螺桿式擠壓機的設計及相關問題的研究

1、螺桿式擠壓脫水機的設計及相關問題的研究摘要在污水處理過程中往往會產(chǎn)生大量的污泥，其具有容量大、易腐爛、有惡臭等特點。污泥脫水是污泥減容的有效方法。目前常用的脫水設備有帶式壓濾脫水機、板框式壓濾脫水機、離心式脫水機和滾壓式污泥脫水機等。強化脫水方式主要有超聲波強化脫水、磁化脫水、冷融法處理和水平電場處理等。本次設計的螺桿式擠壓脫水機主要是對過濾網(wǎng)罩、螺桿軸、泥漿供應等部分進行詳細的設計計算。對電機、減速器、軸承等部分分別進行了選型。并創(chuàng)建了螺旋軸和篩網(wǎng)的三維實體模型。目前國內(nèi)只有幾家生產(chǎn)公司，都是比較前沿的脫水設備。本脫水設備的設計可以為國內(nèi)相關領域提供參考。關鍵詞：螺旋軸，脫水，篩網(wǎng)，設計計算

2、IIAbstractThere are a large amount of mud in water treatment process which is large quantity, easy rot, effluvium and so on. Sludge dewatering sludge reduction is an effective way . At present equipment is commonly used dehydration dehydration belt filter press machine, frame-filter press for dehydr

3、ation, centrifugal machines and Roller dehydrated sludge dewatering machines. Dehydration is the main way to strengthen ultrasound enhanced dehydration, magnetized dehydration, cold treatment and financial level electric field treatment. The design of the machine screw extrusion dehydration is the m

4、ain filter mask, the screw shaft, mud and other parts of the supply detailed design calculations. The motor, reducer, the bearings and other parts of a selection. And create a spiral shaft and screen 3D model. To provide the design of advanced dehydration, such as there is only a few production comp

5、anies at present.Key words: screw shaft, dehydrating, Screen, Calculation目錄IV第一章 前 言11.1 選題背景11.2 螺桿式擠壓脫水機的研究意義11.3 文獻綜述21.4 關于脫水設備的工作原理及介紹4第二章 強化脫水措施142.1 超聲波強化脫水142.2 污泥脫水磁化處理142.3 冷融處理法152.4 水平電場污泥脫水162.5 改善方法17第三章 螺桿式擠壓機的主要設計計算193.1 初始數(shù)據(jù)193.2 螺旋直徑193.3 驗算螺旋軸撓度213.4 螺旋轉(zhuǎn)速233.5 功率計算24第四章 螺桿式擠壓機的零件及

6、選型設計264.1 軸強度校核264.2 軸承的壽命計算284.3 電動機的選型304.4 減速器的選型314.5 進料斗設計324.6 軸承的選型334.7 軸承的潤滑344.8 聯(lián)軸器的選型354.9 篩網(wǎng)的設計364.10 整體支架的設計364.11 軸上各段長度設計364.12 螺桿式擠壓脫水機重要部件的三維實體模擬圖37第五章 技術(shù)經(jīng)濟分析395.1 經(jīng)濟分析與評價的意義和基本原理395.2 技術(shù)經(jīng)濟分析40第六章 結(jié)論與展望416.1 結(jié)論416.2 展望42參 考 文 獻42致 謝43聲 明44螺桿式擠壓脫水機的設計及相關問題的研究第一章前言1.1 選題背景在污水處理過程中產(chǎn)生大

7、量的污泥，其具有容量大、易腐爛、有惡臭等特點。我國目前所產(chǎn)生的大量的污泥基本上都以填埋處理為主。但隨著日趨嚴峻的環(huán)保形勢，污泥填埋處理工藝的缺點已經(jīng)暴露出來，填埋工藝對土地資源的浪費以及所帶來的二次污染問題已經(jīng)對污泥的處理工藝提出了更高的要求。目前所倡導的循環(huán)經(jīng)濟的工藝要求，必須對現(xiàn)有的污泥處理工藝進行進一步的深度處理及改進，而污泥脫水是污泥處置的主要過程，其作用是使含水率 95%左右的稀污泥經(jīng)機械脫水后成為含水率在 60%-80%的較干污泥，以便進一步的處理與利用。所以污泥脫水機械在污水處理過程中起到舉足輕重的作用，它的性能的好壞直接影響到整個污水處理過程，性能優(yōu)良的污泥脫水機械的研制與開發(fā)

8、也受到人們的關注1，2。隨著科學技術(shù)的發(fā)展和環(huán)境保護意識的加強，一些發(fā)達國家在污泥脫水技術(shù)方面不斷改進，特別是歐美及日本各國都相繼制定了城市污泥最終處理的綱要，對污泥的處理有了明確的要求和規(guī)定，目前廣泛采用污泥機械脫水的方式對污泥進行處理。隨著近年來科學技術(shù)的發(fā)展和進步，以及減少占地面積和基建投資的要求，各國都在相繼開發(fā)研制和使用高效連續(xù)生產(chǎn)、低能耗、低磨損的脫水機種類，由單純的帶式壓濾機、離心機、板框機等發(fā)展到綜合性的集機械濃縮和離心脫水為主的污泥處理設備，并有逐步取代單一類型脫水機的趨勢3，4，5。1.2 螺桿式擠壓脫水機的研究意義國內(nèi)外污水處理廠的污泥濃縮、脫水設備多數(shù)采用臥螺式離心機、

