污泥脱水及含水率检测装置的制作方法

本发明涉及一种污泥处理技术，特别涉及一种污泥脱水及含水率检测装置。

背景技术：

污泥脱水是指通过对含水率较高的污泥进行化学调质处理后，再压榨脱水，一般可将污泥含水率降至含水率60％以下，经过深度脱水的污泥不仅在质量上有所降低，在体积、运输成本上也会大大降低，更重要的是可以使污泥后续处置途径更为广泛，可作为电厂低品位的燃料，或是水泥生产过程中的孰料，实现稳定、无害化处置和资源化利用。在污泥处理处置过程中，含水率是表征污泥处理方法以及处理效果优劣的重要指标，含水率的变化情况也能在一定程度上反应处理工况，故需要一种能够及时准确地检测含水率的方法。

目前，用于测量含水率的常用方法有烘干法，酒精燃烧法，比重法，微波加热法，在线水分仪检测法等。其中烘干法测量最为普遍，其测量结果准确，操作简便，但是具有一定的破坏性，根据国标规定，烘干处理通常需要24小时，整个测试耗费能源且不可重复测量。尤其需要指出的是，当前的实际生产中需要实时掌握污泥含水率的变化情况，以便对过程实时监控，而当前的测量方法并不能实现该要求。

核磁共振本质上是一种通过激发原子核自旋系统产生自由进动信号，然后观测系统的弛豫时间过程，从而获取原子核信息的检测技术。核磁共振技术已被广泛应用于医疗、能源煤矿、食品安全等诸多领域。核磁共振检测具有无损的优势，但在污泥处理领域，尚未有利用核磁共振在污泥处理过程中进行在线含水率检测的技术，在污泥处理设备未能直接匹配检测含水率的核磁共振装置。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明针对上述现有技术存在的在污泥脱水装置中不能方便、快速且在线检测其含水率，提出一种能够在可在脱水过程中方便快速在线检测污泥含水率的污泥脱水及含水率检测装置。

本发明所提供的技术方案是，提供一种以下结构的污泥脱水及含水率检测装置，包括压滤单元、出料单元、电磁单元和检测单元，所述的压滤单元包括油缸、左推板、左套筒、过滤圆筒和右推板，所述油缸的推杆与左推板固定连接；所述左套筒与过滤圆筒套合形成压滤腔室，在过滤圆筒的内壁上敷设滤布，所述左推板连接在所述左套筒的左侧；所述的出料单元包括电磁插销和电动丝杆，电磁插销分布在过滤圆筒的右端外环，用于固定出料板，所述电动丝杆一端与右推板连接，一端固定在右侧支架上；

所述的电磁单元包括一号线圈、四号线圈、左侧固定环和右侧固定环，所述一号线圈内嵌于左推板中，所述四号线圈置于右推板内，在压滤的过程中两线圈之间形成的电磁力，与油缸产生的机械压力耦合作用，左侧固定环和右侧固定环上均匀分布多个小型电磁铁，通过一号线圈与左侧固定环、四号线圈与右侧固定环产生的电磁力控制检测单元的位置；

所述的检测单元包括二号线圈、三号线圈、线圈固定环和定位滑块，二号线圈和三号线圈分别连接在所述左侧固定环和右侧固定环上，其中二号线圈与三号线圈通过长度为线圈半径的线圈固定环连接，定位滑块一端固定在二号线圈与三号线圈的两端，另一端连接在外壳内侧的直线导轨上，所述外壳位于过滤圆筒的外侧。

可选的，所述二号线圈、线圈固定环与三号线圈组成亥姆霍兹线圈，对亥姆霍兹线圈通电，左推板中的一号线圈在含水率检测过程中充当发射线圈和接收线圈，负责收集泥饼的信号，通过射频系统与信号发生器与计算机系统的协同作用完成含水率检测。

可选的，油缸向右进给时推动左推板压滤污泥，油缸的进退受到反馈系统的控制，可根据反馈信号实时调整压滤的机械压力。

可选的，左套筒的正下方开有圆形进料口，污泥输送软管穿过外壳与进料口的下端相连，进料口处的电磁阀可控制污泥输送的连通与关闭。

可选的，左套筒连接一号线圈与过滤圆筒的左端，右推板嵌在过滤圆筒的右端的内环，可做直线移动；在压滤脱水过程中，电磁插销通电，固定右推板的位置，左推板施加压力，在出料过程中，电磁插销断电，右推板可向右移动。

