一種汙泥深度脫水處理方法及裝置與流程
2023-05-29 05:26:26 2
本發明涉及水處理技術領域，尤其涉及一種汙泥深度脫水處理方法及裝置。
背景技術：
汙水經過沉澱處理後會產生大量汙泥，即使經過濃縮及消化處理，各種汙泥的含水率仍高達99％，體積很大，難以消納處置，必須經過脫水處理，以減少汙泥堆置的佔地面積。目前汙水處理廠中產生的汙泥大致包括：物化汙泥、生化汙泥、物化生化混合汙泥等三種。具體地，汙泥中各種水分子按照其結合強度，可由小到大順序劃分為間隙水、吸附水、毛細水和內部水。參看圖1，是汙泥中內部的各種水分子的組分和位置結構示意圖。
現有的應用較為廣泛的機械脫水技術方案主要有：板框式汙泥脫水、帶式汙泥脫水、螺旋環牒式脫水和離心式汙泥脫水等類型。通過機械濃縮和脫水，能夠去除汙泥中的大部分的間隙水和毛細水，得到含水率為65％～85％的脫水泥餅，但不能去除汙泥中的吸附水與內部水，主要原因是，汙泥的透氣性差，單純的機械脫水只能去除部分間隙水和吸附水，不能去除汙泥中的毛細水和內部水，造成汙泥膠體粘性大、流動性差、體積大、處理處置困難。而且，在現有技術的烘乾過程中，由於汙泥表皮透氣性差，其耗能極高。
技術實現要素：
本發明所要解決的技術問題是，提供一種汙泥深度脫水處理技術方案，深度去除汙泥中的各種水分子，提高汙泥的各種水分子的去除率和水分蒸發速度，加速汙泥的絮凝效果，提升汙泥烘乾效率。
為解決以上技術問題，一方面，本發明實施例提供一種汙泥深度脫水處理方法，包括：
產生模擬變頻直流脈衝信號，將所述模擬變頻直流脈衝信號輸送至電磁換能器；
所述電磁換能器根據所述模擬變頻直流脈衝信號的頻率變化，產生變頻直流脈衝電磁場；
將所述變頻直流脈衝電磁場作用於待脫水的汙泥，通過所述變頻直流脈衝電磁場將汙泥中的水分子團切割成短分子鏈，使得被切割為短分子鏈的水分子從汙泥中擠出。
優選地，所述模擬變頻直流脈衝信號的振蕩頻率與待脫水的汙泥中的水分子頻率相同。
進一步地，所述通過所述變頻直流脈衝電磁場將汙泥中的水分子團切割成短分子鏈，包括：通過所述變頻直流脈衝電磁場將汙泥中的水分子團切割成氧離子和氫氧離子。
進一步地，所述的汙泥深度脫水處理方法，還包括：
在汙泥中的水分子團中產生弱電流的電荷，所述電荷與被切割獲得的氧離子或氫氧離子進行重組。
另一方面，本發明實施例還提供了一種汙泥深度脫水處理裝置，包括：電磁脈衝發生器和電磁換能器；
所述電磁脈衝發生器，用於產生模擬變頻直流脈衝信號，將所述模擬變頻直流脈衝信號輸送至所述電磁換能器；
所述電磁換能器，用於根據所述模擬變頻直流脈衝信號的頻率變化，產生變頻直流脈衝電磁場；以及，用於將所述變頻直流脈衝電磁場作用於待脫水的汙泥，通過所述變頻直流脈衝電磁場將汙泥中的水分子團切割成短分子鏈，使得被切割為短分子鏈的水分子從汙泥中擠出。
優選地，所述模擬變頻直流脈衝信號的振蕩頻率與待脫水的汙泥中的水分子頻率相同。
進一步地，所述電磁換能器包括離子切割單元，用於通過所述變頻直流脈衝電磁場將汙泥中的水分子團切割成氧離子和氫氧離子。
進一步地，所述的汙泥深度脫水處理裝置，還包括：離子重組單元，用於在汙泥中的水分子團中產生弱電流的電荷，所述電荷與被切割獲得的氧離子或氫氧離子進行重組。
優選地，所述電磁脈衝發生器包括：外部連接埠，用於獲取外部輸入的變頻直流脈衝信息；可編程微處理器，用於根據所述變頻直流脈衝信息進行現場編程，產生PWM變頻調製信號；脈衝頻率調製電路，用於根據所述PWM變頻調製信號進行實時頻率調製，產生數字變頻直流脈衝信號；數模轉換電路，用於將放大調節後的數字變頻直流脈衝信號進行數模轉換，獲得所述模擬變頻直流脈衝信號。
