CN110913966A - 用于将产出物的液体部分和非液体部分分离的装置 - Google Patents

Abstract

一种用于将产品(2)中的液体部分(22)和非液体部分(13)分离的装置，该装置包括供应装置(9)和输送区域(4),该输送区域(4)终止于圆柱管(11)，该圆柱管(11)设有带横向穿孔的脱水区域(12)，由此产品(2)的液体部分将通过压滤区域(12)的穿孔(P)被压出，同时压滤饼(13)在其中形成并被推动到出口，从而达到液体(16)与固体压滤饼(13)良好分离的效果。

Description

用于将产出物的液体部分和非液体部分分离的装置

技术领域

本发明涉及一种用于将产出物的液体部分和非液体部分分离的装置。

特别地，本发明可用于有机物例如家庭废物的有机部分的工业发酵之后残留的消化物(digestate)的脱水，其可能已经通过添加聚合物或其他添加剂进行调节以改善其脱水性。

背景技术

已知通过厌氧发酵可以将有机废物转化为可用的沼气，由此释放的沼气将被回收，并且剩余的消化物可以作为堆肥或土壤添加剂再利用或是用于其他用途。

在此过程中出现的问题是，残余的消化物中水分含量过高，需要将其脱水。

传统上，为此目的，人们使用具有可变螺纹的压缩螺旋压滤机，对消化物进行压缩以将其分成压滤(press)水和固体压滤饼。

然而，这种脱水技术存在着许多主要缺点：

-由于消化物中存在沙子、玻璃碎片、金属件以及石块，可能会导致螺钉和脱水筛的快速磨损和损坏，造成高昂的磨损成本；

-电力方面的高功耗；

-配置设备困难，这是因为螺纹取决于消化物的组成，并且该组成会随着所提供的废物流而变化；

-容量会根据磨损程度和消化物的组成改变；

-大量污泥仍存在于压滤水中；

-压滤水的品质不一致，特别地，其取决于磨损程度。

由于消化物是来自家庭固体废弃物(一种厚实物质，其中除了污泥外还含有不同类型的颗粒，例如石头、玻璃碎片或偶尔出现尺寸相当大(例如最大6厘米)的金属)，其他脱水技术(例如传送带上的压滤机或箱式压滤机)无法得到最佳使用。

在更一般的意义上，本发明的目的是：当产出物的不规则性使得现有技术不太适用时，仍能把任何产出物分离成液体部分和固体部分。

US 8393265B2描述了一种装置，其示出了厚物质泵、筛子和压滤机的特征。压滤柱塞将厚物质压入圆柱形的压滤室中，在该压滤室中，物质将被压滤柱塞压滤到设定的压力。

由此，液态物质从压滤室中的横向穿孔被排出。在压滤阶段结束时，将压滤室的另一侧打开，并通过压滤柱塞将压滤饼压出，接着进一步将被压滤的物质排出并收集。然后将压滤柱塞从脱水腔室中抽出，使其能够自由进入，并且腔室将流入新的物质。

该装置的缺点在于，各种动作(更具体地讲，填充脱水腔室、压缩液体团使其分离、移除压滤饼以及抽回压滤柱塞)在时间上是分开发生的，这使得其自身不适合用于连续处理的过程。

该装置的另一个缺点在于，将压滤柱塞移入压滤腔室和自其中移出，会导致柱塞和压滤腔室的磨损以及其他问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种针对上述和其他缺点的解决方案，因为它提供了一种新的装置，通过该装置，将处在待脱水产出物压力下的供应物或泵部件从该装置分离出，从而将产出物分离成液体和固体部分或分离出压滤部件。

泵部件包括输送***，该输送***从桶状或供应装置中抽吸出产出物(例如发酵罐中的消化物)，并在压力作用下将其输送到输送区域。优选地，该输送***是容积式的。由于受到压力的作用，产出物将流至压滤部件。在那里，它将流过带有横向穿孔的压滤区，其液体物质通过这些横向穿孔被排出，并且在该压滤区中将形成已压滤的产出物的相对呈固体状的压滤饼。

由于进入的产出物带来的压力，压滤饼将被推向该压滤区域的出口，并通过其延伸部分排出。压滤区域的出口设有可控的反冲反压***，用于推动正在排出的压滤饼。该反压***限制了由受压材料组成的压滤饼的排出速度，并施加压力使得压滤区域中的产出物压力保持在期望的限度内以获得液体部分和固体部分的预期分离效果。

当反压***反冲超过一定长度，并且当具备一定长度受压材料的压滤饼从压滤区域出来时，需要将排出的压滤饼移除，且将该反压***自压滤区域出口的方向移回。为此，可以通过暂时停止泵装置或通过关闭泵部件和压滤部件之间的通道，使得由于压力作用新的产出物往压滤部件的供应暂时停止。

