專利名稱：電場與壓力協(xié)同作用下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，特別涉及一種電場與壓力協(xié)同作用下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數(shù)量級。此外，各種污泥中還可能含有重金屬、劇毒有機物等污染物質(zhì)。因此，城市污泥對環(huán)境可能造成的危害是嚴(yán)重的。污泥因其液-固相混合物的漿態(tài)特征而成為一類與液態(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，含水率高是一個最顯著的特征，不僅會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)濟性差等問題，而且絕大部分的污泥最終處理與利用過程也與過高含水率的物流不相容。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”，邊界水分是機械脫水的理論極限。經(jīng)機械脫水后的污泥含水率仍高達(dá)75 85%。如此高的含水對于污泥后續(xù)處理產(chǎn)生了很大困難和較高的經(jīng)濟成本，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)域非常需要開發(fā)新的污泥脫水方法，經(jīng)濟、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(又稱電場脫水或電脫水)是一種可以實現(xiàn)深度脫水的技術(shù)方法。該技術(shù)是基于電場下固體顆粒表面產(chǎn)生的電滲流而進(jìn)行的固-液分離過程，即利用外加直流電場增強物料的脫水能力。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，因此可以實現(xiàn)深度脫水。電脫水技術(shù)早有提出，但多局限于實驗室研究，工業(yè)應(yīng)用設(shè)備很少，其應(yīng)用的困難主要是電場形式及與機械壓力的結(jié)合方式，目前應(yīng)用的電場多為雙滾筒電場和板式平行電場。在應(yīng)用中，雙滾筒電場存在電脫水時間偏短和脫水效率偏低的問題，板式平行電場則存在電場穩(wěn)定性差和壓力分布不均等問題。此外，當(dāng)前應(yīng)用的電脫水方法中，還存在如下問題難以克服⑴機械壓力均是通過滾筒或板狀電極間接施加在污泥上，存在壓力分布不均、干斑和液相不連續(xù)等問題；(2) 為進(jìn)料方便和防止電場短路，通常常用偏厚的濾布，對水分滲透和移除影響較大；C3)不具備造粒功能，電脫水后的污泥為不規(guī)則片狀，對于后續(xù)處理所特殊需要的其他顆粒形狀難以實現(xiàn)。鑒于上述問題，電脫水設(shè)備的運行穩(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)明提出了一種電場與壓力協(xié)同作用下的污泥脫水造粒一體化裝置，由板狀電極和造粒擋板共同組成封閉或半封閉腔體，機械壓力在進(jìn)泥的同時直接作用在污泥上，保證脫水腔體內(nèi)壓力分布均勻，且濾布很薄或取消濾布，進(jìn)而減少水分運動阻力。在電場與機械壓力的共同作用下可以更加快速、高效地脫除污泥中的水分，并同步實現(xiàn)造粒功能，進(jìn)一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。本發(fā)明的技術(shù)方案如下一種電場與壓力協(xié)同作用下的污泥脫水造粒裝置，其特征是由板狀電極和造粒擋板共同組成封閉或半封閉腔體，腔體兩側(cè)分別為板狀導(dǎo)電體作為脫水電場的陰陽極；陽極為金屬平板，陰極為金屬網(wǎng)狀平板電極，分別與直流電源的正負(fù)極相連接；造粒擋板的排泥口尺寸設(shè)計決定于出料顆粒大小要求和物料壓力需要，其開孔率為30% -80%。所述排泥口形狀為圓形或橢圓形或方形。本發(fā)明的在電場與壓力協(xié)同作用下的污泥脫水造粒方法，在陰極與陽極之間將形成電場，機械壓力在進(jìn)泥的同時直接作用在污泥上，電場的電壓控制在10 100V之間，施加在泥餅兩側(cè)的機械壓力差值控制在1000 0. 