9、板框式壓濾 脫水機和帶式脫水機。國外大部分使用的是離心機，其主要優(yōu)點在于設備密閉性能 好、運行穩(wěn)定、技術(shù)成熟、清潔衛(wèi)生、脫水效果好，一般含固率能達到 2225%。缺點是能耗大、費用高、機器始終處于高速運轉(zhuǎn)狀態(tài) ，主要部件易升溫、易磨損、使用壽命短，需要專業(yè)廠維修、更換，并需調(diào)整動平衡。國內(nèi)的城市污水處理廠自 九十年代中期才逐步開始興建，由于運行費用的問題，大部分采用帶式脫水機，其 主要優(yōu)點是能耗少、費用低、技術(shù)成熟、維修方便。缺點是機械傳動部件多、濾布 糾偏、調(diào)整頻繁，需人跟機操作，作業(yè)環(huán)境差、臭味大，需要不停的引風，以保證7空氣流通。螺桿式擠壓脫水機不僅固、液分離效果好，還能使用在石油化工廠

10、污泥脫水中， 在通過對設備的認真剖析，發(fā)現(xiàn)它是集帶式壓濾機低速擠壓的原理和臥螺式離心機 密閉工作的優(yōu)點，由中心推進器連續(xù)低速螺旋擠壓，在自動清洗狀態(tài)下實現(xiàn)了固、 液分離。車間內(nèi)無異味、無噪音、無振動、清潔衛(wèi)生，整個過程僅由一個小型 PLC 系統(tǒng)自動控制6。本設計以研究城市污泥的物理化學特性為基礎，圍繞污泥強化脫水技術(shù)，設計污泥強化脫水裝置和污泥改性脫水系統(tǒng)及附屬裝置，為實現(xiàn)城市污水污泥的高效脫水技術(shù)及后續(xù)利用打下基礎。1.3 文獻綜述1.3.1 國內(nèi)外污水、污泥產(chǎn)生量隨著我國社會經(jīng)濟和城市化的發(fā)展，城市污水的產(chǎn)生及其數(shù)量在不斷增長。目前全國已建成運轉(zhuǎn)的城市污水處理廠約 1000 余座，年處理能

11、力為 113.6 億立方米。根據(jù)有關預測，我國城市污水量在未來二十年還會有較大增長，2010 年污水排放量將達到 440108m3d；2020 年污水排放量達到 536108m3d。污泥是污水處理后的附屬品，是一種由有機殘片、細菌菌體、無機顆粒、膠體等組成的極其復雜的非均質(zhì)體。污泥量通常占污水量的 0.3%0.5%（體積）或者約為污水處理量的 1%2%（質(zhì)量），如果屬于深度處理，污泥量會增加 0.51 倍。污水處理效率的提高，必然導致污泥數(shù)量的增加。目前我國污水處理量和處理率雖然不高（4.5%），但城市污水處理廠每年排放干污泥大約 30 萬噸，而且還以每年大約 10%的速度增長。西方發(fā)達國家由

12、于工業(yè)化進程早，經(jīng)濟實力雄厚，所以污水處理技術(shù)先進，處理程度較高。但是自從 1875 年英國倫敦建立世界第一個污水處理廠以來，污泥處理問題便成為市政管理的重要問題之一。隨著城市人口的增長、市政服務設施的不斷完善、污水處理技術(shù)的不斷提高，歐、美等發(fā)達國家的污泥產(chǎn)量每年大約以 5% 10%的速度增長。影響污泥產(chǎn)生的因素來自多方面，污水、污泥處理技術(shù)的應用和改善以及人口增長是導致污泥質(zhì)和量同步增加的主要因素。1990 年歐洲干污泥產(chǎn)量為 11.07 百萬噸，到 1999 年干污泥產(chǎn)量達 17.46 百萬噸。到 2005 年，歐洲將建立許多新污水處理廠，一些國家污泥產(chǎn)量將幾乎增加 300，污泥管理將是

13、一個嚴峻挑戰(zhàn)，選擇處理處置方法也將會具有更大的經(jīng)濟和環(huán)境內(nèi)涵。1.3.2 污泥對環(huán)境的影響污泥中含有大量的 N、P、K、Ca 及有機質(zhì)，而且 N、P 以有機態(tài)為主，同時污泥中還有許多植物所必須的微量元素，可以緩慢釋放，具有長效性。因此，污泥是有用的生物資源，是很好的土壤改良劑和肥料。表 1-1 是我國沈陽、杭州、北京、廣州、天津、蘇州、香港、深圳、太原、無錫、常州、常熟、昆明等城市 21 個污水處理廠污泥營養(yǎng)成分的調(diào)查統(tǒng)計結(jié)果。表 1-1 我國 21 個污水處理廠污泥中營養(yǎng)物質(zhì)成分統(tǒng)計結(jié)果(單位：)項目有機質(zhì)TNTPTK平均值37.183.031.520.69最大值62.007.035.131

14、.78最小值9.20.780.130.23中值35.582.91.30.49由上表說明，我國污泥的有機質(zhì)平均含量為 37.18、總氮、總磷、總鉀平均含量分別為 3.03、1.52、0.69，均超過國家堆肥需要的養(yǎng)分標準，所以污泥是很好的有機肥源。但盡管污泥含有豐富的養(yǎng)分，它同時也含有大量病原菌、寄生蟲（卵），銅、鋅、鉻、汞等重金屬、鹽類以及多氯聯(lián)苯、二噁英、放射性核素等難降解的有毒有害物。這些物質(zhì)對環(huán)境和人類以及動物健康有可能造成較大的危害。1.3.3 我國污泥處理、處置存在的問題污水處理中的污泥處理和處置技術(shù)在我國還剛剛起步，在全國現(xiàn)有污水處理設施中有污泥穩(wěn)定處理設施的還不到 1/4，處理工

