板框压滤单元以及板框压滤装置的制作方法

本实用新型涉及板框压滤技术领域，具体而言，涉及板框压滤单元以及板框压滤装置。

背景技术：

随着城镇生活污水产量的急剧增加，污水处理厂的大量建设及运行，城镇污泥产生量也急速增长，据预测，我国城镇污泥产生量将从2015年的5300万吨/a增加到2020年的7500万吨/a，而目前我国包括污泥填埋处理方式在内的污泥处置率仅25％左右，大量的污泥并未得到妥善处置。根据国务院2015年发布的《水污染防治行动计划》提到，“现有污泥处置设施应于2017年底前完成达标改造，地级及以上城市污泥无害化处理处置率应于2020年底前达标90％以上”，据此估算，需新增污泥处理投资设备500～600亿元，新增污泥处置费用高达50～100亿元/a。

污水处理厂产生的污泥是固液悬浮物，含水率达95～98％，污泥中的水分主要由间隙水、毛细水、表面吸附水和内部结合水组成，其中，间隙水约占70％，表面吸附水约占5％，内部结合水约占5％，其余为毛细水；污泥含水率不同其呈现状态不同，含水率在85％以上时污泥呈流态，65～85％时呈塑态，低于60％时呈固态。

较高的含水率对污泥后续的脱水、消化、运输和综合利用带来很大困难，严重制约了污泥的处理处置。而对污泥进行脱水是污泥处理费中最昂贵的一步，常见的污泥处置技术主要有土地利用、深度填埋和焚烧发电等。由于城市土地资源日益紧张以及污泥处置带来的环境问题，土地利用和填埋比例在逐渐下降，而焚烧处理比例却逐渐上升，并成为发达国家主要的污泥处置手段。污泥焚烧处理对污泥中的含水量有严格的要求，含水率高会导致焚烧效率低、对焚烧炉腐蚀大和热值利用率低等。因此，在污泥焚烧作为最终处置手段之前，必须对污泥进行脱水。

目前，污泥脱水工艺主要包括自然蒸发、热脱水和机械脱水三种，自然蒸发是将浓缩后的污泥在地面铺成薄层，让污泥中的水分自然蒸干，该方法可将污泥含水率降低到65％左右，该状态下的污泥已不具备流动性，可作为肥料使用，该方法的缺点是占地面积大、受气候影响大、卫生条件差，对某些不易脱水的污泥效果不好。热干化是将污泥放入密闭容器中进行加热，在一定温度和压力下利用热能将污泥烘干，同时破坏污泥中的微生物细胞、让大分子有机物水解等，该方法可以实现污泥最大化的减量和无害化处置，但工艺设备复杂、能耗较高。机械脱水主要指加压过滤、离心分离和旋转挤压等，加压过滤是利用过滤介质两侧的压差作为推动力，使污泥中的水分强制通过过滤介质，形成滤液而让固体物质被截留形成滤饼，离心分离则是利用离心力实现固体物质与液相的分离，旋转挤压则是利用逐渐变窄的螺旋通道对污泥进行挤压实现污泥中水分的脱除。对普通机械脱水而言，脱水后的污泥含水率仍高达80％以上，还需进一步深度脱水才能进行处置，且运输成本和处置费用仍然昂贵。

技术实现要素：

本实用新型首先提供板框压滤装置用过滤板以及对应的过滤结构的制备方法，其次提供板框压滤单元以及应用该板框压滤单元的板框压滤装置，以解决现有技术中存在的成本高且难以深度脱水的技术问题。

为了实现上述目的，根据本实用新型的一个方面，首先提供了一种板框压滤装置用过滤板。该板框压滤装置用过滤板包括过滤结构，所述过滤结构包括多孔金属支撑网、分布于所述多孔金属支撑网两侧的多孔金属支撑面以及设于至少一个所述多孔金属支撑面上的金属过滤膜，所述金属过滤膜的面积≥压滤面的面积；所述过滤板还包括导电结构，所述导电结构包括设于所述多孔金属支撑网上部的导电片，所述导电片与所述多孔金属支撑网紧固连接。