3MPa之間。所述的直流電源采用非連續(xù)性供電方式。所述的污泥與網(wǎng)狀陰極間采用濾布隔離。所述的所述的電場網(wǎng)狀陰極外側(cè)用吸水材料吸去移動而來的水分，或采用刮板刮去移動而來的水分，或采用刷子刷去移動而來的水分。造粒擋板排泥口尺寸根據(jù)所需物料顆粒大小設(shè)定。具體說明如下在脫水過程中，污泥加壓后進(jìn)入脫水腔體，腔體兩側(cè)分別為板狀導(dǎo)電體作為脫水電場的陰陽極。陽極為金屬平板，陰極為金屬網(wǎng)狀平板電極，分別與直流電源的正負(fù)極相連接。在陰極與陽極之間將形成電場，電場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形成電氣二重層，包括固定離子層和擴散離子層。在電場作用下，粒子表面的電氣二重層將會發(fā)生相對滑動，帶負(fù)電的粒子或離子(污泥顆粒)向陽極移動，帶正電的粒子或離子向陰極移動。污泥的移動有時候會受到拘束，而污泥中的毛細(xì)管殘留水分則在正離子帶動下向陰極發(fā)生移動。陰極附近聚集的水分脫離陰極和污泥后就實現(xiàn)了脫水。本發(fā)明在脫水過程中，污泥自電場一端加壓進(jìn)入，經(jīng)電場脫水后自另一端的造粒擋板排出，注泥壓力和造粒擋板的阻擋共同決定了物料脫水的機械壓力大小。通過所受的擠壓力減少污泥顆粒間的間隙，使得容納水分減少，析出水分透過污泥餅網(wǎng)狀陰極側(cè)脫離污泥，達(dá)到脫水目的。造粒擋板的排泥口尺寸設(shè)計決定于出料顆粒大小要求和物料壓力需要，其開孔率為30% -80%，排泥口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，陽極為平板狀，陰極為網(wǎng)狀。如果陰極不具備過濾功能，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壓制在一起實現(xiàn)導(dǎo)電與過濾的功能。在電場與機械壓力的共同作用下，污泥內(nèi)部水分運動并聚集在陰極側(cè)和過濾介質(zhì)表面，借助于水分的重力可以脫離過濾介質(zhì)而實現(xiàn)分離作用，或者通過刮板分離聚集水分， 或者采用刷子刷分聚集水分而實現(xiàn)分離作用，或者采用吸水材料吸去移動而來的水分。本發(fā)明所用電場由直流電源或脈沖式電源提供，其供給方式是連續(xù)方式或間歇方式。電源除直流供電方式外，也可以是脈沖式供電方式。各種方式中的脈沖供電方式可以以最簡單的商業(yè)電源作電源，脈沖波形無特別要求，占空比可依具體情況調(diào)節(jié)。當(dāng)然，也可以用直流電間隔通斷的方式來實現(xiàn)間歇式通電，即在某一時間段通電，某一時間段斷電的方式。本發(fā)明中污泥泥餅的厚度在2mm IOmm之間，根據(jù)脫水需要時間、污泥特性、產(chǎn)品含水率要求等決定。泥餅厚度較大將增加脫水時間，如縮短脫水時間則產(chǎn)品含水率將增加。 電場的電壓控制在10 100V之間，較高的電壓可以增加污泥內(nèi)部水分的運動動力，縮短脫水時間，降低產(chǎn)品含水率，但同時也增加了電場電能的消耗。本發(fā)明中污泥脫水需要電場與壓力協(xié)同作用完成，施加在泥餅兩側(cè)的機械壓力差值控制在1000 0. 之間，對一定厚度的泥餅和一定的電場電壓而言，機械壓力差存在一個最佳值，小于或者大于這個最佳值都會影響污泥脫水的時間和效果。利用此方法可以克服傳統(tǒng)機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實現(xiàn)造粒功能，有利于污泥減量化，對污泥的后續(xù)運輸與處置創(chuàng)造了便捷條件。


圖1 實施例1示意圖；圖2:實施例2示意圖；圖3:實施例3示意圖。
