一种螺旋式电渗脱水机的制作方法

本发明属于污泥脱水技术领域，涉及一种螺旋式电渗脱水机。

背景技术：

一般污泥初级脱水后的平均含水率约82％左右。现在对污泥处理的要求是：减量化、无害化、稳定化、资源化，其中减量化至关重要，要求将污泥的含水率从82％降低到50％左右，使污泥体积减少一半以上，形成相对稳定的状态，不容易造成二次污染。目前污泥处理中脱水环节普遍使用烘干或深度挤压的方式。烘干需要消耗大量能耗，还会生成需要进一步处理的臭气，并且不能改变污泥性质；深度挤压过程中需要对污泥进行加药调质，药剂的副作用是使污泥的绝干总量增加，泥质变差，导致后续处置困难。

电渗脱水技术是利用电渗透原理进行电渗透脱水，通过对所需处理污泥加入直流电场，带有负电荷的污泥被吸引到阳极。另一方面，污泥缝隙之间的水分被移动到阴极，使水分与污泥分离，然后通过对污泥进行加压处理，使污泥脱水。电渗脱水技术与普通的机械脱水处理相比，具有脱水效率高，能耗低，并且处理后污泥含水量比一般机械处理的含水量更低的优势。

现有常见的电渗脱水设备有履带式(连续型的工作方式)和平板式(序批型的工作方式)。这两种形式的设备，由于污泥相对阳极和阴极固定静止不动，弊端明显；阳极端污泥失去水分，变干电阻增加：同时由于电化学的作用，阳极端产生氧化还原反应分离出氧气，使污泥和和阳极产生空隙，要保证脱水效率，需增加电压才能进一步进行脱水；同时，阴极端水分快速聚集，造成污泥截面，含水率分布不均；污泥中被电解出来的重金属氧化物(氧化钙、氧化镁等)在阴极表面和空气中的氧气发生反应，在阴极形成结垢，不断增厚，难以清除，阻断电流，致使能耗倍增。要解决以上的问题，必须要增加庞大的辅助性机构来解决。这也是虽然电渗脱水技术具有低能耗效率高的特点，却不能得到广泛应用的主要问题。

技术实现要素：

本发明的目的在于，克服现有技术的不足，提供一种能解决阳极氧化气体难以排除问题，能解决阳极粘附、阴极静止结垢性问题，能解决污泥截面含水率分布不均问题的螺旋式电渗脱水机。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

本发明一种螺旋式电渗脱水机，主要包括污泥输送部分和脱水部分，还包括一驱动电机和密封外壳；污泥输送部分主要包括相互连接的驱动电机和输送螺旋轴；脱水部分包括间断式绝缘螺旋叶片组、管状阳极、搅拌器、格栅式阴极、背压板、高频直流电源、进气电磁阀、冷却器和真空泵；密封外壳呈不规则的圆筒形或方筒形；输送螺旋轴设置于密封外壳内，位于前部和中部的中心轴上；格栅式阴极呈圆筒形，设置于密封外壳内，位于后部，密封外壳与格栅式阴极之间有一定空隙；管状阳极设置于格栅式阴极圆筒内部的中心轴上；输送螺旋轴与管状阳极连接；在管状阳极上设有间断式绝缘螺旋叶片组；搅拌器设置于格栅式阴极内，搅拌器的凸出牙插入管状阳极上的间断式绝缘螺旋叶片组之间；格栅式阴极接入高频直流电源的负极，管状阳极接入高频直流电源的正极；在污泥出口处设有使脱水内腔产生压力的背压板；密封外壳底部设有与大气相通的进气管，该进气管上设有进气电磁阀；密封外壳后部的底部设有抽气管，该抽气管通过冷凝器与真空泵连接。

