自动压滤机发展概述

作者：M. Shirato

欢迎访问e展厅 展厅 3 压缩机/分离/过滤机械展厅 压缩机, 空气压缩机, 过滤器, 滤清器, 滤油机, ... M. Shirato博士是名古屋大学的名誉教授，同时也是英国过滤学会-日本分会的名誉主席，他概述了自动压滤机在日本的历史、技术现状以及未来发展。 据记载，1853年的英国专利中收录了历史上第一台压滤机，它通过使用许多压力元件来获取植物油。压滤机的主要优点包括，过滤速度高，以及成形滤饼含湿量低，这归功于它们能够施加高过滤压力。因此，压滤机长期以来一直比任何其他类型的过滤机的适用范围更广。但是，压滤机的缺点却包括间歇性的工作，以及劳力需求高。因此压滤机被认为逊色于连续真空过滤机。在20世纪中期，工业领域出现了大规模生产的需求。因此，业内人士越来越注重压滤机工作的自动化问题，那时，日本研制出了全自动卧式以及其他各种类型的新型压滤机。 自动卧式凹板式压滤机 为了满足这种日益增长的工业需求，K.Kurita和S.Suwa于1953年在大阪的Kurita机械制造公司（Kurita Machinery Mfg. Co.）开始研制自动压滤机，这是一家成立于1930年的重要压滤机制造商。首先他们研究了从凹板式压滤机自动卸除滤饼的方法。几次失败之后，他们终于在1959年研制出了世界上第一台全自动卧式压滤机，次年将该设备引入工业领域。 自动卸除滤饼的工作机制如下，凹形滤板依次移动，从而形成大小为滤板尺寸60%的规则间隔（如图1所示）。通过使用合适的固定设备，两块凹板之间的滤布变成V形，如图所示。已经在滤布上形成的滤饼会在其自重的作用下卸除。对于粘性滤饼，按照大约每秒两个周期的频率敲打倒V形悬挂物的顶部几秒钟，以确保从滤布上卸除滤饼。然而，合成过滤介质的改良真正引领了该领域的实际发展，这些过滤介质提供了诸多的优良特性，包括极好的滤饼清除和抗堵塞能力，吸湿性降低，以及自动电子控制功能。 为了缩短自动过滤操作中卸除滤饼的时间，1972年研制出了单块滤布移动式全自动卧式压滤机。从本质上看，这种方法首先同时移动所有滤板以形成大约50-70mm的相同板间距，接着通过滚轮使所有向下移动的滤布反向朝上移动，如图2所示。虽然单块滤布移动式压滤机缩短了卸除滤饼的时间，即使对于粘性的薄滤饼也不例外，但是它的缺点包括，工作机理相当复杂，设备变得更长，且更换滤布的步骤也较复杂。 带隔膜压缩的自动卧式凹板式压滤机 滤饼脱水是滤饼干燥及产出最大量滤液的基本要求。对于污水污泥处理而言，这一要求相当重要，它有利于节约焚烧、运输、堆制肥料和垃圾填埋等工作所消耗的能源。1968年，Kurita公司开始致力于研究通过使用液压或气动柔性膜片来减少滤饼的含湿量，如图3所示。至1971年时，带有隔膜压缩的全自动压滤机诞生了。通过启动隔膜，很容易针对给定的固定滤室厚度达到最佳工况。该设备在优化自动过滤周期，压缩滤饼（滤饼洗涤和吹气脱水，如果需要的话），卸除滤饼以及清洗滤布等方面表现良好。这使得压滤机的适用范围变大，其中包括污水污泥处理。 自动滤框式压滤机(无板式压滤机) 向压滤机增添了压缩隔膜之后促成了一种新型压滤机的诞生，即无板式压滤机，它仅由滤框组成（如图4所示）。凹形滤板的作用如下，首先是分隔滤室，在这种情况下，凹板的两面分别承受大小几乎相等但是方向相反的压力；其次，它还起到支撑滤布及提供滤液流道的作用。如图4所示，自动无板式压滤机由一系列滤框组成，其中滤框上装配有压缩隔膜、滤布和排水网。在通向滤室的污泥入口处还提供了隔块。 无板式压滤机的优点包括，压滤机长度短，设备重量轻。主要的缺点是，其过滤和压缩压力有限，过滤时提供的压力大约为0.4MPa，压缩时提供的压力大约为0.7MPa，这种压力值相当低。 材料 必须考虑自动卧式压滤机的滤板、滤框、压缩隔膜和过滤介质的材料。 传统压滤机的滤板和滤框可以采用多种不同的材料，包括各种金属、涂层金属、塑料和木头。在日本生产的用于自动压滤机的全部滤板和滤框中的80%到90%都采用聚丙烯制成，通常还添加滑石或者玻璃纤维来增强它们。聚丙烯能够成功地应用在5-80℃的条件下。它通常具有良好的耐酸性和耐碱性，比重低（0.90）、价格低，且易于加工。 现在制造的自动压滤机可以生产成滤板尺寸最大2m×2m，滤室数量最多达170个，最大过滤面积达1190 m2。