申请日2012.05.07
公开(公告)日2012.11.21
IPC分类号B01J2/20; C02F11/12
摘要
本实用新型涉及一种环状电场与压力协同作用的污泥脱水造粒装置。装置由同心布置的进泥口、套筒电极、分流挡板和造粒挡板共同组成脱水腔体;套筒电极为两个圆筒同心布置，外侧圆筒为阳极且与直流电源正极相连接，内侧圆筒为网状且与电源负极相连接，作为电场阴极，两电极间绝缘布置成环状电场;锥体挡板安置在内侧圆筒的进泥一段，其直径与内侧圆筒相同，其圆锥顶角为60°～120°;造粒挡板设置在污泥出口处;上有开孔作为排泥口，其开孔率为30%—80%。机械压力在进泥的同时直接作用在污泥上，为1000Pa～300000Pa之间，脱水电场的电压为10～200V;此方法克服传统机械脱水方式脱水率低的问题，快速而高效的脱出污泥多余水分并同时实现造粒功能，利于污泥减量化。
权利要求书
1.一种环状电场与压力协同作用的污泥脱水造粒装置，其特征是由同心布置的进 泥口、套筒电极、分流挡板和造粒挡板共同组成脱水腔体;套筒电极为两个圆 筒同心布置，外侧圆筒为阳极且与直流电源正极相连接，内侧圆筒为网状且与 电源负极相连接，作为电场阴极，两电极间绝缘布置成环状电场;阴阳电极间 距即脱水污泥泥层的厚度在2mm～20mm之间，锥体挡板安置在内侧圆筒的进泥 一段，其直径与内侧圆筒相同，其圆锥顶角为60°～120°;造粒挡板设置在污 泥出口处;造粒挡板为圆环状，上有开孔作为排泥口，其开孔率为30%～80%。
2.如权利要求1所述的环状电场与压力协同作用的污泥脱水造粒装置，其特征是， 网状阴极内侧设置有导流槽或水分分离装置，脱出水分经导流槽或水分分离装 置离开，水分分离装置是吸水材料层，或设置有刮水板，或采用刷水刷。
说明书
环状电场与压力协同作用的污泥脱水造粒装置
技术领域
本实用新型属于污泥脱水造粒装置，特别涉及一种环状电场与压力协同作用的污泥脱 水造粒装置。
背景技术
污泥包括含城市污水厂污泥、给水厂污泥、排水沟道污泥、水体疏浚淤泥等，其量远 大于城市生活垃圾量，而且城市污泥含有较高的污染物含量。其中城市污水厂剩余污泥的 有机质含量为城市污水的10倍，污水厂脱水污泥饼中的致病微生物含量比城市生活垃圾 高几个数量级。此外，各种污泥中还可能含有重金属、剧毒有机物等污染物质。因此，城 市污泥对环境可能造成的危害是严重的。
污泥因其液-固相混合物的浆态特征而成为一类与液态和固态废弃物均有区别的废 弃物。它不仅在产生时有浆态物的特征，而且其液、固混合状态具有一定的稳定性，通常 仅在施加极大的外加作用力(物理、化学)时才能固、液分离，因此，其管理与处理技术 体系均有不同于其他废弃物的特征。
在污泥的物流特性中，含水率高是一个最显著的特征，不仅会因污泥体积庞大造成后 续物流输送困难、处理设备容量大、经济性差等问题，而且绝大部分的污泥最终处理与利 用过程也与过高含水率的物流不相容。因此，污泥处理中污泥的脱水占有非常重要的地位。
污泥中水分的脱除与其内部水分的存在形式有很大关系。常规的机械脱水通常只能去 除自由水分，而剩余水分被看作为“边界水分”，边界水分是机械脱水的理论极限。经机 械脱水后的污泥含水率仍高达75～85%。如此高的含水对于污泥后续处理产生了很大困难 和较高的经济成本，如焚烧、填埋等，而污泥干燥则需要消耗很大的热能，其成本更高。 因此，污泥处理领域非常需要开发新的污泥脱水方法，经济、快速地脱出多余水分，降低 污泥含水量。
