CN110282896B - 一种流化床与超声波耦合连续洗涤有机砂石的装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种流化床与超声波耦合连续洗涤有机砂石的装置和方法。本发明装置包括筒体，筒体上方设置进料口，进料口下端设置圆弧曲线锥形盘，使得给入的有机砂石向下流动方向改变为水平方向，使给入的有机砂石中轻浮物随水平水流直接流入溢流堰，较重的泥砂向下落入下方砂石流化床；筒体内水平设置流体分布板，将经过进水管给入的水转化为均匀分布的上升水流，使流体分布板上砂石形成流化态床层；筒体外侧四周均匀设置若干超声振子，筒体的顶部和溢流堰相连通，溢流堰上设置溢流管，筒体的底部设置排料口。本发明装置结构简单，设计巧妙，其将流化床与超声波两种传统洗涤方法集成创新，洗涤效果好，且能实现连续的洗涤作业。

Description

一种流化床与超声波耦合连续洗涤有机砂石的装置和方法

技术领域

本发明涉及环保污泥处理技术领域，具体说是一种流化床与超声波耦合连续洗涤有机砂石的装置和方法。

背景技术

通沟污泥是排水管网中污水排放过程中沉积的垃圾、砂石和细泥砂等各类杂物，长期累积会减小管道通流截面，甚至堵塞管道，遇雨季引发城市内涝等现象。为解决此类市政问题需对管道常态化清掏，清掏出来的通沟污泥自然晾晒后送往填埋厂填埋处置，极易造成二次污染。因此，有必要对通沟污泥进行分类处置，即将生活垃圾、大粒径砂石和有机细泥砂石予以分离和分别处置。分离出的生活垃圾经洗涤后送往垃圾焚烧厂；分离出的大粒径砂石洗涤后作建材或路基材料利用；分离出的有机细泥砂石进一步处置成洁净的细粒砂石和尾水，洁净细粒砂石同样作建材或路基材料利用，尾水则返回排水管网流至污水处理厂处置。其中，分离出的有机细泥砂石表面沉积一定厚度的有机细泥，对其一直没有有效的去除方法，使之有机烧失量居高不下，制约其成为具有一定使用价值的建筑材料或路基材料。

目前常见的有机砂石洗涤方法为水介质流化床洗涤。在砂石流化床中，颗粒在水介质中克服自身重力而作流态化运动，颗粒之间频繁相互碰撞、相互摩擦，使附着在砂石表面的有机细泥脱离，并随水流溢流进入尾水，回流至排水管网。该种洗涤方法具有一定的随机性，对沉积时间长、附着强度大的细泥尚不能彻底的清除。

超声波洗涤是工业生产和日常生活常见的洗涤方法之一。利用超声波的空化作用对物体表面与缝隙进行清洗，但由于超声波的超声频率与时间等条件不同，对不同物质的超声洗涤效果也不尽相同。而且，目前常用的超声洗涤设备无法做到连续大量的洗涤作业。

发明内容

本发明所要解决的技术问题，在于给出一种流化床与超声波耦合连续洗涤有机砂石的装置和方法；本发明的装置和方法集成水介质流化床与超声波洗涤的工艺特点，可对有机砂石起到更洁净的洗涤效果。

本发明所采用的技术手段如下所述。

本发明提供一种流化床与超声波耦合连续洗涤有机砂石的装置，其包括筒体，筒体上方设置进料口，进料口下端设置圆弧曲线锥形盘，使得随水流经进料口给入的有机砂石向下流动方向改变为水平方向流动，使给入的有机砂石水流中轻浮物随水平水流直接流入溢流堰，有机砂石水流中较重的稍大粒径砂石靠重力向下落入下方砂石流化床；筒体内下方水平设置流体分布板，流体分布板下方设置进水管，经过进水管给入筒体的水通过流体分布板转化为均匀分布的上升水流，使流体分布板上的砂石形成流化态床层；筒体外侧四周均匀设置若干超声振子，其下端的超声振子位置对应砂石流化床层高度处；筒体的顶部和溢流堰相连通，溢流堰上设置溢流管，筒体的底部设置排料口。

本发明中，排料口呈漏斗状，排料口的下部设置旋转排料阀；排料口下方和收集箱相连。

本发明中，流体分布板呈圆形，流体分布板上均匀设置有圆孔。优选的，圆孔的尺寸在8-10mm之间。

本发明中，超声振子布置在筒体外侧上端和下端均匀分布的圆形凸台上，超声振子的频率在25~40kHZ之间。

本发明还提供一种流化床与超声波耦合连续洗涤有机细泥砂石的方法，具体步骤如下：

1）通沟污泥去除各类垃圾与大粒径砂石后，有机砂石随水流从上端进料口给入装置，进料口下端圆弧曲线锥形盘表面将有机砂石流的流动方向改变为水平方向，使给入的有机砂石水流中轻浮物随水平水流直接流入溢流堰，有机砂石水流中较重的泥砂靠重力向下落入下方砂石流化床；水介质从装置下方的进水管进入，经流体分布板转化为均匀分布的上升水流，使流体分布板上的砂石形成流化态床层；经流化床处洗涤后，小粒径砂石与其他悬浮物一起随水流向上流入溢流堰，稍大粒径砂石向下运动；

