CN101327972B - 含水物料的电渗透脱水装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种含水物料的电渗透脱水装置，将初步脱水后的含水物料置于阴极和阳极之间，通入直流电，含水物料与电极直接接触，含水物料中含有的水分在电场的作用下向阴极聚集，并被排出。本发明通过电极与含水物料直接接触，降低了脱水的电渗透阻力，可以在低压条件下实现脱水，同时聚集在阴极附近的水分能够迅速排出，提高了脱水的效率大降低了整个脱水的电耗；同时通过阳极的分段独立分不同电压供电，降低了能耗；阴极的真空吸水和吸水材料吸水，加快了聚集到阴极的水的导出。阳极表面覆盖薄层滤布防止了阴阳极的短路，阴极带端部的焊接锁边防止了金属丝网的撕裂，保证了装置的稳定操作。

Description

含水物料的电渗透脱水装置

                                技术领域

本发明涉及一种含水物料的电渗透脱水装置，如食品残渣，废水处理过程中产生的污泥以及煤泥等的脱水装置，特别是污泥类的高干度脱水，属于水处理和固体废弃物处理领域的脱水技术。

                                背景技术

豆腐渣、烷酒和酱油等生产过程中的食品残渣，生物发酵排出的固体废物和有机废水生物处理过程中产生的污泥以及煤泥等往往是通过真空过滤、加压过滤、离心分离等方法实现脱水的，由于污泥等含水物料中含有大量的有机物和生物体，机械脱水难于达到所希望的含水率。而高含水率对后续处理造成不便并增加成本。通常采用干燥方法实现进一步的高干脱水，但干燥方法耗能多，导致处理成本大幅增加。电渗透脱水作为高效的高干脱水方法因其所具有的独特的优势受到关注。

但是，以往的电渗透脱水往往是在电极和脱水物质之间装有滤布，脱水后物料的剥离通常利用压榨工程方面的经验，从运行操作上来讲虽然是比较简便，但由于滤布的存在，电阻很大，必须在比较高的电压下才能脱水。另外脱水过程中，水分聚集在阴极附近不能顺利排出，造成了脱水效率的下降。由于这些原因导致电耗较大，电渗透脱水的成本比较高，因此，开发能够实现高效率、低成本的电渗透脱水装置对于污泥和工业残渣的高干脱水具有重要意义。

                                发明内容

本发明的目的在于提供一种含水物料，特别是污泥类电渗透高干脱水装置，该装置具有脱水操作管理简单和成本低的特点。

本发明的电渗透脱水装置是通过下述技术方案加以实现的：将初步脱水后的含水物料置于阴极和阳极之间，通入直流电，含水物料与电极直接接触，并且在与含水物料接触的阴极的相反侧也不配置比阴极孔径小的滤布，含水物料中含有的水分在电场的作用下向阴极聚集，并被排出。

所述的阴极由导电丝网构成，其丝网的孔径小于250微米；阳极由开孔或不开孔不溶性材料构成，开孔孔径小于1410微米。

所述的阳极可以是同一整体或是由独立运转的串联的两个或两个以上的部分构成；独立运转的串联的两部分或两部分以上的阳极的电压是统一电压供电或独立供电；独立供电时，电压可以独立控制和调节，前段电压高，后段电压低。

