电脱水装置的制作方法

专利名称：电脱水装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种电脱水并从固-液体混合物中回收固体物质的装置。本发明主要参照它在用于污水残渣或其它高水残渣物质的水处理过程中的应用进行描述。但是本发明可以在其它残渣或泥浆脱水中有更广泛的应用。
背景技术：
脱水是一种从固体中不发生液相变化地分离液体的工艺。一般地，为了此目的使用机械脱水装置，例如带压过滤器、压滤器、辊压、真空过滤器或离心机。也使用电脱水技术，如电渗透、或使用磁场。电渗透是在直流电场作用下液体通过多孔介质的现象。在这种情况下正金属离子移动到负极，可能通过它们借助粘性的相互作用、分子碰撞和/或水合作用层运输水。这种技术对于只用机械压力难于脱水的脱水物质尤其有效，如细的或胶状的颗粒悬浮物、残渣、淤泥或凝胶物。而且这些固-液混合物，滤泥的渗透性通常很差。负电荷颗粒由负极排斥，因此减少了粘附在任何相关过滤介质的细颗粒并允许通过该负极更好地排放填隙液体。
通过结合用于脱水的机械和电驱动力，可以获得累积的效果，这对于寻求高效固-液分离方法是很重要的。需要考虑如过滤率、最后滤泥的水分含量和功率消耗等参数。
US5401375(Yamaguchi等)描述了旋转的阳极和位于拉紧的金属阴极上方的移动的过滤带，该系统设计为同时施加电渗透和机械压力。对于这种装置来讲正负极之间只有非常小的距离而在同一位置产生最大压力和最大电场以确保低的压降和高的电效率是很重要的。在US5401375中描述了各种实施例，其中在旋转鼓阳极和作为阴极的水传送压带之间提供薄的残渣接收空间。电极元件直接与残渣接触；依照实施例这些元件是阳极线或板的形式。因此在广阔的区域范围上提供电场且Yamaguchi等人描述了用于处理由于电解在阳极上产生的水和气体的方法，残渣中的水通过在压缩带顶部上的支承残渣的过滤布带向阴极排出；此带被连作阴极且具有排放孔。Yamaguchi等人指出本装置优于现有技术的装置，在已有装置中绝缘带覆盖阳极和电极表面且显著地减少了残渣和电极间的传导性。
在同样的应用中，ZA910538描述了通过两个环带的电极供给电渗透和机械压缩的装置，阳极带由碳纤维或电导体合成材料制成，且阴极带由金属网制成的带构成，过滤布材料的副带用于支承位于进给残渣和阴极带之间的最终滤泥。在使用中挤压两带之间的残渣。该专利未详细提供水传送带阴极的具体结构。而且过滤布层作为重要的绝缘体，减小了残渣和电极带之间的传导性。
同样的，US5891342描述了用包含导电材料的压缩带过滤器在絮凝残渣中脱水，其中带横跨它的宽度具有许多相连的螺旋纱线，纱线由聚酯或聚酰胺螺旋线圈制成，且导电材料只编入或插入这些螺旋纱线。US5891342描述了带如何整体地包含插入到带基材、沿着带向右延伸且位于每一个线圈中的导电材料。导电材料包含缝到带的一边或双边的线圈或条带，以便带横跨它的宽度是水能完全地透过的。然而，在这种装置中电流有通过带的边缘到装置的其它部分而短路并绕过湿滤泥的趋势。
在现有技术的另外例子中，工业带过滤器通过在过滤带下方设置带孔的阴极且用在残渣顶边上的不锈钢压板作为阳板适用于电渗透。US4861496描述了这样设备中的特征在于伸入残渣堆的金属毛或丝的阳极，和过滤带下方的阴极，但没有描述这种装置的构成，在这种情况下阳极的设计具有重要的影响。
还存在其它的装置，其中旋转的阳极具有在旋转阳极和旋转阴极之间通过的移动的过滤带，这两个电极鼓用于同时产生电渗透和机械压力，而且过滤带由非导电纤维制成。

发明内容
本发明提供了用于电脱水和从固体-液体混合物中回收固体材料的装置，该装置具有适于在其上接收固-液混合物和电荷的运输带；和设置在运输带上方并适于接收与运输带相反电荷的元件；