接着，抬起反压***的反压，将已排出的压滤饼从出口移除，随后，反压***能够尽可能地向后移至压滤区域的出口。一旦反压***再次施加足够的反压(要么是因为它推动已排出产出物的压缩饼的剩余部分，要么是因为它推动压滤区域的末端)，新的产出物便可以再次由泵部件加压供应，且反压***可以再次开始其受控的反冲动作。

该装置的优点在于其允许半连续过程，由此在压滤部件中供应新的产出物、在压滤部件中分离液体部分和固体部分以及排出固体部分可以同时地完成，并且每个步骤所需的压力由同一个泵装置产生。

这些步骤可以通过反压***的调节操作同时完成，这确保了压滤部件中所需的压力得以保持，而且成型的压滤饼仍然可以排出。该过程仅需要短暂中断，以便定期取出已排出的压滤饼，接着返回到反压***的前端。

缺点是，两个功能的耦合仍未完全解除，而最慢的功能(即泵部件的性能或压滤部件的性能)，决定了半连续过程的速度。

然而，泵部件和压滤部件的解除耦接(uncoupling)允许了设置如上所述的一个或几个平行的泵部件，以将压力下的产出物供应到如上所述的一个或几个平行设置的压滤部件，其中每个均具有它们自己的压滤区域和反压***。建议在每个泵部件之后放置一个阀，和/或在每个压滤部件之前放置一个阀，以优化***的运行。

多个泵部件的优点是可以获得更连续和更多的新的产出物供应。多个压滤部件的优点是可以获得更大的压滤能力。本发明具有多种操作可能性：在第一种方法中，每个压滤部件的半连续操作可以与其他压滤部件同步进行；在第二种方法中，各个压滤部件可以以固定的偏移设置；在第三种方法中，各个压滤部件是完全彼此独立运作的。

优选地，压滤部件呈圆柱形，但也可以是圆锥形的，即在产出物的运动方向上直径增大或减小。

优选地，压滤区域中的穿孔具有圆锥形状，由此脱水区内侧上的穿孔直径小于压滤区外侧上的穿孔直径。

这种圆锥形的优点是，穿孔对由于长期使用而形成的阻塞不敏感。从压滤区域压入的零件不会被卡住，因为它们会被排出的液体压向穿孔的较宽部分。

附图说明

为了更好地显示本发明的特征，在下文中，通过举例而没有任何限制地描述了根据本发明的用于对消化物(无论其是否经过调节，以通过添加添加剂来改善其脱水性)进行脱水的装置的多个优选实施方式，参考附图，其中：

图1示意性地以横截面图示出了根据本发明的用于对消化物进行脱水的装置，该装置具有一个泵部件和一个压滤部件；

图1a、图1b、图1c和图1d示出了压滤过程和移除压滤饼的各个阶段；

图2以横截面图示出了图1的变型，其中该示例具有一个泵部件和两个压滤机部件；

图3的横截面图示出了脱水区域的穿孔部分的穿孔。

具体实施方式

图1示意性地示出了用于对消化物2进行脱水的装置1，其包括一个泵部件3、一个输送区域4和一个压滤部件5。泵部件3包括在泵缸7中移动并由驱动缸8驱动的泵活塞6。当截止阀10打开并且泵活塞6向后移动使得消化物2被吸入泵缸7中时，产出物自供应区域9供应到泵缸7。然后，被抽吸出的消化物2在压力下通过泵活塞6经由输送区域4被泵送到压滤部件5，并关闭截止阀10。输送区域可以是各种形式，例如输送管、收集器或转换件，或者是当泵部件直接连接到压滤部件时，则可以不存在输送区域。

压滤部件由圆柱管11组成，该圆柱管包括具有侧壁穿孔(P)的区域12。在消化物2从左向右移动通过该区域的过程中，由于从内到外穿过穿孔的压力差，水或液体22将通过穿孔P排出，因此，在产出物通过圆柱管11的运动过程中，该圆柱管11中将会形成脱水的消化物饼13。该饼13在当前压力下被推向圆柱管11的开口端14。在圆柱管11的开口端14处，反压***15推动正在排出的已压缩消化物的滤饼。

反压***15包括由气缸17提供动力的反压板16。反压板16以可控的方式缓慢地回弹，同时继续对正在排出的压滤饼13施加反作用力，使得圆柱形管11中的压力保持足够高，以通过圆柱形管11的穿孔获得良好的液体分离，并且该压滤饼13不会比期望的更早地被排出。

