CN113860699A - 一种多场耦合污水污泥自动化脱水装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多场耦合污水污泥自动化脱水装置，包括污泥处理腔室、全自动液压系统、直流电源、微波发生系统、进料系统、卸料系统和超声波系统，所述的进料系统连通设置在污泥处理腔室的侧部，所述污泥处理腔室内设有阳极板和阴极板，所述的阳极板设置在污泥处理腔室的上部，所述的阴极板设置在污泥处理腔室的下部，所述的直流电源的正负极分别与阳极板和阴极板连接，所述的阳极板和阴极板上均设有出水孔，所述的微波发生系统设置在阴极版的下部；所述的超声波系统设置在阴极版的下部；所述的卸料系统设置在阴极板的下方；所述的阳极板与用以驱动阳极板运动的全自动液压系统连接。采用本发明，脱水效果好、污泥厚度方向含水率分布均匀。

Description

一种多场耦合污水污泥自动化脱水装置

技术领域

本发明涉及污水污泥处理领域，具体地说是一种通过多场耦合(超声波场、微波场、 电场、机械应力场)协同耦合作用实现更低含水率的污水污泥脱水装置。

背景技术

随着我国城镇污水处理设施建设规模的不断扩大，污水处理过程中产生的污泥量急剧 增加。截止到2019年底，我国污泥(含水率以80％计)年产量已超过4000万吨，预计2020年将达到6000-8000万吨。很显然，污泥高含水率是制约着污泥处理处置的瓶颈，含 水率高的污泥不仅体积庞大，而且所含的大量有机质、重金属和有害微生物也容易腐化或 释放到环境中，引起二次污染，对于污泥后续的填埋、焚烧、资源化利用等都造成不利的 影响。因此，污泥深度脱水减量化是污泥处理首要目的，是实现污泥“四化”的基础，污 泥越干，后续处理处置越有利。

污泥中含有大量由嵌入生物聚合物中的微生物(主要是细菌)组成的絮凝物。其特殊结 构构成含有胶体的高度多孔的分形网状结构，颗粒表现得更像凝胶状材料而不是传统的颗 粒悬浮液，该结构使得其难脱水。同时Vesilind、Vesilind和Hsu[、Smith和Vesilind]分别 对污泥中水分的存在形态进行了定义，Vesilind将污泥中的水分分成四种类型：间隙水又 称自由水(free water)、毛细结合水(interstitial water)、表面吸附水(surface or vicinal water)、 内部水(bound or hydration water)，而单一机械应力场脱水只能有效脱除污泥中的自由水， 但难以从其孔隙中脱除毛细及吸附水，有很大的局限性，大大限制了污泥处理的脱水率。

现有污泥深度脱水技术(真空脱水、连续式带滤脱水)，物理脱水虽然适用于各种混 合污泥的脱水，但是脱水率不高，最终可得到固体含量为19％的脱水污泥饼。这也是单一 场脱水方式的局限性，无法去除孔隙中的吸附水。。

本发明的思路基于力场对污泥脱水的作用，在力场的基础上增加了超声波场、电场和 微波场，通过多场耦合的方法来增加其脱水率。同时，在装置的结构上，设置进料系统(油 缸，电磁阀)实现自动进料的目的，设置卸料系统(双铰式叉型油缸液压升降台、丝杠除泥 推进器)实现自动卸料的目的，以提高装置的自动化水平和效率。

首先附加电场后，污泥颗粒带负电，而水分子带正电，在电场力作用下，带负电的污 泥颗粒往阳极板运动，而带正电水分子往阴极板运动。在电化学反应作用下，电解水定向 强力移动，细胞内的温度上升、压力增大使得细胞膜破裂，胞内水流出。因此且固体颗粒不易堵塞过滤介质，以此增大了脱水率。

继而通过附加微波场，受磁场的作用，当有极分子电介质和无极分子电介质置于微波 电磁场中时，介质材料中会形成偶极子或已有的偶极子重新排列，并随着高频交变电磁场 以每秒高达数亿次的速度摆动，分子要随着不断变化的高频电场的方向重新排列，就必须 克服分子原有的热运动和分子相互间作用的干扰和阻碍，产生类似于摩擦的作用，这个过 程就会使得分子运动大大加剧，同时电磁场能量逐渐转化成新的热能，使介质温度出现大 幅度的提升，即熵增大，体系混乱程度变大,子热运动加快，以此增大脱水率。

