤压段两侧漏泥跑泥现象。

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基金项目：浙江省教育厅一般项目（Y201738548）

作者简介：张超（1982-），男，浙江临海人，宁波职业技术学院，实验师，工程硕士，研究方向：机械结构设计、金属材料制造加工