图1a示出了在第一阶段中已脱水的消化物13的压滤饼13是如何形成在圆柱形管11的开口端14处的反压板16上的。

图1b示出了在第二阶段中压滤饼13是如何从左向右离开并且反压板16是如何同时从左向右移动的。在该移动期间，反压板从右到左施加反压力Fc。一方面是自左向右的驱动力Fp(即泵压力*圆柱管11横截面的表面区域)，另一方面是自右向左的反压力(由反压板16在正在排出的压滤饼13上施加的向左运动形成)以及由压滤饼13对圆柱形管11的壁的摩擦而产生的自右向左的摩擦力Ff，从而形成了力的平衡。

当反压板16距离圆柱管11的自由出口一定距离时，可以通过停止泵的驱动缸8来暂时停止泵部件1的泵操作。这意味着将不再排出压滤饼13。

图1c示出了在第三阶段中，反压***15的反压板16是如何进一步向右移动，使得不再往压滤饼13上施加压力的。随后，压滤饼13自然脱落并掉落在收集器21中，或者通过机械分离器18主动地从消化物2的流动路径中移除。

图1d示出了机械分离器18的操作，该机械分离器包括由驱动缸20提供动力的压头(ram)19。压头19在产出物方向上横向移动并推动正在排出的压滤饼13以将其移除。然后，压头19返回其静止位置，该静止位置位于产出物的流动路径之外且是反压装置15在其中移动的容积之外。

接着，反压装置15的反压板16尽可能地向左移动，直到获得所需的反压。在此，反压板16压靠在仍然从圆柱管11伸出的压滤饼13的其余部分上或脱水圆柱管的端部上。一旦反压板16已经达到期望的位置，就可以再次恢复泵部件1的泵操作。这将导致上述动作循环重复进行，更具体地说，在从左向右的输送过程中，对由于压力作用而供应的消化物进行脱水、形成压滤饼、控制压滤饼的排出、以及移除压滤饼13。

当泵活塞6已经从左向右移动了其整个行程时，泵的操作将被中断，以在泵活塞从右向左移动的同时通过截止阀10再次向泵缸7供应新的消化物。因此，在泵操作再次开始之前，压滤部件5中将不再有运动，且反压***15保持空转(idle)。

可选地，在输送区域4中或在圆柱形管11中提供阀。当泵活塞从右向左移动(以供应新的消化物)时，它可以防止产出物在输送区域4或压滤部件5发生倒流，或者防止空气通过圆柱管11的孔被吸入。

可选地，反压***15的操作可以被调节，在这个意义上，即反压板16不是从左向右匀速地运动，而是以变化的反压力周期性地停止，或者甚至短暂地从右向左回退。目的是在脱水区域中对消化物进行更好、更彻底地脱水。特别地，一旦开始压滤时，朝着圆柱形管11的开口端形成坚固的压滤饼13也是必要的。

可选地，反压***被制造成使得其也可以部分地渗透到圆柱形管11或穿孔区域12中，从而获得更好的推压性能。

图2示出了根据与图1装置的操作原理相同的对消化液进行脱水的装置的变型，但该示例中包括的是一个泵部件3和两个压滤部件5和5'。如图1的实施例所示，新的消化物在压力下由泵部件供应到输送区域4。在这种情况下，该输送区域由歧管组成，从那里可以将消化物通过截止阀23和23'分别供应到两个压滤部件5和5'中。当压滤部件5和5'的半连续操作是同步时，这些截止阀不是必需的。

当压滤部件的操作不同步时，例如相移为180°时，为了移除被排出的压滤饼，需要把在压力作用下的产出物向压滤装置5的供应停止时，将截止阀23关闭。然而，泵装置3继续通过打开的截止阀23'在压力作用下将产出物供应到第二压滤装置5'。

同上，当从第二压滤装置5'中取出滤饼时，关闭截止阀23'，同时压滤装置5可以经由打开的截止阀23来供应。

在图2所示的位置，压滤部件的操作不同步。压滤部件5经由打开的截止阀23通过泵装置3接收新的消化物的供应，并且形成的已压滤的压滤饼从左向右逐渐被排出。由于关闭了截止阀23'，因此压滤部件5'不接收新的消化物，并且排出的压滤饼将通过机械分离器18'移除。