可选的，在进料后，对一号线圈和四号线圈通电，使得左推板和右推板之间形成相互吸引的电磁力，该相互吸引的电磁力与油缸对左推板产生的推力一同实现压滤；同时，对左侧固定环和右侧固定环小型电磁铁通电，使得左侧固定环与一号线圈之间为相互斥力，右侧固定环与四号线圈之间为相互引力，在压滤过程中，使得检测单元在电磁力作用下运动在左推板与右推板之间的中间位置附近。

可选的，在出料时，断开三号线圈与四号线圈上的电流，断开电磁插销，启动电机控制电动丝杆向右做直线运动，将出料板移出与脱水腔室分离；油缸继续进给推动左推板向右移动，将残留污泥从出料板与腔室右端的缝隙之间推出，完成出料清理残留污泥过程。

可选的，当所述检测单元检测污泥含水率时，所述一号线圈和四号线圈断电。

采用以上结构，与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明中，电磁力与油缸机械压力协同脱水，并利用电磁力带动检测单元运动，无需取样即可在脱水过程中方便快速在线检测污泥含水率。

附图说明

图1为本发明污泥脱水及含水率检测装置的轴测图；

图2俯视轮廓图；

图3为图2中a-a的剖视图；

图4为本发明污泥脱水及含水率检测装置的部分结构示意图；

图5为本发明的检测原理示意图。

如图所示，1、左推板，1-1、一号线圈，2、左套筒，3、左侧固定环，4、检测单元，4-1、左侧小型电磁铁，4-2、二号线圈，4-3、线圈固定环，4-4、右侧固定环，4-5、三号线圈，5、右侧小型电磁铁，6、外壳，7、直线导轨，8、右推板，9、电线，10、电动丝杆，11、低场核磁发生装置，12、控制器，13、电控插销，14、滤布，15、定位滑块，16、进料软管，17、电磁阀，18、油缸。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。

本发明涵盖任何在本发明的精髓和范围上做的替代、修改、等效方法以及方案。为了使公众对本发明有彻底的了解，在以下本发明优选实施例中详细说明了具体的细节，而对本领域技术人员来说没有这些细节的描述也可以完全理解本发明。此外，本发明之附图中为了示意的需要，并没有完全精确地按照实际比例绘制，在此予以说明。

如图1-4所示，本发明的一种污泥脱水及含水率检测装置，包括，包括压滤单元、出料单元、电磁单元和检测单元4，所述的压滤单元包括油缸18、左推板1、左套筒2、过滤圆筒3和右推板8，所述油缸18的推杆与左推板1固定连接；所述左套筒2与过滤圆筒3套合形成压滤腔室，在过滤圆筒3的内壁上敷设滤布14，所述左推板1连接在所述左套筒2的左侧，在油缸18作用下所述左推板1带动左套筒2运动；所述的出料单元包括电磁插销和电动丝杆10，电磁插销分布在过滤圆筒3的右端外环，用于固定出料板，所述电动丝杆10一端与右推板8连接，一端固定在右侧支架4上；

所述的电磁单元包括一号线圈1-1、四号线圈8、左侧固定环3和右侧固定环4-4，所述一号线圈1-1内嵌于左推板1中，所述四号线圈8置于右推板8内，在压滤的过程中两线圈之间形成的电磁力，与油缸18产生的机械压力耦合作用，左侧固定环3和右侧固定环4-4上均匀分布多个小型电磁铁，通过一号线圈1-1与左侧固定环3、四号线圈8与右侧固定环4-4产生的电磁力控制检测单元4的位置；

所述的检测单元4包括二号线圈4-2、三号线圈4-5、线圈固定环4-3和定位滑块15，二号线圈4-2和三号线圈4-5分别连接在所述左侧固定环3和右侧固定环4-4上，其中二号线圈4-2与三号线圈4-5通过长度为线圈半径的线圈固定环4-3连接，定位滑块15一端固定在二号线圈4-2与三号线圈4-5的两端，另一端连接在外壳6内侧的直线导轨上，所述外壳6位于过滤圆筒3的外侧。

所述二号线圈4-2、线圈固定环4-3与三号线圈4-5组成亥姆霍兹线圈，对亥姆霍兹线圈通电，左推板中的一号线圈在含水率检测过程中充当发射线圈和接收线圈，负责收集泥饼的信号，通过射频系统与信号发生器与计算机系统的协同作用完成含水率检测。

