機(jī)械輔助電脫水裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明的機(jī)械輔助電脫水裝置可包括：電脫水單元，包括反應(yīng)器以及置于所述反應(yīng)器內(nèi)的活塞、兩電極和過濾介質(zhì)，所述一電極為多孔導(dǎo)電板；以及壓力供應(yīng)單元，包括帶有推桿的氣壓缸，用于施力于所述活塞，所述壓力供應(yīng)單元置于所述電脫水單元的上方。本發(fā)明還提供一種運(yùn)用上述裝置機(jī)械輔助電脫水的方法。
【專利說明】機(jī)械輔助電脫水裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及污泥脫水領(lǐng)域，具體提供了一種機(jī)械輔助電脫水裝置。
【背景技術(shù)】 [0002]隨著市政和工業(yè)廢水處理活動(dòng)的增加，要處理的剩余污泥的量也急劇增加。剩余污泥的處理比較麻煩，因?yàn)樗写罅康乃?，運(yùn)輸和處理成本高。在電脫水技術(shù)中，將傳統(tǒng)的脫水機(jī)理如壓力脫水與電脫水效應(yīng)相結(jié)合以實(shí)現(xiàn)改進(jìn)的液體/固體分離，增加最后干固體含量并加速脫水過程。電脫水技術(shù)已被用于結(jié)合不同的脫水裝置，如實(shí)驗(yàn)室和中試或產(chǎn)業(yè)規(guī)模的帶式壓濾機(jī)、壓濾機(jī)、隔膜壓濾機(jī)。然而，實(shí)驗(yàn)室裝置的技術(shù)問題阻礙了其進(jìn)一步的研究和開發(fā)活動(dòng)。這些問題體現(xiàn)尚不能滿足如下幾個(gè)方面的要求:
[0003]a)裝置的安全性和可靠性:脫水單元的構(gòu)成結(jié)構(gòu)應(yīng)能夠承受所施加的壓力，以確保整個(gè)系統(tǒng)的安全性；并且脫水單元的容器壁應(yīng)絕緣，以避免在電脫水過程中漏電。
[0004]b)易于操作和良好的操控性能:各組件應(yīng)該是自成體系的(self-contained),由較少的組件組成，以最大限度地減少操作和維護(hù)的要求；設(shè)備的結(jié)構(gòu)應(yīng)優(yōu)化，使組裝和拆卸簡(jiǎn)單，操作簡(jiǎn)便，流程短。
[0005]c)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的精確性:實(shí)驗(yàn)條件，包括電力和壓力，應(yīng)該由實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)精確設(shè)定；對(duì)于利用電脫水的活性污泥脫水效果的研究，應(yīng)充分收集來(lái)自脫水單元的濾液。
[0006]d)樣品放置和取樣的便利性:為了研究電脫水過程期間的污泥特性的變化，應(yīng)該很容易實(shí)現(xiàn)把用于電脫水的污泥放入脫水單元中并在電脫水過程后取出已脫水的污泥餅。
[0007]大多數(shù)關(guān)于利用電脫水的污泥脫水的研究基于實(shí)驗(yàn)室規(guī)模裝置。在實(shí)驗(yàn)室規(guī)模用于大多數(shù)電脫水研究的設(shè)備由加壓脫水單元、電源和數(shù)據(jù)采集單元組成。加壓脫水單元包括多個(gè)測(cè)試單元、柱和各種尺寸的圓形或長(zhǎng)方形罐。本領(lǐng)域技術(shù)人員已經(jīng)設(shè)計(jì)了多種電脫水單元，它們具有不同的水平、垂直、同軸或其他的電極設(shè)置，并已達(dá)到了不同的研發(fā)程度。 以下簡(jiǎn)單介紹這些裝置。電脫水裝置可分為四個(gè)大類:
[0008]a)用于電輔助的真空或壓力脫水的垂直裝置；
[0009]b)用于電輔助的壓縮脫水階段的垂直裝置；
[0010]c)立式多級(jí)電脫水裝置；
[0011]d)臥式電脫水裝置。