除干燥外，电渗透脱水(又称电场脱水或电脱水)是一种可以实现深度脱水的技术方 法。该技术是基于电场下固体颗粒表面产生的电渗流而进行的固-液分离过程，即利用外 加直流电场增强物料的脱水能力。由于将脱水作用直接发生在污泥颗粒的内、外表面，同 时脱出自由水分、间隙水分和部分表面结合水分，因此可以实现深度脱水。电脱水技术早 有提出，但多局限于实验室研究，工业应用设备很少，其应用的困难主要是电场形式及与 机械压力的结合方式，目前应用的电场多为双滚筒电场和非固定板式平行电场。在应用中， 双滚筒电场存在电脱水时间偏短和脱水效率偏低的问题，非固定板式平行电场则存在电场 稳定性差和压力分布不均等问题。
当前应用的电脱水方法中，还存在如下问题难以克服：(1)机械压力均是通过滚筒或 非固定板状电极间接施加在污泥上，存在压力分布不均、干斑和液相不连续等问题;(2) 为进料方便和防止电场短路，通常常用偏厚的滤布，对水分渗透和移除影响较大;(3) 不具备造粒功能，电脱水后的污泥为不规则片状，对于后续处理所特殊需要的其他颗粒形 状难以实现。
此外，固定板状平行电场脱水造粒方法对解决上述问题具有很好的效果，但应用中存 在固定板状电场进泥阻力较大，与现有污泥加压制备连接困难，且机械加压后电场电极受 力变形严重。
鉴于上述问题，电脱水设备的运行稳定性和可靠性下降，极大制约了该技术的应用。 因此，需要对原有电脱水技术进行创新，该方法方能有所突破，并获得广泛应用。
发明内容
本实用新型提出了一种环状电场与压力协同作用下的污泥脱水造粒一体化装置，具体 技术方案如下：
一种环状电场与压力协同作用的污泥脱水造粒装置，由同心布置的进泥口、套筒电极、 分流挡板和造粒挡板共同组成脱水腔体;套筒电极为两个圆筒同心布置，外侧圆筒为阳极 且与直流电源正极相连接，内侧圆筒为网状且与电源负极相连接，作为电场阴极，两电极 间绝缘布置成环状电场;阴阳电极间距即脱水污泥泥层的厚度在2mm～20mm之间，锥体挡 板安置在内侧圆筒的进泥一段，其直径与内侧圆筒相同，其圆锥顶角为60°～120°;造 粒挡板设置在污泥出口处;造粒挡板为圆环状，上有开孔作为排泥口，其开孔率为30%— 80%。
网状阴极内侧设置有导流槽或水分分离装置，脱出水分经导流槽或水分分离装置离 开，水分分离装置是吸水材料层，或设置有刮水板，或采用刷水刷。
机械压力在进泥的同时直接作用在污泥上，压力为1000Pa～300000Pa之间，脱水电 场的电压为10～200V，可脉冲供电，进口污泥含水率为50%～90%。
具体说明如下：
由同心布置的进泥口、套筒电极、分流挡板和造粒挡板共同组成脱水腔体。套筒电极 为两个圆筒同心布置，外侧圆筒为阳极且与直流电源正极相连接，内侧圆筒为网状且与电 源负极相连接，作为电场阴极，两电极间绝缘布置成环状电场。网状阴极具有透水功能， 可以不设置滤布，如果对脱除水分的浊度要求较高可设置较薄滤布。在脱水电场腔体的入 口段设置有锥形挡板对污泥进行分流，污泥经加压进入电场完成脱水过程，然后经电场出 口设置的造粒挡板挤压造粒后排出。
机械压力在进泥的同时直接作用在污泥上，保证脱水腔体内压力分布均匀，环状电场 缓解了电极的受力变形和电流衰减过快的问题，且滤布很薄或取消滤布，进而减少水分运 动阻力。在电场与机械压力的共同作用下可以更加快速、高效地脱除污泥中的水分，并同 步实现造粒功能，进一步减少污泥体积和后续处理的成本，并为后续的干化、焚烧、堆肥 等提供不同尺寸的颗粒态物料。