其中，运输带和所述元件用于给混合物施加压力，并且用于接收电荷的运输带包括许多位于其上或其内的可渗透液体的分离的电导体片，这样在使用中运输带和所述元件被加电荷以便液体通过所述电导体片。
优选的是每一导体片由编织的金属丝网制成，且所有边从外部固定到电绝缘材料制成的运输带的孔上。
更优选的是每一导体片由织入运输带的编织的金属丝网制成。
优选的是每一导体片在运输带内齐平。
每一导体片的构造可以变化，但是最好有许多这样的通过运输带的绝缘材料相互紧密间隔的导体片，这些导体片依次通过而与电连接器连接，因此在压力施加到固-液混合物的区域形成一个有效的电场，并且电渗透有效地发生促使液体排出。本发明的一个尤其有效的实施例是每一导体片是以齐平方式与运输带成一体的矩形体，每一导体片的边与运输带的边紧密间隔且在每一相继的片之间存在小的间隙。
本发明的一个优选实施例，其中在运输带上面的元件是旋转鼓的形式，一个过滤布带围绕它旋转，但也可以采用其它构造，例如只使用副运输带作为所述元件或采用压力板装置。
本发明的一个优选实施例，其中在运输带上面的元件连接成为阴极且运输带上的导体片连接形成独立的阳极。有利的是，该装置具有直接连接到元件的电回路并且接触辊位于一固定位置且通过按顺序与导体片滚动接合提供阴极连接。该装置对得到功率消耗低的有效电场尤其有利，并且显著地提高了液体的去除量。
在下游位置优选地设置从运输带上移下干滤泥的装置。运输带要求定期地冲洗。而且，尤其是所述元件是连接成阴极的辊子的优选实施例，水有效地向着辊子流出并排掉。
最好本发明以如下的装置实施，其中在电场形成的上游位置产生辅助重力的压缩力，以便固-液混合物通过运输带排水和在优选实施例中通过导体片排水。
优选地是，供电装置适于提供运输带和元件之间的电压，以便在使用中元件成为实质上的阴极，运输带成为实质上的阳极，反之亦然。
优选的是设置用于收集和移走通过运输带导体片的水的装置。
优选的是设置用于从运输带上移走包含固体物质的干滤泥的装置。
优选的是设置为固-液混合物提供连续支承表面的环形运输带。


虽然存在可能落入本发明范围的其它形式，现在只作为例子参照附图描述本发明的优选形式，其中图1是根据本发明的用于电脱水的单辊带压过滤装置的侧面示图；图2是表示辊和带有导体片的带的放大比例的侧视图；图3是包含由可渗透材料制成的分离的电导体片的运输带表面的平面图；和图4表明了使用图1-3所示的设备生产的固体产品(％W/W)作为功率消耗(千瓦时/吨干固体)的函数的一些实验结果。
具体实施例方式
现在参考附图，示出了用于电脱水和从残渣中回收固体物质的装置8。装置8包括在辊子15上以闭环形式驱动安装的主多孔运输带10和主旋转鼓14。副多孔运输带16也围绕旋转鼓14被驱动并且设置在鼓14和主运输带10之间且围绕辊子17被导向。
在使用中，主运输带10在其上以连续的沉积层接收固-液混合物或残渣12，这里称作“排水区”18，残渣12中过量或容易去除的水通过主多孔运输带10在重力作用下下落。“楔形区”19设置在旋转鼓14的紧接上游且在这个区域副多孔运输带16(此例中在上)向着主多孔运输带10逐渐地移近。在楔形区19给残渣12供给压缩力并且当带10、16围绕旋转鼓14移动时，压缩力增加以便所形成的残渣滤泥的厚度逐渐减小。旋转鼓是中空的并且具有多孔的外表面，径向地流入旋转鼓14内部的水通过鼓14的中心排出。
如图2和3所示，多孔运输带10由导体部分和非导体部分形成。带10的非传导部分由多孔的聚合物带20形成，虽然等同的非导体(绝缘)可渗透液体介质一般包括具有孔或其它穿孔的合成或天然橡胶。带10在多孔的聚合物带20上具有方形孔，可导电网段或片21置于其中，通过电绝缘的多孔聚合物带部23相互间隔开。片21的边缘靠近带10的边缘。在楔形区19内，液体在重力和压缩力的作用下通过带10的多孔聚合物带20和可导电的网片21从残渣中排出。
