专利名称：过滤分离沉淀物固液两相的装置、相应的过滤方法及该装置在处理粪便方面的应用的制作方法
技术领域：
本发明涉及的是用过滤法来分离沉淀物、糊状物或悬浮物固液两相的装置，用该装置进行过滤分离的方法以及该装置在处理粪便方面的应用。下面用“沉淀物”这一统称表示所有那些在至少一种液相中的固体颗粒相的悬浮物或分散物。
大家知道，在很多工业部门中，都必需对沉淀物进行处理以便分离固液两相。更具体地可列举处理粪便，既能获得可用作堆肥或肥料的固态物质，同时还可得到无臭无污染的纯净溶液，还可以列举对净化站排出的液体及沉淀物进行处理和相分离，该相分离的目的主要在于改进农副食品工业(例如乳品厂、干酪厂或者制油、咖啡、果汁和蔬菜加工、淀粉或发酵品加工)，药物或化妆品工业和化学工业中的生产效率。
具体地说，本发明涉及的是过滤分离装置，在该装置中，当进行过滤器操作时，对沉淀物施加压力，以便加速液相的过滤，并在过滤器上分离出脱水的饼状固相物，该固相物所含剩余液体很少，然后再将饼状物用机械方法从过滤器上拆下。
在已知的这种装置中，将沉淀物或悬浮物置于两个滤带之间，然后使这两个滤带在一对或若干对辊轮之间通过。例如从EP-A295339中还知道，在一个旋转滚筒和一个由绕着该旋转滚筒的带所构成的过滤器之间对沉淀物或悬浮物进行压缩，所述过滤器与旋转滚筒的一个确定的圆柱(轧辊)段接触，带状过滤器可以用作旋转圆柱的传送带。包括滤带的这些装置不太结实，带要经常更换，而且常常不能获得所需低温度的饼状物，并且不能处理大量的沉淀物。
本发明涉及的装置较坚牢，它既无滤带，也无旋转件，该装置可以改善过滤饼状物的脱水(干燥度)，而且所得到的液相中的悬浮物含量较少，并可以处理大量的沉淀物。在该装置中，先在一个过滤室中用活塞对沉淀物加压，该过滤室中有一个过滤器，然后将过滤器撤出该过滤室，再用一个刮除设备将撤出该过滤室的过滤器表面进行清理。
因此，本发明的第一个内容是提供一种过滤分离沉淀物固液两相的装置，该装置一方面包括一个过滤器和一个能在过滤过程中对沉淀物加压的压缩设备，以便在过滤器上得到一个固相饼状物，并收集流过过滤器的液相流体，另一方面还有一个将所述饼状物脱干过滤器表面的刮除设备，其特征在于该装置有一个过滤室，压缩设备是一个可以相对于所述过滤室作相对移动的活塞，活塞/过滤室之间的相对移动基本上是流体密封地进行的，过滤器可以相对于所述过滤室在过滤位置和刮除位置之间作相对移动，在过滤位置所述过滤器形成了所述过滤室的一个壁，而在刮除位置该过滤器位于所述过滤室的外部，其特征还在于当过滤器位于刮除位置时，刮除设备可以对过滤器表面进行清理，以便使固相饼状物脱开过滤器。
最好过滤室是固定的，而活塞沿着过滤室的轴在所述的“缩回”位置和过滤结束时过滤器临近压缩的位置之间移动，在所述缩回位置时可以对过滤室充填沉淀物，而在活塞作此移动时的过滤器处于过滤位置。过滤器最好沿着与活塞相同的轴线移动。刮除设备最好沿着与过滤室轴线垂直的平面内移动，其移动最好是直线平移。
过滤室最好有一个装上阀的沉淀物进料管道，所述管道通向所述过滤室中活塞处于缩回位置和过滤器处于过滤位置的两个位置之间。该过滤室还可以装供水管道来冲洗过滤的饼状物，该管道可直接与过滤室相通，也可以与沉淀物进料管相通，最好是在进料管阀的下游方。
最好过滤器成为形成沉箱的组件中的一部分，所述过滤器构成所述沉箱对着所述活塞的一个面，有一个排除液相流体的管道通向沉箱的一个壁(不是由过滤器构成的那个壁)，该管道最好通向与过滤器相对的那个壁。所述沉箱最好与一个空气源相连，最佳的是与压缩空气源相连，这样，空气源就可以把空气吹过过滤器而对该过滤器进行清理。根据一个较佳的实施方案，沉箱有一种输气装置将多股气流吹过过滤器。
刮除设备可以是各种公知设备，例如刀片、柔软薄片，齿耙或刷子。