与此同时，滤布孔隙中嵌入大量污泥，堵塞的出水孔，大大减小了出水的效率，但通 过超声波场的超高评率震荡，清理了滤布上的大量污泥，近一步增大了效率，同时超声波 场也有利于卸料时对滤布的清洗。

然而，多场耦合脱水技术目前主要还存在着以下问题：(1)电渗透过程中，阳极附近污泥的含水率快速降低，而且电化学反应气体的产生及污泥泥饼中出现裂缝，污泥泥饼与电极板之间的接触面积减小，导致污泥电阻增大，电流下降，脱水效果变差；(2)脱 水过程中，电场和微波场使电能转换成热能，使污泥温度升高，实际上存在着能耗偏大问 题；(3)泥饼在厚度方向上的含水率分布不均，阳极层污泥含水率较低，水分子积聚在 阴极层而导致阴极板附近污泥含水率较高；(4)脱水过程中，多场同时附加在污泥腔室 之中，易发生实验危险。

因此本发明在多场耦合脱水的同时，增加了实时监测的检测系统，通过传感器以及计 算机集成，实时监测液压油缸所输出的推力，油缸丢阳极板所产生的最终压力，压强、污 泥分层的温度、泥饼厚度。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，提供一种脱水效果好的多场耦合(超声波场、微波场、 电场、机械应力场)污水污泥自动化脱水装置。

本发明的技术解决方案是，提供一种以下结构多场耦合的污水污泥脱水装置，包括污 泥处理腔室、全自动液压系统、直流电源、微波发生系统、进料系统、卸料系统和超声波 系统、检测系统，其特征在于：所述的所有的系统通过计算机进行统一控制协调，实现自动化；所述的进料系统连通设置在污泥处理腔室的侧部，所述污泥处理腔室内设有阳极板和阴极板，所述的阳极板设置在污泥处理腔室的上部，所述的阴极板设置在污泥处理腔室的下部，所述的直流电源的正负极分别与阳极板和阴极板连接，所述的阳极板和阴极板上均设有出水孔，在所述出水孔上敷设有滤布，所述的微波发生系统设置在阴极板的下部；所述的超声波系统设置在阴极板的下部；所述的卸料系统设置在阴极板的下方；所述的阳极板与用以驱动阳极板运动的全自动液压系统连接，所述的检测系统污泥温度、机械压力、污泥厚度。

可选的，污水污泥在多场耦合脱水前添加调理剂及初步脱水，所添加的调理剂为Fe2(SO4)3、FeCl3、CaO及粉煤灰复合调理剂，调理剂总添加量为污泥干物质质量的 10-20％，Fe2(SO4)3、FeCl3、CaO及粉煤灰四种调理剂质量百分比分别为5-10％，10-15％、 20-30％，30-45％，四种调理剂作用分别为提高污泥电位、增大污泥絮体结构、增强微波加 热作用效果、产生排水通道等综合作用，以增强机械压力、电渗透、微波及超声波多场耦 合作用效果，在添加调理剂后对污泥进行初步脱水至含水率75％～80％。

可选的，所述的微波发生系统微波系统包括微波磁控管、微波散热风机、微波驱动电 源、电磁波导、特氟龙传导螺丝，由微波磁控管产生微波，微波散热风机保持运作，以降低微波磁控管的温度，在耦合脱水的过程中，通过调节微波驱动电源来控制微波场的强度；产生的微波通过圆柱形的电磁波导传导微波，所述电磁波导安置于阴极板下方，阴极板中间置有特氟龙传导螺丝。

可选的，所述超声波系统包括超声波振子、超声波控制器、超声波驱动电源在耦合脱 水的过程中，超声波驱动电源对所述超声波振子供电，通过调节超声波控制器来控制超声 波的强度，超声波振子贴附于阴极板上，其产生的超声波在金属中传播。

可选的，可调节微波发生系统和超声波系统的功率，以及根据污泥厚度调节直流电源 的输出电压，可根据不同的进泥量、污泥种类、以及不同脱水阶段动态调节多场耦合的工 作参数组合，实现恒电压梯度、恒功率密度微波场和超声场三者的耦合脱水。

可选的，所述全自动液压系统包括PLC控制装置、液压油缸、低压调节装置和高压调 节装置，所述的液压油缸的活塞端与阳极板连接，所述的低压调节装置(2.5)、高压调节装 置与所述的液压油缸相连通。