2）开启筒体外侧下端均匀分布的超声振子，利用超声波与水介质流化床的耦合洗涤作用，对流化床中有机砂石进行洗涤，洗净的稍大粒径砂石向下聚集，在旋转排料阀的作用下定期排放出，被下端的收集箱收集；洗净的小粒径砂石和洗落的有机细泥随上升水流向上运动，开启筒体外侧上端均布的超声振子，期间，超声波对小粒径砂石二次再洗涤，洗落的有机细泥和小粒径泥砂一起向上流入溢流堰。

本发明中，超声振子的频率在25~40kHZ之间，以2～3min为一周期间歇发射。

本发明中，有机砂石的粒径小于10mm，小粒径砂石的粒径小于0.2mm，稍大粒径砂石的粒径在0.2~10mm之间。

和现有技术相比，本发明的有益效果在于：

本发明中，在水介质作用下，流化床上有机砂石不断地进行剧烈的运动，相互间不断地摩擦与碰撞，使附着在砂石上的有机细泥被洗涤下来。与此同时，由超声振子发出的频率在25-40kHZ的超声波，经水介质传播，在超声波振荡与空化作用下，一方面，一定程度上软化了长时间坚固粘附在有机细粒砂石表面的有机细泥；另一方面，强化了流化床内部有机砂石间的摩擦与碰撞，进一步促进了有机细泥与砂石的分离。

此外，本发明中，对随水流上升或下降的有机砂石受到筒体外侧上端均布的超声振子发出的超声波和上升水流剪切作用，实现超声波和上升水流复合作用下的二次洗涤，洗落的有机细泥砂也向上流入溢流堰。

本发明中，通过自动控制系统控制流化床层高度，定期排放出洗涤后的稍大粒径砂石，以及溢流堰水的连续流出，实现连续进料和连续排料的连续洗涤作业。

本发明装置结构简单，设计巧妙，其通过将流化床与超声波两种传统洗涤方法集成创新，能实现超越单独洗涤方法的洗涤效果，且能实现连续的洗涤作业。

附图说明

图1.水介质流化床超声波耦合连续洗涤原理图。

图2.超声振子分布图。

图中标号1—洗涤机；2—上升水流；3—砂石流化床；4—超声振子；5—流体分布板；6—排料口；7—旋转排料阀；8—进料口；9—溢流堰；10—溢流管；11—锥形盘；12—进水管；13—水介质；14—筒体。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的技术方案进行详细说明。

如图1和图2所示，一种流化床与超声波耦合连续洗涤有机砂石的装置，其包括筒体14，筒体14上方设置进料口8，进料口8下端设置锥形盘11，锥形盘11为圆弧曲线锥形盘，使得经进料口8给入的有机砂石向下流动方向改变为水平方向流动，使给入的有机砂石水流中轻浮物随水平水流直接流入溢流堰，有机砂石水流中较重的稍大粒径砂石靠重力向下落入下方砂石流化床3；筒体14内水平设置流体分布板5，流体分布板5呈圆形，流体分布板5上均匀设置有尺寸为8-10mm的圆孔。流体分布板5下方设置进水管12，经过进水管12给入筒体14的水通过流体分布板转化为均匀分布的上升水流2，使流体分布板上的砂石形成流化态床层(即砂石流化床3)；筒体14外侧四周均匀设置若干超声振子4，超声振子布置在筒体外侧上端和下端均匀分布的圆形凸台上，超声振子4的频率在25~40kHZ之间，其下端的超声振子4位置对应砂石流化床3层高度处；筒体14的顶部和溢流堰9相连通，溢流堰9上设置溢流管10，用于轻浮物和细砂石的流出，筒体的底部设置排料口6。排料口6呈漏斗状，排料口6的下部设置旋转排料阀7；排料口6下方和收集箱相连，用于收集稍大粒径砂石。

以下以具体详细的示例来介绍本发明的流化床与超声波耦合连续洗涤有机砂石的方法（本发明中用于流化床与超声波耦合连续洗涤有机砂石的装置在下文部分被简称为“洗涤机”）：

1.经过前端筛分等方法去除各类垃圾与大粒径砂石后，所得的粒径小于10mm的剩余有机砂石随水流从上端进料口8给入洗涤机1，进料口8下端锥形盘11表面将给入的有机砂石的向下流动方向改变为水平方向流动，产生所谓的“附壁效应”，水介质13从下方的给水管12进入洗涤机1，经流体分布板5转化为均匀分布的上升水流2，使流体分布板上5的砂石形成流化态床层；使粒径小于0.2mm的泥砂随水流与其他悬浮物一起上升流入溢流堰9，稍大粒径砂石（粒径0.2mm-10mm）向下运动。