可导电网片21与图2简要所示的电回路相连来提供电场以便当残渣12在带10和16之间压缩时通过电渗透帮助去除残渣12的固体材料中的填隙液体，电控制部件31通过控制开关32接通并转送供给电压以便围绕旋转鼓14设置的每一个网片21成为一个阳极，电也连接到可导电的旋转鼓14表面成为一个阴极。当鼓逆时针方向旋转且网片21移动越过接触开关32时，接触开关接合位于网片21之间的多孔聚合物带23并引起围绕旋转鼓14设置的网片21上供给电压的中断。当接触辊子31A，B和C不再与以前相联系的网片21中的任何一个接触时发生这种情况。进一步的运动引起下一个网片来到接触开关32下，此时下面的三个网片的引导边缘变成与接触辊31A，31B和31C接合。电场又被供给且发生电渗透。
当本装置处于电脱水模式，由于供给电场的极性，旋转鼓14事实上是阴性的和网片21是阳性的。副多孔运输带16优选地是电绝缘多孔聚合物带如聚合物网，它和压缩的残渣一起在阴阳极之间提供基本的电绝缘。液体上的电渗透力迫使它通过多孔的副带16并借助于旋转鼓14的多孔表面结构进入旋转鼓14。
每个网片21优选地由编织的金属丝网制成，并且或者可以将它的所有边从外部固定到运输带10的多孔聚合物带20，或者实际上由已经编织入主运输带10的金属丝网制成。可以用于制造网片21的备选导体材料包括任何类型的金属网丝或线，碳纤维，碳浸渍聚脂，不锈钢浸渍聚脂或本身具有导电性的其它合成材料。
在本实施例中，分散的、可渗透的导电网片21的使用允许对通过残渣滤泥的电流的位置和大小有较大的控制。现有技术运输带上用全长导电网施压，表明电流通过有大量游离水的滤泥区域为好，所以在滤泥的其它部分几乎不发生电渗透脱水。当需要的导体材料是分散出现的，残渣各区域可分别流过不同的电流，有时是施加不同的电压，以便获得最大的脱水。
这种设备允许供给比现有技术中所示的更高的局部电压，也允许使用较高的电流强度。这种电流流动的设计能提高水移走的运动性，且与现有技术中显示的结果相比提供更大程度的水分减少。
每个网片21具有矩形形状以提供主运输带10的表面面积的最大使用。网片21之间的距离23与每一网片的长度22的比值由旋转鼓14的尺寸特征决定。在其它实施例中用于接收与主运输带网片相反电荷的元件除了旋转鼓外，实际上可以是副运输带或是压力板。
在每一网片21的边缘上设置限定的距离，来使它们相互分离并与主多孔运输带10的最外侧边缘30分离，防止消耗及连接到装置8的其余部分的电流短路。分散的网片21的总面积是这样的当与旋转鼓14的有效区域处于电接触时，电功率的消耗和电脱水性能是最佳的。
在优选实施例中，每个网片21位于与副多孔运输带16相对的主多孔运输带10的上表面平齐的位置。当残渣滤泥以逆时针方向围绕旋转鼓14旋转时，滤泥从主多孔运输带10彻底地排出并位于副多孔运输带16上。现在未承载的主多孔运输带10在辊子15上移动并且任何残余的干滤泥通过刮刀刃从带10上清理掉，以便在新的残渣引入到排水区的主运输带10上之前，没有明显的残余固体剩在它的上表面。
在装置的另一实施例中，位于副运输带16上的滤泥可以通过在副旋转鼓上运用此技术再次受到电渗透。在这一实施例中，对于一次干燥残渣的处理，定向承载滤泥的副带16以使它承担主过滤带的作用，并且位于其上的滤泥在副旋转鼓上又通过一个楔形区和随后进行电渗透步骤。应该知道同样的固体材料可以依次通过许多脱水鼓，可以有五或六个连续的电脱水级。
应该知道每一个脱水网片21可以具有不同的电压/电流范围，并且如果需要，电场的极性可以是相反的以允许电渗透向着滤泥的湿表面扩散。当施加相反的极性，网片21变成负极且液体通过网片21从残渣排出而进入各种收集装置或位于主多孔运输带10下方的容器。
在装置的另外实施例中主多孔运输带可以具有导体丝或线材料的更复杂的三维编织。例如从一个纵向位置看主运输带的横截面时，许多“片”可以定位得与带的上表面平齐，每一网片横跨带宽通过暴露在带下侧和两网片之间的小区域上的环形导体材料相互连接。虽然导体材料主要与残渣平齐，带下侧上的一些导体材料的定位促进与电控制单元31所要求的电接触。