可选的，一种多场耦合污水污泥自动化脱水装置还包括检测系统，所述检测系统包括压 力传感器、温度传感器和位移传感器，污泥处理腔室外侧设置有多个凹形环状槽，其内部 设置有多圈缠绕式的温度传感器，液压油缸下侧设置有压力传感器，压力传感器上侧设置 有拉线式的位移传感器。

可选的，所述进料系统包括油缸、储泥腔室和电磁阀，在脱水开始前，开启电磁阀后， 启动油缸，污泥自动压入污泥处理腔室。

可选的，所述卸料系统包括双铰式叉型油缸液压升降台和丝杠除泥推进器，在耦合脱 水结束后，由计算机控制双铰式叉型油缸液压升降台启动，在液压油缸的配合下，阴极板 退出污泥处理腔室，此时控制丝杆除泥推进器，在超声波场的配合作用下清理污泥。

采用以上结构，本发明与现有技术相比，具有以下优点：(1)由于市政污泥的带电、胶体及高压缩性的多孔介质，脱水过程非常难，含水率高，通过机械压力应力场、电场、 声场等多个场同时在原位进行处理处置，实现高干度脱水；(2)在机械压滤脱水的辅助 之下，实现基于传感器检测的参数反馈的精确控制微波场、超声波场和电渗透的多场耦合， 与微波、超声波以及电渗透同时作用下，水分子由阳极板往阴极板运动，随着脱水的进行， 阳极层污泥变干导致电阻增大同时电流减小，使得电渗透脱水的驱动力减小，电阻变大； 此时在微波场的作用下，受电磁场的作用，水分子随着高频交变电磁场以每秒高达数亿次 的速度摆动，不断变化并重新排列，部分水分能回流到阳极层，降低污泥电阻，增大电流， 使得污泥厚度方向含水率分布均匀，在下一阶段脱水时需要改变电渗透电压；同时，污泥 内部水对微波吸收能力很大，造成微波能损失，稍有控制不当，会产生污泥内部受热过度， 出现膨胀熟化，而超声波场可以利于空化作用，大量破碎污泥内部絮体结构，增大内部水 的流速，并且超声波也会在污泥内部产生热效应，由于声波振子直接贴附于阴极板上，其 产生的超声波可在金属中传播，由此可以来补偿微波加热的不均匀，达到提升脱水效果的 目的，使得污泥含水率较为均匀；(3)在污泥脱水过程中，经过试验表明，单位面积的 污泥所能吸收的微波和超声波能量有限，所加电场在恒电压梯度时效果最好最节能。所以 通过传感器实时采集污泥厚度、污泥温度、机械压力参数用计算机处理后通过计算的控制 参数来控制微波、超声波、直流电的输出功率大小，实现在最节能的条件下完成恒功率密 度、恒电压梯度脱水目标。

附图说明

图1为本发明多场耦合污水脱水装置的结构示意图；

图中所示：1、污泥处理腔室，2、全自动液压系统，2.1、液压油缸，2.2、单向节流 阀Ⅰ，2.3、单向节流阀Ⅱ，2.4、电磁换向阀Ⅰ，2.5、低压直动式溢流阀，2.6、高压直动 式溢流阀，2.7、电磁换向阀Ⅱ，2.8、先导式溢流阀，2.9、液压泵，2.10、控制器，3、阳 极板，4、阴极板，5、直流电源，6、出水孔，6.1、滤布，6.2、固定架，6.3、密封圈，7、 微波系统，7.1、微波磁控管，7.2、风机，7.3、驱动电源，7.4、电磁传导，7.5、特氟龙传 导螺丝，8、检测系统，8.1、压力传感器，8.2、温度传感器，8.3、位移传感器，8.4、计 算机，9、进料系统，9.1、油缸，9.2、储泥腔室，9.3、电磁阀，10、除料系统，10.2、双 铰式叉型油缸液压升降台，10.1、丝杠除泥推进器，11、超声波系统，11.1、超声波振子， 11.2、超声波控制器，11.3、超声波驱动电源。

