转鼓长径比设计范围大，小型机国产化程度高，占地面积小，应用范围广。缺点是污泥含水量较高，需用大分子聚合电解质作絮凝剂，才能将出泥含水率降到60%~70%，受污泥负荷波动的影响较大，需螺杆泵定压定量供给。转速较高（2000~4000转/分），耗电量大，振动、噪音大，需建造相应地基。结构复杂，转动件加工精度要求高，材质也有特殊要求，制造成本高。且大型机只能依靠进口，零配件更换困难，维修周期长。
图3 卧式螺旋卸料沉降离心机 图4 刮刀卸料真空转鼓过滤机
4.2真空过滤机
真空过滤是以循环移动的环型滤带或转鼓为过滤介质，利用真空设备提供的负压和重力作为推动力，来实现固液快速分离的一种过滤方式。真空过滤的机械形式较多，可分为转鼓式、带式、盘式等多种，污水处理行业多使用转鼓式。
真空吸滤机可稳定、连续运行，操作灵活，滤饼厚度可调节。过滤介质可正反面同时清洗[11]。过滤前污泥只需搅拌均匀，对絮凝剂的依赖性弱。并且进入国内较早，生产厂家多，维修容易。缺点是设备比较复杂，投资较大。抽真空耗电量较多还有噪音，产生的过滤推动力却有限[12]，滤饼含水率较高，转速慢，整体处理效率偏低。洗涤难以充分，冲洗水量大，卸料也比较困难，对于黏度较大的污泥还存在挂料现象。如果滤布不均还会导致真空破坏和滤带跑偏，严重影响脱水效果。目前，真空压滤机在污泥脱水领域已逐渐被淘汰使用。
图5 带式压滤机原理示意图 图6板框压滤机
4.3带式压滤机
带式压滤机主要由上下两条滤带以及一系列压辊组成，污泥由下滤带进入，在重力脱水区脱除间隙水，失去流动性。楔形脱水区两条滤带逐渐收紧，泥浆受到轻度挤压，变得平整均匀并少量排水。接着进入低压脱水区，污泥夹在两条张紧的滤带间，依次经过一系列呈S形排列、直径逐渐减小的压辊。在滤带张力和压辊曲率产生压榨力的共同作用下，污泥中的毛细水也被挤压出来，在高压脱水区，污泥还受到高压带所施加的压榨力，脱水率进一步提高。经过卸料装置时，滤饼借助刮刀刮落，滤带经清洗后重新返回重力脱水区，实现连续运行。
带式压滤机可通过调整滤带速度、压榨压力以及进泥量来控制滤饼厚度，对污泥适应性强，受污泥负荷波动的影响也较小。机构简单，动力消耗少，能够连续作业，生产能力大，过滤效果好，出泥含水量较低。国内生产厂家较多，工程投资较少，维修也很方便。缺点是人工调整，对操作人员要求高。开放式结构有臭气，冲洗水量极大，污泥、污水容易外流，噪音也较大，工作环境差。此外，带式压滤机要求进泥的絮凝体大、密实、强度高，絮凝剂投配较多。
4.4板框式压滤机
板框式压滤机的主要部分包括许多交替排列的滤板和滤框，共同支撑在两侧的架上并可以滑动，它们的一端用压紧装置压紧，使全部滤板、滤框组成一系列密封的滤室。板和框的四角均开有孔，框上角的孔有小通道与框内的空间相通，分别为滤浆或洗涤液的进入口。滤板分为洗板和非洗板，滤板下方的孔与板面的两侧相通。洗板左上角的孔与板面的两侧相通，洗涤液由此进入。非洗板右下角的孔与板面两侧相通排出洗涤液。
板框式压滤机是间歇式操作，每个循环由过滤、洗涤、卸渣、整理组装四个阶段完成。过滤前板与框交替在机架上，板两侧用滤布包起，用压紧装置固定在框上。污泥由小孔道进入框内，水穿过滤布到达板侧，经板面沟槽流集下方、经排液孔口排出，固体物则积存于框内形成滤饼，直到整个框的空间填满为止。洗涤清水经洗板上角的斜孔进入板侧，穿过滤布到达滤框，然后穿过整个滤饼及另一侧的滤布，再经过非洗板下角的斜孔流出。洗涤阶段结束后，松开板框，进入卸渣整理阶段，取出滤饼并清洗滤布及板、框，准备开始下一个循环。
板框式压滤机的优点是结构简单，制造容易，整体结构牢靠，使用寿命较长。并且操作压强高，过滤推动力大，所得滤饼含水量少，出泥含固率可达35%，对各种污泥的适应能力也强。缺点是不能连续、自动操作，相对处理效率较低，操作管理麻烦，劳动强度大，滤布损耗也较快。近年来，一些自动操作板框式压滤机的出现[13]，使上述缺点在一定程度上得到了改善。