15、藝和配套設備較為完善的還不到1/10，能夠正常運行的為數(shù)不多，污泥直接排放造成的二次污染必須予以充分的重視。我國傳統(tǒng)的污泥處理處置基建投資大、負荷低、安全性要求高，運行管理難度大、運行經(jīng)驗缺乏等問題，所以造成設備閑置，浪費極大。我國存在大量小型污水處理廠，其污泥絕大部分未能得到妥善處置，污泥處置已經(jīng)成為污水處理廠設計、運行中必須優(yōu)先考慮的重要環(huán)節(jié)。污泥處理和處置不僅是我國而且是世界面臨的技術(shù)挑戰(zhàn)7。1.4 關于脫水設備的工作原理及介紹1.4.1 螺桿式擠壓脫水機經(jīng)過前一級工序下來的污泥或污水經(jīng)過聚合絮凝、沉降處理后產(chǎn)生絮狀膠凝物懸浮液。進入螺旋擠壓機后，固液混合體在錐度螺旋軸逐漸變徑的作用下，

16、使物液產(chǎn)生體積上的壓縮，從而使料液中的水分通過孔狀濾筒迅速被分離出去，而固體在不斷壓縮的作用下含水率逐漸下降而成為我們所需要的濾餅，最后在螺旋的輸送作用下排出機外。(如圖 1-1)被分離出來的濾液在重力作用下被收集到設備的積水盤內(nèi)進入沉降槽內(nèi)。設備在清洗裝置、進料裝置、傳動裝置的配合下實現(xiàn)連續(xù)、封閉式的運行8，9，10。圖 1-1螺桿擠壓脫水機原理簡圖螺桿式擠壓脫水機特點： (1)高性能、低耗損螺桿式擠壓脫水機及其輔助設備均設計成底能耗型，其能耗小于其它形式的脫水機。(2) 低價格、低運行費年運行維護費用均低于其它型式的脫水機。在使用壽命內(nèi)，螺桿式擠壓脫水機總成本是最低的。(3) 體積小、結(jié)構(gòu)

17、簡單，易于操作和維護螺桿式擠壓脫水機結(jié)構(gòu)簡單（如圖 1-2 所示），質(zhì)量輕于其它型式壓濾機，維護簡單容易。無需每天運行后卸泥.脫水機能自動運行及停止。因此運行及停止所用能耗少。圖 1-2 螺桿擠壓脫水機結(jié)構(gòu)簡圖(4) 無噪音、無震動、旋轉(zhuǎn)速度低正常情況下螺桿的旋轉(zhuǎn)速度為每分鐘 0.1 至 2 轉(zhuǎn)之間，因此系統(tǒng)運行中不會產(chǎn)生噪音和震動，并且有一個好的操作環(huán)境，在維護時就不必采用其它額外的措施。(5) 無需濾布、運轉(zhuǎn)時只需一種聚合物螺桿由金屬制成，不需經(jīng)常替換維護簡單。污泥在一種聚合物的作用下凝結(jié)成固體，操作更容易有效穩(wěn)定。(6) 機械完全密閉、除臭過濾器與脫水部件上已安裝了除臭的密閉裝置，采用局

18、部除臭就可擁有一個良好的操作環(huán)境。(7) 清洗用水少、廢水產(chǎn)量少與其它型式壓濾機相比螺旋壓濾機用水少，完成一次操作只需要 5 至 10 分鐘的清洗時間，95%以上的固體被回收，減少了廢水的產(chǎn)生。(8) 泥餅含固率及處理量可調(diào)節(jié)通過調(diào)節(jié)螺桿的旋轉(zhuǎn)速度可調(diào)節(jié)泥餅含固率和處理量。這是螺旋壓濾機獨有的特點，它可以在系統(tǒng)循環(huán)時將泥餅含固率提高到一個適當值。（如圖 1-3）圖 1-3螺桿式擠壓脫水機實體圖(大連美熙環(huán)保設備技術(shù)有限公司)1.4.2 帶式壓濾脫水機帶式壓濾脫水機（圖 1-4）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

19、剪切力，把污泥層中的毛細水擠壓出來，獲得含固量較高的泥餅，從而實現(xiàn)污泥脫水。一般帶式壓濾脫水機由濾帶、輥壓筒、濾帶張緊系統(tǒng)、濾帶調(diào)偏系統(tǒng)、濾帶沖洗系 統(tǒng)和濾帶驅(qū)動系統(tǒng)構(gòu)成。帶式壓濾脫水機受污泥負荷波動的影響小，還具有出泥含水率較低且工作穩(wěn)定耗能少、管理控制相對簡單、對運轉(zhuǎn)人員的素質(zhì)要求不高等特點。同時，由于帶式壓濾脫水機進入國內(nèi)較早，已有相當數(shù)量的廠家可以生產(chǎn)這種設備。在污水處理過程建設決策時，可以選用帶式壓濾機以降低工程投資。日前，國內(nèi)新建的污水處理廠大多采用帶式壓濾脫水機8，11。圖 1-4帶式壓濾脫水機1.4.3 板框式壓濾脫水機板框式壓濾機（圖 1-5）是通過板框的擠壓，使污泥內(nèi)的水通

20、過濾布排出，達到脫水目的。它主要由凹入式濾板、框架、自動-氣動閉合系統(tǒng)、測板懸掛系統(tǒng)、濾板震動系統(tǒng)、空氣壓縮裝置、濾布高壓沖洗裝置及機身一側(cè)光電保護裝置等構(gòu)成。與其它型式脫水機相比，板框式壓濾機最大的缺點是占地面積較大。以北京高碑店污水處理廠一期工程使用的帶式壓濾機和鞍山工業(yè)污水處理廠使用的板框式壓濾機為例作比較；高碑店污水廠處理污水量為 50 萬 t/d，污泥產(chǎn)量 1852.5m3/d，干物質(zhì) 92.63t/d，采用五臺德國 KLEIN-KS30 型帶式壓濾機，每臺壓濾機的基礎占地面積僅為 27503500mm，鞍山污水廠處理水量為 22t/d，干物質(zhì) 275t/d，采用六臺板框式壓濾機，每