图3示出了在穿孔区域12的高度处的圆柱形管11中的穿孔(P)的横截面，其中，穿孔(P)的圆锥形是可见的，其在圆柱管内部的直径24小于在圆柱管11外部的直径25。

毋庸置疑，进料管和出料管以及压滤区域的横截面形式不必一定是圆柱形的，但圆柱形对于承受最大出现的压力更为有利。

显然，输送泵也可以是例如活塞泵、但是也可以是螺旋泵，并且根据本发明的用于对消化物进行脱水的装置也可以用于对除了发酵的消化物之外的另一粘性稠物质进行脱水。

本发明决不限于作为示例描述和在附图中示出的实施例，而是在不脱离如所附权利要求书中描述的本发明的范围的情况下，可以以各种形式和尺寸来实现本发明的用于将产出物的液体部分和非液体部分分离的装置。

Claims (16)

1.一种用于将产出物(2)中的液体部分(22)和非液体部分(13)分离的装置，其特征在于，包括输送泵(3)，所述输送泵(3)从桶状或供应装置(9)吸入产出物(2)，并在压力作用下将其泵送到输送区域(4)，其中所述输送区域(4)终止于圆柱管(11)，所述圆柱管(11)设置有带横向穿孔的脱水区域(12)，由此，在产出物通过圆柱管的输送过程中，由于普遍的超压，产出物(2)中的一部分液体部分被迫通过脱水区域(12)的穿孔(P)排出，使得在圆柱管(11)中的输送运动期间会形成压滤饼(13)，由于泵压力，所述压滤饼(3)进一步被迫通过圆柱管(11)到达其出口，由此，已压滤的所述压滤饼(13)从圆柱管(11)出口的离开受到受控的反冲反压板(16)的限制，所述反冲反压板(16)在为正在排出的脱水压滤饼(13)腾出空间时对所述压滤饼(13)施加受控的反作用力，以使圆柱管入口处的压力保持在期望的限度内，从而在圆柱管(11)中达到液体(16)和固体脱水滤饼(13)的良好分离，由此，以受控方式运动的反压板(16)不仅会反冲且有时也以受控的方式停止、甚至逆着压滤饼(13)的运动方向而移动，并且这期间力是变化的，之后，在随后的相位中，反压板(16)沿移动的已压滤的压滤饼(13)的方向进一步向右移动，以便不再对所述压滤饼(13)施加压力，并且所述压滤饼(13)随后会自行脱落并掉落到收集器(21)中，或者通过具有可移动压头(19、19')的机械分离器(18)主动从消化物(2)的流动路径中移除，其移除方向完全或部分地垂直于产出物的流动路径方向。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述输送泵具体为容积式泵。

3.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，在所述输送区域(4)或在所述圆柱形管(11)中设置有阀，使得压滤部件(5)能够与所述泵部件(3)分离。

4.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，所述泵部件3直接连接至所述压滤部件(5)。

5.根据前述权利要求中的任一项所述的装置，其特征在于，所述反压***(15)的操作能够调节，在此意义上，即所述反压板(16)不是从左向右匀速地运动，而是以变化的反压力周期性地停止、或者甚至短暂地从右向左回退。

6.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，所述反压***使得其还可以部分地渗透到所述圆柱形管11或穿孔区域12中，从而获得更好的推压。

7.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，所述压滤部件(5)分成两个或更多个平行的压滤部件(5、5')，其中每个压滤部件(5、5')各自具有带穿孔区域(12，12')的圆柱管(11、11')以及反压***(15，15')，压滤部件的供给由共享的泵部件(3)提供，所述泵部件(3)经由带有分支的输送区域(4)向每个压滤部件(5、5')供应产出物，使得压滤部件同步地操作。

8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，各个压滤部件以一定的时间偏移进行操作，从而获得***更均衡的操作。

9.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，所述泵部件(3)分成两个或更多个平行的泵部件(3、3')，泵部件(3、3')各自终止于所述输送区域(4)以获得更大的泵容量。

10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，在每个泵部件(3、3')和所述输送区域(4)之间设置有阀，以防止所述泵部件之间的相互影响，从而使得产出物供应到压滤部件的供应更连续。

11.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，所述圆柱形压滤区域(11)中的穿孔(P)具有圆锥形状，由此，所述压滤区域(12)的内部(24)上的穿孔直径小于压滤区域(12)的外侧(25)上的穿孔直径。

12.根据权利要求1至10中任一项所述的装置，其特征在于，所述压滤区域(11)中的穿孔(P)是狭缝形的。

13.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，所述压滤区域(11)不是圆柱形的而是朝向出口变宽。

14.根据权利要求1至12中的任一项所述的装置，其特征在于，所述压滤区域(11)不是圆柱形的而是朝向出口变窄。

15.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，所述压滤区域(11)的横截面不是圆形的而是多边形。

16.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，在所述泵部件的压力或流量与所述压滤部件的反压***的受控反压力或速度之间存在受控的相互作用。

Images