專(zhuān)利名稱(chēng)：環(huán)狀電場(chǎng)與壓力協(xié)同作用的污泥脫水造粒裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于污泥脫水造粒裝置，特別涉及一種環(huán)狀電場(chǎng)與壓カ協(xié)同作用的污泥脫水造粒裝置及方法。
背景技術(shù)：
污泥包括含城市污水廠污泥、給水廠污泥、排水溝道污泥、水體疏浚淤泥等，其量遠(yuǎn)大于城市生活垃圾量，而且城市污泥含有較高的污染物含量。其中城市污水廠剩余污泥的有機(jī)質(zhì)含量為城市污水的10倍，污水廠脫水污泥餅中的致病微生物含量比城市生活垃圾高幾個(gè)數(shù)量級(jí)。此外，各種污泥中還可能含有重金屬、劇毒有機(jī)物等污染物質(zhì)。因此，城市污泥對(duì)環(huán)境可能造成的危害是嚴(yán)重的。污泥因其液一固相混合物的漿態(tài)特征而成為ー類(lèi)與液態(tài)和固態(tài)廢棄物均有區(qū)別 的廢棄物。它不僅在產(chǎn)生時(shí)有漿態(tài)物的特征，而且其液、固混合狀態(tài)具有一定的穩(wěn)定性，通常僅在施加極大的外加作用力(物理、化學(xué))時(shí)才能固、液分離，因此，其管理與處理技術(shù)體系均有不同于其他廢棄物的特征。在污泥的物流特性中，含水率高是ー個(gè)最顯著的特征，不僅會(huì)因污泥體積龐大造成后續(xù)物流輸送困難、處理設(shè)備容量大、經(jīng)濟(jì)性差等問(wèn)題，而且絕大部分的污泥最終處理與利用過(guò)程也與過(guò)高含水率的物流不相客。因此，污泥處理中污泥的脫水占有非常重要的地位。污泥中水分的脫除與其內(nèi)部水分的存在形式有很大關(guān)系。常規(guī)的機(jī)械脫水通常只能去除自由水分，而剩余水分被看作為“邊界水分”，邊界水分是機(jī)械脫水的理論極限。經(jīng)機(jī)械脫水后的污泥含水率仍高達(dá)75 85%。如此高的含水對(duì)于污泥后續(xù)處理產(chǎn)生了很大困難和較高的經(jīng)濟(jì)成本，如焚燒、填埋等，而污泥干燥則需要消耗很大的熱能，其成本更高。因此，污泥處理領(lǐng)域非常需要開(kāi)發(fā)新的污泥脫水方法，經(jīng)濟(jì)、快速地脫出多余水分，降低污泥含水量。除干燥外，電滲透脫水(又稱(chēng)電場(chǎng)脫水或電脫水)是ー種可以實(shí)現(xiàn)深度脫水的技術(shù)方法。該技術(shù)是基于電場(chǎng)下固體顆粒表面產(chǎn)生的電滲流而進(jìn)行的固一液分離過(guò)程，即利用外加直流電場(chǎng)增強(qiáng)物料的脫水能力。由于將脫水作用直接發(fā)生在污泥顆粒的內(nèi)、外表面，同時(shí)脫出自由水分、間隙水分和部分表面結(jié)合水分，因此可以實(shí)現(xiàn)深度脫水。電脫水技術(shù)早有提出，但多局限于實(shí)驗(yàn)室研究，エ業(yè)應(yīng)用設(shè)備很少，其應(yīng)用的困難主要是電場(chǎng)形式及與機(jī)械壓カ的結(jié)合方式，目前應(yīng)用的電場(chǎng)多為雙滾筒電場(chǎng)和非固定板式平行電場(chǎng)。在應(yīng)用中，雙滾筒電場(chǎng)存在電脫水時(shí)間偏短和脫水效率偏低的問(wèn)題，非固定板式平行電場(chǎng)則存在電場(chǎng)穩(wěn)定性差和壓カ分布不均等問(wèn)題。當(dāng)前應(yīng)用的電脫水方法中，還存在如下問(wèn)題難以克服(I)機(jī)械壓カ均是通過(guò)滾筒或非固定板狀電極間接施加在污泥上，存在壓カ分布不均、干斑和液相不連續(xù)等問(wèn)題；