[0012]Lee 等人(LEE J K，SHIN H S，PARK C J, et al.Performance evaluation of electrodewatering system for sewage sludges[J].Korean Journal Chemical Engineering, 2002, 19(1):41-45)和 Shin 等人(SHIN H S, LEE J K.Performance evaluation of electrocoagulation and electrodewatering system for reduction of water content in sewage sludge[J].Korean Journal Chemical Engineering, 2006, 23 (2): 188-193)設(shè)計(jì)了一種如圖1所示的電脫水實(shí)驗(yàn)裝置。它由配置有兩個(gè)電極的電滲透圓柱體單元(即電脫水單元)、電源、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、壓力供應(yīng)系統(tǒng)和天平組成。所述電滲透圓柱體單元由聚四氟乙烯管制成。將待脫水的污泥試驗(yàn)材料放置到電脫水單元中兩個(gè)圓形電極之間，上部銅電極活塞作為陽(yáng)極(+VJ，下部的具有多個(gè)3毫米的排水孔的穿孔銅板作為陰極(_Ve)。將由5pm孔徑的尼龍制成的濾布放在穿孔銅板的上部，以防止膠狀材料堵塞孔。將污泥放置在所述脫水單元中，上部銅電極活塞對(duì)污泥施加壓力，迫使污泥中的水通過脫水單元底部的穿孔銅板。在電脫水單元的陰極下方放置一個(gè)盤， 以收集從污泥樣品排出的水。
[0013]如圖1所示，壓力供應(yīng)系統(tǒng)和電脫水單元作為整體集成在該裝置中，即氣體直接接觸電脫水單元的活塞。在脫水過程之前和之后組裝或拆卸這些組件耗時(shí)且耗費(fèi)人力?；谠撗b置的設(shè)計(jì)，在實(shí)驗(yàn)中對(duì)污泥所施加的壓力不高，因而無(wú)法研究較高機(jī)械壓力下的脫水效果。此外，沒有取放的著力點(diǎn)的活塞在脫水實(shí)驗(yàn)完成后難以取出。
[0014]Tuan 等人(2008) (TUAN P A, JURATE V, MIKA S，et al.Electro-dewatering of sludge under pressure and non-pressure conditions[J].Environmental Technology.2008, 29(10):1075-1084.)使用由聚氯乙烯制成的壓力驅(qū)動(dòng)電脫水反應(yīng)器。在該電脫水反應(yīng)器中，不銹鋼網(wǎng)與鈦合金板分別作為陰極和陽(yáng)極。濾布(Z104256 PP, Sigma-Aldrich)放置在兩個(gè)電極間。對(duì)污泥施加4.0巴的恒壓。從陽(yáng)極側(cè)和陰極側(cè)兩側(cè)收集除去的水。利用電子天平測(cè)量除去的水的量。
[0015]使用該裝置可以研究在陽(yáng)極側(cè)和陰極側(cè)的污泥電脫水性能，但不能完全收集濾液，因?yàn)椴糠殖サ乃赡軙?huì)通過排水管道排出。另外，由于壓縮氣體直接對(duì)穿孔電極施加壓力，脫水過程可能會(huì)受到干擾。
[0016]Mahmoud 等人(2011) (MAHM0UND A, OLIVIER J, VAXELAIRE J, et al.E IectrO-dewatering of wastewater sludge:1nfluence of the operating conditions and their interactions effects [J].Water Research, 2011,45(9):2795-2810.)使用具有壓力控制活塞的實(shí)驗(yàn)室裝置，所述壓力控制活塞在內(nèi)徑為70毫米的脫水/壓縮單元中移動(dòng)。脫水/壓縮單元由聚四氟乙烯制成的活塞、圓柱形反應(yīng)器和過濾介質(zhì)組成。聚四氟乙烯作為容器壁的結(jié)構(gòu)材料，其機(jī)械阻力低，不僅減少與活塞之間的摩擦，而且確保電絕緣。由用混合金屬氧化物(MMO)涂覆的鈦制成的上部穿孔盤電極與活塞相連。過濾介質(zhì)SEFAR TETEX MONO SK025覆蓋由鈦制成的下部多孔盤電極(陰極)。以恒定電壓運(yùn)行的直流電源EV202 CONSORT (最大300伏和2A)連接到陽(yáng)極和陰極用于電脫水。由位移傳感器可知泥餅的厚度隨時(shí)間的變化關(guān)系。使用兩個(gè)數(shù)字萬(wàn)用表(IS0-TECH IDM 73)來(lái)控制電壓并檢測(cè)電脫水單元中的電流波動(dòng)。通過壓縮空氣控制壓力。在該裝置中采用壓縮氣體直接驅(qū)動(dòng)活塞，因此對(duì)脫水/壓縮單元的抗壓性能和系統(tǒng)密封性的要求都非常高，并且很敏感。此外，使用該裝置進(jìn)行污泥脫水的操作流程復(fù)雜。