優選地，所述電磁換能器包括流體金屬管、一組或多組電線繞組線圈；所述電線繞組線圈分別纏繞於所述流體金屬管上；所述流體金屬管設有流體金屬管壁；所述電線繞組線圈，用於根據所述模擬變頻直流脈衝信號的頻率變化，產生電磁感應獲得電磁能。
本發明實施例提供的汙泥深度脫水處理技術方案，通過產生模擬變頻直流脈衝信號，控制電磁換能器根據所述模擬變頻直流脈衝信號的頻率變化，產生變頻直流脈衝電磁場；在該電磁場作用下將汙泥中的水分子團切割成短分子鏈，滲透性增強，水分子更加活躍，使得其更容易從汙泥細胞壁中擠出；並且，可以通過電磁脈衝發生器改變該模擬變頻直流脈衝信號的頻率，產生與水中各分子相近似的頻率，從而通過頻率共振對汙泥中的各種水分子產生擾流；此外，在對汙泥中的各種水分子進行切割時，將產生部分的少量O-(氧離子)、OH-(氫氧離子)等強氧化物，使得本方案進一步具有降解COD(Chemical Oxygen Demand，化學需氧量)的效果，降低濁度，提高水的透明度和清潔度。進一步地，汙泥中的水流可產生弱電流，弱電流中的電荷與汙水中的O-、OH-離子重組，可加速汙泥的絮凝效果。
附圖說明
圖1是汙泥中內部的各種水分子的組分和位置結構示意圖。
圖2是本發明提供的汙泥深度脫水處理方法的一個實施例的步驟流程圖。
圖3是本發明提供的一種汙泥深度脫水處理裝置的一個實施例的結構示意圖。
圖4是本發明提供的汙泥深度脫水處理裝置的又一個具體實施例的結構示意圖。
圖5是本發明提供的電磁脈衝發生器的一個實施例的結構示意圖。
具體實施方式
下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述。
參見圖2，是本發明提供的汙泥深度脫水處理方法的一個實施例的步驟流程圖。
在本實施例中，所述的汙泥深度脫水處理方法，包括：
步驟S1：產生模擬變頻直流脈衝信號，將所述模擬變頻直流脈衝信號輸送至電磁換能器；
步驟S2：所述電磁換能器根據所述模擬變頻直流脈衝信號的頻率變化，產生變頻直流脈衝電磁場；
步驟S3：將所述變頻直流脈衝電磁場作用於待脫水的汙泥，通過所述變頻直流脈衝電磁場將汙泥中的水分子團切割成短分子鏈，並將被切割為短分子鏈的水分子從汙泥中擠出。
優選地，所述模擬變頻直流脈衝信號的振蕩頻率與待脫水的汙泥中的水分子頻率相同。通過控產生與水中各分子(包括但不限於間隙水、吸附水、毛細水和內部水)相同或近似的頻率的脈衝信號，通過頻率共振原理對汙泥中各種水分子產生擾流。
汙水流過電磁換能器所產生的電磁場時被磁力線切割，各種水分子經磁場打散後，水分子團變成短分子鏈，其滲透性增強，短分子鏈的水分子更活躍，更加容易從汙泥細胞壁中擠出。
具體實施時，在步驟S3中，通過所述變頻直流脈衝電磁場將汙泥中的水分子團切割成短分子鏈，包括：通過所述變頻直流脈衝電磁場將汙泥中的水分子團切割成氧離子(O-)和氫氧離子(OH-)。
此外，進一步地，所述的汙泥深度脫水處理方法，還包括：在汙泥中的水分子團中產生弱電流的電荷，所述電荷與被切割獲得的氧離子(O-)或氫氧離子(OH-)進行重組，可加速汙泥的絮凝效果。