(2)為進(jìn)料方便和防止電場(chǎng)短路，通常常用偏厚的濾布，對(duì)水分滲透和移除影響較大；(3)不具備造粒功能，電脫水后的污泥為不規(guī)則片狀，對(duì)于后續(xù)處理所特殊需要的其他顆粒形狀難以實(shí)現(xiàn)。此外，固定板狀平行電場(chǎng)脫水造粒方法對(duì)解決上述問(wèn)題具有很好的效果，但應(yīng)用中存在固定板狀電場(chǎng)進(jìn)泥阻カ較大，與現(xiàn)有污泥加壓制備連接困難，且機(jī)械加壓后電場(chǎng)電極受カ變形嚴(yán)重。鑒于上述問(wèn)題，電脫水設(shè)備的運(yùn)行穩(wěn)定性和可靠性下降，極大制約了該技術(shù)的應(yīng)用。因此，需要對(duì)原有電脫水技術(shù)進(jìn)行創(chuàng)新，該方法方能有所突破，并獲得廣泛應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提出了一種環(huán)狀電場(chǎng)與壓カ協(xié)同作用下的污泥脫水造粒一體化裝置，具體技術(shù)方案如下一種環(huán)狀電場(chǎng)與壓カ協(xié)同作用的污泥脫水造粒裝置，由同心布置的進(jìn)泥ロ、套筒 電極、分流擋板和造粒擋板共同組成脫水腔體；套筒電極為兩個(gè)圓筒同心布置，外側(cè)圓筒為陽(yáng)極且與直流電源正極相連接，內(nèi)側(cè)圓筒為網(wǎng)狀且與電源負(fù)極相連接，作為電場(chǎng)陰極，兩電極間絕緣布置成環(huán)狀電場(chǎng)；陰陽(yáng)電極間距即脫水污泥泥層的厚度在2mm 20mm之間，錐體擋板安置在內(nèi)側(cè)圓筒的進(jìn)泥一段，其直徑與內(nèi)側(cè)圓筒相同，其圓錐頂角為60° 120° ；造粒擋板設(shè)置在污泥出口處；造粒擋板為圓環(huán)狀，上有開(kāi)孔作為排泥ロ，其開(kāi)孔率為30%—80%。網(wǎng)狀陰極內(nèi)側(cè)設(shè)置有導(dǎo)流槽或水分分離裝置，脫出水分經(jīng)導(dǎo)流槽或水分分離裝置離開(kāi)，水分分離裝置是吸水材料層，或設(shè)置有刮水板，或采用刷水刷。機(jī)械壓カ在進(jìn)泥的同時(shí)直接作用在污泥上，壓カ為IOOOPa 300000Pa之間，脫水電場(chǎng)的電壓為10 200V，可脈沖供電，進(jìn)ロ污泥含水率為50% 90%。具體說(shuō)明如下由同心布置的進(jìn)泥ロ、套筒電極、分流擋板和造粒擋板共同組成脫水腔體。套筒電極為兩個(gè)圓筒同心布置，外側(cè)圓筒為陽(yáng)極且與直流電源正極相連接，內(nèi)側(cè)圓筒為網(wǎng)狀且與電源負(fù)極相連接，作為電場(chǎng)陰極，兩電極間絕緣布置成環(huán)狀電場(chǎng)。網(wǎng)狀陰極具有透水功能，可以不設(shè)置濾布，如果對(duì)脫除水分的濁度要求較高可設(shè)置較薄濾布。