[0017]總之，以上所有 的現(xiàn)有技術(shù)表明，現(xiàn)有脫水裝置有許多共同缺點(diǎn)，例如結(jié)構(gòu)復(fù)雜， 操作繁瑣，拆卸不便，不耐壓，壓力供應(yīng)精確度低，壓力轉(zhuǎn)換效率低等。為了確保良好的抗壓性能，在許多情況中采用金屬外殼，但另一方面，裝置的操作方便性被削弱，因?yàn)榻饘偻鈿な菇Y(jié)構(gòu)更為復(fù)雜，并且組件的數(shù)量增加。為了使裝置的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化，縮短操作時(shí)間，增加壓力監(jiān)測(cè)單元以更精確地提供壓力，還需要進(jìn)行大量的研究。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0018]本發(fā)明的目的是提供一種新型的用于污泥脫水的機(jī)械輔助電脫水裝置，其將電脫水與機(jī)械壓力相結(jié)合，但是實(shí)現(xiàn)電脫水與實(shí)現(xiàn)機(jī)械壓力的裝置相互獨(dú)立，能夠克服以上提到的現(xiàn)有技術(shù)中的問題，便于操作和拆卸、能夠?qū)崿F(xiàn)脫水過程的精確控制并能夠提高脫水效率。[0019]具體地，本發(fā)明的機(jī)械輔助電脫水裝置，可包括:電脫水單元，包括反應(yīng)器以及置于所述反應(yīng)器內(nèi)的兩電極和活塞，所述一電極為多孔導(dǎo)電板；以及位于所述電脫水單元外部的壓力供應(yīng)單元，包括帶有推桿的氣壓缸，用于施力于所述活塞，以使所述活塞施力于至少一個(gè)所述電極。
[0020]本發(fā)明的機(jī)械輔助電脫水裝置，還包括壓力監(jiān)測(cè)單元，用于監(jiān)測(cè)施加在所述活塞上的壓力，所述壓力供應(yīng)單元根據(jù)所監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)調(diào)節(jié)施加在活塞上的壓力。
[0021]機(jī)械輔助電脫水裝置中的壓力供應(yīng)單元還可包括第一減壓閥和第二減壓閥，所述第一減壓閥用于對(duì)所述氣缸內(nèi)的氣體壓力大小的粗調(diào)，所述第二減壓閥用于對(duì)所述氣壓缸內(nèi)的氣體壓力大小的細(xì)調(diào)。
[0022]電脫水單元的反應(yīng)器下方配置有可移動(dòng)板。
[0023]機(jī)械輔助電脫水裝置可使用金屬網(wǎng)同時(shí)作為所述陰極和所述過濾介質(zhì)。
[0024]機(jī)械輔助電脫水裝置中的活塞可具有兩個(gè)0形圈。
[0025]機(jī)械輔助電脫水裝置中所述氣壓缸的推桿和活塞之間設(shè)置有連接件。
[0026]本發(fā)明還可以提供一種機(jī)械輔助電脫水裝置，包括:電脫水單元，包括反應(yīng)器以及置于所述反應(yīng)器內(nèi)的兩電極和活塞，所述一電極為多孔導(dǎo)電板；位于所述電脫水單元外部的壓力供應(yīng)單元，包括:帶有推桿的氣壓缸，用于施力于所述活塞，以使所述活塞施力于至少一個(gè)所述電極；與所述氣壓缸連接的換向閥，用于控制氣體進(jìn)入所述氣壓缸的流向；與所述換向閥連接的第二減壓閥，用于對(duì)所述氣壓缸內(nèi)的氣體壓力大小的細(xì)調(diào)；與所述第二減壓閥連接的第一減壓閥，用于對(duì)所述氣缸內(nèi)的氣體壓力大小的粗調(diào)；壓力監(jiān)測(cè)單元，用于監(jiān)測(cè)施加在所述活塞上的壓力，所述壓力供應(yīng)單元根據(jù)所監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)調(diào)節(jié)施加在活塞上的壓力；位于所述電脫水單元下方的漏斗；位于所述漏斗下的濾液收集容器；以及連接所述電脫水單元的陽(yáng)極和陰極的直流電源。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0027]圖1顯不了 Lee等人和Shin等人設(shè)計(jì)的電脫水實(shí)驗(yàn)裝直的不意圖。
[0028]圖2顯示了本發(fā)明的機(jī)械輔助電脫水裝置的一個(gè)實(shí)施方案的結(jié)構(gòu)圖，其中:
[0029]0-不銹鋼架；11_氣瓶閥；12_氣缸減壓閥；13_球閥；14_減壓閥；15_換向閥；
16-氣壓缸；17_推桿；2_連接件；3_壓力測(cè)量傳感器；4_脫水單元；5_可移動(dòng)板；6_漏斗。
[0030]圖3顯示了本發(fā)明的電脫水單元的剖面圖，其中:
[0031]4-電脫水單元；41_活塞；42_反應(yīng)器；43_陽(yáng)極；44_陰極；45_過濾介質(zhì)；46_反應(yīng)器的底座；47_污泥脫水工作空間。
[0032]圖4顯示了本發(fā)明的機(jī)械輔助電脫水裝置的工藝流程圖。
[0033]圖5顯示了根據(jù)本發(fā)明的裝置的運(yùn)行過程中實(shí)際的氣體壓力與壓力傳感器測(cè)得的機(jī)械壓力之間的關(guān)系。
[0034]圖6比較了本發(fā)明的裝置與現(xiàn)有技術(shù)的脫水裝置的操作流程，其中
[0035](a)顯示本發(fā)明裝置的操作流程圖；(b)表示現(xiàn)有技術(shù)裝置的操作流程圖?！揪唧w實(shí)施方式】
[0036]為了對(duì)發(fā)明的技術(shù)特征、目的和效果有更加清楚的理解，現(xiàn)對(duì)照【專利附圖】

【附圖說明】本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】，在各圖中相同的標(biāo)號(hào)表不相同或結(jié)構(gòu)相似但功能相同的部分。
[0037]為使圖面簡(jiǎn)潔，各圖中只示意性地表示出了與本發(fā)明相關(guān)的部分，它們并不代表其作為產(chǎn)品的實(shí)際結(jié)構(gòu)。另外，為使圖面簡(jiǎn)潔便于理解，在有些圖中具有相同結(jié)構(gòu)或功能的部件，僅示意性地繪示了其中的一個(gè)，或僅標(biāo)出了其中的一個(gè)。
[0038]請(qǐng)先參加圖2，圖2顯示了本發(fā)明的機(jī)械輔助電脫水裝置的一個(gè)實(shí)施方案的結(jié)構(gòu)圖。在漏斗下設(shè)置有濾液收集容器和電子天平(未顯示)，用于監(jiān)測(cè)所收集的水分的質(zhì)量。
[0039]在本發(fā)明的機(jī)械輔助電脫水裝置中，主要通過電場(chǎng)，實(shí)現(xiàn)污泥的固液分離，機(jī)械力起到輔助作用。在裝置的運(yùn)行過程中，控制氣壓缸16的壓力，即控制活塞41施加在污泥上的機(jī)械力，從而加快脫水速度，加強(qiáng)脫水效果，相同時(shí)間內(nèi)脫水終止時(shí)泥餅含水率更低，同時(shí)優(yōu)化工藝，降低能耗。本發(fā)明提供的機(jī)械輔助電脫水裝置，包括:電脫水單元4和壓力供應(yīng)單元。
[0040]其中，壓力供應(yīng)單元由來(lái)自氣缸或其他來(lái)源的壓縮氣體提供系統(tǒng)的壓力。壓力供應(yīng)單元可包括帶有推桿17的氣壓缸16，用于施力于活塞41，壓力單元與壓縮氣體源，比如氣體鋼瓶相連。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式中，壓力供應(yīng)單元還可包括第一減壓閥，即氣缸減壓閥12和第二減壓閥，即減壓閥14。氣缸減壓閥12用于對(duì)所氣缸內(nèi)的氣體壓力大小的粗調(diào)，減壓閥14用于對(duì)所述氣壓缸內(nèi)的氣體壓力大小的細(xì)調(diào)。壓力供應(yīng)單元還可包括氣瓶閥 11和換向閥15，任選地還包括球閥13。球閥13是控制氣流的氣體管道的主要開關(guān)。壓力由減壓閥14精確控制，然后將氣體壓力轉(zhuǎn)化為推桿17向下運(yùn)動(dòng)形式的氣壓缸機(jī)械壓力。換向閥15用來(lái)控制氣體進(jìn)入氣壓缸16的流向，從而使氣壓缸16的推桿17向上或向下移動(dòng)， 實(shí)現(xiàn)對(duì)污泥機(jī)械加壓或撤除壓力。通過調(diào)節(jié)減壓閥14實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)管道的氣體壓力，可以精確地調(diào)整施加在活塞41上的壓力。
[0041]在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式中，壓力供應(yīng)單元的下方置有電脫水單元4。請(qǐng)參見圖 3，圖3顯示了本發(fā)明中電脫水單元4的剖面圖。在對(duì)污泥進(jìn)行脫水時(shí)，將污泥放置在污泥脫水工作空間47中。電脫水單元4包括反應(yīng)器42、置于反應(yīng)器42內(nèi)的活塞41、電極43和 44、及過濾介質(zhì)45。反應(yīng)器42可為圓柱形。電極44可為多孔導(dǎo)電板。電脫水單元4還可包括底座46，底座46下配置有可移動(dòng)的不銹鋼板5，從而可以容易地取出泥餅，易于操作和取樣。