21、臺壓濾機地基礎占地面積達 240012000mm，同時，由于板框式壓濾機為間斷式運行，效率低，操作間環(huán)境較差，有二次污染，國內(nèi)大型污水處量廠己很少采用12。螺桿式擠壓脫水機的設計及相關問題的研究圖 1-5某臺灣公司生產(chǎn)的板框式壓濾機1.4.4 離心式脫水機離心脫水機（如圖 1-6、圖 1-7）主要由轉(zhuǎn)鼓和帶空心轉(zhuǎn)軸的螺旋輸送器組成， 污泥由空心轉(zhuǎn)軸送入轉(zhuǎn)筒后，在高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力作用下，立即被甩入轉(zhuǎn)鼓腔內(nèi)。污泥顆粒比重較大，因而產(chǎn)生的離心力也較大，被甩在轉(zhuǎn)鼓內(nèi)壁上，形成固體層;水密度小，離心力也小，只在固體層內(nèi)側(cè)產(chǎn)生液體層。固體層的污泥在螺旋輸送器的緩慢推動下，被輸送到轉(zhuǎn)鼓的錐端，經(jīng)轉(zhuǎn)鼓周圍

22、的出口連續(xù)排出，液體則由堰板溢流排至轉(zhuǎn)鼓外，匯集后排出脫水機。離心脫水機最關鍵的部件是轉(zhuǎn)鼓，轉(zhuǎn)鼓的直徑越大，脫水處理能力越大，但制造及運行成本都相當高，很不經(jīng)濟。轉(zhuǎn)鼓的長度越長，污泥的含固率就越高，但轉(zhuǎn)鼓過長會使性能價格比下降。使用過程中，轉(zhuǎn)鼓的轉(zhuǎn)速是一個重要的控制參數(shù)，控制轉(zhuǎn)鼓的轉(zhuǎn)速，使其既能獲得較高的含固率又能降低能耗，是離心脫水機運行好壞的關鍵。目前，多采用低速離心脫水機。在進行離心式脫水機選型時，因轉(zhuǎn)輪或螺旋的外緣極易磨損，對其材質(zhì)要有特殊要求。新型離心脫水機螺旋外緣大多做成裝配塊，以便更換。裝配塊的材質(zhì)一般為碳化鎢，價格昂貴。42螺桿式擠壓脫水機的設計及相關問題的研究離心脫水機具有噪

23、音大、能耗高、處理能力低等缺點。國內(nèi)只有為數(shù)不多的幾個廠家可以生產(chǎn)小型離心脫水機，如果選擇大型離心脫水機，就只能依靠進口，會增加工程投資，同時，離心脫水機受污泥負荷的波動影響較大，對運行人員的素質(zhì)要求較高，因此一般污水處理廠均不采用離心脫水工藝13。圖 1-6 離心機實物圖圖 1-7 滾筒式離心機1.4.5 滾壓式污泥脫水機目前，世界上較先進的污泥脫水設備，是加拿大法尼亞公司所生產(chǎn)的滾壓式污泥脫水機。對滾壓機污泥脫水的研究原由加拿大政府研究院開始。法尼亞在 1990年買下該研究技術(shù)，再把其按商業(yè)及生產(chǎn)條件進行改進，并于 1991 年開始在加拿大LONGUEUIL25 萬 t/d 一級化學增強污

24、泥法的污水廠投產(chǎn)。該廠到現(xiàn)在已連續(xù)運轉(zhuǎn)11 年，24 小時運行，沒有發(fā)生重大故障?，F(xiàn)在法尼亞在加拿大、美國、英國、法國及日本已有 70 多個項目。處理量由 3000t/d 到 250 萬 t/d。處理污泥有一級化學增強污泥、活性污泥、消化污泥、生物處理及人畜糞便、造紙等污泥。在 2001 年，日本最大離心機廠 TOMOI 向法尼亞購買技術(shù)。法尼亞滾壓式污泥脫水機不但具有濃縮、脫水一體化功能，而且具有耗能少、產(chǎn)出率高、性能穩(wěn)定、易損件少、維修量小、自動化程度高等優(yōu)點；但它同時也存在一些技術(shù)和性能缺陷：一是濾水板上的濾水孔的數(shù)量受技術(shù)結(jié)構(gòu)的影響，使有效濾水面積減少，進而影響污泥脫水效率；二是設備的

25、脫水效率直接受污泥進口壓力的影響，而法尼亞公司的滾壓式污泥脫水機進入設備的濕態(tài)污泥其壓力只能在60kPa 內(nèi)調(diào)整，如果壓力過大，會造成濾板變形，損壞設備，壓力小，則泥餅產(chǎn)量底，效益差；三是法尼亞滾壓式污泥脫水機結(jié)構(gòu)中的濾板固定在一個轉(zhuǎn)鼓上，轉(zhuǎn)鼓在轉(zhuǎn)動過程中常常偏離水平，造成濾板傾斜，使濾板與相鄰部件產(chǎn)生碰撞和摩擦， 這使濾板和相鄰部件產(chǎn)生損傷，增加了設備的維修量，減少了設備的使用壽命，同時增加了能耗14。圖 1-8滾壓式污泥脫水機工作簡圖1.4.6 ZLY 型螺旋壓榨機由江蘇兆盛水工業(yè)裝備有限公司 ZLY 型螺旋壓榨機(以下簡稱壓榨機)主要用途是將格柵撈出的水中飄浮物，由螺桿帶動進入壓榨機主體