2.稍大粒径砂石在向下运动的过程中，均匀分布在洗涤机1筒体14外侧上端的超声振子4发射频率在25～40KHZ之间的超声波与水介质剪切的复合对下落中的稍大粒径砂石进行震荡洗涤。在上升水流2的作用下，稍大粒径砂石（粒径0.2mm-10mm）继续向下运动在洗涤机1下部流体分布板上5上形成砂石流化床3。

3.在水介质作用下，砂石流化床3上有机砂石不断地进行剧烈的运动，相互间不断地摩擦与碰撞，使附着在砂石上的有机细泥被洗涤下来。与此同时，均匀分布在洗涤机1筒体14外侧下端的超声振子4以2～3min为周期，间歇发射频率在25～40kHZ的超声波与砂石流化床3耦合洗涤稍大粒径砂石（粒径0.2mm-10mm）。在超声波振荡与空化作用下，一方面，一定程度上软化了长时间坚固粘附在细粒砂石表面的有机细泥；另一方面，强化了砂石流化床3内部有机砂石间的摩擦与碰撞，促进了有机细泥与砂石的分离。

4.洗落的有机细泥和细泥砂被均匀分布的上升水流2带走，随水流上升的细泥砂受到洗涤机1筒体14外侧上端均布的超声振子4发出的频率在25～40kHZ的超声波和上升水流2的复合作用，实现超声波和上升水流复合作用下的二次洗涤。

5.洗净的稍大粒径砂石（粒径0.2mm-10mm）在旋转排料阀7的作用下定期排放出，被下端的收集箱收集。同时溢流堰9水连续流出，实现了洗涤机1连续进料和连续排料的连续作业。洗净的砂石可以用做路基建材或者市政排水管道的施工。

实施例中，将砂石混合物分为大粒径砂石和粒径小于10mm的有机砂石两部分，洗净回收的无机砂有机物含量低，能够用来做建筑和修路、铺管的基础材料。

本发明中的超声振子位置的设计鉴于超声波发射的角度与衰减问题，故而设计将若干个超声振子均匀布置在筒体表面圆形凸台上，以使筒体横截面处尽量无超声盲区，同时考虑圆形凸台高度不宜过高，以避免减少超声波强度衰减而导致洗涤效果不佳。

本发明通过将超声波与流化床耦合，不仅解决了流化床洗涤不彻底的问题，并且提出了一种大量连续洗涤的方法，处置后的砂石可获得二次资源化利用，同时减少填埋而浪费土地资源。

Claims (7)

1.一种流化床与超声波耦合连续洗涤有机砂石的方法，其特征在于，其基于流化床与超声波耦合连续洗涤有机砂石的装置连续洗涤有机砂石；所述流化床与超声波耦合连续洗涤有机砂石的装置包括筒体，筒体上方设置进料口，进料口下端设置圆弧曲线锥形盘，使得经进料口给入的有机砂石向下流动方向改变为水平方向流动，使给入的有机砂石水流中轻浮物随水平水流直接流入溢流堰，有机砂石水流中较重的稍大粒径砂石靠重力向下落入下方砂石流化床；筒体内水平设置流体分布板，流体分布板下方设置进水管，经过进水管给入筒体的水通过流体分布板转化为均匀分布的上升水流，使流体分布板上的砂石形成流化态床层；筒体外侧四周均匀设置若干超声振子，其下端的超声振子位置对应砂石流化床层高度处；筒体的顶部和溢流堰相连通，溢流堰上设置溢流管，筒体的底部设置排料口；具体步骤如下：

1）通沟污泥去除各类垃圾与大粒径砂石后，有机砂石随水流从上端进料口给入装置，进料口下端圆弧曲线锥形盘表面将有机砂石流的流动方向改变为水平方向，使给入的有机砂石水流中轻浮物随水平水流直接流入溢流堰，有机砂石水流中较重的泥砂靠重力向下落入下方砂石流化床；水介质从装置下方的进水管进入，经流体分布板转化为均匀分布的上升水流，使流体分布板上的砂石形成流化态床层；经流化床处洗涤后，小粒径砂石与其他悬浮物一起随水流向上流入溢流堰，稍大粒径砂石向下运动；

2）开启筒体外侧下端均匀分布的超声振子，利用超声波与水介质流化床的耦合洗涤作用，对流化床中有机砂石进行洗涤，洗净的稍大粒径砂石向下聚集，在旋转排料阀的作用下定期排放出，被下端的收集箱收集；洗净的小粒径砂石和洗落的有机细泥随上升水流向上运动，开启筒体外侧上端均布的超声振子，期间，超声波对小粒径砂石二次再洗涤，洗落的有机细泥和小粒径泥砂一起向上流入溢流堰。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，排料口呈漏斗状，排料口的下部设置旋转排料阀；排料口下方和收集箱相连。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，流体分布板呈圆形，流体分布板上均匀设置有圆孔。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，圆孔的尺寸在8-10mm之间。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，超声振子布置在筒体外侧上端和下端均匀分布的圆形凸台上。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，超声振子的频率在25~40kHZ之间，以2～3min为一周期间歇发射。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，有机砂石的粒径小于10mm，小粒径砂石的粒径小于0.2mm，稍大粒径砂石的粒径在0.2~10mm之间。

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