首先，本实用新型的过滤结构为金属材质，与传统的滤布相比，具有更高的耐腐蚀性能和机械强度，使用寿命更长。其次，该过滤结构具有多层复合结构，该多孔金属支撑网起到良好的支撑作用，而多孔金属支撑面不仅具有支撑作用和过滤作用，还能提供平整的表面，有助于密封，提升压滤效率。此外，由于本实用新型的过滤结构为金属结构，并且额外还设有导电结构，可以对该过滤板施加正电荷或负电荷，使得污泥在受到压滤脱水的同时还能通过电渗透脱水，显著提升脱水效果。其中，当不施加电荷时，污泥只受到机械作用，而机械作用只能将表面吸附水和毛细水除去，很难将结合水和间隙水除去，并且还会使得污泥絮凝体相互靠拢而压密，压力越大压得越密实，水分越难流动出来，因此采用单一的机械脱水达不到深度脱水的要求；电渗透是一种将电场作为驱动力的液固分离技术，其原理是在电场作用下，污泥颗粒由于其表面带有负电荷会向阳极移动，而水分子由于带有部分正电荷在电场的驱动下会向阴极移动，从而实现对污泥的脱水。可见，本实用新型通过简单的构造即将板框机械压滤和电渗透结合起来，可显著提升脱水效果。

进一步地，所述多孔金属支撑网的厚度为0.5～2mm，孔隙率≥60％。由此，具有上述参数的多孔金属支撑网的支撑效果最好，且具有良好的导电性。

进一步地，所述多孔金属支撑面的厚度为0.2～1mm，孔隙率≥50％，孔径为20～50μm。由此，具有上述参数的多孔金属支撑面具有平整的表面，良好的支撑效果，良好的导电性以及一定的过滤效果。

进一步地，所述金属过滤膜的厚度为0.01～0.1mm，孔隙率≥40％，孔径为1～10μm。由此，具有上述参数的金属过滤膜具有通量大、阻力低、精度高和导电性好的优点，能够有效拦截污泥中的固体颗粒物。

进一步地，在所述两个多孔金属支撑面上均设有所述金属过滤膜；由此，当使用一段时间之后，将该过滤板前后翻转即可继续使用，使用寿命更长。

进一步地，所述导电片的材质为铜；在所述多孔金属支撑网上部的两侧面均设有所述导电片；所述导电片与所述多孔金属支撑网之间采用螺栓组件连接。由此，确保导电效果好。

进一步地，所述金属过滤膜和多孔金属支撑面为以固溶体合金、面心立方的金属单质或体心立方的金属单质为基体相的多孔材料。由此，金属过滤膜具有优异的耐腐蚀性能和机械强度，使用寿命更长。

进一步地，所述多孔金属支撑网的高度高于所述多孔金属支撑面的高度，所述多孔金属支撑面的边长大于所述金属过滤膜的边长；还包括穿过所述多孔金属支撑网和多孔金属支撑面的污泥流动通道和滤液流动通道。由此，在确保良好的导电性和过滤效果的前提下，使材料利用合理。其中，由于金属过滤膜主要起过滤作用，其面积与压滤面面积相匹配即可，因此所述污泥流动通道和滤液流动通道仅仅穿过所述多孔金属支撑网和多孔金属支撑面即可，这样可以节约材料。当然，使所述金属过滤膜的尺寸与所述多孔金属支撑面的尺寸一致也是可以的。

为了实现上述目的，根据本实用新型的一个方面，其次提供了过滤结构的制备方法。该过滤结构的制备方法包括以下步骤：

(1)将粘接剂、分散剂和构成所述多孔金属支撑面的原料粉制成膏状混合物，然后以所述多孔金属支撑网为支撑体，采用压力成型将所述膏状混合物压制于所述多孔金属支撑网的表面以形成第一膜层，经干燥后得到第一压坯；将所述第一压坯进行烧结，使所述第一膜层转化为所述多孔金属支撑面；

(2)将粘接剂、分散剂和构成所述金属过滤膜的原料粉制成浆液，然后以所述多孔金属支撑面为支撑体，将所述浆液附着于所述多孔金属支撑面的表面以形成第二膜层，经干燥得到第二压坯；将所述第二压坯进行烧结，使所述第二膜层转化为所述金属过滤膜，即得到所述过滤结构。

多孔金属支撑网和多孔金属支撑面以及多孔金属支撑面和金属过滤膜之间均采用粉末冶金来实现化学结合，因此结合力更强，不易脱落。其中，由于多孔金属支撑面的厚度远远大于金属过滤膜的厚度，而多孔金属支撑面的孔径远远小于金属过滤膜的孔径，因此采用上述膜层制作方法，工艺简单且便于达到上述参数要求。

