CN111995211B - 基于秸秆生物能的流态泥热-压耦合深度脱水装置及脱水方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于秸秆生物能的流态泥热‑压耦合深度脱水装置及脱水方法，脱水装置包括内筒和套设在内筒外部的外筒，外筒与内筒之间形成发酵仓，其为圆环形空腔；在内筒内堆叠若干装有流态泥的土工袋，沿着内筒内壁布设管道，管道从内筒开口端伸出形成抽气口，抽气口与抽真空装置连通；在内筒的开口端覆设脱水仓盖板，在脱水仓盖板的顶部安装气压加载装置；在圆环形空腔开口端覆设发酵仓盖板；发酵仓内与内筒相邻的侧壁布设加热辅助装置，同时在圆环形空腔内填充废弃秸秆；本发明利用流态泥中的水在真空负压状态下沸点大幅度降低的特性，结合秸秆发酵产生的热能加速流态泥中的水分蒸发，不但脱去流态泥中的自由水，还能快速脱去流态泥中的结合水，从而达到深度脱水的目的。

Description

基于秸秆生物能的流态泥热-压耦合深度脱水装置及脱水方法

技术领域

本发明涉及一种基于秸秆生物能的流态泥热-压耦合深度脱水装置及脱水方法，属于流态泥快速深度脱水领域。

背景技术

我国每年都会产生大量的流态泥，包括河道疏浚产生的疏浚淤泥（污泥）、污泥处理厂产生的市政污泥、盾构、灌注桩施工等过程中产生的工程废弃泥、水力选矿时产生的尾矿等，这些流态泥具有含水率高、处于流态、强度几乎为零等共同特点，合理有效的处置上述流态泥已成为我国经济、社会可持续发展过程中亟需解决的关键问题。

对于大型河道疏浚中产生的疏浚淤泥，由于其产量相对较大，无法在短期内大量处理，因此，一般采用沿河征用农田作为堆场进行堆放，并采用真空负压快速脱水进行处理。对于城市中污水处理厂产生的市政污泥、市政建设中产生的工程废弃泥等，由于其产量相对较小，并且城市用地紧张，无法提供足够的土地进行高含水率流态泥的放置，因此，城市中产生的流态泥一般采用机械脱水方式进行快速脱水。真空负压快速脱水处理流态泥时，首先在土中打设排水体，再铺设排水管网、砂垫层、密封膜等，最后采用真空负压装置在膜下形成80-100kPa的负压，利用负压荷载排出土中的水分，进而达到流态泥脱水目的；由于真空负压脱水时，最大负压只能达到-100kPa，因此，真空负压脱水的效率不高，脱水时间长，脱水后的流态泥的含水率仍很高。机械脱水是利用机构运动对流态泥产生机械挤压作用，从而使流态泥中的水在机械力的挤压作用下流出，达到脱水目的。相对于真空负压快速脱水技术，机械脱水的处理效率和效果较好，但处理成本较高。另外，无论是负压脱水还是机械脱水，相对排出流态泥中的自由水比较容易，处理后的土样的含水率一般在0.6-0.8倍土样的液限含水率（远大于土样的塑限含水率）,但对于流态泥中的结合水，排出及其困难。因此，采用机械或真空负压脱水后的淤泥的含水率仍较高，不能直接用于碾压填埋或污泥焚烧等处置。为了能够深度脱水处理流态泥，一些处理者采用电炉烘干或自然风干等方法，电炉烘干耗能较大，成本较高，不适合大体量流态泥深度脱水。自然风干需要占用大量土地，且受天气影响，一般也很难真正实施。

另一方面，农作物秸秆是农业生产中的主要废弃物之一，如何将秸秆更好的资源化处理是目前亟需解决的问题。

发明内容

本发明提供一种基于秸秆生物能的流态泥热-压耦合深度脱水装置及脱水方法，利用流态泥中的水在真空负压状态下沸点大幅度降低的特性，结合秸秆发酵产生的热能加速流态泥中的水分蒸发，不但脱去流态泥中的自由水，还能快速脱去流态泥中的结合水，从而达到深度脱水的目的。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种基于秸秆生物能的流态泥热-压耦合深度脱水装置，包括脱水装置本体，其包括内筒和套设在内筒外部的外筒，外筒与内筒之间形成发酵仓，其为圆环形空腔；内筒底部安装可拆卸底座；