在脫水電場(chǎng)腔體的入ロ段設(shè)置有錐形擋板對(duì)污泥進(jìn)行分流，污泥經(jīng)加壓進(jìn)入電場(chǎng)完成脫水過(guò)程，然后經(jīng)電場(chǎng)出ロ設(shè)置的造粒擋板擠壓造粒后排出。機(jī)械壓カ在進(jìn)泥的同時(shí)直接作用在污泥上，保證脫水腔體內(nèi)壓カ分布均勻，環(huán)狀電場(chǎng)緩解了電極的受カ變形和電流衰減過(guò)快的問(wèn)題，且濾布很薄或取消濾布，進(jìn)而減少水分運(yùn)動(dòng)阻力。在電場(chǎng)與機(jī)械壓カ的共同作用下可以更加快速、高效地脫除污泥中的水分，并同步實(shí)現(xiàn)造粒功能，進(jìn)ー步減少污泥體積和后續(xù)處理的成本，并為后續(xù)的干化、焚燒、堆肥等提供不同尺寸的顆粒態(tài)物料。在脫水過(guò)程中，污泥加壓后經(jīng)錐形擋板分流進(jìn)入脫水電場(chǎng)，電場(chǎng)兩側(cè)分別為圓筒狀導(dǎo)電體作為陰陽(yáng)扱。陽(yáng)極為金屬圓筒，陰極為金屬網(wǎng)狀圓筒電極，兩者同心布置成套筒狀，并分別與直流電源的正負(fù)極相連接。在陰極與陽(yáng)極之間將形成電場(chǎng)，電場(chǎng)中充滿待脫水的污泥介質(zhì)并與電極緊密接觸。由于活性污泥中的粒子帶有負(fù)電，與水中的離子一起在表面會(huì)形成電氣二重層，包括固定離子層和擴(kuò)散離子層。在電場(chǎng)作用下，粒子表面的電氣二重層將會(huì)發(fā)生相對(duì)滑動(dòng)，帶負(fù)電的粒子或離子(污泥顆粒)向陽(yáng)極移動(dòng)，帶正電的粒子或離子向陰極移動(dòng)。污泥的移動(dòng)有時(shí)候會(huì)受到拘束，而污泥中的毛細(xì)管殘留水分則在正離子帶動(dòng)下向陰極發(fā)生移動(dòng)。陰極附近聚集的水分脫離陰極和污泥后就實(shí)現(xiàn)了脫水。本發(fā)明在脫水過(guò)程中，污泥自電場(chǎng)一端加壓進(jìn)入，入口處的錐形擋板對(duì)污泥的分流可有效減少進(jìn)泥阻力。污泥經(jīng)電場(chǎng)脫水后自另一端的造粒擋板排出，注泥壓カ和造粒擋板的阻擋共同決定了物料脫水的機(jī)械壓カ大小。通過(guò)所受的擠壓カ減少污泥顆粒間的間隙，使得容納水分減少，析出水分透過(guò)污泥餅網(wǎng)狀陰極側(cè)脫離污泥，達(dá)到脫水目的。錐體擋板的圓錐頂角為60° —120°。造粒擋板為圓環(huán)狀，上有開(kāi)孔作為排泥ロ，其排泥ロ尺寸設(shè)計(jì)決定于出料顆粒大小要求和物料壓カ需要，其開(kāi)孔率為30% — 80%，排泥ロ形狀為圓形或橢圓形或方形。 本發(fā)明中采用的電極要求具有導(dǎo)電功能，陽(yáng)極為圓筒狀，陰極為網(wǎng)狀。如果陰極不具備過(guò)濾功能，即不能將水分與污泥顆粒進(jìn)行分離，則需要在陰極與污泥之間設(shè)置過(guò)濾材料。可以采用具有導(dǎo)電功能的濾布兼作電極，如將金屬絲網(wǎng)植入濾布中，也可以將帶有孔隙的電極與濾布?jí)褐圃谝黄饘?shí)現(xiàn)導(dǎo)電與過(guò)濾的功能。