进一步地，输送螺旋轴与管状阳极之间通过绝缘连轴器连接。

进一步地，在管状阳极上，每隔一定间隔设有一组由两块错开180°固定在管状阳极上的单块螺旋叶片组成的双螺旋叶片组(即间断式绝缘螺旋叶片组)。

进一步地，相邻双螺旋叶片组之间呈90°夹角。

进一步地，间断式绝缘螺旋叶片组的每块螺旋叶片的螺旋导程角度在10～20度之间。

进一步地，间断式绝缘螺旋叶片组的每块螺旋叶片的材料采用绝缘材料，其电阻率大于1010ω·m；每块螺旋叶片的截面形状呈梯形。

进一步地，间断式绝缘螺旋叶片组的每块螺旋叶片通过螺栓固定在管状阳极上。

进一步地，格栅式阴极由两个半圆柱体拼合组成，两个半圆柱体的上下拼合处分别安装有搅拌器，通过螺栓或固定件将格栅式阴极与搅拌器固定成一体，并安装于密封外壳上。

进一步地，格栅式阴极的两个半圆柱体的左右两端设有径向外翘边；径向外翘边上设有用于与密封外壳连接的螺栓孔；格栅式阴极的两个半圆柱体的上下两端设有轴向外翘边；轴向外翘边上设有用于拼合并与搅拌器连接的螺栓孔；密封外壳与格栅式阴极之间是通过安装在径向外翘边上的螺栓固定；格栅式阴极与搅拌器之间通过安装在轴向外翘边上的螺栓固定(格栅式阴极与搅拌器之间通过螺栓螺母对夹固定：螺栓先穿过一个半圆柱体的格栅式阴极的螺栓孔，再穿过搅拌器的固定螺栓孔，再穿过另一个半圆柱体的格栅式阴极的螺栓孔，用螺母压紧)。

进一步地，格栅式阴极的两个半圆柱体由若干焊接在其上的一排排梯形断面的筛条排列组合而成；梯形断面的筛条沿圆周分布(筛缝为0.1～0.25mm)，形成过滤体。

本发明的关键技术点和保护点

1、脱水部分，间断螺旋结构、电渗透脱水和低温脉动真空脱水技术结合，使污泥产生脱水作用。

2、间断式绝缘螺旋叶片组材料采用绝缘材料(其电阻率一般大于1010ω·m)，螺旋叶片法线截面形状呈梯形。

3、间断式绝缘螺旋叶片组，成对固定安装于管状阳极之上，相邻螺旋叶片组呈90°夹角，螺旋叶片螺旋导程角度在10～20度之间(组合后，间断螺旋的螺旋导程角度可以由大到小，也可由小到大)；

4、格栅式阴极由两个半圆组成，上、下分别安装有搅拌器，通过螺栓或固定件将格栅式阴极和搅拌器固定成一体。

5、格栅式阴极上，由梯形断面的筛条圆周排列焊接而成，筛缝为0.1～0.25mm，形成过滤体。

6、搅拌器轴向两侧与间断式绝缘螺旋叶片组的距离为3～5mm。

7、在污泥的出口处设有使脱水内腔产生压力的背压板，背压板的形式可以是固定的，也可以是弹性的，也可以是通过气缸和力臂作用，使脱水内腔产生压力的结构。

8、在格栅式阴极形成的过滤体接入高频直流电源的负极，管状阳极接入高频直流电源的正极，使在其间的污泥上形成环形的电场产生电渗透脱水的功能。

9、在密封外壳和格栅式阴极形成的过滤体之间，通过进气电磁阀和真空泵协同工作，形成抽真空——泄压这一循环状态，形成了脉动真空脱水的作用效果。

10、输送螺旋轴和管状阳极连接采用绝缘连轴器(或其它绝缘的结构形式连接)，产生驱动作用，并且隔离输送部分与脱水部分的电流，绝缘连轴器其电阻率一般大于1010ω·m。

本发明的有益效果：

本发明的螺旋式电渗脱水机，能解决阳极氧化气体难以排除问题，能解决阳极粘附、阴极静止结垢性问题，能解决污泥截面含水率分布不均问题。

本发明的螺旋式电渗脱水机，与现有技术相比，具有以下优点：

1、能解决阳极氧化气体难以排除的问题。

2、能解决阳极粘附、阴极静止结垢性问题。

3、能解决污泥截面含水率不均的问题。

4、能降低能耗。

5、能减少废气排放。

5、设备结构简单，设备成本较低，维护费用低。

6、连续运行，产能高。

7、设备完全密封，自动控制。环境友好。

附图说明

图1是本发明一种螺旋式电渗脱水机的结构示意图；

图2是本发明中的间断式绝缘螺旋叶片组6的结构示意图；

图3是本发明中格栅式阴极9与搅拌器8连接的结构示意图(侧视图)；

图4是本发明中格栅式阴极9与搅拌器8连接的截面结构示意图；

图5是本发明中的格栅式阴极9的结构示意图(俯视图)；

图6是图5中的i处放大图；

图7是本发明中的格栅式阴极9的立体结构示意图；

图8是本发明中的搅拌器8的形状结构图；

图9是本发明中的搅拌器8轴向两侧与间断式绝缘螺旋叶片组6的距离为3～5mm的结构示意图；

图10是本发明中的清洗机构的结构示意图。

图中：1、驱动电机2、密封外壳3、输送螺旋轴4、清洗水阀5、绝缘连轴器6、间断式绝缘螺旋叶片组7、管状阳极8、搅拌器9、格栅式阴极10、背压板11、高频直流电源12、进气电磁阀13、冷却器14、真空泵15、喷淋管16、喷淋头a、污泥输送部分b、脱水部分

