申请日2018.07.13
公开(公告)日2018.09.21
IPC分类号G01N5/04
摘要
本发明提供了一种污泥中不同形态水分含量的测量装置，主要用于测量工业或市政废水污泥中四种形态水分(自由水、间隙水、表面吸附水、化学结合水)的含量。该装置主要包括气源、气体流量计、加热室、干燥室、加热器、温控器、固态继电器、温度传感器、托盘、托盘支架、分析天平、支架和计算机。本发明采用PTC加热器，优化干燥室功能(设计了气流均布区、干燥称重区和气流缓冲区)，保证流经干燥测重区的热气流稳定而均匀，提高了测量精度;配置了易拆卸的密封盖和移动式的托盘，简化了操作过程;加热室和干燥室尺寸小，装置的总体结构紧凑。因此该装置具有测量精度高、操作简便和结构紧凑的特点。
权利要求书
1.一种污泥中不同形态水分含量的测量装置，包括气源(1)、气体流量计(2)、加热室(3)、干燥室(4)、加热器(5)、温控器(6)、固态继电器(7)、温度传感器(8)、托盘(9)、托盘支架(10)、分析天平(11)、支架(12)和计算机(13);所述的气体流量计(2)通过气管，一端与气源(1)连接，另一端与加热室(3)连接;所述的温控器(6)的输入端与温度传感器(8)相连，输出端与固态继电器(7)的输入端相连，固态继电器(7)输出端与加热器(5)相连;其特征在于：所述的加热器(5)安装在加热室(3)内，温度传感器(8)安装在干燥室(4)上;所述的加热室(3)或干燥室(4)的长为50-300mm，宽为40-150mm，高为20-80mm，加热室(3)与干燥室(4)相连并固定在支架(12)顶面;所述的干燥室(4)分为气流均布区(41)、干燥测重区(42)和气流缓冲区(43);所述的分析天平(11)带有串口通讯接口，通过串口数据线与计算机(13)相连，分析天平(11)固定在支架(12)的底面上，支架(12)的顶面应比分析天平(11)的称量盘(111)高3cm以上。
2.根据权利要求1所述的不同形态水分含量的测量装置，其特征在于：所述的加热室(3)由隔热保温材料壁面围成，各壁面接缝处都进行良好密封，其进气端壁面开孔与气管密封相连，出气端壁面为多孔布气板(411)，且与干燥室(42)的气流均布区(41)连通。
3.根据权利要求1所述的不同形态水分含量的测量装置，其特征在于：所述的加热器(5)由PTC加热器(51)与散热片(52)组成，散热片(52)固定在PTC加热器(51)上。
4.根据权利要求1所述的不同形态水分含量的测量装置，其特征在于：所述的气流均布区(41)由隔热保温材料壁面围成，各壁面接缝处都进行良好密封，与干燥测重区(42)之间连接壁面为多孔布气板(412)，多孔布气板(411)和多孔布气板(412)上的布气孔均呈等矩对称分布，气流均布区(41)内可以无填料或设有金属规整或散堆填料。
5.根据权利要求1所述的不同形态水分含量的测量装置，其特征在于：所述的干燥测重区(42)由隔热保温材料壁面围成，除顶面外，各壁面接缝处都进行良好密封;干燥测重区(42)底面开有小孔(44)，顶端敞口，且配备密封盖(45);干燥测重区(42)的顶端上沿配备隔热密封垫(46);密封盖(45)的密封面和干燥测重区(42)的顶端上沿在对应位置处分别嵌入并固定至少四个磁铁(47)。
6.根据权利要求1所述的不同形态水分含量的测量装置，其特征在于：所述的气流缓冲区(43)由隔热保温材料壁面围成，各壁面接缝处都进行良好密封，与干燥测重区(42)之间连接壁面为多孔布气板(413)，出口端的壁面为多孔布气板(414)或者单孔板(415)，多孔布气板(413)和多孔布气板(414)上的布气孔均呈等矩对称分布。