在另一实施例中，编织金属丝网的每一网片可以延伸到主运输带的侧端头以形成一个织边或编织/缝制的线边来防止磨损。然而在这个实施例中，为了防止电流到装置8的其它部件的消耗和短路，主运输带的宽度比副带和旋转鼓(或其它相对的导体元件)的宽度窄。
重要的是，在本发明的每一前述的实施例中，主运输带上的导体材料的每一个“片”仍与带纵向上的其后的网片分离，所以允许使用局部电压和电流强度以加快脱水的过程。
通过实验，可以得到元件形状和结构的最优化及包括供给电场和压缩力选择的工艺条件的最优化。
现在参考图4，基于图1-3简要设计的装置，用在带有凝聚剂的溶液过滤和传递到运输带10上之前包含大约3％重量百分比(3％W/W)固体含量的污物残渣说明了实验结果。每一网片上的供给电压达到直流250伏，电流达到20安培，产生了大约400安培/平方米的电流强度。图4表示了产品滤泥固体的重量百分比和加工每吨干化固体以千瓦小时计的电力消耗之间的关系。主要考虑了40-50％重量百分比(40-50％W/W)的产品滤泥固体。
应该明白，如果这里参考了任何已公开的内容，在澳大利亚或任何其它国家，这些参考不需要许可，因为公开的内容构成了本领域公知技术的一部分。
权利要求
1.用于电脱水和从固体-液体混合物中回收固体材料的装置，该装置具有(a)适于在其上接收固-液混合物和电荷的运输带；和(b)设置在运输带上方并适于接收与运输带相反电荷的元件；其中，运输带和所述元件用于给混合物施加压力，并且用于接收电荷的运输带包括许多位于其上或其内的可渗透液体的分离的电导体片，这样在使用中运输带和所述元件被加电荷以便液体通过所述电导体片。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，每一导体片由编织的金属丝网制成，且所有边从外部固定到电绝缘材料制成的运输带的孔上。
3.如权利要求1所述的装置，其特征在于，每一导体片由织入所述运输带的编织的金属丝网制成，且所有边从外部固定到电绝缘材料制成的运输带的孔上。
4.如前述任一权利要求所述的装置，其特征在于，每一导体片与运输带齐平。
5.如前述任一权利要求所述的装置，其特征在于，每一导体片为矩形。
6.如前述任一权利要求所述的装置，其特征在于，每一导体片与运输带的相对边缘隔开一段距离。
7.如前述任一权利要求所述的装置，其特征在于，所述装置还包括供电装置，用于当至少一个导体片与所述元件并置时在所述元件和至少一个导体片之间供给电压；和控制装置，当设置至少一个导体片时供给电压而在选定位置时形成电场和当导体片之间的运输带部分位于此位置时中断此电场。
8.如权利要求7所述的装置，其特征在于，所述元件是适于连接成阴极的多孔旋转鼓，在供给到固-液混合物上的压力下运输带围绕旋转鼓移动时从固-液混合物中接收液体，所述导体片适于作阳极。
9.如权利要求8所述的装置，其特征在于，电绝缘的副多孔聚合物运输带在使用中围绕旋转鼓移动，固-液混合物位于副带、运输带和导体片之间。
10.如权利要求8或9所述的装置，其特征在于，设置用于从运输带上移下包含固体的干滤泥的装置。
全文摘要
一种固－液混合物通过电脱水装置电脱水，该装置具有用于接收电荷且混合物沉积其上的运输带，和接收与运输带相反电荷的位于运输带上面的元件，运输带与该元件配合供给混合物压缩力，其中运输带包括可渗透液体的分离的电导体片。上部元件最好是旋转鼓或副运输带的形式，但也可以是压力板的形式。
文档编号C02F11/12GK1437502SQ01811564
公开日2003年8月20日 申请日期2001年5月9日 优先权日2000年5月10日
发明者萨拉·A·米勒, 巴里·K·约翰斯顿, 克里斯托弗·威尔 申请人:Crc废品处理及污染控制有限公司