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。

本发明的基本解决方案是：基于机械压滤的多场耦合污水污泥脱水装置，包括污泥处 理腔室1、全自动液压系统2、直流电源5、微波发生系统7、进料系统9、卸料系统10和超声波系统11，所述的进料系统9连通设置在污泥处理腔室1的侧部，所述污泥处理腔室 1内设有阳极板3和阴极板4，所述的阳极板3设置在污泥处理腔室1的上部，所述的阴 极板4设置在污泥处理腔室1的下部，所述的直流电源5的正负极分别与阳极板3和阴极 板4连接，所述的阳极板3和阴极板4上均设有出水孔6，在所述出水孔6上敷设有滤布 6.1，所述的微波发生系统7设置在阴极板4的下部；所述的超声波系统11设置在阴极板4 的下部；所述的卸料系统10设置在阴极板4的下方；所述的阳极板3与用以驱动阳极板3 运动的全自动液压系统2连接。

本发明的思路基于力场对污泥脱水的作用，在力场的基础上增加了超声波场、电场和 微波场，通过多场耦合的方法来增加其脱水率。同时，在装置的结构上，设置进料系统(油 缸，电磁阀)实现自动进料的目的，设置卸料系统(双铰式叉型油缸液压升降台、丝杠除泥 推进器)实现自动卸料的目的，以提高装置的自动化水平和效率。

首先附加电场后，污泥颗粒带负电，而水分子带正电，在电场力作用下，带负电的污 泥颗粒往阳极板运动，而带正电水分子往阴极板运动。在电化学反应作用下，电解水定向 强力移动，细胞内的温度上升、压力增大使得细胞膜破裂，胞内水流出。因此且固体颗粒不易堵塞过滤介质，以此增大了脱水率。

继而通过附加微波场、超声波场、电磁场的作用，当有极分子电介质和无极分子电介 质置于微波电磁场中时，介质材料中会形成偶极子或已有的偶极子重新排列，并随着高频 交变电磁场以每秒高达数亿次的速度摆动，分子要随着不断变化的高频电场的方向重新排 列，就必须克服分子原有的热运动和分子相互间作用的干扰和阻碍，产生类似于摩擦的作 用，这个过程就会使得分子运动大大加剧，同时电磁场能量逐渐转化成新的热能，使介质 温度出现大幅度的提升，即熵增大，体系混乱程度变大,子热运动加快，同时超声波场可以 利于空化作用，大量破碎污泥内部絮体结构，增大内部水的流速，并且超声波也会在污泥 内部产生热效应弥补微波加热的不均匀性，以此提高脱水率。

与此同时，滤布孔隙中嵌入大量污泥，堵塞的出水孔，大大减小了出水的效率，但通 过超声波场的超高频率震荡，清理了滤布上的大量污泥，近一步增大了效率，同时超声波 场也有利于卸料时对滤布的清洗。

本发明在多场耦合脱水的同时，增加了实时监测的检测系统，通过传感器以及计算机 集成，实时监测液压油缸所输出的推力，油缸丢阳极板所产生的最终压力，压强、污泥分 层的温度、泥饼厚度。

如图1所示，示意了本发明的多场耦合污水污泥脱水装置。

当待处理的污水污泥的含水率较高时，则在进入本发明处理之前，需要进行预处理， 预处理的具体实施可以采用现有技术实现。所述的预处理是指通过机械压滤脱水，将污泥 含水率降至75％～80％，加入复合调理剂(Fe2(SO4)3+FeCl3+CaO)以提高本发明的污水污泥 处理效率。在机械压滤之前Fe2(SO4)3+FeCl3+CaO+粉煤灰复合调理剂，其中微波调理后 的活性污泥(干基)热值随着微波辐射时间的增长逐渐降低，FeCl3的加入能够达到活性 污泥絮体的增大以及EPS的减少的效果，提高活性污泥热值，微波耦合FeCl3调理进一步增强了活性污泥的脱水性能；同时FeCl3在与超声波耦合过程中污泥比阻，VSS/SS，滤饼 含水率以及滤液浊度分别降低到0.29×109s2/g，0.580，82.09％和31.22NTU，提高恒功率 密度下超声波作用效率；电渗透过程,有机物从阴极向阳极迁移。加入Fe2(SO4)3后,有机物迁移量增加，阴极泥饼pH变大而阳极泥饼pH变小，阴、阳两极泥饼pH梯度增加，电渗 透过程中,原泥的Zeta电位主要受泥饼pH的影响；而调理泥Zeta电位主要受离子强度的影 响，Fe2(SO4)3中离子的加入会增加污泥电导率，CaO及粉煤灰则能够增加污泥内部孔道 结构，利于内部自由水流出，所以调理剂的加入能够在一定程度上提高电渗透脱水的速率。