7.根据权利要求1所述的不同形态水分含量的测量装置，其特征在于：所述的托盘(9)的长度应比干燥测重区(42)的长度小10-40mm，托盘(9)的宽度应比干燥测重区(42)的宽度小5-30mm，深度为2-7mm，托盘(9)放置于托盘支架(10)的支撑板(102)上，且不与干燥测重区(42)内壁接触;多孔板(91)放置在托盘(9)上，开孔率应大于90%，且不与干燥测重区(42)内壁接触。
8.根据权利要求1所述的不同形态水分含量的测量装置，其特征在于：所述的托盘支架(10)固定在分析天平(11)的称量盘(111)上，托盘支架(10)的支撑柱(101)直径小于小孔(44)直径，支撑柱(101)穿过小孔(44)和支架(12)，且不与小孔(44)内壁和支架(12)接触，支撑柱(101)顶端设有支撑板(102)，支撑板(102)与支撑柱(101)采用螺丝紧固连接，支撑板(102)尺寸应小于托盘(9)尺寸，且底面高出干燥测重区(42)内壁底面不少于1mm。
9.根据权利要求1所述的不同形态水分含量的测量装置，其特征在于：所述的温度传感器(8)安装在密封盖(46)上，测量点位于多孔板(91)的正上方。
说明书
一种污泥中不同形态水分含量测量装置
技术领域
本发明涉及一种污泥中不同形态水分含量测量装置。具体涉及基于干燥法来确定污泥中水分含量的测量装置。属于污泥不同形态水分含量测量领域。
背景技术
在工业或市政废水处理过程中会产生大量污泥，如何处置与利用污泥是当今社会面临的重要环境问题。
污泥中水的形态包括自由水、间隙水、表面吸附水、化学结合水。其中，后三种形态有时统称结合水。自由水最容易去除，它可以通过排水、增稠或机械脱水来除去。间隙水只能通过机械力破坏或压缩絮体结构将其挤出并释放。表面吸附水和化学结合水一般不能被机械脱水的方法来去除。由于机械脱水比热干化节能90%以上，机械脱水性能的提高，意味着污泥运输量的下降、填埋空间的减少以及后续干化处理能耗的下降。因此，通过测量污泥中自由水、间隙水、表面吸附水和化学结合水的含量，可以预测污泥机械脱水的难易，对脱水技术或设备的选择有着重要的指导意义。
目前污泥中各种形态水分含量的测量方法有：干燥法、吸附等温线法、膨胀计法、离心沉降法、压滤法、DSC(差示扫描量热法)和DTA(差热分析法)等。这些方法(除干燥法以外)只能测量出自由水和结合水。此外，他们还有其他不足。如吸附等温线法耗时长(往往需要几周)，膨胀计法测量时污泥中可能会出现气泡，影响测量结果;离心沉降法不适用于高压缩性污泥(如活性污泥);DSC和DTA法检测样本量小，测量平行性较差。
干燥法是是假定水分的蒸发速率取决于水与固体颗粒表面的结合方式，通过恒温干燥曲线来确定污泥中不同形态的水分含量。这种方法具有诸多优点，如可同时测量四种形态的水分含量和测量重复较好(检测样本较大)等。因此基于干燥法来准确和快速测量污泥中水分含量具有重要的应用价值。专利号CN201220157409的中国专利《一种工业或城市污水污泥结合水形态及含量测量装置》，提供了一种简便可操作的结合水形态及含量测量装置，但该装置尚存在一些不足，如设备尺寸大，不够便捷，且测量时间较长。
发明内容
为了克服现有设备存在的缺点与不足，本发明提供一种污泥中不同形态水分含量的测量装置，用于测量工业或市政废水污泥中四种形态水分(自由水、间隙水、表面吸附水、化学结合水)的含量。该装置采用PTC加热器，优化干燥室功能(设计了气流均布区、干燥称重区和气流缓冲区)，保证流经干燥测重区的热气流稳定而均匀，提高了测量精度;配置了易拆卸的密封盖和移动式的托盘，简化了操作过程;加热室和干燥室尺寸小，装置的总体结构紧凑。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：