具体实施方式

以下结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。

实施例

如图1所示，本发明一种螺旋式电渗脱水机，主要分为污泥输送部分a和脱水部分b，设备共用同一驱动电机1和密封外壳2；污泥输送部分a主要包括相互连接的驱动电机1和输送螺旋轴3，起到输送、摊薄的作用；脱水部分b主要由间断式绝缘螺旋叶片组6、管状阳极7、搅拌器8、格栅式阴极9、背压板10、高频直流电源11、进气电磁阀12、冷却器13和真空泵14组成；密封外壳2呈不规则的圆筒形，其前部直径略大，中部直径小，后部直径大；输送螺旋轴3设置于密封外壳2内，位于前部和中部的中心轴上；格栅式阴极9呈圆筒形，设置于密封外壳2内，位于后部，密封外壳2与格栅式阴极9之间有一定空隙；管状阳极7设置于格栅式阴极9圆筒内部的中心轴上；输送螺旋轴3与管状阳极7之间通过绝缘连轴器5连接；在管状阳极7上设有间断式绝缘螺旋叶片组6；搅拌器8设置于格栅式阴极9内，搅拌器8的凸出牙82插入管状阳极7上的间断式绝缘螺旋叶片组6之间；格栅式阴极9接入高频直流电源11的负极，接入高频直流电源11的正极；在污泥出口处设有使脱水内腔产生压力的背压板10。密封外壳2后部的底部设有与外界大气相通的进气管，该进气管上设有进气电磁阀12；密封外壳2底部设有抽气管，该抽气管通过冷凝器13与真空泵14连接。

如图1所示，在管状阳极7上，每隔一定间隔设有一组由两块错开180°通过螺栓固定在管状阳极7上的单块螺旋叶片组成的双螺旋叶片组，亦即，在管状阳极7上设有间断式绝缘螺旋叶片组6。每块螺旋叶片的截面形状呈梯形。相邻双螺旋叶片组之间呈90°夹角(如图2中标注的夹角)。

如图2所示，间断式绝缘螺旋叶片组6(双螺旋叶片组)中的每块螺旋叶片的材料采用绝缘材料(其电阻率一般大于1010ω·m)，每块螺旋叶片的截面形状呈梯形；螺旋叶片两个一组成对固定安装于管状阳极7之上，相邻双螺旋叶片组之间呈90°夹角(如图2中标注的夹角)；间断式绝缘螺旋叶片组6中的每块螺旋叶片的螺旋导程角度在10～20度之间(螺旋叶片两个一组组合后的间断式绝缘螺旋叶片组6的螺旋导程角度可以由大到小，也可以由小到大)。

如图3-图6所示，格栅式阴极9由左右两个半圆柱体拼合组成，左右两个半圆柱体的上下拼合处分别安装有搅拌器8，通过螺栓或固定件将格栅式阴极9与搅拌器8固定成一体，并安装于密封外壳2上。格栅式阴极9的两个半圆柱体由若干焊接在其上的一排排梯形断面的筛条排列组合而成；格栅式阴极9上由梯形断面的筛条(如图6中所示，梯形断面的筛条沿圆周分布)排列焊接而成，筛缝较小，一般为0.1～0.25mm，形成过滤体。

如图7所示，格栅式阴极9的两个半圆柱体的左右两端设有径向外翘边；径向外翘边上设有用于与密封外壳2连接的螺栓孔；格栅式阴极9的两个半圆柱体的上下两端设有轴向外翘边；轴向外翘边上设有用于拼合并与搅拌器8连接的螺栓孔；密封外壳2与格栅式阴极9之间是通过安装在径向外翘边上的螺栓固定。格栅式阴极9与搅拌器8之间通过安装在轴向外翘边上的螺栓固定(格栅式阴极9与搅拌器8之间通过螺栓螺母对夹固定：螺栓先穿过一个半圆柱体的格栅式阴极9的螺栓孔，再穿过搅拌器8的固定螺栓孔，再穿过另一个半圆柱体的格栅式阴极9的螺栓孔，用螺母压紧)。