污泥储存于储泥腔室9.2，开启电磁阀9.3后，启动油缸9.1，使污泥自动压入污泥处 理腔室1，所述的阳极3在液压系统的驱动下，向阴极板4移动，并在达到一定压力时， 保持阳极板3和阴极板4之间的压力；采用直流电5对所述阳极板3和阴极板4供电，并 且采用驱动电源7.3对微波磁控管7.1供电，并且采用超声波驱动电源11.3对超声波控制 器11.2供电，根据检测系统8所检测的污泥温度、污泥厚度和机械压力值，通过计算机8.4 计算出多场耦合需要输出功率，以精确的控制参数实现恒电压、恒功率密度微波场和超声 场的耦合脱水；随着耦合脱水的进行，阳极板3的污泥相较于阴极板4含水率低，污泥干 化，此时停止多场耦合脱水；并加大阳极板3和阴极板4之间的压力，进行高压机械压滤 脱水，以进一步降低含水率，达到一定机械压力，含水率分布均匀后，保持阳极板3和阴 极板4之间的压力；启动直流电源5、微波发生器7和微波发生器11，再一次重复进行多 场耦合污泥脱水。脱水完成后，计算机8.4控制双铰式叉型油缸液压升降台启动，在HSG 高压焊接缸(作为液压油缸2.1的一种实施方式)的配合下，阴极板4缓缓退出污泥处理 腔室1，此时控制丝杆除泥推进器10.1，在超声波场的作用下，污泥被自动处理掉，完成 一个循环。

所述液压系统包括plc控制装置2.10、液压油缸2.1、低压调节装置2.5、高压调节装 置2.6，所述的液压油缸2.1的活塞端与阳极板3连接，所述的低压调节装置2.5、高压调节装置2.6与所述的液压油缸2.1相连通。由于在不同脱水阶段压力不同，因此通过plc控制装置来调节液压油缸2.1施加于阳极板3的压力。

所述微波系统包括微波磁控管7.1、微波散热风机7.2、微波驱动电源7.3、电磁波导 7.4、特氟龙传导螺丝7.5，在耦合脱水的过程中，可以通过调节驱动电源来控制微波场的 强度。同时由微波磁控管7.1产生微波，微波散热风机7.2保持运作，降低微波磁控管7.1的温度。产生的微波通过圆柱形电磁波导7.4传导微波，所述电磁波导7.4安置于阴极板4下方，阴极板中间置有特氟龙传导螺丝7.5，特氟龙是良好的微波传导材料，可以在隔离 污泥出水的同时传导微波。

所述超声波系统包括超声波振子11.1、超声波控制器11.2、超声波驱动电源11.3，在 耦合脱水的过程中，可以通过调节超声波控制器11.2来控制超声波的强度。同时超声波振 子11.1直接贴附于阴极板上，其产生的超声波可在金属中传播，以此起到清理滤布的作用。

所述卸料系统包括双铰式叉型油缸液压升降台10.1、丝杠除泥推进器10.2，在耦合脱 水结束后，计算机8.4控制双铰式叉型油缸液压升降台10.1启动，在HSG高压焊接缸2.1 的配合下，阴极板4缓缓退出污泥处理腔室，此时控制丝杆除泥推进器10.2，在超声波场 的配合作用下，清理污泥，完成一个循环。

所述进料系统包括油缸9.1、储泥腔室9.2、电磁阀9.3，在耦合脱水开始前，可以开启电磁阀9.3后，启动油缸9.1，使污泥自动压入污泥处理腔室1。

所述的污泥处理腔室1外侧设置有多个凹形环状槽，其内部设置有多圈缠绕式温度传 感器8.2，此传感器贴近污泥，灵敏度高，连接计算机后可以实时监测污泥各层温度。

所述的油缸2.1下侧设置有压力传感器8.1，此传感器直接接触与污泥阳极板，相对于 液压站输出的推力，能更加直观反映压力场大小，灵敏度高，连接计算机后可以实时监测 压力大小，并且通过P＝F/S计算可能压强大小。

所述的压力传感器8.1上侧设置有拉线式位移传感器8.3，此传感器能更加直观反映油 缸推出距离，灵敏度高，连接计算机后可以实时监测位移大小，并且通过D(泥饼厚度)＝H(污泥厚度)-S(位移)来计算泥饼厚度。