26、，在傳送過程中被壓榨、脫水，最后壓渣被卸入收集容器中，使廢料更易于運輸、填埋及焚燒。適用于城鎮(zhèn) 及規(guī)劃小區(qū)污水處理廠、自來水廠和市政各雨、污水泵站的柵渣處理。主要技術(shù)參 數(shù)如下表 1-2 所示。表 1-2ZLY 型螺旋壓榨機技術(shù)參數(shù)型號 ZLY200300400壓縮管外徑（mm）200300400螺桿運轉(zhuǎn)速率（轉(zhuǎn)/min）5.2排出干渣量（m2/h）0.71.52.7含水量：處理前8595%含水量：處理后4045%電機功率（KW）1.12.24L150018002000H430500600B260430560壓榨機（如圖 1-9）由以下幾部分構(gòu)成：動力裝置、壓榨機主體、進出料裝置、電氣控制箱等

27、；動力裝置采用擺線針輪減速機，結(jié)構(gòu)緊湊，安裝維修極為方便。壓 榨機主體由壓縮管及螺桿等組成，強度大，極耐腐蝕。壓榨機具有較低的進料面， 使廢料由格柵直接進入壓榨機，其進料口和螺桿的長度適宜擠壓各種廢料。廢料自 進料口由螺桿帶動傳送，在傳送過程中被擠壓、脫水，通過出料管，再進入盛料器， 廢水在壓榨機中被擠壓分離出后進入水槽而排出。由于設備中沒有高速運轉(zhuǎn)的零件， 至使傳輸螺桿磨損低，設備能耗低，幾乎不需維修，運行費用和維修費用低廉；整 個工作過程在密閉的鋼管中進行，降低了噪聲干擾，減少臭味的排出。1.4.7 ISGK 螺旋壓榨式脫水機大連美熙環(huán)保設備技術(shù)有限公司與汶瑞機械（山東）有限公司的螺旋壓榨

28、脫水機主要由圓筒形濾鼓和變距變徑螺旋軸（內(nèi)徑逐漸變大，外徑不變）構(gòu)成封閉壓縮空間，在螺旋壓榨脫水機螺旋軸尾部增加了軸心脫水和自動控制的氣動背壓盤。 漿料進入螺旋后，由于螺旋的轉(zhuǎn)動被向前推進，因封閉空間逐漸減小并且受到出料口圖 1-9 螺旋壓榨機結(jié)構(gòu)圖處氣動背壓裝置的推力而擠出濾液，漿料由螺旋末段與氣動背壓盤之間排出，濾液 通過篩網(wǎng)由外殼底部流入收集箱。軸心脫水可使被壓縮的漿層里外脫水一致，大壓 縮比的螺旋軸及氣動背壓盤可使?jié){料高度濃縮，以達到后續(xù)工段的處理濃度，氣動 背壓盤可自動控制出漿壓力，使擠出紙漿的干度均勻穩(wěn)定。以高分子絮凝技術(shù)和污 泥調(diào)質(zhì)技術(shù)的改良為基礎，過濾網(wǎng)的開口孔直徑按照脫水壓力

29、的大小改變，由于采 用按照絮凝塊的強度控制進料壓力的原理，提高固體物回收率，并使用更具實用性。主要特點如下：(1) 螺旋壓濾機及其輔助設備均設計成低能耗型，其能耗小于其它形式的脫水機。(2) 年運行維護費用均低于其它型式的脫水機。在使用壽命內(nèi)，我們的脫水機總成本是最低的。(3) 螺旋脫水機結(jié)構(gòu)簡單，質(zhì)量輕于其它型式壓濾機，維護簡單容易。(4) 正常情況下螺旋的旋轉(zhuǎn)速度為每分鐘 0.1 至 2 轉(zhuǎn)之間，因此系統(tǒng)運行中不會產(chǎn)生噪音和震動，并且有一個好的操作環(huán)境，在維護時就不必采用其它額外的措施。(5) 螺桿由金屬制成，必須經(jīng)常替換維護簡單。污泥在一種聚合物的作用下凝結(jié)成固體，操作更容易有效穩(wěn)定。(

30、6) 過濾器與脫水部件上已安裝了除臭的密閉裝置，采用局部除臭就可擁有一個良好的操作環(huán)境。(7) 與其他型式壓濾機相比螺旋壓濾機用水少，完成一次操作只需要 5 至 10 分鐘的清洗時間，95%以上的固體被回收減少了廢水的產(chǎn)生。(8) 通過調(diào)節(jié)螺桿的旋轉(zhuǎn)速度可隨意調(diào)節(jié)泥餅含固率和處理量。這是螺旋壓濾機獨有的特點，它可以在系統(tǒng)循環(huán)時將泥餅含固率提高到一個適當值。在螺旋壓榨機使用過程中，污泥通過進料泵進入反應槽，藥與水在加藥槽中混合后通過加藥泵進入反應槽，與污泥進行混合后進入 ISGK 螺旋壓榨機，從而達到固液分離。同時為了裝置的清洗，配置了一個清洗水泵，使清洗裝置更加方便。如圖 1-10 所示。圖圖

31、圖圖 1-10 螺旋壓榨機流程圖第二章強化脫水措施2.1 超聲波強化脫水2.1.1 活性污泥性質(zhì)及超聲波作用機理活性污泥為顆粒懸浮物聚凝體，其中含有嵌在高分子網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)中的不同微生物 群落。其絮體提供負電吸附中心，故多價正電離子對絮體的穩(wěn)定性有很重要的作用， 其可以通過結(jié)合經(jīng)基的方式形成細胞外物質(zhì)之間的紐帶。超聲波泛指頻率介于 20KHz10MHz 之間的聲波，是物質(zhì)介質(zhì)中的一種彈性機械波，當超聲波作用于某個液體體系時，液體中會產(chǎn)生大量的空化泡，這些氣泡會隨著聲波變化而改變大小并瞬間破壞，會形成瞬間熱點，能在水中產(chǎn)生一系列接近于極端的條件。超聲波對污泥能夠產(chǎn)生一種海綿效應，使污泥顆粒團聚、粒徑增