具體實施例方式實施例1 如圖1所示，金屬板狀陽極1和網(wǎng)狀陰極3平行布置，間距5mm，并分別與直流電源 6正負(fù)極連接。網(wǎng)狀陰極3與污泥2之間鋪有濾布7。待脫水污泥2經(jīng)加壓0. IMI^a后自進(jìn)泥口 4注入，在電場作用下脫水的同時向出口移動，污泥中的水分通過濾布7和陰極3后被刮板8刮離后完成脫水過程。脫水后的污泥經(jīng)造粒擋板5擠壓成顆粒后排出，排泥口形狀為圓形，開孔率為50%。直流電源供電采用連續(xù)穩(wěn)壓方式，供電電壓為50V士 10V。此例可產(chǎn)生圓柱形污泥顆粒，其污泥含水率可由80 %左右降低至60 % -70 %之間。實施例2 如圖2所示，金屬板狀陽極1和網(wǎng)狀陰極3平行布置，間距2mm，并分別與直流電源 6正負(fù)極連接。網(wǎng)狀陰極3自身帶有過濾功能。待脫水污泥2經(jīng)加壓1000 后自進(jìn)泥口 4 注入，在電場作用下脫水的同時向出口移動，污泥中的水分通過陰極3后被刷子9刷離后完成脫水過程。脫水后的污泥經(jīng)造粒擋板5擠壓成顆粒后排出，排泥口形狀為條形，開孔率為 80%。直流電源供電采用連續(xù)穩(wěn)壓方式，供電電壓為IOV0此例可產(chǎn)生薄片狀污泥，其污泥含水率可由80%左右降低至70%。實施例3:如圖3所示，金屬板狀陽極1和網(wǎng)狀陰極3平行布置，間距10mm，并分別與直流電源6正負(fù)極連接。網(wǎng)狀陰極3自身帶有過濾功能。待脫水污泥2經(jīng)加壓0.3MI^后自進(jìn)泥口 4注入，在電場作用下脫水的同時向出口移動，污泥中的水分通過陰極3后被吸水材料10 分離后完成脫水過程。脫水后的污泥經(jīng)造粒擋板5擠壓成顆粒后排出，排泥口形狀為橢圓形，開孔率為30%。直流電源采用脈沖供電方式，供電電壓為80 100V，每個供電周期供電時間占80%。此例可產(chǎn)生塊狀污泥，其污泥含水率可由80%左右降低至60%。
權(quán)利要求
1.一種電場與壓力協(xié)同作用下的污泥脫水造粒裝置，其特征是由板狀電極和造粒擋板共同組成封閉或半封閉腔體，腔體兩側(cè)分別為板狀導(dǎo)電體作為脫水電場的陰陽極；陽極為金屬平板，陰極為金屬網(wǎng)狀平板電極，分別與直流電源的正負(fù)極相連接；造粒擋板的排泥口尺寸設(shè)計決定于出料顆粒大小要求和物料壓力需要，其開孔率為30% -80%。
2.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征是所述排泥口形狀為圓形或橢圓形或條形。
3.權(quán)利要求1或2的在電場與壓力協(xié)同作用下的污泥脫水造粒方法，其特征是陰極與陽極之間將形成電場，機械壓力在進(jìn)泥的同時直接作用在污泥上，電場的電壓控制在10 100V之間，施加在泥餅兩側(cè)的機械壓力差值控制在10001 0. 3MPa之間。
4.如權(quán)利要求3所述的方法，其特征是所述的直流電源采用非連續(xù)性供電方式。
5.如權(quán)利要求3所述的方法，其特征是所述的污泥與網(wǎng)狀陰極間采用濾布隔離。
6.如權(quán)利要求3所述的方法，其特征是所述的所述的電場網(wǎng)狀陰極外側(cè)用吸水材料吸去移動而來的水分，或采用刮板刮去移動而來的水分，或采用刷子刷去移動而來的水分。
7.如權(quán)利要求3所述的方法，其特征是造粒擋板排泥口尺寸根據(jù)所需物料顆粒大小設(shè)定。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種電場與壓力協(xié)同作用下的污泥脫水造粒裝置及方法。由板狀電極和造粒擋板共同組成封閉或半封閉腔體，腔體兩側(cè)分別為板狀導(dǎo)電體作為脫水電場的陰陽極；陽極為金屬平板，陰極為金屬網(wǎng)狀平板電極，分別與直流電源的正負(fù)極相連接；造粒擋板的排泥口尺寸設(shè)計決定于出料顆粒大小要求和物料壓力需要，其開孔率為30％一80％。利用此方法可以克服傳統(tǒng)機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實現(xiàn)造粒功能，有利于污泥減量化，對污泥的后續(xù)運輸與處置創(chuàng)造了便捷條件。
文檔編號B01J2/20GK102503069SQ20111035497
公開日2012年6月20日 申請日期2011年11月10日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月10日
發(fā)明者裴楊安, 馬德剛 申請人:天津大學(xué)