在内筒内堆叠若干装有流态泥的土工袋，沿着内筒内壁布设管道，管道从内筒开口端伸出形成抽气口，抽气口与抽真空装置连通；在内筒的开口端覆设脱水仓盖板，在脱水仓盖板的顶部安装气压加载装置；在圆环形空腔开口端覆设发酵仓盖板；

发酵仓内与内筒相邻的侧壁布设加热辅助装置，同时在圆环形空腔内填充废弃秸秆；

作为本发明的进一步优选，在内筒内由底部至顶部顺次叠加装有流态泥的土工袋，在靠近内筒开口端的土工袋表面布设钢制加载板；

作为本发明的进一步优选，沿着内筒的内壁对称布设两根管道，其用于排气或者排水；

两根管道同时伸出内筒形成两个抽气口；

作为本发明的进一步优选，前述的内筒圆周壁采用高强导热隔板制作；

作为本发明的进一步优选，前述的加热辅助装置为铺设在发酵仓内侧壁上的电阻丝；

一种基于秸秆生物能的流态泥热-压耦合深度脱水装置的脱水方法，具体包括以下步骤：

第一步，在发酵仓内填满废弃秸秆，闭合发酵仓盖板，将流态泥装入土工袋中，绑扎结实，依次叠加在内筒内，在靠近内筒开口处的土工袋上放置钢制加载板，最后在内筒的开口处覆设脱水仓盖板；

第二步，启动气压加载装置，向内筒内施加气压，气压首先施加在钢制加载板上，再均匀传递至土工袋上，土工袋受力后进行排水，此时流态泥中的含水率降低，关闭气压加载装置；

第三步，给电阻丝通电，发酵仓内温度逐渐升高，通过高强导热隔板将热量传送至内筒内，接着发酵仓内的秸秆经过发酵后产生的热量能够继续保持发酵仓内温度稳定，此时停止给电阻丝通电；

第四步，启动抽真空装置，对内筒进行抽真空，在真空状态下，水的沸点降低，发酵仓通过高强导热隔板将温度传递至内筒，此时流态泥内的水满足沸点，进行蒸发；

第五步，多次重复第二步至第四步，直至管道在抽真空处理时未有水汽排出即完成脱水；

作为本发明的进一步优选，电阻丝通电后当发酵仓内温度达到50℃-60℃时停止通电；

启动气压加载装置，直至内筒内正压达到1MPa后停止施加压力；启动抽真空装置，直至内筒内负压达到-100KPa后停止抽真空；

经过第五步步骤后，内筒中的流态泥脱水至0.1倍液限含水率即可。

通过以上技术方案，相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：

1、本发明中将土工袋作为真空负压传递装置，使脱水仓中的流态泥处于真空环境中，此时流态泥中的水分沸点大幅度降低，水更易汽化；

2、本发明充分利用发酵仓内秸秆发酵产生的热量，通过高强导热隔板导入内筒后，使得流态泥温度升高，从而加速流态泥中的水汽化成水气，并在真空负压条件下排出；

3、本发明将气压加载装置形成的正压结合抽真空形成的负压共同作用，使得流态泥中的水顺利排出土体。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明提供的优选实施例的整体结构示意图。

图中：1为内筒，2为外筒，3为土工袋，4为钢制加载板，5为气压加载装置，6为管道，7为抽真空装置，8为脱水仓盖板，9为发酵仓盖板，10为高强导热隔板，11为底座。

具体实施方式

现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。

针对目前对疏浚淤泥的两种处理方式，机械脱水或者真空负压脱水，前者处理效率、处理效果较佳，但是其处理成本较高，对于流态泥中的结合水，排出极其困难；后者由于最大负压的限制，导致脱水效率较低，脱水时间较长；