由於流經線圈形成的磁場的汙水將會與磁場磁力線形成切剖，改變了水分子間的氫鍵，水的大分子團結構被打破，形成小分子簇，同時游離出H+、OH-、O-等離子，經過電磁場的汙水由於感應會產生許多電荷，其中活性粒子OH-、H2O2和HO2等是強大的殺菌氧化劑，這些氧化物質可有效分解去除水中的有機汙染物，具有降解COD(Chemical Oxygen Demand，化學需氧量)的效果，降低濁度，提高水的透明度和清潔度。
此外，與上述實施例提供的汙泥深度脫水處理方法相對應，本發明實施例還提供了一種汙泥深度脫水處理裝置。
參看圖3，是本發明提供的一種汙泥深度脫水處理裝置的一個實施例的結構示意圖。
具體地，所述的汙泥深度脫水處理裝置，包括：電磁脈衝發生器10和電磁換能器20。
其中，所述電磁脈衝發生器10，用於產生模擬變頻直流脈衝信號，將所述模擬變頻直流脈衝信號輸送至所述電磁換能器20；
所述電磁換能器20，用於根據所述模擬變頻直流脈衝信號的頻率變化，產生變頻直流脈衝電磁場；以及，用於將所述變頻直流脈衝電磁場作用於待脫水的汙泥，通過所述變頻直流脈衝電磁場將汙泥中的水分子團切割成短分子鏈，並使得被切割為短分子鏈的水分子從汙泥中擠出。
優選地，所述模擬變頻直流脈衝信號的振蕩頻率與待脫水的汙泥中的水分子頻率相同。
進一步地，所述電磁換能器20，包括離子切割單元，用於通過所述變頻直流脈衝電磁場將汙泥中的水分子團切割成氧離子和氫氧離子。
此外，所述的汙泥深度脫水處理裝置還包括：離子重組單元(，用於在汙泥中的水分子團中產生弱電流的電荷，所述電荷與被切割獲得的(O-)或氫氧離子(OH-)進行重組。
參看圖4，是本發明提供的汙泥深度脫水處理裝置的又一個具體實施例的結構示意圖。參看圖5，是本發明提供的電磁脈衝發生器的一個實施例的結構示意圖。
在一種可實現的方式中，所述電磁換能器20具體包括汙泥輸送管道21，一組或多組纏繞於所述汙泥輸送管道上的電線繞組線圈(圖4中示出了兩組電線繞組線圈，分別是第一分組電線繞組線圈22和第二電線繞組線圈23)，並且，汙泥輸送管道21為流體金屬管道，所述流體金屬管設有流體金屬管壁；所述電線繞組線圈分別纏繞於所述流體金屬管上；所述電線繞組線圈，用於根據所述模擬變頻直流脈衝信號的頻率變化，產生電磁感應獲得電磁能。具體實施時，汙泥輸送管道21和各組電線繞組線圈可組合為離子切割單元和/或離子重組單元這兩個功能單元。
優選地，所述電磁脈衝發生器10包括：
外部連接埠11，用於獲取外部輸入的變頻直流脈衝信息；
可編程微處理器12，用於根據所述變頻直流脈衝信息進行現場編程，產生PWM變頻調製信號；
脈衝頻率調製電路13，用於根據所述PWM變頻調製信號進行實時頻率調製，產生數字變頻直流脈衝信號；
數模轉換電路14，用於將放大調節後的數字變頻直流脈衝信號進行數模轉換，獲得所述模擬變頻直流脈衝信號。
具體實施時，所述外部連接埠11與所述可編程處理器12的變頻控制輸入端MCU_IN連接；所述可編程處理器12的變頻控制輸出端MCU_OUT與所述脈衝頻率調製電路13的調製端PWM_IN連接；所述脈衝頻率調製電路13的PWM變頻調製信號輸出端PWM_OUT與數模轉換電路14的輸入端連接；所述數模轉換電路14的輸出端為變頻直流脈衝信號輸出端，所述電線繞組線圈與所述變頻直流脈衝信號輸出端連接。
具體實施時，多組的變頻直流脈衝信號輸出端與多組電線繞組線圈分別對應。如圖4所示，其示意性畫出了與第一分組電線繞組線圈22連接的第一變頻直流脈衝信號輸出端31，以及，與第二分組電線繞組線圈23連接的第二變頻直流脈衝信號輸出端32。