直接壓在污泥上的活塞41的側(cè)面上部和下部具有兩個(gè)0形圈，以確保低的機(jī)械阻力和良好的密封性能。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式中，電脫水單元4的組件的定位和固定例如依賴于螺絲。電極43可為由涂覆有銥和釕氧化物的鈦制成的·盤狀電極，電極43可與活塞 41連接。陰極44可為由不銹鋼制成的多孔盤狀電極，陰極44可由特定的過濾介質(zhì)45如濾布(如尼龍)和金屬絲網(wǎng)等覆蓋。多孔盤狀電極可具有多個(gè)排水孔用于排出濾液。在設(shè)置條件下運(yùn)行的直流電源與陽(yáng)極43和陰極44相連用于電脫水?；钊?1上面可設(shè)置有連接件2，用于與推桿17接觸。
[0042]考慮到電絕緣性能和良好的機(jī)械強(qiáng)度，選擇強(qiáng)度較高的電絕緣材料作為電脫水單元中活塞41、反應(yīng)器42和反應(yīng)器的底座46的構(gòu)成材料以避免漏電。電絕緣材料可選擇例如是聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)的材料。[0043]壓力供應(yīng)單元和電脫水單元4各自自成體系，對(duì)電脫水單元4的機(jī)械阻力和密封性能的要求降低，并且系統(tǒng)的安全性提高。由于將壓力供應(yīng)單元與電脫水單元4分離，由推桿17作用在活塞41上，從而對(duì)污泥施加壓力，避免了絕緣材質(zhì)的電脫水單元4的構(gòu)成材料承受過大的作用力，可以對(duì)污泥施加更大的壓力，最大壓力可達(dá)到IMPa。而現(xiàn)有系統(tǒng)中由于壓力直接施加在脫水單元上，而脫水單元的構(gòu)成材料所能承受的最大壓力為0.6MPa，一般在0.2-0.5MPa之間，這限制了對(duì)污泥所能施加的最大壓力。
[0044]在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式中，機(jī)械輔助電脫水裝置還可包括壓力監(jiān)測(cè)單元，位于氣壓缸16的推桿17和電脫水單元4的活塞41之間。壓力監(jiān)測(cè)單元用于監(jiān)測(cè)活塞41施加在污泥上的機(jī)械壓力，壓力供應(yīng)單元根據(jù)所監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)調(diào)節(jié)施加在活塞41上的壓力。壓力監(jiān)測(cè)單元可以為壓力傳感器3。機(jī)械輔助電脫水裝置還可包括濾液收集系統(tǒng)和電力監(jiān)控系統(tǒng)，兩者可與電腦連接，實(shí)時(shí)和在線收集數(shù)據(jù)。濾液收集系統(tǒng)包括位于電脫水單元4下方的漏斗6、濾液收集容器和電子天平。由電子天平測(cè)量除去的水的質(zhì)量。電力監(jiān)控系統(tǒng)包括用于陽(yáng)極43和陰極44的直流電源和用于顯示電源的電流和電壓的數(shù)字萬(wàn)用表。數(shù)字萬(wàn)用表監(jiān)測(cè)電脫水單元中的電壓和電流波動(dòng)。電子天平和萬(wàn)用表都可有配套的軟件，可連接電腦記錄數(shù)據(jù)。
[0045]相比于現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)室規(guī)模的污泥電脫水裝置的技術(shù)問題，本發(fā)明的機(jī)械輔助電脫水裝置的優(yōu)點(diǎn)在于:
[0046]a)高可靠性和安全性:壓力供應(yīng)單元和電脫水單元4各自是自成體系的單元，這不僅降低了對(duì)電脫水單元4的抗壓性能和密封性能的要求，而且也提高了整個(gè)系統(tǒng)的安全性和可靠性。壓力供應(yīng)單元和電脫水單元4固定在不銹鋼架上。在系統(tǒng)內(nèi)實(shí)現(xiàn)機(jī)械力的內(nèi)部平衡，從而無(wú)額外的對(duì)外作用力。
[0047]b)操作簡(jiǎn)便:第一，由于電脫水單元4是自成體系的單元，考慮到整個(gè)操作過程以及確保整個(gè)系統(tǒng)的氣密性，只需要注意電脫水單元4的裝配和拆卸，避免了安裝和除去連接組件的復(fù)雜操作的麻煩。第二，電脫水單元4安裝在可移動(dòng)的板上，便于操作和取樣。 第三，因?yàn)殡娒撍畣卧?內(nèi)沒有氣腔，可以容易地取出具有連桿的活塞41，而無(wú)氣體泄漏之虞。此外，電脫水后取出污泥樣品很方便。最后，由于操作對(duì)象的數(shù)量較少，簡(jiǎn)化了操作過程，減少了非生產(chǎn)時(shí)間。