所述的阳极表面覆盖有非导电体的滤布，滤布的一侧与阳极接触，另一侧与含水物料接触，被覆的滤布为能够含水，并且具有透水性的薄布。

所述的阴极的相反侧，设置有用吸水材料构成的吸水机构或用抽真空的方式从阴极向外导水，其配置为全过程或每部分阳极脱离接触的末端部位侧。

所述的阴极和阳极在前进方向的垂直方向上阴极的幅度比阳极幅度宽，比阳极宽出的阴极部分与供电机构接触供电。

所述的阴极在阴极带的移动方向的垂直方向上至少在阴极带的两端用焊接方式将与移动方向垂直的金属丝连接在一起。

所述的阴极和阳极采用带式阳极时阴阳极带可从含水物料的入口至出口方向向上倾斜，相对水平面的角度为0.2度到12度之间的任意一个角度。

所述的阴极和阳极在导电丝网电极的不与物料接触的部位设置清洗结构，通过压缩空气或水反洗或刷子或这些方法的组合去除附着的物料。

所述的在脱水装置含水物料的入口处安装控制含水物料厚度的调节机构。

本发明把初步脱水，即通过机械压榨或真空过滤或离心分离等方法脱水后的含水物料放置在阴阳电极之间，通入直流电，含水物料中含有的水分在电场的作用下向阴极聚集并被排出的这一含水物料电渗透脱水过程中，含水物料与电极直接接触，并且在与阴极接触的含水物料的另一侧也不配置比阴极孔径小的滤布，便可脱出含水物料中的水分。含水物料在电极之间和电极直接接触，与以往的在电极和含水物料间加入滤布脱水方式相比，由于含水物料直接和电极接触，电阻小，所以可以在低电压条件下实现脱水，从而使得降低电耗成为可能。特别是阴极与含水物料的直接接触，免去了滤布的滤水阻力，使脱水阻力大大降低，出水顺畅。同时，阴极由导电网构成，其网的孔径小于250微米，阴极网的孔径比较小，仅能使水分通过，而含水的物料不能通过。这样一方面保证了在低电压条件运行同时也使水分和固体物料的分离成为可能。导电网可以是碳素纤维材质也可以是金属丝网。另外，在阴极带的移动方向的垂直方向上至少在阴极带的两端用焊接方式将与移动方向垂直的金属丝连接在一起。即，至少在与带的移动方向平行的带的两端用焊接方式锁边。这样就保证了金属网不会被撕裂。阳极为钛基材表面覆盖不溶性材料涂层构成，材质可以是贵金属或其氧化物如铂，铱，钌等，如开孔其孔径小于1410微米。

阳极表面覆盖非导电体的滤布，该滤布的一侧与阳极接触，另一侧与含水物料接触。有些物质，如污水处理厂的污泥中可能会含有金属丝和铝箔等导体物质，造成短路。在阳极表面覆盖不导电的滤布后就预防了电路短路。其滤布由加水润湿机构不断润湿，或该滤布为能够含水，并且具有透水性的薄布。滤布可以是尼纶，涤纶，棉布，毛类等，其厚度应尽量薄。这些措施，所形成的电阻很小，不致造成明显的电渗透的电压增加。另外食物残渣、发酵渣等作为饲料利用时在阳极附近往往由于氧化而变质，不利于后续资源化。在阳极和含水物料之间覆盖能够含水并且具有透水性的薄布还可以避免含水物料的氧化变质。在此，所述的非导电体系指从电学角度定义导体和非导体的分类，如前述的滤布即使含水也属于非导电体。

阳极可以是同一整体，也可以由独立运转的串联的两个或两个以上的部分构成，独立运转的两部分或两部分以上的阳极，独立供电，其电压可以独立控制和调节，前段电压高，后段电压低。由于阳极由不同的独立部分构成可以比较容易地扩大接触面积，并独立的控制，在污泥脱水初期采用高电压，在脱水后期采用低电压操作，达到节能的目的。圆筒构造的阳极可以在阴极无挤压机构的情况下运转，且采用圆筒阳极时，各个圆筒的直径和轴的高度可以不相等。

在与含水物料接触的阴极的相反侧，用吸水材料构成的吸水机构或用抽真空的方式从阴极向外导水，其配置为全过程或在每个阳极脱离接触的末端部位侧；吸水后吸水材料通过轧辊进行挤压，吸收的水分被榨出，吸水材料得到了再生，可以反复吸水。通过真空吸水或吸水材料吸水可以加速移动到阴极的水分的导出。聚集在阴极侧的水分很快被吸收，提高了电渗透的效率。为了实际操作的便利，吸水材料多为多孔性的材质，比如说聚氨基甲酸脂、聚乙烯、聚丙烯等发泡体材料，但是，并不仅限于此。这种发泡体通过挤压操作，再生效果很好，并且成本低。

在阴极带移动的前进方向的垂直方向上阴极的幅度比阳极幅度宽，多于阳极的阴极带部分与供电机构接触供电。这样能保证供电机构的良好接触。带式阳极的情况下，电极可从含水物料的入口向出口方向向上倾斜，对水平面的角度为0.2度到12度之间的任意一个角度。当采用圆筒阳极或倾斜带式阳极时，阳极末端前的阴极聚集水可通过机械压力从阴极导出，并随着导水机构或阴极带流动排出，但当阳极脱离污泥后，污泥失去压力，不能透过阴极被及时排出，而会被污泥反吸回去，降低脱水效果，所以，在每个阳极脱离接触的末端部位侧设置真空吸水或吸水材料吸水能及时导出聚集到阴极侧的水，保证电渗透脱水效果。