所述的污水污泥脱水装置采用交替变压式脱水模式，在所述高压机械压滤脱水后，两 极板间含水率由不均匀变得均匀，则再次进行多场耦合脱水，如此往复循环直至达到预期 污泥含水率要求。由于采用了交替变压式脱水模式，使得阳极板污泥被重新补水，由开始 的干污泥变为湿污泥，又可重新恢复到电渗透和机械压滤耦合脱水阶段，此时高低压调节 装置切换到低压，与电渗透共同脱水。

所述阳极板3和阴极板4与污泥处理腔室1之间分别设置有密封圈6.2，绝缘圈将阳极板3、阴极板4与污泥处理腔室1互相绝缘，阳极板3和阴极板4为耐电腐蚀材料(钛 合金)制成。

所述阳极板3和油缸2.1之间采用螺纹连接，可通过plc控制程序控制油缸的运动，以 此来控制阳极板的位置，使得整个装置实现自动退出的机械化操作，大大减少了人工手动 退出的负担，提高装置的自动化水平和效率。

所述整个装置外侧增加铝质外壳以及微波检测仪，实时监测空气中微波的泄露浓度， 保证实验的安全。

所述的阴极板4下侧设置有微波系统7，超声波系统11，卸料系统10。其中微波系统7通过特制电磁波导7.4传导至阴极板下侧，微波系统11通过导线连接置于阴极板下侧的微波振子11.1，卸料系统10中，由于双铰式叉型油缸液压升降台10.1受力，其放置于阴 极板正下方。滤布6.1在卸料过程中可借助微波系统7和超声波系统10清理滤布表面污泥。

所述的压滤容器1也可以采用矩形柱体，压滤容器1的形状并不影响本发明的实施。

所述的液压系统包括液压实时控制系统以及高低压调节装置。液压实时控制系统是液 压系统的一部分，考虑到油缸在工作时受到的外界影响因素，工作状态常常会不稳定。因 此，本文设计了液压实时控制系统用于在油缸压滤状态未达标时通过调节液压站的输出压 力。本文所设计的液压实时控制系统是基于单片机为核心的嵌入式开发控制系统通过接受 油缸下侧压力传感器的信号对步进电机进行控制。高低压调节装置是液压系统的另一部 分，虽然有很多方式可以实现其功能，但本实施例仍列举了一个详细的较佳的实施例，即 所述的高低压调节装置包括单向节流阀Ⅰ2.2、单向节流阀Ⅱ2.3、电磁换向阀Ⅰ2.4、电磁 换向阀Ⅱ2.5、低压直动式溢流阀2.6、高压直动式溢流阀2.7、先导式溢流阀2.8及液压泵 2.9，所述的单向节流阀Ⅰ2.2、单向节流阀Ⅱ2.3分别与液压油缸2.1的进出油口及电磁换 向阀Ⅰ2.4连接，所述的先导式溢流阀2.8与电磁换向阀Ⅰ2.4及电磁换向阀Ⅱ2.7连接，所 述的电磁换向阀Ⅱ2.7与低压直动式溢流阀2.5、高压直动式溢流阀2.6连接，所述的低压 直动式溢流阀2.5、高压直动式溢流阀2.6通过电磁换向阀Ⅱ2.7用于调节液压泵2.9出口 压力，进而调节污泥压榨压力在低压时污泥所受压力为0.05-0.5MPa,在高压压榨时污泥所 受到的压力为3-5MPa。另外还可为高低压调节装置配置马达、油箱、吸油过滤器、冷却器、 空气过滤器、液位计、压力表等零部件。

调理后的污泥储存于储泥腔室9.2，开启电磁阀9.3后，启动油缸9.1，使污泥自动压 入污泥处理腔室1，所述的阳极3在液压系统的驱动下，向阴极板4移动，并在达到一定压力时，保持阳极板3和阴极板4之间的压力；采用直流电5对所述阳极板3和阴极板4 供电，并且采用驱动电源7.3对微波磁控管7.1供电，并且采用超声波驱动电源11.3对超 声波控制器11.2供电，根据检测系统8所检测的污泥温度、污泥厚度和机械压力值，通过 计算机(8.4)计算出多场耦合需要输出功率，以精确的控制参数实现恒电压梯度、恒功率密 度微波场和超声场三者的节能耦合脱水；随着耦合脱水的进行，阳极板3的污泥相较于阴 极板4含水率低，污泥干化，此时停止多场耦合脱水；并加大阳极板3和阴极板4之间的 压力，进行高压机械压滤脱水，以进一步降低含水率，达到一定机械压力，含水率分布均 匀后，保持阳极板3和阴极板4之间的压力；启动直流电源5、微波发生器7和微波发生 器11，再一次重复进行多场耦合污泥脱水。脱水完成后，计算机8.4控制双铰式叉型油缸 液压升降台启动，在HSG高压焊接缸(作为液压油缸2.1的一种实施方式)的配合下，阴 极板4缓缓退出污泥处理腔室1，此时控制丝杆除泥推进器10.1，在超声波场的作用下， 污泥被自动处理掉，完成一个循环。