进一步地，所述金属过滤膜和多孔金属支撑面为以固溶体合金、面心立方的金属单质或体心立方的金属单质为基体相的多孔材料。由此，金属过滤膜具有优异的耐腐蚀性能和机械强度，使用寿命更长。

为了实现上述目的，根据本实用新型的另一个方面，首先提供了板框压滤单元。该板框压滤单元包括依次排列的第一过滤板、导泥板、第二过滤板和导液板以及贯穿所述第一过滤板、导泥板、第二过滤板和导液板的污泥流动通道和滤液流动通道，所述第一过滤板和第二过滤板之间形成污泥腔，所述第二过滤板和导液板之间形成滤液腔，所述污泥流动通道内的污泥经所述导泥板内侧的导泥孔进入所述污泥腔，所述滤液腔的滤液从所述导液板上的导液孔流入所述滤液流动通道，所述第一过滤板和第二过滤板包括金属材质的过滤结构和导电结构；所述导液板和导泥板上设有大小匹配的密封结构，所述污泥流动通道和滤液流动通道位于所述密封结构的外侧，所述污泥腔和滤液腔位于所述密封结构的内侧。

由于金属材质的过滤结构的可变形程度低于传统的滤布，因此通过设置密封结构，在压力作用下即可将导泥板、过滤板和导液板压紧密封，即使在0.1～15MPa下都能起到良好的密封作用。可见，本实用新型的板框压滤单元的结构简单，通过板框压滤单元的改进，实现了污泥机械脱水与电渗透脱水的结合，从而达到污泥深度脱水的目的。

进一步地，所述过滤结构包括多孔金属支撑网、分布于所述多孔金属支撑网两侧面的多孔金属支撑面以及分别设于所述两个多孔金属支撑面上的两个金属过滤膜，所述金属过滤膜的面积≥压滤面的面积。由此，该过滤结构具有多层复合结构，该多孔金属支撑网起到良好的支撑作用，而多孔金属支撑面不仅具有支撑作用和过滤作用，还能提供平整的表面，有助于密封，提升压滤效率。

进一步地，所述导电结构包括设于所述多孔金属支撑网上部的导电片，所述导电片与所述多孔金属支撑网紧固连接。由此，提升过滤板的导电性。

进一步地，所述导泥板的厚度小于所述导液板的厚度。在电渗透脱水过程中，作用在导泥板内滤饼上的电压会在滤饼上形成一定的电压梯度，因此滤饼和导泥板不能太厚，否则不利于污泥的电渗透深度脱水。

进一步地，所述导液板上设有凸起，相邻凸起之间形成导液通道；由此当压紧密封时还能使滤液流出。所述凸起为凸台，由此，减少凸起对金属过滤膜的机械损害。

进一步地，还包括贯穿所述第一过滤板、导泥板、第二过滤板和导液板的清洗通道。由此，可以在一定时间之后快速恢复过滤结构的过滤通量。

进一步地，所述密封结构包括凹槽和设于凹槽内的密封圈，所述密封圈的厚度为5～15mm，所述密封圈的材质为硅橡胶或氟橡胶。由此，密封效果好且具有良好的耐腐蚀性能。

进一步地，所述多孔金属支撑网的厚度为0.5～2mm，孔隙率≥60％；所述多孔金属支撑面的厚度为0.2～1mm，孔隙率≥50％，孔径为20～50μm；所述金属过滤膜的厚度为0.01～0.1mm，孔隙率≥40％，孔径为1～10μm。

为了实现上述目的，根据本实用新型的另一个方面，其次提供了板框压滤装置。该板框压滤装置包括止推板和依次排列于所述止推板后方的多个压滤单元，所述压滤单元为上述的板框压滤单元；后一个板框压滤单元的第一过滤板与前一个板框压滤单元的导液板之间形成所述滤液腔；还包括使每个板框压滤单元的第一过滤板和第二过滤板带相反电荷、使每个导液板两侧的第一过滤板和第二过滤板带相同电荷的加电系统。由此，采用本实用新型的板框压滤装置即可对污泥进行机械压滤脱水和电渗透深度脱水，所得滤饼的含水量明显降低。经验证，采用该板框压滤装置来处理污泥，所得滤饼的含水量可以降低至60％以下。