搅拌器8的形状结构如图8所示。搅拌器8包括搅拌轴81，搅拌轴81嵌入格栅式阴极9的左右两个半圆柱体的上下拼合处；搅拌轴81径向靠内侧设有凸出牙82；该凸出牙82插入管状阳极7上的间断式绝缘螺旋叶片组6之间。

如图9所示，搅拌器8轴向两侧与间断式绝缘螺旋叶片组6的距离为3～5mm，以保证搅拌混合的效果。

如图1所示，在污泥的出口处设有使脱水内腔产生压力的背压板10。在格栅式阴极9形成的过滤体接入高频直流电源11的负极，管状阳极7接入高频直流电源11的正极，使在其间的污泥上形成环形的电场，产生电渗透脱水的功能。

在密封外壳2和格栅式阴极9形成的过滤体之间，通过进气电磁阀12和真空泵14协同工作，形成进气-抽真空泄压这一循环状态，形成了脉动真空脱水的作用效果。

输送螺旋轴3与管状阳极7之间采用绝缘连轴器5进行连接，产生驱动作用，并且隔离管状阳极7与输送螺旋轴3之间的电流，绝缘连轴器5其电阻率一般大于1010ω·m。在脱水段设有清洗机构，进水压力不低于0.3mpa，清洗面覆盖格栅式阴极9形成的过滤体的外表面。清洗机构包括相互连接的进水管、喷淋管15；进水管上设有清洗水阀4；喷淋管15有上下两根，上下两根喷淋管15分别穿过密封外壳2上部、下部，横设于密封外壳2与格栅式阴极9之间；喷淋管15上设有若干喷淋头16。

工作原理说明：含水率约85％的污泥在密封外壳2内，在输送螺旋轴3的作用力下，由污泥输送部分向电渗脱水部分移动；并将污泥均匀分布成10～20mm的污泥料层，输送到电渗脱水部分进电渗脱水和真空脱水，并在间断式绝缘螺旋叶片组6的作用力下，推送到背压板10出口处，排出脱水后的泥饼；

同时，脱水部分的格栅式阴极9接入高频直流电源11的负极，管状阳极7接入高频直流电源11的正极，在污泥上形成平行的直流电场；由于电场的作用，使水分从管状阳极7向格栅式阴极9移动；在背压板10的节流作用阻碍下以及输送螺旋轴3的螺旋推动下，管状阳极7与格栅式阴极9之间形成0.2～0.7mpa的压强，污泥同管状阳极7、格栅式阴极9紧密接触，迫使水分从格栅式阴极9的缝隙中流出；

同时，由进气电磁阀12、冷凝器13、真空泵14组成的真空脉动系统动作也在进行，真空泵14将在密封外壳2与格栅式阴极9之间的空气抽走，形成真空度小于0.095mpa真空环境；由于直流电场的加热作用，使污泥的温度在60～70℃之间。污泥中的水分在此真空度和温度下达到沸点汽化，污泥脱水；蒸汽通过冷凝器13进行冷却液化，排出。进气电磁阀12和真空泵14协同工作，形成进气-抽真空泄压这一循环状态，形成了脉动真空脱水的效果。真空系统每次抽真空，使密封外壳2和格栅式阴极9内换气一次，破坏了污泥内水分分布的平衡状态，加快了物料内水分的散失。

同时，污泥由于在间断式绝缘螺旋叶片组6的螺旋作用下移动，受到搅拌器8的阻碍，产生搅拌混合作用，使管状阳极7表面产生氧化还原反应氧化物，均匀地混合于污泥中，阳极氧化气体从格栅式阴极9的缝隙中排出，解决了阳极氧化气体难以排除和氧化物附着的问题；由于管状阳极7、格栅式阴极9固定不动，而污泥相对于管状阳极7、格栅式阴极9产生滑动，由于摩擦的作用，可以及时清除并带走管状阳极7表面的氧化物和格栅式阴极9表面的水垢，从而可大大提高脱水效率和降低能耗。

由于整个设备为全封闭式结构，并且采用了电渗透脱水和低温脉动真空脱水技术，隔绝了被处理污泥和外界接触的可能，减少了环境的污染，减少了废气排放。