为了解决上述问题，本申请提出了一种基于秸秆生物能的流态泥-压耦合深度脱水装置，这个脱水装置所基于的原理是，利用流态泥中的水在真空负压状态时沸点大幅度降低的特性下，利用秸秆发酵产生的热能加速流态泥中水分的蒸发，不但脱去流态泥中的自由水，还能快速脱去流态泥中的结合水，从而达到对流态泥深度脱水的目的；此种装置，既解决了流态泥脱水的问题，又解决了废弃秸秆处理的问题。

实施例：

本申请提供的脱水装置本体，安装在底座11上，此脱水装置本体的顶部和底部都是可以打开的；图1所示，脱水装置本体包括内筒1和套设在内筒1外部的外筒2，外筒2与内筒1之间形成发酵仓，其为圆环形空腔，内筒1形成脱水仓；内筒1底部设置可拆卸底座11，底座11打开后方便出料；内筒1圆周壁采用高强导热隔板10制作，可以在形成阻断的同时，又能保证后期外筒2内的热量很好的传递至内筒1中；

在内筒1内堆叠若干装有流态泥的土工袋3，土工袋3采用可滤水的土工布制作，具有良好的强度和透水能力，这些土工袋3由内筒1底部开始，顺次叠加，一直堆叠到内筒1开口处，沿着内筒1的内壁对称布设两根管道6，两根管道6同时伸出内筒1形成两个抽气口，抽气口与抽真空装置7连通，当抽真空装置7启动后，管道6的作用可以进行排气，当内筒1内的水分被施压挤压出来后，同样管道6可以起到排水的作用；在靠近内筒1开口端的土工袋3表面布设钢制加载板4，最后在内筒1的开口端覆设脱水仓盖板8，在脱水仓盖板8的顶部安装气压加载装置5；钢制加载板4的设置，当气压加载装置5向内筒1内施加正压时，压力首先施加在钢制加载板4上，起到一个缓冲的作用，然后均匀传递到土工袋3上。

在圆环形空腔开口端覆设发酵仓盖板9，发酵仓内与内筒1相邻的侧壁布设加热辅助装置，同时在圆环形空腔内填充废弃秸秆。

在外筒2内装入用于发酵的秸秆，流态泥的脱水过程与秸秆发酵过程为同一个过程，在该过程中，秸秆发酵会产生大量的热量，试验证明，秸秆发酵产生的热量最高可以达到60℃-80℃，但是由于流态泥中的水分蒸发是一个长期过程，为了保证蒸发的效果，实验者在外筒2侧壁上布设了加热辅助装置，在秸秆发酵初期，温度不够水分蒸发时，可以启动加热辅助装置，这个加热辅助装置可以有多种选择，在优选实施例中，采用了最简单的一种方式，就是电阻丝，给电阻丝通电即可实现外筒2内温度的提升。

这里需要说明的是，本申请所需的气压加载装置5、抽真空装置7以及高强导热隔板10均为市面上很容易找到的结构或者材质，这里不做具体阐述。

基于本申请给出的优选实施例，提供了一种基于秸秆生物能的流态泥热-压耦合深度脱水装置的脱水方法，具体包括以下步骤：

第一步，在发酵仓内填满废弃秸秆，闭合发酵仓盖板9，将流态泥装入土工袋3中，绑扎结实，依次叠加在作为脱水仓的内筒1内，在靠近内筒1开口处的土工袋3上放置钢制加载板4，最后在内筒1的开口处覆设脱水仓盖板8；

第二步，启动气压加载装置5，向内筒1内施加气压，直至内筒1内正压达到1MPa后停止施加压力，气压首先施加在钢制加载板4上，再均匀传递至土工袋3上，土工袋3受力后进行排水，此时流态泥中的含水率降低，关闭气压加载装置5；

第三步，给电阻丝通电，发酵仓内温度逐渐升高，使得发酵仓内温度达到50℃-60℃，发酵仓内的温度通过高强导热隔板10传送至内筒1内，接着发酵仓内的秸秆经过发酵后产生热量，产生的热量能够保持发酵仓内温度稳定，此时停止对电阻丝通电；