32、大， 當粒徑大到一定程度，就會做熱運動相互碰撞、粘結(jié)、最終沉淀。2.1.2 超聲波處理污泥采用超聲波技術(shù)處理城市污水廠污泥，在短的時間內(nèi)，可以改變污泥的結(jié)構(gòu)特性，強化污泥的脫水性能。但如果作用時間過長，污泥顆粒被破碎，反而會導致脫水性能的惡化。在強化污泥的脫水處理中，超聲波在較小功率和短時間下效果會比較理想，在 實際應用當中，如能確定最佳的作用條件，再結(jié)合絮凝劑調(diào)理，可以節(jié)省處理成本。污泥的流變學性質(zhì)在污泥的超聲波處理過程中有明顯的變化，因此，利用流變學的相關理論來研究污泥超聲處理的效果可能會是一種新的研究方法。超聲波處理污泥對污泥表面性質(zhì)基本沒有影響。2.2 磁化處理污泥脫水2.2.1 磁化

33、處理的生物學效應外加磁場對生物活性產(chǎn)生影響稱為磁的生物效應，磁的生物效應可分為生物分子效應、生物細胞效應、生物組織器官效應和生物整體效應。當生物通過一定強度的磁場或生物生活在通過外加磁場作用的污水，有的被抑制其活性，甚至死亡，有的被激化，生物新陳代謝明顯增強。磁化處理的這種新的污泥調(diào)理方式利用磁的生物效應，通過磁場能量的釋放， 迫使污泥顆粒細胞分解，改變了它們表面性質(zhì)，加速了表面電荷的運動屬性，從而使細胞瓦解釋放出大量間隙水，使之成為自由水，從而提高污泥的機械脫水程度磁場還能夠增強細胞的呼吸作用，從而縮短了細胞新陳代謝的周期，更快的消耗掉污泥內(nèi)部的有機質(zhì)，從而降低了污泥量，減少工藝中的能量投入

34、。2.2.2 磁化處理的物理學效應磁場可以改變固液混合物中液相的物理化學性質(zhì)，經(jīng)磁化處理的水中礦物質(zhì)的 溶解度增高，結(jié)垢物晶體表面的電荷分布在磁場影響下發(fā)生了變化，從而使其處于 熱力學表面能較高的不穩(wěn)定狀態(tài)，而吸附上纖維“雜質(zhì)”微粒，形成松散的結(jié)晶團， 容易溶于水而排除經(jīng)磁化處理的水溶液表面張力降低、含氧量增加，有利于兩相物 質(zhì)的分離，磁化處理后物質(zhì)表面 Zeta 電位降低，浮選捕收劑作用增強，提高了捕收劑的選擇性，更有利于泥的分離。磁化處理改變了污泥中液相的表面物理化學性質(zhì)，使污泥顆粒更容易與水脫離。磁場作用也影響了污泥顆粒的內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)，由于磁場力的作用，污泥顆粒運動加 劇，彼此間碰撞結(jié)合

35、的幾率增加，使其更容易相互凝聚，加快了污泥顆粒的聚沉速 率磁化處理與藥劑的聯(lián)合使用最大限度的增加了藥劑本身的作用效果，在改善污泥 脫水性能的同時還可以去處水體中的重金屬物質(zhì)，從而達到一舉兩得的作用效果?；纠碚摵同F(xiàn)階段的研究表明，磁化處理調(diào)理污泥的脫水性能是可行的，不僅可以全面系統(tǒng)地認識磁化處理對污泥脫水性能影響的基本規(guī)律，為設計高效低耗、無污染的城市污泥磁化處理脫水新設備和新工藝提供科學依據(jù)而且有助于推動磁化處理技術(shù)在懸浮液澄清工藝及環(huán)境污染治理等領域的廣泛應用，開辟磁化處理技術(shù)應用的新領域。2.3 冷融處理法冷融處理可以改變有機污泥的膠體結(jié)構(gòu)，提高脫水性能，原理如圖2-1所示。圖2-1 污

36、泥冷凍處理原理圖冷融過程使污泥膠體性質(zhì)完全被破壞，疏松的顆粒團轉(zhuǎn)變?yōu)橹旅苄蛻B(tài)，粒徑變大，并迅速凝集沉降，沉積物體積變小，沉降速度與過濾速度可比冷凍前提高幾十倍，脫水性能大大提高。因此可直接進行機械脫水，不必使用混凝劑。冷融法同時也是一種有效滅活污泥細菌的方法。冷融處理過程中，反應器直徑對冷融處理效果也有一定影響。以16147mm為參數(shù)，不同直徑范圍對污泥性能有不同的影響：當反應器直徑小于30 mm時，在連續(xù)的冷凍速率下，冷融法對污泥脫水性能及微生物降解作用，隨直徑的降低而有所提高，當反應器直徑大約30mm或更大時，直徑的大小對這種作用幾乎沒有影響。在較低的冷凍速率下，異養(yǎng)菌群（HPC）滅活率可