在電場(chǎng)與機(jī)械壓カ的共同作用下，污泥內(nèi)部水分運(yùn)動(dòng)并聚集在陰極側(cè)和過(guò)濾介質(zhì)表面，借助于水分的重力可以脫離過(guò)濾介質(zhì)而實(shí)現(xiàn)分離作用，陰極內(nèi)側(cè)的導(dǎo)流槽有助于水分分離，或者采用專(zhuān)門(mén)的水分分離裝置進(jìn)行分離。水分分離裝置有以下幾種形式通過(guò)刮板分離聚集水分，或者采用刷子刷分聚集水分而實(shí)現(xiàn)分離作用，或者采用吸水材料吸去移動(dòng)而來(lái)的水分。本發(fā)明所用電場(chǎng)由直流電源或脈沖式電源提供，其供給方式是連續(xù)方式或脈沖方式。各種方式中的脈沖供電方式可以以最簡(jiǎn)單的商業(yè)電源作電源，脈沖波形無(wú)特別要求，占空比(供電時(shí)間)可依具體情況調(diào)節(jié)。當(dāng)然，也可以用直流電間隔通斷的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)脈沖通電，即在某ー時(shí)間段通電，某一時(shí)間段斷電的方式。本發(fā)明中陰陽(yáng)電極間距即脫水污泥泥餅的厚度在2mm 20mm之間，根據(jù)脫水需要時(shí)間、污泥特性、產(chǎn)品含水率要求等決定。泥餅厚度較大將増加脫水時(shí)間，如縮短脫水時(shí)間則產(chǎn)品含水率將增加。為保證污泥在電場(chǎng)中的順利移動(dòng)，進(jìn)ロ污泥含水率控制在50% 90%之間。電場(chǎng)的電壓控制在10 200V之間，較高的電壓可以增加污泥內(nèi)部水分的運(yùn)動(dòng)動(dòng)力，縮短脫水時(shí)間，降低產(chǎn)品含水率，但同時(shí)也増加了電場(chǎng)電能的消耗，且可加劇陽(yáng)極干斑形成。本發(fā)明中污泥脫水需要電場(chǎng)與壓カ協(xié)同作用完成，施加在泥餅上的機(jī)械壓カ差值控制在IOOOPa 300000Pa之間，對(duì)一定厚度的泥餅和一定的電場(chǎng)電壓而言，機(jī)械壓カ差存在ー個(gè)最佳值，小于或者大于這個(gè)最佳值都會(huì)影響污泥脫水的時(shí)間和效果。利用此方法可以克服傳統(tǒng)機(jī)械脫水方式脫水率低的困難，快速而高效的脫出污泥多余水分并同時(shí)實(shí)現(xiàn)造粒功能。該方法與板式電脫水相比，具有阻力小、電流衰減速度慢等優(yōu)點(diǎn)，可以降低污泥運(yùn)動(dòng)阻カ10%-30%，將污泥含水率降低至40% — 70%，體積減少17%—70%。


圖I :實(shí)施例I示意圖；圖2:實(shí)施例2示意圖；圖3:實(shí)施例3示意圖4:實(shí)施例4示意圖；I.陽(yáng)極2.污泥3.陰極4.進(jìn)泥ロ 5.錐形擋板6.造粒擋板7.直流電源8.濾布9.刮板10.刷子11.吸水材料