在导电网电极的脱水末端附加设置清洗机构，通过压缩空气或水反洗或刷子或这些方法的组合等去除附着的含水物料。在电极网和含水物料间由于没有滤布，所以含水物料可能会附着在电极网上，导致电渗透脱水过程效率下降，所以需要清扫电极。通过对电极的清扫，使得电极再生后表面不附着杂物，能够实现顺利的操作。清洗装置可根据含水物料性质的不同，在电极的两侧或一侧设置。

在脱水装置含水物料的入口处安装调节和控制物料厚度的调节机构。由此可根据实际情况控制含水物料的厚度，保证脱水效果和效率。电渗透脱水过程中，含水物料越薄电渗透所需要的电压越低。电渗透稳定操作过程中，电极和待脱水物料应紧密接触，因此，含水物料厚度的均一非常重要。采用调节厚度的机械进行厚度均一化可以实现薄物料厚度条件下的低压操作，为低电耗奠定基础。

电渗透脱水装置比较典型的是带式和板框式，对于板框式来说，同样，导电网电极与含水物料直接接触施加电场，在电极网外侧装配滤布比较好。因为把高含水率的待脱水物料放入其中，首先利用机械压力压榨出其中的水分，当机械压榨脱水效果明显降低后再施加电场，利用电场力进行电渗透脱水，这样可以降低整个脱水过程的成本。

本发明通过电极与含水物料直接接触，降低了脱水的电渗透阻力，可以在低压条件下实现脱水，同时聚集在阴极附近的水分能够迅速排出，提高了脱水的效率，大大降低了整个脱水的电耗；同时通过阳极的分段独立分不同电压供电，降低了能耗；阴极的真空吸水和吸水材料吸水，加快了聚集到阴极的水的导出。阳极表面覆盖薄层滤布防止了阴阳极的短路，阴极带端部的焊接锁边防止了金属丝网的撕裂，保证了装置的稳定操作。通过这些措施构成的电渗透脱水装置实现了高效，低成本，稳定的含水物料的高干脱水。

                                   附图说明

图1：实施例1的带式阳极与圆筒式阳极组合电渗透脱水装置示意图；

图2：实施例2的双圆筒式阳极组合电渗透脱水装置示意图；

图3：实施例3的带式阳极电渗透脱水装置示意图。

图示说明

1a.酒糟，1b.活性污泥，1c.柠檬酸发酵残渣，2.原料槽，3.原料厚度调节辊，4.阳极旋转辊，5.带式阳极，6.阴极，7.阳极压板，8.带式阴极真空吸水箱，8a.一段阳极末端真空吸水箱，8b.二段阳极末端真空吸水箱，9.真空泵，10.圆筒阳极，10a.一段阳极圆筒，10b.二段阳极圆筒，11.吸水辊，11a.圆筒阳极末端吸水材料辊，12.挤压辊，13a.电渗透脱水酒糟，13b.电渗透脱水污泥，13c.电渗透脱水柠檬酸发酵残渣，14.空气喷嘴，15清水喷射器，16.阴极带运转辊，17.阴极支撑辊，18.阴极支撑辊导水板，19.阴极加强带运转辊，20.阴极加强带，21.阴极纠偏辊，22.阳极滤布润湿辊。

                               具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

实施例1.

本实例是酒糟食品残渣电渗透脱水的例子。如图1所示的电渗透脱水装置为带式阳极与圆筒式阳极组合脱水机。压滤后的燒酒糟1a进入原料槽2，再通过原料厚度调节辊3送入由不溶金属构成的带式阳极5和不锈钢丝网阴极6之间的电渗透脱水装置中，由调节辊3控制酒糟厚度为5毫米。通过阳极外侧的阳极压板7和阴极外侧的带式阴极真空箱8兼作支撑架，施加压力。酒糟随着电极的移动在电场的作用下，水分聚集到阴极附近。在带式阳极段，聚集到阴极的水在机械压力和真空的作用下，透过阴极的金属网被真空泵9抽吸排出。初步脱水后的酒糟进一步随着阴极网进入圆筒阳极段，在圆筒阳极10和阴极的作用下，水分聚集到阴极内侧，进一步在圆筒10和阴极带6的机械压力下，水透过阴极的金属网被排出。在酒糟脱离阳极的端位部用具用吸水作用的多孔材料如聚乙烯醇构成吸水辊11a吸去聚集在阴极内侧的水，吸水饱和的多孔材料辊由挤压辊12挤压出所吸水，使吸水辊11a得到再生循环吸水。脱水后的酒糟13a排出脱水机。脱离酒糟后的阴极带由空气喷嘴14吹去可能残留的酒糟，进一步用清水喷射器15对阴极冲洗，彻底去除阴极网上可能残余的酒糟和堵塞在网眼中的固体物。当物料脱水良好，阴极带上无残留酒糟时，可不开启这些清洗装置。阴极带还设有纠偏辊纠偏(图中未标出)，以保证阴极带的运行位置。带式阳极通过阳极旋转辊4，阴极网通过阴极带运转辊16等的组合构件移动运行。阴极网用98微米的不锈钢网。电压为带式阳极段10伏，圆筒阳极段8伏。