37、達95%；大腸菌群滅活率可達84%左右。根據(jù)美國環(huán)保局的規(guī)定，經(jīng)冷融處理后的污泥可達B級污泥標準（大腸菌群數(shù)（2106mpn/g）。冷融法處理污泥除以上優(yōu)點外，還可以改變污泥流變性能及污泥化學組成，為污泥的后續(xù)機械處理以及污泥內(nèi)植物營養(yǎng)成分（如N、P等）回收利用奠定基礎。2.4 水平電場污泥脫水水平電場污泥脫水是一種新的電脫水技術(shù), 即應用水平方向電場進行污泥電脫水，減小陽極接觸電阻, 提高過程效率, 簡化設備結(jié)構(gòu)，使其更適宜于大規(guī)模污泥脫水過程，并可有效地解決豎直電場脫水過程中產(chǎn)生的陽極接觸電阻對電脫水過程的影響。應用水平電場的污泥電脫水實驗裝置如圖2-2所示(該裝置已申請國家發(fā)明專利, 中

38、國專利申請?zhí)?0109626. 5)。圖2-2 污泥電脫水實驗裝置圖裝置主體由有機玻璃制成, 使用石墨板作為陽極, 銅絲網(wǎng)作為陰極, 銅絲網(wǎng)前面加一層棉布過濾介質(zhì). 陰陽極以及過濾介質(zhì)截面積均為85mm42mm, 兩電極相距65mm.2.5 調(diào)質(zhì)方法構(gòu)成污泥的固體顆粒一般都很細小，而且常常帶負電荷，形成一種穩(wěn)定的膠體 懸浮液,使污泥脫水比較困難。為了提高污泥脫水效率，需要對污泥進行調(diào)質(zhì)，以改 變污泥的理化性質(zhì)，使凝聚力增強,顆粒變大。污泥調(diào)質(zhì)是污泥脫水過程中不可缺少 的工藝過程?？墒褂玫男跄齽┓N類很多，因為有機高分子絮凝劑投加量少，不會增 加泥餅量，不會降低熱值，也無腐蝕性，并且絮凝效果好，形

39、成的絮體大，強度高， 不易破碎，故使用有機高分子絮凝劑。（1） 絮凝劑的選擇取幾個1L的燒杯洗凈待用。向每個燒杯中加入600ml的待脫水泥樣。向每個泥樣中加入不同型號的絮凝劑溶液(濃度為0. 3%) 6ml。向每個泥樣中放入相同的攪拌器進行攪拌,攪拌時間控制在10s ,然后停止攪拌,并取出攪拌器。觀察污泥絮體大小、沉降速度及上清液清澈程度。實驗結(jié)果如表2-1所示。表 2-1 不同絮凝劑的實驗結(jié)果從實驗結(jié)果看,Z1和Z4均能達到很好的絮凝效果。從實際運行使用情況看,Z1 脫水后濾液中懸浮物高。（2） 絮凝劑濃度的調(diào)節(jié)采用高濃度到低濃度的配制方法,根據(jù)泥餅的含水率、濾液的清澈度來調(diào)整最佳投配濃度。

40、從實際運行情況看,并不是絮凝劑濃度越高,脫水效果越好。不同濃度下污泥的脫水情況見表2-2。表 2-2Z4 在不同濃度下污泥脫水情況（3） 絮凝劑用量的確定絮凝劑的用量與污泥本身的性質(zhì)、污泥進泥濃度等因素有關。應根據(jù)具體情況尋求最佳用量。小于或大于最佳用量,絮凝效果都不好。絮凝劑用量可以通過改變加藥泵的運轉(zhuǎn)頻率來改變。第三章 螺桿式擠壓脫水機的主要設計計算3.1 初始數(shù)據(jù)(1) 處理量為 Q=10t/h；3(2) 泥砂表觀密度為 =1.06t/m ；(3) 泥砂最大粒度5mm； (4)螺旋軸最大跨度為 L=1.5m；(5)螺旋葉片工作長度為 L2=1.2m； (6)螺桿式擠壓脫水機連續(xù)工作；3.

41、2 螺旋直徑3.2.1 確定螺旋的有效當量直徑（1）有效當量直徑D0 = k z2 .5Qka k b g（3-1）式中： D0 當量螺旋直徑(m)；kz 泥砂綜合特性系數(shù)，取k zka 填充系數(shù)，取ka =0.5；=0.07；kb 傾角系數(shù)；因為=0，所以kb 1.0；見表3-13含水泥砂表觀密度，1.06t/m ；Q輸送污水量，10t/h。表3-1傾角系數(shù)k傾斜角051015202530k1.00.90.80.70.650.60.55=10D00 .07 2 .5 0 .5 1 .0 1 .06= 0 .227 m3.2.2 螺旋軸徑有效當量螺旋截面積為：A = p42 = pD04 0.

42、227 2= 0.040 m 2（3-2）無中間懸掛軸承，螺旋軸直徑一般為 dD= 0.35 0.7 ，當螺旋軸跨度短或螺旋直徑小時取小值，當螺旋軸跨度大時取大值。取 d=D0 . 5由 A = p D 2 = p 0 .227 2 = 0.040 m404可以知道 A = p4(D 2 - d 2 )= 0.040 m所以d= 0 .130 m取 d = 130 mm考慮螺旋軸剛度和材料型號，選取無縫鋼管，其外徑為140mm，厚為8mm，每米的重力為522.8N。因為軸為錐型，所以此外徑為平均軸徑，錐度傾斜為1.5度。3.2.3 計算螺旋直徑DD = d0.5= 1400.5= 280 mm

43、（3-3）取螺旋直徑為285mm。3.3 驗算螺旋軸撓度3.3.1 葉片與焊接重力（1） 螺旋軸重力q 1 =522. 8 1 . 5 =784. 2 N（2） 螺旋節(jié)距S = 0 . 5 D= 0 . 5 400= 200 mm（3） 葉片展開 螺旋外周長：(pD )2 + S 2l1 =(p 285 )2 + 200 2= 917 .0 mm（3-4） 螺旋內(nèi)周長：(pd )2 + S 2l 2 =(p 140 )2 + 200 2= 483 .0 mm（3-5） 葉片高度：c = 1 (D - d ) =21 (2852- 140 ) = 72 .5mm（3-6） 葉片展開外圓半徑：R