由此可见，本发明可采用以下阶段工作：

①预处理脱水及自动进料阶段：污水污泥进入预处理脱水装置，在预处理脱水装置内 受到挤压实现初步机械压滤脱水，将污泥含水率降至75％-80％；该脱水阶段中，能够较大 程度地实现污水污泥减量化，在该阶段中，采用中低压的机械压滤，其压力一般为0.1-0.5MPa；该阶段为含水率较高的污水污泥进入本发明装置之前的预处理脱水阶段，但对于含水率低于80％的污泥加入Fe2(SO4)3+FeCl₃+CaO复合调理剂，对污泥进行调理改善机械压滤、以及机械保压阶段电渗透、微波、超声波三场耦合脱水特性，调理后的污泥直 接进入本发明的储泥装置进行脱水；

②多场耦合(超声波场、超声波场、微波场、电场、机械场)脱水阶段：经步骤①处理后，污水污泥储存于储泥腔室，开启电磁阀以及油缸后，污泥自动压入污泥处理腔室， 进行初步机械压滤脱水，达到一定压力后，保持对阳极板和阴极板之间的机械压力，以使 两极板与污泥接触良好。直流电源正负极分别与阳极板及阴极板电连接，根据污泥处理量 大小(泥饼厚度)来确定电源电压，设置电压梯度为10-30V/cm。多场耦合的阳极板和阴 极板设置于压滤容器内，采用直流电源对阳极板和阴极板供电，采用驱动电源对微波磁控 管供电，开启超声波系统；这一步骤处理后污泥含水率可达到50％-60％。在步骤②中，其 机械压滤的压力为可变范围，随着压滤的进行，阳极板和阴极板之间的污泥量减少，需要 进一步加压，该阶段中的压力为0.05-0.5MPa。

在脱水过程中，电渗透和机械压滤所流出的水分经敷设于阳极板和阴极板上的滤布并 透过出水孔流出。所述的滤布(其材料不限于传统布，所有能够实现过滤的材料均可认为 是滤布)，包裹阴极板的滤布为不锈钢材料制成，有利于提高电渗透脱水效果。

③多场耦合(超声波场、超声波场、微波场)压滤脱水及卸料阶段：经步骤②处理后， 阳极板的污泥含水率低，污泥干化，此时断开多场耦合脱水，并加大阳极板和阴极板之间 的压力，实现高压机械压滤脱水，污泥水分往阴极板及阳极板双向流动，使得两极板间含 水率均匀。该脱水阶段为高压脱水，提供给污泥的压力为3-5MPa。

脱水完成后，计算机控制双铰式叉型油缸液压升降台启动，在HSG高压焊接缸的配合下，阴极板缓缓退出污泥处理腔室，此时控制丝杆除泥推进器，在超声波场的配合作用下，清理污泥，完成一个循环。

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。

Claims (9)

1.一种多场耦合污水污泥自动化脱水装置，包括污泥处理腔室(1)、全自动液压系统(2)、直流电源(5)、微波发生系统(7)、进料系统(9)、卸料系统(10)、超声波系统(11)和检测系统(8)，其特征在于：所述的进料系统(9)连通设置在污泥处理腔室(1)的侧部，所述污泥处理腔室(1)内设有阳极板(3)和阴极板(4)，所述的阳极板(3)设置在污泥处理腔室(1)的上部，所述的阴极板(4)设置在污泥处理腔室(1)的下部，所述的直流电源(5)的正负极分别与阳极板(3)和阴极板(4)连接，所述的阳极板(3)和阴极板(4)上均设有出水孔(6)，在所述出水孔(6)上敷设有滤布(6.1)，所述的微波发生系统(7)设置在阴极板(4)的下部；所述的超声波系统(11)设置在阴极板(4)的下部；所述的卸料系统(10)设置在阴极板(4)的下方；所述的阳极板(3)与用以驱动阳极板(3)运动的全自动液压系统(2)连接；所述的检测系统(8)检测脱水过程中的污泥温度、机械压力、污泥厚度，以对全自动液压系统(2)、直流电源(5)、微波发生系统(7)、进料系统(9)、卸料系统(10)和超声波系统(11)进行统一控制协调。