该装置还可以有一个其中一端与过滤室相连的第二个室，该室的另一相对端最好是敞开的，在过滤器退出第一室以后，该第二室可以容纳处于刮除位置的过滤器，第二室壁的主要作用是将脱开过滤器的固相饼状物的颗粒按照规定路线排出。该第二室的横截面最好比第一室的大，从而使刮除设备能够清理过滤器的整个表面，并使被刮除的固相物具有足够的空间从过滤器上掉下来。但在另一种变型实施方案中，可以用一个简单的支承物(主要是角钢)来代替第二室，将刮除设备固定在该支承件上；如果可能的话，也可以将过滤器和过滤器移动设备固定在该支承件上。
本发明的装置最好用动力缸(千斤顶)来使活塞、过滤器移动，可能的话也使刮除设备移动。该装置还可以装有一些为了连续性自动运行所必需的元件。这种自动运行包括通常的安全运行，这些元件为技术人员所公知的元件。
本发明装置最好“垂直”设置，活塞和过滤器沿着垂直轴移动，而刮除设备则沿着水平的平面内移动，然而，水平设置过滤室轴线时也可以使该装置运行。
本发明的第二个内容是过滤分离方法，在该方法中，当进行过滤时对沉淀物加压，该方法可以在所述的装置中采取如下的实施过程。
根据该方法-在第一阶段，将一定数量的待过滤的沉淀物送入其中一个壁是由过滤器组成的过滤室中；-在第二阶段，对装在过滤室中的沉淀物加压，以便在过滤器上得到一个固相饼状物，并在液相流体通过过滤器后回收该液相流体；-在第三阶段，除去压力，将过滤器退出过滤室，将该过滤器带到所述过滤室外，用可清理带饼状物过滤器表面的刮除设备刮除带有经过滤的饼状物的过滤器表面，并回收从过滤器掉下的固相物；-在第四阶段，将过滤器再送入过滤位置中。
在第三阶段和第四阶段之间，最好把空气吹过过滤器，用以对该过滤器进行清洗。在第三阶段和第四阶段之间，也可以引入一个清洗经过滤的饼状物的阶段。
在第一阶段，最好让活塞构成过滤室的盖。-在第二阶段，最好沿着过滤室的轴线朝着过滤器的方向纵向移动所述活塞。在第三阶段，最好沿着过滤室轴线方向移动把过滤器退出过滤室。在第四阶段，最好在静止位置和行程终点位置之间使刮除设备作直线移动，在行程终点，过滤器表面被完全清理过一遍。当本方法包括将空气吹过过滤器的操作步骤时，该操作步骤最好是在刮除设备位于行程终点位置时进行。
本发明的第三个内容是本发明的至少一种装置在处理粪便，特别是处理猪粪便时的应用。
下面结合附图所作的描述将会对本发明有更进一步的理解。
图中
图1至图3示意性地用垂直剖视图表示出过滤处理过程中的各个阶段的本发明的装置；图4详细地示出了本发明的过滤装置；图5为示意性地表示出采用本发明三个串接过滤装置来处理猪粪便的设备。
在图1至图3中可看出，本发明装置在其组装件中由标号1表示，该装置“垂直”设置，它由两个室2和3组成，这两个室一个在另一个上面，它们之间为连通的，这两个室的大小不同，室3的水平截面尺寸大于室2。室2是过滤室，它有一个侧壁，在此壁中安一根装一阀5的沉淀物进料管4与该过滤室相通。阀5最好是球阀，但也可以是止回阀。室2装有可以沿垂直轴流体密封地滑动的活塞6，在室2中，该活塞是在进料管4上方的缩回位置(见图1)和压缩固相饼状物的位置(见图2)之间滑动的。特别是活塞6由液压动力缸系统(未示出)驱动。形成沉箱(包括水平过滤器8)的组合件7被装在该装置中，以便使该组合件在两个位置之间移动；在第一个位置时组合件7形成室2的底(见图1)并将室2和室3分开，在第二个位置时该组合件脱出室2并位于室3中(见图3)。组合件7例如可由一个圆筒形的沉箱9组成，箱的上部为过滤器8。沉箱9的底部有一根排放液相流体的管道10。在沉箱9中装有吹空气的输气装置，该输气装置通过阀12与压缩空气源相连。组合件7由液压动力缸系统(未示出)驱动作垂直移动。室3的下部是敞开的，以便可借助固相物体的重力取出组合件。当刮除时，从过滤器8上掉下的固相饼状物的颗粒由室3的壁引导排出，该壁还防止了比如因风的作用所造成的颗粒分散。在室3上部的侧室13中有一个能沿水平面作直线移动的刮除机构14，以便当组合件7位于室3中的刮除位置时，该刮除机构刮除过滤器8的上表面，侧室13成为室3向外伸出部分。该刮除机构主要是刀片或柔软的薄片。刮除机构主要由液压动力缸或马达(未示出)驱动。