在脱水过程中，污泥加压后经锥形挡板分流进入脱水电场，电场两侧分别为圆筒状导 电体作为阴阳极。阳极为金属圆筒，阴极为金属网状圆筒电极，两者同心布置成套筒状， 并分别与直流电源的正负极相连接。在阴极与阳极之间将形成电场，电场中充满待脱水的 污泥介质并与电极紧密接触。由于活性污泥中的粒子带有负电，与水中的离子一起在表面 会形成电气二重层，包括固定离子层和扩散离子层。在电场作用下，粒子表面的电气二重 层将会发生相对滑动，带负电的粒子或离子(污泥颗粒)向阳极移动，带正电的粒子或离 子向阴极移动。污泥的移动有时候会受到拘束，而污泥中的毛细管残留水分则在正离子带 动下向阴极发生移动。阴极附近聚集的水分脱离阴极和污泥后就实现了脱水。
本实用新型在脱水过程中，污泥自电场一端加压进入，入口处的锥形挡板对污泥的分 流可有效减少进泥阻力。污泥经电场脱水后自另一端的造粒挡板排出，注泥压力和造粒挡 板的阻挡共同决定了物料脱水的机械压力大小。通过所受的挤压力减少污泥颗粒间的间 隙，使得容纳水分减少，析出水分透过污泥饼网状阴极侧脱离污泥，达到脱水目的。锥体 挡板的圆锥顶角为60°—120°。造粒挡板为圆环状，上有开孔作为排泥口，其排泥口尺 寸设计决定于出料颗粒大小要求和物料压力需要，其开孔率为30%—80%，排泥口形状为圆 形或椭圆形或方形。
本实用新型中采用的电极要求具有导电功能，阳极为圆筒状，阴极为网状。如果阴极 不具备过滤功能，即不能将水分与污泥颗粒进行分离，则需要在阴极与污泥之间设置过滤 材料。可以采用具有导电功能的滤布兼作电极，如将金属丝网植入滤布中，也可以将带有 孔隙的电极与滤布压制在一起实现导电与过滤的功能。
在电场与机械压力的共同作用下，污泥内部水分运动并聚集在阴极侧和过滤介质表面， 借助于水分的重力可以脱离过滤介质而实现分离作用，阴极内侧的导流槽有助于水分分 离，或者采用专门的水分分离装置进行分离。水分分离装置有以下几种形式：通过刮板分 离聚集水分，或者采用刷子刷分聚集水分而实现分离作用,或者采用吸水材料吸去移动而 来的水分。
本实用新型所用电场由直流电源或脉冲式电源提供，其供给方式是连续方式或脉冲方 式。各种方式中的脉冲供电方式可以以最简单的商业电源作电源，脉冲波形无特别要求， 占空比(供电时间)可依具体情况调节。当然，也可以用直流电间隔通断的方式来实现脉 冲通电，即在某一时间段通电，某一时间段断电的方式。
本实用新型中阴阳电极间距即脱水污泥泥饼的厚度在2mm～20mm之间，根据脱水需要 时间、污泥特性、产品含水率要求等决定。泥饼厚度较大将增加脱水时间，如缩短脱水时 间则产品含水率将增加。为保证污泥在电场中的顺利移动，进口污泥含水率控制在50%～ 90%之间。电场的电压控制在10～200V之间，较高的电压可以增加污泥内部水分的运动动 力，缩短脱水时间，降低产品含水率，但同时也增加了电场电能的消耗，且可加剧阳极干 斑形成。本实用新型中污泥脱水需要电场与压力协同作用完成，施加在泥饼上的机械压力 差值控制在1000Pa～300000Pa之间，对一定厚度的泥饼和一定的电场电压而言，机械压 力差存在一个最佳值，小于或者大于这个最佳值都会影响污泥脱水的时间和效果。
利用此方法可以克服传统机械脱水方式脱水率低的困难，快速而高效的脱出污泥多余 水分并同时实现造粒功能。该方法与板式电脱水相比，具有阻力小、电流衰减速度慢等优 点，可以降低污泥运动阻力10%-30%，将污泥含水率降低至40%—70%，体积减少17%—70%。