第四步，启动抽真空装置7，对内筒1进行抽真空，直至内筒1内负压达到-100KPa后停止，在真空状态下，水的沸点降低，发酵仓通过高强导热隔板10将温度传递至内筒1，此时流态泥内的水满足沸点，进行蒸发；

第五步，多次重复第二步至第四步，直至管道6在抽真空处理时未有水汽排出，同时内筒1中的流态泥脱水至0.1倍液限含水率即完成脱水。

本申请通过向脱水仓内施行真空正压与负压相结合的方式，正压将整个脱水仓的含水率降低到一定程度后，负压辅助秸秆发酵产生的热量，将脱水仓内的水分充分挥发出来，达到深度脱水的目的。

本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语（包括技术术语和科学术语）具有与本申请所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。

本申请中所述的“和/或”的含义指的是各自单独存在或两者同时存在的情况均包括在内。

本申请中所述的“连接”的含义可以是部件之间的直接连接也可以是部件间通过其它部件的间接连接。

以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (3)

1.一种基于秸秆生物能的流态泥热-压耦合深度脱水装置的脱水方法，其特征在于：包括脱水装置本体，其包括内筒和套设在内筒外部的外筒，外筒与内筒之间形成发酵仓，其为圆环形空腔；内筒底部安装可拆卸底座；在内筒内堆叠若干装有流态泥的土工袋，沿着内筒内壁布设管道，管道从内筒开口端伸出形成抽气口，抽气口与抽真空装置连通；在内筒的开口端覆设脱水仓盖板，在脱水仓盖板的顶部安装气压加载装置；在圆环形空腔开口端覆设发酵仓盖板；发酵仓内与内筒相邻的侧壁布设加热辅助装置，同时在圆环形空腔内填充废弃秸秆；在内筒内由底部至顶部顺次叠加装有流态泥的土工袋，在靠近内筒开口端的土工袋表面布设钢制加载板；前述的内筒圆周壁采用高强导热隔板制作；前述的加热辅助装置为铺设在发酵仓内侧壁上的电阻丝；

具体包括以下步骤：

第一步，在发酵仓内填满废弃秸秆，闭合发酵仓盖板，将流态泥装入土工袋中，绑扎结实，依次叠加在内筒内，在靠近内筒开口处的土工袋上放置钢制加载板，最后在内筒的开口处覆设脱水仓盖板；

第二步，启动气压加载装置，向内筒内施加气压，气压首先施加在钢制加载板上，再均匀传递至土工袋上，土工袋受力后进行排水，此时流态泥中的含水率降低，关闭气压加载装置；

第三步，给电阻丝通电，发酵仓内温度逐渐升高，通过高强导热隔板将热量传送至内筒内，接着发酵仓内的秸秆经过发酵后产生的热量能够继续保持发酵仓内温度稳定，此时停止给电阻丝通电；

第四步，启动抽真空装置，对内筒进行抽真空，在真空状态下，水的沸点降低，发酵仓通过高强导热隔板将温度传递至内筒，此时流态泥内的水满足沸点，进行蒸发；

第五步，多次重复第二步至第四步，直至管道在抽真空处理时未有水汽排出即完成脱水。

2.根据权利要求1所述的基于秸秆生物能的流态泥热-压耦合深度脱水装置的脱水方法，其特征在于：沿着内筒的内壁对称布设两根管道，其用于排气或者排水；

两根管道同时伸出内筒形成两个抽气口。

3.根据权利要求2所述的基于秸秆生物能的流态泥热-压耦合深度脱水装置的脱水方法，其特征在于：电阻丝通电后当发酵仓内温度达到50℃-60℃时停止通电；

启动气压加载装置，直至内筒内正压达到1MPa后停止施加压力；启动抽真空装置，直至内筒内负压达到-100KPa后停止抽真空；

经过第五步步骤后，内筒中的流态泥脱水至0.1倍液限含水率即可。

Images