在實施過程中，可編程處理器12用於根據所述外部連接埠11接入變頻直流脈衝信息，產生PWM(Pulse Width Modulation，脈衝寬度調製)變頻調製信號並將其輸出至脈衝頻率調製電路13；電磁脈衝發生器10產生的模擬變頻直流脈衝信號輸送至流體金屬材料的汙泥輸送管道21後，纏繞於所述汙泥輸送管道21上的電線繞組線圈根據模擬變頻直流脈衝信號的頻率變化，產生變頻直流脈衝電磁場，通過變頻直流脈衝電磁場對汙泥輸送管道21中的汙水進行活性處理。實踐證明，處理前的汙泥含水率在65-75％在實施本發明提供的脫水方案後可將汙泥的含水率下降為55％-65％。
本實施例中將該變頻調製信號優選為PWM波，其原因主要為可以利用PWM波靈活可變的佔空比來控制次級電路的啟動與關閉，從而產生頻率即時變化的脈衝信號。用戶可以通過改變PWM波的佔空比實現對目標模擬變頻直流脈衝信號的頻率調製。脈衝頻率調製電路13用於根據PWM變頻調製信號進行實時頻率調製，產生數字變頻直流脈衝信號；
具體實施時，為產生與汙泥或汙水中的各種水分子的頻率相同的脈衝信號，與汙泥或汙水中的間隙水、吸附水、毛細水和內部水相對應，本實施例提供的汙泥深度脫水處理裝置，還包括：汙泥間隙水頻率共振裝置，汙泥吸附水頻率共振裝置，汙泥毛細水頻率共振裝置，和/或，汙泥內部水頻率共振裝置。本發明實施例利用電磁轉換原理使得電磁換能器20根據模擬變頻直流脈衝信號的頻率變化而產生變頻直流脈衝電磁場，當該變頻直流脈衝電磁場作用於流經汙泥輸送管道21時，汙泥中的水分子將發生相應的能量轉換，將電磁能或聲能轉換為流體的化學能和內能等，從而通過變頻直流脈衝電磁場對汙泥中不同的水分子進行相應的處理。
進一步地，所述電磁脈衝發生器10還包括脈衝放大電路15；具體地，所述脈衝放大電路15的輸入端與所述PWM變頻調製信號輸出端PWM_OUT連接；所述脈衝放大電路15的輸出端與數模轉換電路14的輸入端連接。在實際應用過程中，由於PWM變頻調製信號的幅值和功率較小，為適應各種應用場合，需要進一步對其進行放大調節，相應地改變了數字變頻直流脈衝信號的功率；經過放大調節後的數字變頻直流脈衝信號經過數模轉換後產生模擬變頻直流脈衝信號，用戶即可利用一定頻率的模擬變頻直流脈衝信號實現各流體技術領域的應用。
由於電磁脈衝發生器10內部可同時存在數字電路和模擬電路，因此，供電裝置同樣需要獨立設計有數字電源和模擬電源，以便於對上述數字電路和模擬電路進行獨立供電。具體實施時，本實施例中的汙泥深度脫水處理裝置還包括數字電源和模擬電源(附圖5中未示出)。所述數字電源與所述可編程微處理器12、所述脈衝頻率調製電路13和所述數模轉換電路14分別連接；所述模擬電源與所述脈衝放大電路15連接。
具體實施時，外部連接埠11、可編程微處理器12、脈衝頻率調製電路13和數模轉換電路14均為數字電路而集成在一個數字電路板上；脈衝放大電路15作為模擬電路而獨立集成。其優點包括：一方面，可以避免模擬電路中的脈衝放大電路與數字電路中的各種元件產出相互幹擾，從而影響所述變頻直流脈衝除垢器的性能；另一方面，還可以避免數字變頻直流脈衝信號與模擬變頻直流脈衝信號之間的相互幹擾。
在水處理技術領域中，由於需要將脈衝信號應用至電磁場的電感元件中以產生變頻電磁場，因此需要獲取模擬的變頻直流脈衝信號而非數字的變頻直流脈衝信號。纏繞在金屬材料的汙泥輸送管道21上表面的電線繞組線圈根據模擬變頻直流脈衝信號的頻率變化，根據電磁感應原理即可產生變頻直流脈衝電磁場，從而實現通過所述變頻直流脈衝電磁場對流經汙泥輸送管道21中的流體進行相應的處理。