可见，本实用新型的板框压滤装置用过滤板独有的多层金属过滤结构，不仅可保证过滤板具有一定的强度，又可通过导电结构进行均匀加电，还能够保证密封和过滤精度，具有机械压滤脱水和污泥渗透脱水的双重功效。本实用新型的板框压滤单元的结构简单，由该板框压滤单元构成的板框压滤装置能够对污泥进行机械脱水和电渗透脱水，达到污泥深度脱水要求，并且具有低能耗和使用寿命长的优点。

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型做进一步的说明。本实用新型附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。

附图说明

构成本实用新型的一部分的附图用来辅助对本实用新型的理解，附图中所提供的内容及其在本实用新型中有关的说明可用于解释本实用新型，但不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

图1为本实用新型板框压滤装置用过滤板的正视图。

图2为图1的A-A向剖视图。

图3为本实用新型板框压滤单元的结构示意图。

图4为图3中导泥板的正视图。

图5为图4的D-D向剖视图。

图6为图4的局部剖视图。

图7为图3中导液板的正视图。

图8为图7的B-B向剖视图。

图9为图7的C-C向剖视图。

图10为图7的局部剖视图。

图11为本实用新型板框压滤装置的结构示意图。

上述附图中的有关标记为：

11：多孔金属支撑网；

12：多孔金属支撑面；

13：金属过滤膜；

21：导电片；

22：螺栓组件；

31：污泥流动通道；

32：滤液流动通道；

33：清洗通道；

41：第一过滤板；

51：导泥板；

42：第二过滤板；

52：导液板；

510：导泥孔；

520：导液孔；

521：凸起；

6：密封圈；

7：止推板；

8：板框压滤单元。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型进行清楚、完整的说明。本领域普通技术人员在基于这些说明的情况下将能够实现本实用新型。在结合附图对本实用新型进行说明前，需要特别指出的是：

本实用新型中在包括下述说明在内的各部分中所提供的技术方案和技术特征，在不冲突的情况下，这些技术方案和技术特征可以相互组合。

此外，下述说明中涉及到的本实用新型的实施例通常仅是本实用新型一部分的实施例，而不是全部的实施例。因此，基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本实用新型保护的范围。

关于本实用新型中术语和单位。本实用新型的说明书和权利要求书及有关的部分中的术语“包括”、“具有”以及它们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。术语“过滤面”是指与过滤体系直接接触的具有有效拦截固体颗粒物通过而让滤液通过的两相界面。

实施例1

如图1-2所示的板框压滤装置用过滤板，所述过滤板包括过滤结构和导电结构。

所述过滤结构包括多孔金属支撑网11、分布于所述多孔金属支撑网11两侧的多孔金属支撑面12以及分别设于所述两个多孔金属支撑面12上的两个金属过滤膜13，所述金属过滤膜13的面积≥压滤面的面积；

所述多孔金属支撑网11的高度高于所述多孔金属支撑面12的高度，所述多孔金属支撑网11的宽度等于所述多孔金属支撑面12的宽度；所述多孔金属支撑面12的边长大于所述金属过滤膜13的边长；还包括穿过所述多孔金属支撑网11和多孔金属支撑面12的污泥流动通道31和滤液流动通道32。

所述多孔金属支撑网11的厚度为1mm，孔隙率≥60％，孔径为100μm，其材质为304不锈钢筛网。

所述多孔金属支撑面12的厚度为0.6mm，孔隙率≥50％，孔径为30μm。

所述金属过滤膜13的厚度为0.05mm，孔隙率≥40％，孔径为5μm。

所述导电结构包括设于所述多孔金属支撑网11上部的两侧面的导电片21，所述导电片21与所述多孔金属支撑网11之间采用螺栓组件22连接。所述导电片21的材质为铜，所述导电片21的长度与所述多孔金属支撑网11的宽度相匹配。

所述金属过滤膜13和多孔金属支撑面12均为以固溶体合金、面心立方的金属单质或体心立方的金属单质为基体相的多孔材料。

如图3所示的板框压滤单元8包括依次排列的第一过滤板41、导泥板51(如图4-6所示)、第二过滤板42和导液板52(如图7-10所示)以及贯穿所述第一过滤板41、导泥板51、第二过滤板42和导液板52的污泥流动通道31和滤液流动通道32，所述第一过滤板41和第二过滤板42之间形成污泥腔，所述第二过滤板42和导液板52之间形成滤液腔，所述污泥流动通道31内的污泥经所述导泥板51内侧的导泥孔510进入所述污泥腔，所述滤液腔的滤液从所述导液板52上的导液孔520流入所述滤液流动通道32，所述第一过滤板41和第二过滤板42为图1-2所示的过滤板；所述导液板52和导泥板51上设有大小匹配的密封结构，所述污泥流动通道31和滤液流动通道32位于所述密封结构的外侧，所述污泥腔和滤液腔位于所述密封结构的内侧。