具體實(shí)施例方式實(shí)施例I :如圖I所示，金屬圓筒陽(yáng)極I和網(wǎng)狀圓筒陰極3同心布置成套筒，間距5mm，并分別與直流電源7正負(fù)極連接。網(wǎng)狀陰極3與污泥2之間鋪有濾布8。含水率為85%的待脫水污泥2經(jīng)加壓IOOOOOPa后自進(jìn)泥ロ 4注入，經(jīng)圓錐頂角60°的錐形擋板5分流后進(jìn)入環(huán)狀電場(chǎng)，在電場(chǎng)作用下脫水的同時(shí)向出ロ移動(dòng)，污泥中的水分通過(guò)濾布8和陰極3后被刮板9刮離后完成脫水過(guò)程。脫水后的污泥經(jīng)造粒擋板6擠壓成顆粒后排出，排泥ロ形狀為圓形，開(kāi)孔率為50%。直流電源供電采用連續(xù)穩(wěn)壓方式，供電電壓為50V±10V。污泥經(jīng)脫水后含 水率可降低至70%，體積減少50%。與板狀電脫水相比，污泥運(yùn)動(dòng)阻カ減少20%。實(shí)施例2:如圖2所示，金屬圓筒陽(yáng)極I和網(wǎng)狀圓筒陰極3同心布置成套筒，間距2mm，并分別與直流電源7正負(fù)極連接。網(wǎng)狀陰極3自身帶有過(guò)濾功能。含水率為90%的待脫水污泥2經(jīng)加壓IOOOPa后自進(jìn)泥ロ 4注入，經(jīng)圓錐頂角60°的錐形擋板5分流后進(jìn)入環(huán)狀電場(chǎng)，在電場(chǎng)作用下脫水的同時(shí)向出ロ移動(dòng)，污泥中的水分通過(guò)陰極3后被刷子10刷離后完成脫水過(guò)程。脫水后的污泥經(jīng)造粒擋板6擠壓成顆粒后排出，排泥ロ形狀為橢圓形，開(kāi)孔率為80%。直流電源供電采用連續(xù)穩(wěn)壓方式，供電電壓為IOV。污泥經(jīng)脫水后含水率可降低至67%，體積減少70%。與板狀電脫水相比，污泥運(yùn)動(dòng)阻カ減少30%。實(shí)施例3 如圖3所示，金屬圓筒陽(yáng)極I和網(wǎng)狀圓筒陰極3同心布置成套筒，間距20mm，并分別與直流電源7正負(fù)極連接。網(wǎng)狀陰極3自身帶有過(guò)濾功能。含水率為50%的待脫水污泥2經(jīng)加壓300000Pa后自進(jìn)泥ロ 4注入，經(jīng)圓錐頂角120°的錐形擋板5分流后進(jìn)入環(huán)狀電場(chǎng)，在電場(chǎng)作用下脫水的同時(shí)向出ロ移動(dòng)，污泥中的水分通過(guò)陰極3后被吸水材料11分離后完成脫水過(guò)程。脫水后的污泥經(jīng)造粒擋板6擠壓成顆粒后排出，排泥ロ形狀為方形，開(kāi)孔率為30%。直流電源采用脈沖供電方式，供電電壓為150 200V，每個(gè)供電周期供電時(shí)間占80 %。污泥經(jīng)脫水后含水率可降低至40%，體積減少17%。與板狀電脫水相比，污泥運(yùn)動(dòng)阻カ減少10%。實(shí)施例4 如圖4所示，金屬圓筒陽(yáng)極I和網(wǎng)狀圓筒陰極3同心布置成套筒，間距10mm，并分別與直流電源7正負(fù)極連接。網(wǎng)狀陰極3自身帶有過(guò)濾功能，內(nèi)側(cè)開(kāi)有導(dǎo)流槽增強(qiáng)分離水分的流動(dòng)。含水率為80%的待脫水污泥2經(jīng)加壓IOOOOOPa后自進(jìn)泥ロ 4注入，經(jīng)圓錐頂角90°的錐形擋板5分流后進(jìn)入環(huán)狀電場(chǎng)，在電場(chǎng)作用下脫水的同時(shí)向出ロ移動(dòng)，污泥中的水分通過(guò)陰極3后，經(jīng)導(dǎo)流槽匯集流出。脫水后的污泥經(jīng)造粒擋板6擠壓成顆粒后排出，排泥ロ形狀為圓形，開(kāi)孔率為50%。直流電源采用連續(xù)穩(wěn)壓方式，供電電壓為80 100V。污泥經(jīng)脫水后含水率可降低至60%，體積減少50%。與板狀電脫水相比，污泥運(yùn)動(dòng)阻カ減少15%。