装置的运行如下在第一阶段a)(见图1)，活塞6位于缩回位置，此时它在沉淀物进料管道4的上方，而组合件7构成了室2的底。打开管道4的阀5，引进一定数量的沉淀物到室2中。然后再关闭阀5，使室2的沉淀物供应中断。在第二阶段b)(见图2)，沿着过滤室2的轴线逐渐使活塞6下移，以便对沉淀物加压，并在过滤器8上加速形成固相饼状物。液相流体流过过滤器并被收集在沉箱7中，然后再由管道10排出沉箱(滗清)。当不再由管道10排除或基本不再由管道10排放液相流体时，则在第三阶段c)(见图3)，开始将活塞6引向其缩回位置，并以与活塞轴线相同的轴向移动方向使组合件7向下移到室3中，并使该组合件一直下降到刮除机构14能够达到刮除过滤器8上表面。这种移动由千斤顶(动力缸)驱动。然后再起动刮除设备14沿水平平面作直线移动，用以清理过滤器8的整个上表面并使饼状物掉入室3中。室3的尺寸应使刮除设备14能够清理过滤器的所有表面，并使固相饼状物自由落入室3中。可用所有公知的方法将固相物收集在室3的敞开的下部。例如把固相物收集在一个容器、小车、袋子中或传送带上。被收集的固相物料也可以进行后面的处理，例如进行干燥处理。
在第三阶段c)以后，当刮除设备14处于完成过滤器8整个表面的清理后的行程终点时，将阀12打开把压缩空气引入气道(输气装置)11。空气通过已经清除了固相颗粒的过滤器，因为有些颗粒可能还残留在该过滤器上。然后再将刮除设备14返送到侧室13中，在压缩空气的作用下，刮除设备使脱开过滤器的固相颗粒掉入室3中。
在第四阶段d)中，活塞返回到图1所示的缩回位置上，并使组合件7返回到图1所示的位置上，在此位置组合件构成了室2的底。此时该装置准备接收一定数量的新的待处理沉淀物。
图4更详细地描述了本发明过滤装置的一种实施方案。该装置有一个圆筒体202，活塞206和带有过滤器208的组合件207在该圆筒体中移动。在动力缸213的驱动下使活塞206移动，在动力缸215的驱动下使组合件207移动。将圆筒体202和动力缸215固定在角铁216上，动力缸215是通过支撑件217被固定在角铁216上的。圆筒体202有侧壁221，圆筒体202的上部用一个固定在侧壁221上部边缘上的法兰盘222盖住，该法兰盘有轴向开口，该开口可让动力缸213的杆通过。动力缸213的本体被固定在法兰盘222上，借助于装在法兰盘222下部的挤压密封件223来保证动力缸213和法兰盘222之间的密封。法兰盘222的周边上有一个用以将圆筒体202固定到角铁(连接角钢)216上的垂直连接件224。
由于壁221的厚度不同，所以圆筒体202包括三个直径不同的部位。下方的第一部位221a的直径除了必要的间隙外与带有过滤器208的组合件207的外径相同，使所述的组合件207能够准确地插入第一部位中。为了保证组合件207和部位221a之间的密封，在圆筒体202上装上环形密封垫圈，该密封垫圈与组合件207的侧壁和正面壁相配合。图4中只示出了安装所述环形密封垫圈的槽。第二个部位221b的直径除了必要的间隙以外约等于活塞206的外径；将带有阀(未示出)的进料管204装在该部位侧壁的下部。第三个部位221c的直径大于部位221b的直径。
活塞206由圆筒体壁261确定，该圆筒体壁的外径除了必要的间隙以外与圆筒体202的部位221b的直径相同。根据所表述的实施方案，该圆筒体壁的外部有三个周边槽，它们用以安放确保密封的环形密封垫圈。圆筒体壁261的下部由焊上的平板262盖住。中部装有与第一块平板平行的第二块板263，该板263还有攻丝的轴向槽，该槽用以容纳动力缸213开有螺纹的杆端，圆筒体壁261的上部有一个凸缘264，凸缘的外径除了必要的间隙外等于圆筒体202的部位221c的直径；凸缘264的侧面设有一个槽可以安装环形密封垫圈以保证密封。