油缸18向右进给时推动左推板1压滤污泥，油缸18的进退受到反馈系统的控制，可根据反馈信号实时调整压滤的机械压力。

左套筒2的正下方开有圆形进料口，污泥输送软管穿过外壳6与进料口的下端相连，进料口处的电磁阀17可控制污泥的输送。

左套筒2连接一号线圈1-1与过滤圆筒3的左端，右推板8嵌在过滤圆筒3的右端的内环，可做直线移动；在深度压滤脱水过程中，电磁插销通电，固定右推板8的位置，左推板1施加压力，在出料过程中，电磁插销断电，右推板8可向右移动。

在进料后，对一号线圈和四号线圈通电，使得左推板和右推板之间形成相互吸引的电磁力，该相互吸引的电磁力与油缸对左推板产生的推力一同实现压滤；同时，对左侧固定环3和右侧固定环4-4小型电磁铁通电，使得左侧固定环3与一号线圈之间为相互斥力，右侧固定环3与四号线圈之间为相互引力，在压滤过程中，使得检测单元在电磁力作用下运动在左推板与右推板之间的中间位置附近。该部分存在两个方案，压滤过程中，不对检测单元其作用，等压滤结束后，左推板返回初始位置，作用于检测单元。

在出料时，断开三号线圈与四号线圈上的电流，断开电磁插销，启动电机控制电动丝杆向右做直线运动，将出料板移出与脱水腔室分离；油缸继续进给推动左推板向右移动，将残留污泥从出料板与腔室右端的缝隙之间推出，完成出料清理残留污泥过程。

基于上述污泥脱水及含水率检测装置，可以获得一种检测污泥含水率的具体步骤，具体如下：

(1)定标曲线建立：将装置调至低场核磁检测状态，取一系列已知含水率的标准样品进行低场核磁测试，再与其核磁共振共振信号量进行一次线性拟合，建立定标曲线，定标曲线中的横坐标为标准样品横向弛豫时间t2曲线的积分面积，纵坐标代表标准样品的质量，对于厚度超过线圈固定环宽度的泥饼，在建立定标曲线时需要进行修正，检测得到的核磁信号与待测区域的核磁信号存在差值，通过与首次定标数据比对，得到修正系数并覆盖原有数值，建立新的定标曲线；

(2)进料

通过电控箱控制，终止低场核磁检测功能，电磁插销通电，锁紧出料板与四号线圈，油缸带动左推板退回初始位置，使得腔室密封且为最大体积状态，打开电磁阀，污泥从进料管道被输送至腔室内，一定时间后关闭电磁阀，进料结束；

(3)压滤脱水

将装置调至压滤脱水状态，通过电控箱控制，恢复油缸的作用，推动左推板向右运动，同时接通一号线圈与四号线圈产生电磁力，在电磁力耦合机械压力的作用下进行污泥深度脱水，达到目标状态时油缸停止进给，断开线圈电流；

(4)含水率检测

接通一号线圈与左侧小型电磁铁或四号线圈与右侧小型电磁铁的电流，利用电磁力推动检测单元向右移动至检测位置，断开电流并快速放电，恢复低场核磁检测状态进行检测，获得回波衰减曲线，进而得到样品的横向弛豫时间t2曲线；

(5)样品含水率计算：对步骤4)所得样品的横向弛豫时间t2曲线进行面积积分及计算，将峰面积代入步骤1)的水分定标曲线，计算得到待测样品中的水分质量，并根据待测样品质量进一步计算得到含水率；

(6)反馈控制

通过闭环反馈系统，通过检测到的实时含水率信号控制油缸的进给，若达到目标含水率，则油缸停止推进，若未达到则继续进行深度压滤脱水。

(7)出料

通过电控箱控制，终止低场核磁检测功能，电磁插销断电，断开出料板与四号线圈的插销连接，电机转动带动出料板向右移动，油缸再次给进直至将腔室内部的残余污泥推出腔室外，出料结束。

如图5所示，示意了检测单元的检测原理。即利用由一排并列的亥姆霍兹线圈组成的电磁体来产生的静磁场，该磁场条件下的共振频率为，对应的共振频率为。激发脉冲由信号发生器产生，通过一个模拟开关对连续的激发脉冲进行中断，从而实现单脉冲发射。该脉冲通过功率放大后经双工器到达调制好的线圈，产生射频激发场。在样品激发完后，同样使用之前的线圈检测微弱的核磁共振信号。该信号经由双工器后，传输到低噪声信号放大器，放大后的信号由采集卡采集回来，然后在电脑上对信号进行相应的数字处理。