提供一种污泥中不同形态水分含量的测量装置，包括气源(1)、气体流量计(2)、加热室(3)、干燥室(4)、加热器(5)、温控器(6)、固态继电器(7)、温度传感器(8)、托盘(9)、托盘支架(10)、分析天平(11)、支架(12)和计算机(13)。气体流量计(2)通过气管，一端与气源(1)连接，另一端与加热室(3)连接。温控器(6)的输入端与温度传感器(8)相连，输出端与固态继电器(7)的输入端相连，固态继电器(7)输出端与加热器(5)相连。
加热器(5)安装在加热室(3)内，温度传感器(8)安装在干燥室(4)上。
加热室(3)或干燥室(4)的长为50-300mm，宽为40-150mm，高为20-80mm，加热室(3)与干燥室(4)相连并固定在支架(12)顶面。
上述的干燥室(4)分为气流均布区(41)、干燥测重区(42)和气流缓冲区(43)。
分析天平(11)带有串口通讯接口，通过串口数据线与计算机(13)相连，分析天平(11)固定在支架(12)的底面上，支架(12)的顶面应比分析天平(11)的称量盘(111)高3cm以上。
加热室(3)由隔热保温材料壁面围成，各壁面接缝处都进行良好密封，其进气端壁面开孔与气管密封相连，出气端壁面为多孔布气板(411)，且与干燥室(42)的气流均布区(41)连通。
加热器(5)由PTC加热器(51)与散热片(52)组成，散热片(52)固定在PTC加热器(51)上。
气流均布区(41)由隔热保温材料壁面围成，各壁面接缝处都进行良好密封，与干燥测重区(42)之间连接壁面为多孔布气板(412)，多孔布气板(411)和多孔布气板(412)上的布气孔均呈等矩对称分布，气流均布区(41)内可以无填料或设有金属规整或散堆填料。
干燥测重区(42)由隔热保温材料壁面围成，除顶面外，各壁面接缝处都进行良好密封。干燥测重区(42)底面开有小孔(44)，顶端敞口，且配备密封盖(45)。干燥测重区(42)的顶端上沿配备隔热密封垫(46);密封盖(45)的密封面和干燥测重区(42)的顶端上沿在对应位置处分别嵌入并固定至少四个磁铁(47)。
气流缓冲区(43)由隔热保温材料壁面围成，各壁面接缝处都进行良好密封，与干燥测重区(42)之间连接壁面为多孔布气板(413)，出口端的壁面为多孔布气板(414)或者单孔板(415)，多孔布气板(413)和多孔布气板(414)上的布气孔均呈等矩对称分布。
托盘(9)的长度应比干燥测重区(42)的长度小10-40mm，托盘(9)的宽度应比干燥测重区(42)的宽度小5-30mm，深度为2-7mm，托盘(9)放置于托盘支架(10)的支撑板(102)上，且不与干燥测重区(42)内壁接触。多孔板(91)放置在托盘(9)上，开孔率应大于90%，且不与干燥测重区(42)内壁接触。
托盘支架(10)固定在分析天平(11)的称量盘(111)上，托盘支架(10)的支撑柱(101)直径小于小孔(44)直径，支撑柱(101)穿过小孔(44)和支架(12)，且不与小孔(44)内壁和支架(12)接触，支撑柱(101)顶端设有支撑板(102)，支撑板(102)与支撑柱(101)采用螺丝紧固连接，支撑板(102)尺寸应小于托盘(9)尺寸，且底面高出干燥测重区(42)内壁底面不少于1mm。
温度传感器(8)安装在密封盖(46)上，测量点位于多孔板(91)的正上方。
与现有技术相比，本发明的优势：本发明采用PTC加热器，优化干燥室功能进行优化(设计了气流均布区、干燥称重区和气流缓冲区)，保证流经干燥测重区的热气流稳定而均匀，提高了测量精度;配置了易拆卸的密封盖和移动式的托盘，简化了操作过程;加热室和干燥室尺寸小，大大降低了装置整体尺寸，提高了装置的结构紧凑性。因此该装置具有测量精度高、操作简便和结构紧凑的特点，具有广阔的应用前景。