在阴极带的移动方向，与带的移动方向平行的带的两端用2mm的焊线焊接锁边，并在带的正中位置与两端的焊边平行焊一条1mm的焊线。阴极丝网比阳极宽40mm，两端各多20mm，在比阳极宽出的20mm的边上，在与阴极移动方向平行的两端，各自在丝网两侧与供电机构挤压接触向阴极供电。

实施例2.

此例是污水厂污泥电渗透脱水的实施例。如图2所示的脱水装置为双圆筒式阳极组合脱水机。经压滤后的污泥1b进入原料槽2，再通过厚度调节辊3送入网带阴极6，由调节辊3控制污泥厚度为6毫米，随着阴极的移动进入由不溶金属构成的一段阳极圆筒10a和不锈钢丝网阴极6之间的电渗透脱水段，在电场的作用下，水分聚集到阴极内侧，进一步在圆筒阳极和阴极丝网的机械压力下，水透过阴极的金属网被排出。在污泥脱离阳极的端位部用阴极外侧的一段阳极末端真空吸水箱8a通过真空泵9将聚集到阴极内侧的水抽吸透过阴极网排出。经初步脱水后的污泥进一步随着阴极带移动进入下一脱水段，在二段圆筒阳极10b和阴极带内，水分在电场的作用下向阴极带聚集后，再通过阴阳极的机械压力透过阴极丝网排出，在污泥脱离阳极的端位部用阴极外侧的二段阳极末端真空吸水箱8b通过真空泵9将聚集到阴极内侧的水抽吸透过阴极网并排出。污泥完成脱水后作为电渗透高干脱水污泥13b排出脱水装置。脱离酒糟后的阴极由空气喷嘴14吹去可能残留的污泥，进一步用清水喷射器15对阴极冲洗，彻底去除阴极网上可能残余的污泥和堵塞在网眼中的固体物。当物料脱水良好，阴极带上无残留污泥时，可不开启这些清洗装置。阴极网通过辊16等的组合结构移动运行。阴极带还设有纠偏辊纠偏(图中未标出)，以保证阴极带的运行位置。阴极网用122微米的不锈钢网。一段阳极圆筒阳极段电压为12伏，二段阳极圆筒阳极段电压9伏。由于污泥中可能混有金属丝或铝箔等导电物质形成短路，所以在阳极表面覆一层尼纶(或涤纶)滤布，其厚度为0.1mm，滤布网眼在30微米以下。第二段圆筒阳极滤布上加含水海绵润湿辊22润湿滤布。控制阴极带的移动速度可以使污泥由含水率82％脱到62％，且耗电比在阴极与污泥之间加滤布，可降低60％。

在阴极带的移动方向，与带的移动方向平行的带的两端用1.5mm的焊线焊接锁边，并在带的正中位置与两端的焊边平行焊一条1mm的焊线。阴极丝网比阳极宽50mm，两端各多25mm，在比阳极宽出的25mm的边上，在与阴极移动方向平行的两端，各自在丝网两侧与供电机构挤压接触向阴极供电。

实施例3

如图3所示的电渗透脱水装置为带式阳极脱水设备。煤泥1c进入原料槽2，再通过厚度调整辊3送入由不溶金属构成的阳极5和不锈钢丝网阴极6之间的电渗透脱水装置中，由辊3控制煤泥厚度为8毫米。通过阳极外侧的阳极压板7和阴极外侧的支撑辊17施加机械压力。煤泥随着电极的移动，在电场的作用下，水分聚集到阴极附近。聚集到阴极的水在机械压力和吸水辊11的作用下，透过阴极的金属网被排出。吸水饱和的多孔材料辊由挤压辊12挤压出所吸水使吸水辊11得到再生，循环吸水。在支撑辊17的下部设有导水板18将附着在辊上的水导出，防止附着水返回阴极部位。由于带式装置跨度大，且煤泥类物料的硬度高，为加强阴极的刚度，在阴极外侧设置了阴极加强带20(加强带的厚度0.2mm，孔径500微米)由.阴极加强带运转辊19带动运转。加强带以有机高分子类塑料为佳，使其与阴极丝网的摩擦损耗少一些。阴极带还需设置纠偏辊21纠偏，以保证阴极带的运行位置。脱水后的煤泥13c排出脱水系统。同样，脱离煤泥后的阴极由空气喷嘴14吹去可能残留的煤泥，进一步用清水喷射器15对阴极冲洗，彻底去除阴极网上可能残余的物料和堵塞在网眼中的固体物。阴极网用98微米的不锈钢网。电压为14伏。