權(quán)利要求
1.一種環(huán)狀電場(chǎng)與壓力協(xié)同作用的污泥脫水造粒裝置，其特征是由同心布置的進(jìn)泥口、套筒電極、分流擋板和造粒擋板共同組成脫水腔體；套筒電極為兩個(gè)圓筒同心布置，夕卜側(cè)圓筒為陽(yáng)極且與直流電源正極相連接，內(nèi)側(cè)圓筒為網(wǎng)狀且與電源負(fù)極相連接，作為電場(chǎng)陰極，兩電極間絕緣布置成環(huán)狀電場(chǎng)；陰陽(yáng)電極間距即脫水污泥泥層的厚度在2mm 20mm之間，錐體擋板安置在內(nèi)側(cè)圓筒的進(jìn)泥一段，其直徑與內(nèi)側(cè)圓筒相同，其圓錐頂角為60° 120° ;造粒擋板設(shè)置在污泥出口處；造粒擋板為圓環(huán)狀，上有開(kāi)孔作為排泥口，其開(kāi)孔率為30% 80%。
2.如權(quán)利要求I所述的環(huán)狀電場(chǎng)與壓力協(xié)同作用的污泥脫水造粒裝置，其特征是，網(wǎng)狀陰極內(nèi)側(cè)設(shè)置有 導(dǎo)流槽或水分分離裝置，脫出水分經(jīng)導(dǎo)流槽或水分分離裝置離開(kāi)，水分分離裝置是吸水材料層，或設(shè)置有刮水板，或采用刷水刷。
3.如權(quán)利要求I或2所述的裝置的操作方法，其特征是機(jī)械壓力在進(jìn)泥的同時(shí)直接作用在污泥上，壓力為IOOOPa 300000Pa之間，脫水電場(chǎng)的電壓為10 200V，進(jìn)口污泥含水率為50% 90%。
4.如權(quán)利要求3所述的裝置的操作方法，其特征是所述電場(chǎng)由直流電源或脈沖式電源提供，其供給方式是連續(xù)方式或脈沖方式。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種環(huán)狀電場(chǎng)與壓力協(xié)同作用的污泥脫水造粒裝置及方法。裝置由同心布置的進(jìn)泥口、套筒電極、分流擋板和造粒擋板共同組成脫水腔體；套筒電極為兩個(gè)圓筒同心布置，外側(cè)圓筒為陽(yáng)極且與直流電源正極相連接，內(nèi)側(cè)圓筒為網(wǎng)狀且與電源負(fù)極相連接，作為電場(chǎng)陰極，兩電極間絕緣布置成環(huán)狀電場(chǎng)；錐體擋板安置在內(nèi)側(cè)圓筒的進(jìn)泥一段，其直徑與內(nèi)側(cè)圓筒相同，其圓錐頂角為60°～120°；造粒擋板設(shè)置在污泥出口處；上有開(kāi)孔作為排泥口，其開(kāi)孔率為30%—80%。機(jī)械壓力在進(jìn)泥的同時(shí)直接作用在污泥上，為1000Pa～300000Pa之間，脫水電場(chǎng)的電壓為10～200V；此方法克服傳統(tǒng)機(jī)械脫水方式脫水率低的問(wèn)題，快速而高效的脫出污泥多余水分并同時(shí)實(shí)現(xiàn)造粒功能，利于污泥減量化。
文檔編號(hào)B01J2/20GK102674654SQ20121014954
公開(kāi)日2012年9月19日 申請(qǐng)日期2012年5月7日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月7日
發(fā)明者趙嫻, 馬德剛 申請(qǐng)人:天津大學(xué)