[0048]c)精確控制:本發(fā)明 采用壓力監(jiān)測(cè)單元，例如壓力傳感器3，用于壓力監(jiān)測(cè)單元用于監(jiān)測(cè)活塞41施加在污泥上的機(jī)械壓力，壓力供應(yīng)單元根據(jù)所監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)調(diào)節(jié)施加在活塞41上的壓力。使用本發(fā)明的裝置，通過壓力供應(yīng)單元中的氣壓缸16的推桿17向下運(yùn)動(dòng)， 氣體壓力可以轉(zhuǎn)化為機(jī)械壓力，從而實(shí)現(xiàn)壓力供應(yīng)，并容易在氣體管道中控制。通過壓力供應(yīng)單元的換向閥15可以改變氣體流入氣壓缸16的方向，使得在脫水過程開始或結(jié)束時(shí)推桿17向上或向下。氣壓缸16的推桿17和電脫水單元4的活塞41可以使壓力直接施加到污泥，通過調(diào)節(jié)氣體管道的減壓閥14精確控制壓力。在氣壓缸16的推桿17和活塞41之間設(shè)置有連接件2，實(shí)現(xiàn)機(jī)械力的傳遞，并保證力作用在一條直線上，方向不發(fā)生偏移。此外， 一般來(lái)說，由于流經(jīng)管道及管件引起的壓降，以及活塞41與電脫水單元4的容器壁之間的摩擦阻力，施加于污泥上的壓力小于由壓縮空氣源供應(yīng)的壓力。在本發(fā)明的電脫水單元中， 壓在污泥上的活塞41具有兩個(gè)0形圈，從而確保機(jī)械阻力較低。隨著脫水過程的進(jìn)行，泥餅厚度逐漸減小，活塞41向下移動(dòng)，陽(yáng)極43始終保持在給定的壓力下與泥餅上表面接觸。[0049]在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式中，具有濾布的不銹鋼板制成的傳統(tǒng)陰極可以由金屬網(wǎng)取代。金屬網(wǎng)可以同時(shí)作為陰極44和過濾介質(zhì)45。金屬網(wǎng)為不銹鋼等耐腐蝕材料。
[0050]請(qǐng)參見圖4，圖4顯示了本發(fā)明的機(jī)械輔助電脫水裝置的工藝流程圖。圖中的“脫水反應(yīng)器”包括電脫水單元4中的反應(yīng)器42、陰極44、陽(yáng)極43和過濾介質(zhì)45。如圖所示， 使用本發(fā)明的裝置輔助電脫水的方法，可至少包括:通過壓力監(jiān)測(cè)單元3實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)氣壓缸 16內(nèi)的氣體壓力數(shù)據(jù)；根據(jù)數(shù)據(jù)調(diào)節(jié)壓力供應(yīng)單元的減壓閥14以控制氣壓缸16的推桿17 的推力；推桿17的推力作用于反應(yīng)器內(nèi)的活塞41上，對(duì)反應(yīng)器中的物體施壓，擠壓出水
[0051]同時(shí)，壓力供應(yīng)單元中的兩電極42和44擠壓反應(yīng)器中物體的水分。在本發(fā)明中，使用帶推桿17的氣壓缸16和帶活塞41的電脫水單元4，通過推桿17將氣體壓力轉(zhuǎn)化為活塞41的機(jī)械力，壓力轉(zhuǎn)換效率可以高達(dá)94%。因?yàn)闅鈮焊變?nèi)摩擦等原因，作用于污泥的機(jī)械壓力即實(shí)際壓力并不等于設(shè)定的氣體壓力。氣壓缸16的氣體壓力和壓力測(cè)量傳感器3的測(cè)量數(shù)據(jù)之間的函數(shù)關(guān)系可通過y=ax+b表示，其中X表示氣壓缸內(nèi)的氣體壓力， y表示壓力測(cè)量傳感器檢測(cè)到的壓力，a，b為系數(shù)。在大量試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，發(fā)明人得到了 a=3.2918;b=30.301，具體如圖 5 所示:
[0052]y=3.2918x+30.301
[0053]R2=0.9996
[0054]其中X表示氣壓缸內(nèi)的氣體壓力，單位為N，y表示壓力測(cè)量傳感器檢測(cè)到的壓力， 單位為kPa，R表示線性擬合的擬合度。
[0055]在具體實(shí)施過程中，基于上述經(jīng)驗(yàn)公式調(diào)節(jié)氣壓缸16的氣體壓力，從而可以精確控制系統(tǒng)壓力(以壓力傳感器的測(cè)量數(shù)據(jù)表示)。
[0056]圖6比較了本發(fā)明的電脫水裝置和現(xiàn)有技術(shù)的裝置的工藝流程?？梢钥闯?，使用本發(fā)明的裝置，過程較簡(jiǎn)單，運(yùn)行時(shí)間顯著減少。