44、=cl1l1 - l 2= 72 .5 917 .0917 .0 - 483 .0= 153 .2 mm（3-7） 葉片展開內(nèi)圓半徑：r = R - c = 153 .2 - 72 .5 = 80 .7 mm（3-8） 葉片圓周角：a = 180 l1pR= 180 917 .0 = 342 .0 p 153 .2（3-9） 計算葉片片數(shù)：Ln0 =2S= 1200 = 6200（3-10） 葉片重力：q = p24(D 2 - d 2 )dn g1 g (N )（3-11）0式中：D1 葉片展開后的外圓直徑； d1 葉片展開后的內(nèi)圓直徑； 葉片厚度；g 重力加速度，9.81m/s2；1 葉片

45、材料表觀密度，7800kg/m2。q = p24(0.285 2 - 0.140 2 )0.005 6 7800 9.81 = 111 .0 N考慮焊接材料重力，增加葉片重力的 10，焊接材料重力為：q 3 = 111 .0 0.1 = 11 .1N(4) 螺旋總重力W = q1 + q 2 + q 3= 784 .2 + 111 .0 + 11 .1 = 906 .3 N（3-12）3.3.2 計算螺旋軸撓度（1）計算螺旋軸撓度5WL 3y =（3-13）384 EI式中：y螺旋自重產(chǎn)生撓度(cm)；W螺旋總重力(N)； L螺旋軸跨度(mm)；E材料彈性模量(Pa)，碳鋼 E= 206GPa

46、= 206 109 Pa；I螺旋軸慣性矩 m4(不包括葉片)。I = p d 4 - (d - 2b )4 （3-14）64式中： b螺旋軸厚度(cm)。I = p6414 4 - (14 - 2 0.8 )4 = 724 .8cm 4得出：y =5 906 .3 1.53= 0.27 10- 4 m = 0.27 10- 2 cm384 206 10 9 724 .8 10 - 8(2) 螺旋軸許用撓度y =L1500= 1501500= 0.1cm（3-15）因為 yy，所以可知軸徑 140mm 合適。3.4 螺旋轉(zhuǎn)速n =4Q60 pD 2 Sk a k b g（3-16）式中：n螺旋的

47、轉(zhuǎn)速(r/min)； Q排泥砂量，10t/h； D螺旋直徑，0.4m； ka 填充系數(shù)，0.5； kb 傾角系數(shù)，1； 泥砂表觀密度，1.06t/m；S螺旋節(jié)距，0.2m。n =4 1060 3 .14 0.285 2 0.2 0.5 1 1.06= 24 .66r/min取n=25r/min，見表 3-2表3-2 螺旋直徑與轉(zhuǎn)速關系螺旋直徑(mm)150200250300400500螺旋轉(zhuǎn)速(r/min)403035253020251525153.5 功率計算3.5.1 物料所需功率的計算11N = Q rw 2 r 2式中：Q1進料流量，Q1=10m3/h=2.78 kg/s; 物料密度，

48、=1.06l03kg/m3; r液面內(nèi)徑，r=0.3m;角速度，=2n/60=2.09/s。（3-17）1N = 2.78 1.06 10 3 0 .32 2.09 2 = 1 .16 kW3.5.2 螺旋軸所需功率N= K g QWL h（3-18）23 .6式中：N2螺旋軸所需功率(kW)； K功率備用系數(shù)，1.3； Q輸送泥砂量(t/h)，10； W泥砂阻力系數(shù)，4；Lh螺旋工作長度的水平投影長度(m)。N= 1.3 9.81 10 4 1.223 .6= 0.17 kW3.5.3 總功率的計算N = N 1 + N 2= 1.16 + 0.17= 1.33 kW（3-19）3.5.4

49、電動機功率NN 總 = h（3-20）式中：N總電動機功率(kW) ；驅(qū)動裝置總效率，取 =0.9。NN 總 = h= 1.330.9= 1.48 kW選用電動機功率為 2.2kW，根據(jù)傳動比和螺旋軸扭矩，確定電動機和減速器的型號和規(guī)格。第四章螺桿式擠壓機的零件及選型設計4.1 軸強度校核(1) 按軸的扭轉(zhuǎn)強度計算對于僅承受轉(zhuǎn)矩或主要承受轉(zhuǎn)矩的傳動軸，采用此法進行設計計算，對既承受彎矩又承受轉(zhuǎn)矩作用的轉(zhuǎn)軸，在作軸的結(jié)構(gòu)設計前，常用此法作軸的最小直徑的估算，用降低許用力t t 的辦法來補償彎矩對軸強度的影響。對于不大重要的軸， 也可作為最后的強度計算。用45鋼，取C=118（軸材料和承載情況系數(shù)

50、，），輸出軸的功率：P=2kWTWt t =t9550= 10 3 PnWt t t （4-1）t式中：t t 軸的扭轉(zhuǎn)切應力，MPa； T 軸所傳遞的轉(zhuǎn)矩，N*mm； W 軸的抗扭截面系數(shù)，mm3； P 軸所傳遞的功率，kW；n 軸的轉(zhuǎn)速，r/min；t t 軸的許用扭轉(zhuǎn)應切力，MPa。因為W t= p ( D - d ) 316 ( D - d ) 35代入式子可得軸徑為35t t (9550 10)3 Pnd = C3 nP= 118 3 202= 54 .77 mm式中：C由軸的材料和承載情況確定的常數(shù)（見表4-1）；表4-1軸的幾種材料的C值軸的材料Q235、20354540Cr、3