电极带由物料进口向出口方向向上倾斜3度。

实施例4

本例是柠檬酸发酵残渣电渗透脱水的实例。为了使操作简单化，采用了板框压滤脱水和电渗透高干脱水一体化的脱水方法。即在滤布和发酵残渣之间设有能够通电的金属网，残渣在高含水率的情况下，先仅通过压滤脱水，降低含水率，当压滤脱水失去效果时再在阴阳两电极之间加上电场，进入电渗透脱水阶段，实施更深程度的脱水。通常，板框压滤脱水装置立式安装，因此阴极的水通过滤布从出水管排出，省去了吸水辊。这时必须在阴极和阳极之间放入绝缘网格体，防止电路短路。由于电极和残渣直接接触，使得低电压电渗透脱水成为可能。虽然没有图示，但和前述一样，由于电极和含水物料直接接触，可以在10伏的低电压条件下快速的脱水到低含水率。

以上各例中，通常，阳极基本不沾污泥等脱水物料，但如物料粘性大，或脱水效果不佳的情况下，也可能黏附阳极。为能清理阳极，可在阳极上设置刷子或刮泥板保证阳极表面的再生。以上各种方式的阴极丝网的边均用焊接方式进行锁边，以防止丝网被撕裂。与移动方向平行还可在中间也加焊线，加强丝网强度，焊线要尽量窄如2mm以内。

Claims (9)

1.一种含水物料的电渗透脱水装置，其特征在于将初步脱水后的含水物料置于阴极和阳极之间，通入直流电，含水物料与阴极直接接触，并且在与含水物料接触的阴极的相反侧也不配置比阴极孔径小的滤布，含水物料中含有的水分在电场的作用下向阴极聚集，并被排出。

2.如权利要求1所述的电渗透脱水装置，其特征在于所述的阴极由导电丝网构成，其丝网的孔径小于250微米；阳极由开孔或不开孔不溶性材料构成，开孔孔径小于1410微米。

3.如权利要求1所述电渗透脱水装置，其特征在于所述的阳极是同一整体或是由独立运转的串联的两个以上的部分构成；独立运转的串联的两部分以上的阳极的电压是统一电压供电或独立供电；独立供电时，电压独立控制和调节，前段电压高，后段电压低。

4.如权利要求3所述的电渗透脱水装置，其特征在于所述的阳极表面覆盖有非导电体的滤布，滤布的一侧与阳极接触，另一侧与含水物料接触，被覆的滤布为能够含水，并且具有透水性的薄布。

5.如权利要求1或2所述的电渗透脱水装置，其特征在于所述的与含水物料接触的阴极的相反侧，设置有用吸水材料构成的吸水机构或用抽真空的方式从阴极向外导水，其配置为全过程或每部分阳极脱离接触的末端部位，吸水后吸水材料通过轧辊进行挤压，吸收的水分被榨出，吸水材料得到了再生，反复吸水。

6.如权利要求1所述的电渗透脱水装置，其特征在于所述的阴极和阳极在前进方向的垂直方向上阴极的幅度比阳极幅度宽，比阳极宽出的阴极部分与供电机构接触供电。

7.如权利要求1所述电渗透脱水装置，其特征在于所述的阴极在阴极带的移动方向的垂直方向上至少在阴极带的两端用焊接方式将与移动方向垂直的金属丝连接在一起。

8.如权利要求1所述电渗透脱水装置，其特征在于在所述的阴极和阳极采用带式阳极时阴阳极带从含水物料的入口至出口方向向上倾斜，相对水平面的角度为0.2度到12度之间的任意一个角度。

9.如权利要求1所述电渗透脱水装置，其特征在于所述的脱水装置含水物料的入口处安装控制含水物料厚度的调节机构。

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