[0057]使用本發(fā)明的機(jī)械輔助電脫水裝置，在裝置運(yùn)行過程中，對(duì)電脫水單元4施加的電壓梯度為:10~100V/cm，對(duì)污泥施加的機(jī)械壓力為0~IMPa，脫水時(shí)間為5~30分鐘， 脫水前污泥厚度為0.5~5cm,脫水后泥餅的含水率可以達(dá)到40~50%。
[0058]使用本發(fā)明的裝置可以直接對(duì)污泥進(jìn)行機(jī)械輔助電脫水處理，也可以在對(duì)污泥進(jìn)行預(yù)處理(例如臭氧或超聲波預(yù)處理)后，將污泥加入本發(fā)明的裝置中，先利用氣壓缸16 的氣體壓力轉(zhuǎn)化為活塞41的機(jī)械壓力，對(duì)污泥進(jìn)行機(jī)械壓濾脫水，直至污泥脫水速率較低。然后，開啟電源，同時(shí)對(duì)污泥施加機(jī)械壓力，進(jìn)行機(jī)械輔助的電脫水。
實(shí)施例
[0059]下文通過對(duì)優(yōu)選實(shí)施例的說明對(duì)本發(fā)明上述特性、技術(shù)特征、優(yōu)點(diǎn)及其實(shí)現(xiàn)方式予以進(jìn)一步說明，但本發(fā)明不限于此。
[0060]實(shí)施例1
[0061]將市政污水處理廠經(jīng)帶式壓濾脫水后含水率為86.05%的污泥送入本發(fā)明的裝置中進(jìn)行機(jī)械壓力輔助電脫水，將污泥均勻分布于濾布45表面上，污泥厚度為1cm。緩慢放入活塞41至陽(yáng)極43恰好與污泥接觸，放置活塞41與氣壓缸推桿17之間的連接件2和壓力傳感器3。開啟氣缸減壓閥12，使用氣缸減壓閥12初步調(diào)節(jié)實(shí)驗(yàn)所需 壓力，開啟球閥13， 通過氣路中的減壓閥14精確調(diào)節(jié)實(shí)驗(yàn)所需壓力。開啟電源，調(diào)節(jié)直流電源至電壓梯度為40V/cm,同時(shí)調(diào)節(jié)換向閥15，使氣壓缸推桿17向下移動(dòng)，對(duì)污泥施加76kPa的作用力，實(shí)現(xiàn)機(jī)械壓力輔助電脫水，收集脫水過程中脫除的水分，利用電子天平監(jiān)測(cè)所收集的水分的質(zhì)量；通過數(shù)字萬(wàn)用表記錄和觀察電流、電壓數(shù)據(jù)；壓力傳感器記錄并監(jiān)測(cè)由活塞41施加在污泥上的機(jī)械壓力。直至污泥脫水速率較低、脫水較困難時(shí)停止污泥脫水，此時(shí)泥餅含水率為 43.19%。
[0062]實(shí)施例2
[0063]工藝流程及裝置如實(shí)施例1所述，所不同的是，對(duì)脫水后含水率為74.85%的造紙污泥進(jìn)行機(jī)械壓力輔助電脫水，采用直流電壓梯度為30V/cm，污泥厚度為0.70cm，施加 102kPa的機(jī)械壓力，脫水結(jié)束后泥餅的含水率為43.13%。
[0064]上文通過附圖和優(yōu)選實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)展示和說明，然而本發(fā)明不限于這些已揭示的實(shí)施例，本領(lǐng)域技術(shù)人員從中推導(dǎo)出來(lái)的其他 方案也在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.機(jī)械輔助電脫水裝置，包括:電脫水單元，包括反應(yīng)器以及置于所述反應(yīng)器內(nèi)的兩電極和活塞，所述一電極為多孔導(dǎo)電板；以及位于所述電脫水單元外部的壓力供應(yīng)單元，包括帶有推桿的氣壓缸，用于施力于所述活塞，以使所述活塞施力于至少一個(gè)所述電極。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的機(jī)械輔助電脫水裝置，還包括壓力監(jiān)測(cè)單元，用于監(jiān)測(cè)施加在所述活塞上的壓力，所述壓力供應(yīng)單元根據(jù)所監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)調(diào)節(jié)施加在活塞上的壓力。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的機(jī)械輔助電脫水裝置，其中所述壓力監(jiān)測(cè)單元為壓力傳感器。