所述导泥板51的厚度小于所述导液板52的厚度。

所述导液板52上设有凸起521，相邻凸起521之间形成导液通道；所述凸起521为凸台。

还包括贯穿所述第一过滤板41、导泥板51、第二过滤板42和导液板52的清洗通道33。所述污泥流动通道31和滤液流动通道32分别位于所述板框压滤单元8下方的两端。所述清洗通道33为两个且分别位于所述板框压滤单元8上方的两端。

所述密封结构包括凹槽和设于凹槽内的密封圈6，所述密封圈6的厚度为10mm，所述密封圈6的材质为硅橡胶。所述密封圈6的高度高于所述凸起521的高度。

如图11所示的板框压滤装置，包括止推板7和依次排列于所述止推板7后方的四个图3所示的板框压滤单元8，后一个板框压滤单元8的第一过滤板41与前一个板框压滤单元8的导液板52之间形成所述滤液腔；还包括使每个板框压滤单元8的第一过滤板41和第二过滤板42带相反电荷、使每个导液板52两侧的第一过滤板41和第二过滤板42带相同电荷的加电系统。

其中，所述止推板7与所述导液板52的主要区别在于所述止推板7的远离第一过滤板41的表面未设有凸起521。最后一个导液板52与其它导液板52的主要区别在于最后一个导液板52远离第二过滤板42的表面未设有凸起521且所述污泥流动通道31和滤液流动通道32为盲孔。

所述的过滤结构的制备方法，包括以下步骤：

(1)将粘接剂、分散剂和构成所述多孔金属支撑面12的原料粉制成膏状混合物，然后以所述多孔金属支撑网11为支撑体，采用压力成型将所述膏状混合物压制于所述多孔金属支撑网11的表面以形成第一膜层，经干燥和压制后得到第一压坯；将所述第一压坯进行烧结，使所述第一膜层转化为所述多孔金属支撑面12；

(2)将粘接剂、分散剂和构成所述金属过滤膜13的原料粉制成浆液，然后以所述多孔金属支撑面12为支撑体，将所述浆液附着于所述多孔金属支撑面12的表面以形成第二膜层，经干燥和压制后得到第二压坯；将所述第二压坯进行烧结，使所述第二膜层转化为所述金属过滤膜13，即得到所述过滤结构。

其中，步骤(1)进一步可具体如下：

膏状混合物的制备工艺：首先，将Ni粉和Cu粉均匀混合形成原料粉，其中Cu粉质量为原料粉质量的30％，然后以乙醇为分散剂、以PVB为粘结剂，按每100ml乙醇溶液30gPVB、500g原料粉的比例配置成所述膏状混合物；压制：在25MPa下以200r/min的轧制速度(轧辊转速)进行轧制；烧结工艺：先将烧结温度逐渐升至550℃并保温90min，然后以6℃/min的升温速率直接升温至1130℃并保温180min。

步骤(2)进一步可具体如下：

浆液的制备工艺：将Ni粉和Cu粉均匀混合形成原料粉，其中Cu粉质量为原料粉质量的30％，然后以乙醇为分散剂、以PVB为粘结剂，按PVB与乙醇的质量比为2.5:100的比例将PVB加入乙醇中制成PVB溶液，此后再按每100ml乙醇中加入原料粉25g的比例将原料粉加入PVB溶液中，通过搅拌使原料粉充分分散均匀，得到粘稠状的悬浊液；压制：在10MPa下以600r/min的轧制速度(轧辊转速)进行轧制；烧结工艺：首先将烧结温度逐渐升至550℃并保温90min，然后以6℃/min的升温速率直接升温至1130℃并保温180min。

实施例2

与实施例1相比，本实施例所具有的区别为：仅在其中一个所述多孔金属支撑面12上设有所述金属过滤膜13。

以上对本实用新型的有关内容进行了说明。本领域普通技术人员在基于这些说明的情况下将能够实现本实用新型。基于本实用新型的上述内容，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本实用新型保护的范围。