组合件207包括一个固定在支撑件271上的滤网208，大量开口分布在该支撑件上。支撑件271装在本体272上，该本体的上表面是倾斜的，这样可以形成一个通向滤液排放管道210的漏斗，该排放管道的安装偏离组合件207的轴线。本体272的下面沿轴向开有带螺纹的孔273，该孔用以容纳动力缸215的端头。本体272的下部侧壁先是圆筒形的，然后是向上扩大的截锥形。由三个部件将滤网208，滤网支撑件271和本体272连成一体；首先是一个紧固螺母274，该螺母的下部一方面包括一个内表面上具有螺距的圆筒形裙部274a，另一方面该螺母的上部包括一个向着螺母轴线的法兰盘274b，该法兰盘由其斜切边缘压在相应的支撑件271的斜切边缘上，这样通过拧紧就可以固定住滤网；其次是一个环(套筒)275，该环有一个圆筒形裙部275a，裙部的外表面上有能够与裙部274a的螺距相配合的螺距，环的上边缘为斜切的，这样就可以保证它与本体272侧壁的截锥部分接触，所述环275的下部有一块环形板275b，裙部275a与该板的内边缘相连；最后是一个拆卸垫276，该垫为盘状，它的整个周边都钻上孔，这些孔就可以作为松紧工具的插接口，该垫置于本体272的下部并用垂直于滤网208的螺丝固定，所述螺丝通过未示出的孔穿过所述的垫。一旦垫276被固定在本体272上，就可以用动力缸215杆上的螺纹端头拧紧或拧松组合件207，而不会导致本体272和紧固螺母274的相对转动。
将刮除系统固定在角铁216的悬臂218上。该刮除系统有一个固定千斤顶(动力缸)219杆端的刷子214，使它可以沿直线移动并且在滤网208上进行摩擦，以便当组合件207位于如图4所示的圆筒体202的外面时将过滤过的饼状物除去。
图5示意性地表示了本发明过滤装置在处理猪粪便过程中的应用。在图5所示的方法中，使用了三个串接的过滤装置，在这些过滤装置中，各过滤器由标称直径逐渐变小的网栅构成。
正如图5中可以看到的那样，收集猪圈101中的粪便；首先用水泵/风泵(通风/喷水)机组102使粪便均匀化，以便降低5天生物氧需求量(DOB5)，化学需氧量(DCO)以及悬浮物(MES)。然后将粪便泵送到容器(槽罐)103中，在该容器中用两种来自槽罐104和容器105的反应试剂调节PH值，容器104中的试剂例如可以是碱或盐酸，以便中和粪便，容器105中的试剂例如可以是过磷酸钙或氯化铁，从而进行絮凝作用。这样就除去了氨、胺和脂肪酸。那时再将经处理过的粪便送到第一个含有较大网栅(例如网眼孔的标称直径约为1500μm)的过滤装置106上，在该装置中，分离出的固相物质收集在传送带107上，而液相流体送入(槽罐)108中，所述液相流体在该容器中比如与碱中和。再将经处理的液相流体送到第二个含有较细过滤网栅(例如网眼孔的标称直径约为500μm)的过滤装置109中；分离出的固相物质收集在传送带107上，液相流体被送入容器110中。在容器110中，液相流体受到除臭试剂的处理。再将除过臭的产品送入第三个含有细过滤网栅(例如网眼孔的标称直径约为100μm)的过滤装置111中。分离出的固相物质被收集在传送带107上，而液相流体被送入容器112中，在该容器中，液相流体受到氧化剂，例如H2O2和/或过硼酸钠和除臭剂，例如十一碳烯酸和/或其脂族酯的处理。
如果想要用标称网眼孔直径小于40μm的过滤器进行过滤，所用的过滤器如果其标称网眼孔径约为100μm，则在两个细网栅之间夹入一个尼龙过滤器。
出自容器112的液相流体可以作为地表水排出，因为该水已消除了污染和脱臭。把传送带上所收集的固态物质或是通过传送带113送到干燥设备，或者将该固态物质装上拖车114或卡车去作推肥。实验表明，处理1000dm3粪便可得到680dm3的地表水和320dm3的固态物质，固态物中含水量为25%，可含约98%的粪便中悬浮物。这些固态物质无任何嗅觉公害。
权利要求
1.一种过滤分离沉淀物固液两相的装置，该装置一方面包括一个过滤器(8)和一个能在过滤过程中对沉淀物加压的压缩设备(6)，以便在过滤器(8)上得到一个固相饼状物，并收集流过过滤器的液相流体，另一方面还包括一个可将所述饼状物脱开上述过滤器表面的刮除设备(14)，其特征在于该装置有一个过滤室(2)而且压缩设备是一个可以相对于所述过滤室(2)作相对移动的活塞(6)，活塞/过滤室之间的相对移动基本上是流体密封式地进行的，过滤器(8)可以相对于所述过滤室(2)在过滤位置和刮除位置之间作相对移动，在过滤位置处，所述过滤器(8)成为所述过滤室(2)的一个壁，而在刮除位置处，该过滤器(8)位于所述过滤室(2)的外部，其特征还在于当过滤器(8)位于刮除位置时，刮除设备(14)可以对过滤器(8)的表面进行清理，使固相饼状物脱开过滤器(8)。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于过滤室(2)是固定的，而活塞(6)沿着过滤室(2)的轴线在所述的缩回位置和过滤器(8)下一次临近的压缩位置之间移动。