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3任一所述的機(jī)械輔助電脫水裝置，其中所述壓力供應(yīng)單元還包括第一減壓閥和第二減壓閥，所述第一減壓閥用于對(duì)所述氣缸內(nèi)的氣體壓力大小的粗調(diào)，所述第二減壓閥用于對(duì)所述氣壓缸內(nèi)的氣體壓力大小的細(xì)調(diào)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-3任一所述的機(jī)械輔助電脫水裝置，其中，所述壓力供應(yīng)單元基于以下公式調(diào)節(jié)氣壓缸的氣體壓力:y=3.2918x+30.301其中X表示氣壓缸內(nèi)的氣體壓力，y表示所述壓力監(jiān)測(cè)單元檢測(cè)到的壓力。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的機(jī)械輔助電脫水裝置，其中在所述電脫水單元的反應(yīng)器下方配置有可移動(dòng)板。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的機(jī)械輔助電脫水裝置，還包括過濾介質(zhì)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的機(jī)械輔助電脫水裝置，其中使用金屬網(wǎng)同時(shí)作為所述陰極和所述過濾介質(zhì)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的機(jī)械輔助電脫水裝置，其中所述電脫水單元的活塞和反應(yīng)器由電絕緣材料制成。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的機(jī)械輔助電脫水裝置，所述陽(yáng)極由涂覆有銥氧化物和釕氧化物的鈦制成。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的機(jī)械輔助電脫水裝置，其中使用由不銹鋼制成的多孔電極作為所述電脫水單元的陰極。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的機(jī)械輔助電脫水裝置，其中，活塞具有兩個(gè)O形圈。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的機(jī)械輔助電脫水裝置，其中，所述氣壓缸的推桿或活塞上設(shè)置有連接件。
14.機(jī)械輔助電脫水裝置，包括:電脫水單元，包括反應(yīng)器以及置于所述反應(yīng)器內(nèi)的兩電極和活塞，所述一電極為多孔導(dǎo)電板；位于所述電脫水單元外部的壓力供應(yīng)單元，包括:帶有推桿的氣壓缸，用于施力于所述活塞，以使所述活塞施力于至少一個(gè)所述電極；與所述氣壓缸連接的換向閥，用于控制氣體進(jìn)入所述氣壓缸的流向；與所述換向閥連接的第二減壓閥，用于對(duì)所述氣壓缸內(nèi)的氣體壓力大小的細(xì)調(diào)；與所述第二減壓閥連接的第一減壓閥，用于對(duì)所述氣缸內(nèi)的氣體壓力大小的粗調(diào)；壓力監(jiān)測(cè)單元，用于監(jiān)測(cè)施加在所述活塞上的壓力，所述壓力供應(yīng)單元根據(jù)所監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)調(diào)節(jié)施加在活塞上的壓力；位于所述電脫水單元下方的漏斗；位于所述漏斗下的濾液收集容器；以及連接所述電脫水單元的陽(yáng)極和陰極的直流電源。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的機(jī)械輔助電脫水裝置，還包括:電子天平用于監(jiān)測(cè)除去水的質(zhì)量，以及萬(wàn)用表，用于顯示電源的電流和電壓。
16.根據(jù)權(quán)利要求14-15任一所述的機(jī)械輔助電脫水裝置，所述壓力供應(yīng)單元還包括: 連接在所述第一減壓閥和第二減壓閥之間的球閥，用于控制氣流的氣體管道，以及與所述第一減壓閥連接的氣瓶閥。
17.根據(jù)權(quán)利要求14所述 的機(jī)械輔助電脫水裝置，其中所述壓力監(jiān)測(cè)單元為壓力傳感器。
【文檔編號(hào)】C02F11/12GK103570208SQ201210270508
【公開日】2014年2月12日 申請(qǐng)日期:2012年7月31日 優(yōu)先權(quán)日:2012年7月31日
【發(fā)明者】熊杰, 張鶴清, 張京偉 申請(qǐng)人:西門子公司