進一步地，所述電磁脈衝發生器10還包括與所述可編程處理器12連接的脈衝強度調節電路16。用於對變頻直流脈衝的電壓信號強度進行調節。優選地，脈衝強度調節電路16輸出的脈衝信號強度範圍為12V～96V。需要說明的是，本實施例提供的脈衝強度調節電路16可以根據用戶需求產生不限於上述強度範圍的其他脈衝信號，如0.5V～0.6V、1V～2V、或9.5V～10V等。本領域技術人員可以根據實際應用場合對脈衝信號強度進行調節。因此，本發明實施例不僅可以通過脈衝放大電路15進行功率調節，還可以通過脈衝強度調節電路16實現對電磁脈衝信號的電壓強度調節，實現在極低功率(如100瓦左右)下低碳環保的全功能、長效流體處理。
優選地，第一電線繞組線圈22和第二電線繞組線圈23形成共鳴線圈，能在流體金屬管壁211與金屬管道內部腔體212中的流體之間構成類超聲波頻段變頻直流脈衝電磁場的實際作用區域，電磁場產生的磁力線與金屬管道內部腔體212中的流體垂直切割，促使汙水流體發生化學變化，將電磁能轉換為化學能和流體內能。具體實施時，第一電線繞組線圈22和第二電線繞組線圈23的纏繞匣數相同，纏繞方向相同。類超聲波頻段變頻直流脈衝信號通過第一電線繞組線圈22和第二電線繞組線圈23時轉換為電磁波和超聲波，由於第一電線繞組線圈22和第二電線繞組線圈23纏繞的匣數相同且纏繞方向相同，因而產生互感作用，可大大加強了電磁波和超聲波的轉換效率。
在本實施例中，第一電線繞組線圈22和第二電線繞組線圈23優選為帶有絕緣層的導線，所述導線的導體截面面積優選為1-6mm2。需要說明的是，第一電線繞組線圈22和第二電線繞組線圈23所產生的電磁波輻射到汙泥輸送管道21時，汙泥輸送管道21必須能被電磁場穿過，處於電磁場的範圍內，因而汙泥輸送管道21必須為鐵管等能被磁化的金屬管。
具體實施時，所述的汙泥深度脫水處理裝置還包括：與所述脈衝放大電路15和所述脈衝頻率調製電路13分別連接的工作顯示板，用於對當前汙水/汙泥處理過程中產生的中間數據或結果數據進行顯示，並供給用戶對汙水/汙泥處理過程的工作參數的配置。
實施本發明提供的技術方案，通過產生模擬變頻直流脈衝信號控制電磁換能器根據所述模擬變頻直流脈衝信號的頻率變化，產生變頻直流脈衝電磁場；在該電磁場作用下將汙泥中的間隙水、吸附水、毛細水和內部水分別切割成短分子鏈，滲透性增強，水分子更加活躍，使得其更容易從汙泥細胞壁中擠出。並且，可以通過改變該模擬變頻直流脈衝信號的頻率與水中各分子的頻率相同(或者相近似)，從而通過頻率共振對汙泥中的各種水分子產生擾流。
此外，在對汙泥中的各種水分子進行切割時，將產生部分的少量O-、OH-等強氧化物，使得本方案進一步具有降解COD的效果，降低濁度；而汙水(或汙泥)中的弱電流產生的電荷與汙水中的離子重組，加速絮凝效果。經實踐驗證，使用本技術方案進行汙泥深度脫水後，可使得脫水率與現有的機械脫水方案相比提高了5-15％，汙泥烘乾效率提高了5％，具有明顯的進步和重要的應用意義。實施本發明提供的技術方案，可實現深度去除汙泥中的各種水分子，提高汙泥的各種水分子的去除率和水分蒸發速度，加速汙泥的絮凝效果，提升汙泥烘乾效率，節約能源。
以上所述是本發明的優選實施方式，應當指出，對於本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也視為本發明的保護範圍。