本装置工作原理如下：

根据处理污泥的常规步骤将整个装置工作过程分为三个部分。第一个阶段为进料，初始状态为油缸推杆退回起始位置，电机控制丝杆将出料板退至腔室最右端同时闭合电磁插销，使得出料板的位置绝对固定，之后打开左推板上的电磁阀，开始向腔室里输送污泥。第二个阶段为压滤，当进料完毕后关闭电磁阀，油缸推动推杆以及左推板开始进行机械压滤，同时，调整电磁线圈的电流模式，即一号线圈与四号线圈接通反向电流，两个线圈之间形成电磁力，与油缸提供的机械压力耦合脱水，进一步提高脱水效率。当污泥脱水完成后，进行含水率检测，此时，断开一号线圈与四号线圈的电流，接通一号线圈与左侧固定环上的小型电磁铁，使得两者之间形成电磁斥力，推动检测单元向右移动，具体地，构成检测单元的两个线圈在直径位置的两端分别配有两个定位滑块，滑块的另一端固定在外壳内部的滑槽里，为检测单元在脱水腔室长度方向左右移动定位，当到达检测位置时，断开所有电流并进行快速放电，之后接通亥姆霍兹线圈，通过射频收发器、信号发生器和计算机处理系统的共同作用，实施含水率检测工作。在油缸推动左推板至极限位置完成污泥压滤的过程中，一号线圈与四号线圈之间形成电磁力，实现电磁力耦合机械压力脱水。第三个阶段为出料，断开三号线圈与四号线圈上的电流，静待检测单元不再移动时，断开电磁插销，启动电机控制丝杆向右做直线运动，将出料板移出与脱水腔室分离，此时经过第二阶段压滤形成的泥饼残留在左推板与出料板之间的腔室空间里，油缸继续进给推动左推板向右移动，将残留污泥从出料板与腔室右端的缝隙之间推出，待残留污泥完全清理完毕，电机方向转动带动丝杆向左移动，当丝杆移动至脱水腔室外壳最右端时停止，闭合出料板上的电磁插销，即回到第一阶段的初始状态，以此循环。

基于该装置的检测含水率的分析方法具有如下步骤：油缸推杆向左运动退回起始位置，电机转动带动丝杆将右推板退至腔室最右端，回到初始状态；闭合右推板上的电磁插销，使得右推板与过滤圆筒的位置绝对固定，打开左推板上的电磁阀，开始向腔室里输送污泥；进料完毕后关闭电磁阀，开始压滤污泥，即油缸推动推杆以及左推板向右运动，压力作用在腔室内部的污泥上，充分挤压污泥中的水分，直至将污泥含水率降低至目标值，停止油缸进给，完成压滤过程；与此同时，调整电磁线圈的电流，即一号线圈，四号线圈接通反向电流，使得一号线圈与四号线圈之间形成电磁引力，在电磁力耦合机械压力的双重作用下完成污泥脱水工作；改变左侧小型电磁铁的电流，使得其与一号线圈相互排斥，检测单元随着电磁力的推进向右移动，改变右侧小型电磁铁的电流，使得其与四号线圈相互吸引，检测单元随电磁力继续向右移动直至达到检测位置，此时断开所有电流并进行快速放电，开始对污泥的含水率进行核磁检测，接通亥姆霍兹线圈，左推板中的一号线圈在含水率检测过程中充当检测线圈，负责收集泥饼的信号，通过射频系统与信号发生器与计算机系统的协同作用完成含水率检测；在清除残留污泥时，首先断开三号线圈与四号线圈上的电流，静待检测单元不再移动时，断开电磁插销，启动电机控制丝杆向右做直线运动，将出料板移出与脱水腔室分离；油缸继续进给推动左推板向右移动，将残留污泥从出料板与腔室右端的缝隙之间推出，完成出料清理残留污泥过程；电机方向转动带动丝杆向左移动，当丝杆移动至脱水腔室外壳最右端时停止，闭合出料板上的电磁插销，回到初始状态。

以上仅就本发明较佳的实施例作了说明，但不能理解为是对权利要求的限制。本发明不仅局限于以上实施例，其具体结构允许有变化。总之，凡在本发明独立权利要求的保护范围内所作的各种变化均在本发明的保护范围内。