当使用离心泵时，工作过滤压力通常为0.4-1.4MPa，当使用隔膜泵或者柱塞泵时，压力最大可达4-6MPa。 用于制造压缩隔膜的材料是天然或者合成橡胶（例如，EPDM、EPT、NBR或者 CR），以及各种合成树脂弹性体。虽然天然橡胶应用得最为广泛，但是它不适用于含有油性物质的泥浆。而且它无法在60℃以上正常工作。对于食品及饮料加工，必须使用无味的隔膜材料。向橡胶隔膜内插入布绳，能够提高隔膜的耐用性。压缩压力通常为0.6-2.6MPa。 自动压滤机所用的过滤介质有几项重要的属性。它们分别是垫圈质量、良好的滤饼卸除能力、抗堵塞性、尺寸稳定性、较小的吸湿性、耐磨性、抗磨性、耐化学性。目前应用得最为广泛的材料是编织形式的聚丙烯和聚酯纤维。 自动卧式压滤机：板框式 相比凹板式压滤机而言，从板框式压滤机（平板滤板式）自动卸除滤饼更困难。位于日本Setocity 的Ito制造公司（Ito Mfg. Co.）研制出了一种自动板框式压滤机（如图5所示），其滤板由表面覆盖滤布的钢板构成，滤框由方形的钢制环芯制成，其上覆盖着厚厚的橡胶密封垫。橡胶密封垫的内表面呈凹形。通过倾斜滤框实现自动卸除每个滤框内的滤饼。该压滤机结构简单，成功地用于过滤碎石厂和采矿厂排放的废水，其中含有相当低阻力的固体颗粒。 未来的发展 自动卧式压滤机在多个行业内都经历了与其未来前景息息相关的发展。在使用传统卧式压滤机进行过滤时，由于各种可能的不平等性，导致压滤机的滤室不能始终保持一致的滤饼成形程度。滤室中形成的滤饼之间存在着不平衡性，导致滤板出现明显的变形，有时甚至导致滤板断裂。传统压滤机的凹板带有凸台（如图6所示），而它们的作用仅仅是在压滤机闭合期间提供额外的支撑，并不是必需的部件。作者认为，支撑凸台是研发人员根据长久以来的经验为避免破坏滤板而设计的。对于带有压缩装置的压滤机，绝不会发生滤板断裂的情况，因此无需凸台。 装有隔膜压缩装置的全自动卧式压滤机的应用领域有所扩大，现在还包括了污水污泥处理。图7显示了对深井水厂排出的含0.54%固体的浓缩污泥进行过滤的现场试验结果，该试验使用两种压滤机——一种是传统的凹板式压滤机，其滤室厚度为8.5mm，另一种是带有隔膜压缩装置的全自动压滤机，其滤室厚度为30mm。传统型之所以选择8.5mm的厚度是基于每天进行一个批次的操作。过滤和压缩的压力均为0.69MPa，以生成含湿量为75%的滤饼。 对于非压缩型过滤，其成形滤饼的含湿量在发生过滤-固结现象期间下降得非常缓慢，因为当滤室内填满了普通滤饼之后，滤饼中的液体流态缓慢变化。但是，通过隔膜压缩的脱水作用则进行得非常快，如图所示，以过滤-固结特性和停歇时间为基础，很容易建立起最佳工作条件。 装有压缩装置的压滤机在不到四分之一的时间内即可处理一半数量的污泥，换句话说，它的过滤能力超过了传统压滤机的2倍。分离出来的液体循环流回工厂，而经过脱水之后的污泥被用于农田或者运往垃圾填埋场。为了主要针对给水厂污泥进行极高程度的脱水，日本还研制出了另一种自动压滤机，它不仅装有隔膜压缩装置，还装有带炭素电极的电渗脱水装置。但是，其应用局限于仅具有低导电性的污泥。 为了满足日益增大的对难过滤物质进行更高程度脱水的需求，有关人员正在尝试研制具有超高压力的压滤机。最近，Kurita公司研制了一种高压自动卧式压滤机，用于从棕榈油中分离出油性脂肪酸。过滤压力为0.3MPa，压缩压力高达5MPa。凹板尺寸为1500mm × 1500mm，带有176个滤室。为了便于卸除滤饼，22块滤板一次性全部打开，使得各个滤板之间保持相同的50mm的间隔。 滤板和隔膜由德国制造。考虑到过滤和压缩时的压力值相差很大这一事实，调节夹紧滤板的水锤压力，使其与过滤和压缩期间的工作压力成线性比例关系，以减少压滤机上承受的过大载荷。压滤机现在顺利地工作。增大自动压滤机的压力这一趋势今后将一致持续下去，为解决这些世界性难题而进行的国际合作将变得越来越重要。 在现代过滤行业中，市场需求变得日益复杂，需要更精细和更高程度的分离，尤其当考虑以下目的时，例如循环使用材料，节省能源成本，必要的环境保护。包括压滤机在内的各种过滤器和分离设备的最新发展，将继续提供解决这些重要问题的技术工具。

文章内容仅供参考 (投稿) (1/6/2013)