2.根据权利要求1所述的多场耦合污水污泥自动化脱水装置，其特征在于：污水污泥在多场耦合脱水前进行添加调理剂及初步脱水，所添加的调理剂为Fe2(SO4)3、FeCl3、CaO及粉煤灰复合调理剂，调理剂总添加量为污泥干物质量的10-20％，Fe2(SO4)3、FeCl3、CaO及粉煤灰四种调理剂质量百分比分别为5-10％，10-15％、20-30％，30-45％。

3.根据权利要求1所述的多场耦合污水污泥自动化脱水装置，其特征在于：所述的微波发生系统(7)微波系统包括微波磁控管(7.1)、微波散热风机(7.2)、微波驱动电源(7.3)、电磁波导(7.4)、特氟龙传导螺丝(7.5)，由微波磁控管(7.1)产生微波，微波散热风机(7.2)保持运作，以降低微波磁控管(7.1)的温度，在耦合脱水的过程中，通过调节微波驱动电源(7.3)来控制微波场的强度；产生的微波通过圆柱形的电磁波导(7.4)传导微波，所述电磁波导(7.4)安置于阴极板(4)下方，阴极板中间置有特氟龙传导螺丝(7.5)。

4.根据权利要求1所述的多场耦合污水污泥自动化脱水装置，其特征在于：所述超声波系统包括超声波振子(11.1)、超声波控制器(11.2)、超声波驱动电源(11.3)，在耦合脱水的过程中，超声波驱动电源(11.3)对所述超声波振子(11.1)供电，通过调节超声波控制器(11.2)来控制超声波的强度，超声波振子(11.1)贴附于阴极板上，其产生的超声波在金属中传播。

5.根据权利要求3或4所述的多场耦合污水污泥自动化脱水装置，其特征在于：调节微波发生系统(7)和超声波系统(11)的功率，以及根据污泥厚度调节直流电源(5)的输出电压，根据不同的进泥量、污泥种类、以及不同脱水阶段污泥厚度动态调节多场耦合的工作参数组合，实现恒电压电场、恒功率密度微波场和超声场三者的耦合脱水。

6.根据权利要求1所述的多场耦合污水污泥自动化脱水装置，其特征在于：所述全自动液压系统包括PLC控制装置(2.10)、液压油缸(2.1)、低压调节装置(2.5)和高压调节装置(2.6)，所述的液压油缸(2.1)的活塞端与阳极板(3)连接，所述的低压调节装置(2.5)、高压调节装置(2.6)与所述的液压油缸(2.1)相连通。

7.根据权利要求1所述的多场耦合污水污泥自动化脱水装置，其特征在于：还包括检测系统(8)，所述检测系统(8)包括压力传感器(8.1)、温度传感器(8.2)和位移传感器(8.3)，污泥处理腔室(1)外侧设置有多个凹形环状槽，其内部设置有多圈缠绕式的温度传感器(8.2)，液压油缸(2.1)下侧设置有压力传感器(8.1)，压力传感器(8.1)上侧设置有拉线式的位移传感器(8.3)。

8.根据权利要求1所述的多场耦合污水污泥自动化脱水装置，其特征在于：所述进料系统包括油缸(9.1)、储泥腔室(9.2)和电磁阀(9.3)，在脱水开始前，开启电磁阀(9.3)后，启动油缸(9.1)，污泥自动压入污泥处理腔室(1)。

9.根据权利要求1所述的多场耦合污水污泥自动化脱水装置，其特征在于：所述卸料系统包括双铰式叉型油缸液压升降台(10.2)和丝杠除泥推进器(10.1)，在耦合脱水结束后，由计算机(8.4)控制双铰式叉型油缸液压升降台(10.1)启动，在液压油缸(2.1)的配合下，阴极板(4)退出污泥处理腔室，此时控制丝杆除泥推进器(10.2)，在超声波场的配合作用下清理污泥。

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