4.5螺旋压滤机
图7螺旋压滤机脱水原理示意图
螺旋压滤机可分为单螺杆和双螺杆两大类。常见的单螺杆螺压机结构如图所示，主要由螺距逐渐减小的螺杆和多孔圆筒组成，压榨时污泥挤压在多孔圆筒内面与旋转螺旋面之间，处多维压榨状态，同时受到挤压和输送剪切作用，螺旋压滤机是一种高度脱液的分离设备，选用不同锥形的螺旋可获得不同的脱水比。
螺旋压滤机的优点是可以改变螺旋转速任意调整泥饼含水率与处理量，动力小但压榨力大[14]，结构简单紧凑，设备磨损率低，维护工作量少，低速旋转，无噪音振动，不锈钢筛网耐腐蚀，寿命长。封闭状态污染小，一定程度上改善劳动环境。间歇冲洗，节约冲洗水量，操作自动化程度高，适用长期连续自动生产。
缺点是机型占地面积较大，对流量、浓度等仪表的可靠性有较高要求。絮凝剂投配率较高，且对药剂及调理后的污泥絮体也有要求。螺压机脱水前的污泥必须浓缩，而处理粘度较大的物料时，进料浓度又不能过大，否则滤网会频繁堵塞，只能通过增加冲洗频次来提高处理能力。
4.6叠式螺旋压滤机（叠螺）
图8 叠式螺旋压滤机结构示意图
传统螺压机在处理黏性较大、带有颗粒的物料时，滤网易堵塞导致过滤中断。日本的Toyokazu等[15-20]，在原有螺旋挤压设备基础上进行改进，采用动静环式滤网结构代替常见的固定式滤网结构，发明了一种新型的叠式螺旋压滤机，叠螺能够很好地避免堵塞问题，因此在渔业、食品业发达的日韩等国已开始得到推广。
动静环式滤网结构，就是在螺旋轴上交替叠放动环片和静环片，构成大致水平延伸的中空滤筒，静环由拉杆固定，其距离由垫片保证，动环夹在相邻两静环之间，并与静环具有一定的过滤间隙，污泥在压差作用下从该间隙脱水[21]。因此，叠螺也被称作动静环式螺旋压滤机。螺旋轴上的螺旋在输送污泥并对其挤压的同时，也带动着动环做有规律的偏心圆周运动，从而产生相对静环上下左右的切割运动。这种切割运动的好处有两个：一是由于动环与物料摩擦产生的挤出作用大于阻碍作用，因而能让滤液快速排出[22]，提高污泥脱水效果。二是使这种动静环式的间隙性滤网发生相互错动，实现自清洗功能，避免滤缝发生堵塞[23]。
叠螺主要依靠螺杆挤压实现污泥脱水，可直接处理低浓度污泥（1000mg/L），省去了繁杂的预处理过程及设备。具有自清洗功能，并且物料黏度越大，这种自清洗效果越明显。PLC全自动化运作，与投药设备污泥输送设备联动可实现24h无人运转，外部冲洗用水量极少。与以往脱水设备相比，能耗显著降低，且结构简单紧凑，占地面积小，维修管理容易。脱水效果也较好，适用污泥浓度范围广，低转速，不产生振动、噪音，箱体预留臭气处理接口，无环境污染问题。
叠螺脱水机的缺点是，颗粒大、硬度大的污泥会使螺旋轴、动环和定环之间产生较大磨损[24]，随着运行时间的延长，螺旋轴的螺距和动静环的间隙都会变大，螺杆和滤缝产生的挤压力会减弱，降低脱水效果，严重时要更换环片。
5 几种典型设备优缺点比较分析
污水处理厂在脱水设备选型时，不能只考虑采购成本，要根据不同脱水设备的性能、污泥特性、运行状况、处理能力、耗药量、人员素质、管理维护、资金以及污泥的最终处置方式等多方面考虑，才能有针对性地作出合理选择。笔者在此列出了各种主要设备的优缺点，供对比参考，见表1。
表1不同污泥脱水设备性能比较
处理能力 絮凝剂投量 泥饼含水率 带式压滤机 较大 处理量小 较大 75~78较低 小 55~90低 偏小 小 60~90较高 处理能力小 较大 60~85较低 处理量少 较大 78~82较高 处理量小 极少 65～85较低 板框压滤机 单位时间 真空压滤机 处理能力 卧螺离心机 单机 螺旋压滤机 转速慢 叠螺压滤机 转速慢