3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于过滤器(8)沿着与活塞(6)相同的轴线移动。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的装置，其特征在于刮除设备(14)沿着与过滤室(2)轴线垂直的平面移动。
5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于刮除设备(14)的移动为直线平移。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的装置，其特征在于过滤室(2)装有一个带阀(5)的沉淀物进料管道(4)。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的装置，其特征在于过滤室(2)装有一个清洗水供水管道。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的装置，其特征在于过滤器(8)为沉箱(7)的一部分，过滤器(8)构成该沉箱(7)中对着活塞(6)的一个面。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的装置，其特征在于沉箱(7)与一个空气源相连。
10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于沉箱(7)有一个可将多股空气流吹过过滤器(8)的吹洗管道(11)。
11.根据权利要求1至10中任一项所述的装置，其特征在于该装置有一个其中一端与过滤室(2)相通、而其相对的另一端为敞开的第二室(3)。
12.根据权利要求1至11中任一项所述的装置，其特征在于该装置安有几个动力缸(千斤顶)，以驱动活塞(6)、沉箱(7)和刮除设备(14)的移动。
13.过滤分离沉淀物固液两相的方法，在该方法中，当进行过滤时对沉淀物加压，其特征在于-在第一阶段，将一定数量的待过滤的沉淀物送入一个过滤室(2)中，该过滤室的一个壁在过滤位置时是由过滤器(8)构成的；-在第二阶段，对装在过滤室中的沉淀物加压，以便在过滤器(8)上形成一个固相饼状物，并在液相流体流过过滤器(8)后将其回收；-在第三阶段，除去压力，将过滤器(8)退出过滤室，以便将该过滤器带到所述过滤室(2)的外边，采用可清理带有饼状物的过滤器(8)表面的刮除设备(14)刮除带有已过滤饼状物的过滤器表面，并回收从过滤器(8)掉下的固相物；-在第四阶段，将过滤器(8)再送到其过滤位置。
14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于在第三和第四阶段之间将空气吹过过滤器(8)。
15.根据权利要求13或14所述的方法，其特征在于要清洗过滤的饼状物。
16.根据权利要求1至12所述的至少一种装置在处理粪便中的应用。
全文摘要
本发明涉及的是过滤分离沉淀物固液两相的装置，其特征在于用一个活塞在装有一个过滤器的过滤室中对沉淀物加压，然后将过滤器退出过滤室并用刮除设备清理所述过滤器的表面。本发明还有一个内容是关于能够在所述装置中实施的方法以及所述装置在处理粪便方面的应用。
文档编号B01D35/16GK1112451SQ95104098
公开日1995年11月29日 申请日期1995年3月31日 优先权日1994年3月31日
发明者M·诺赖斯 申请人:埃勒夫阿托化学有限公司