自动更换可降解过滤介质的真空抽滤泥浆脱水系统及方法与流程

1.发明涉及废弃泥浆减量化脱水技术，特别涉及一种自动更换可降解过滤介质的真空抽滤泥浆脱水系统及方法。该真空抽滤泥浆脱水系统能够解决过滤面堵塞问题。


背景技术：

2.随着我国城市化进程的推进，各类工程例如顶管、盾构以及污染底泥的疏浚工程数量越来越多，而每年通过这些工程产生的高含水率废弃泥浆达70亿方以上，这些高含水率废弃泥浆含有大量的粘粒、污染物，存在难以脱水沉降、处理成本高等大量问题。
3.目前常规高含水率废弃泥浆的减量脱水技术为板框压滤和带式压滤方法，而这两种机械压滤方法在处理废弃泥浆时有占地大、单位时间处理量低、机械笨重以及成本高等缺点，因此亟需寻找轻便、高效、造价低廉的高含水率废弃泥浆减量脱水技术。
4.真空抽滤技术是近些年提出的一种新型的针对高含水率废弃泥浆进行减量脱水化处理的技术，其技术原理是利用真空负压抽取高含水率泥浆中水分，过滤介质截留住泥浆中固体颗粒，以此实现高含水率废弃泥浆的固液分离。已有一些学者针对真空抽滤的原理设计了相关的专利，有代表性的是申请号为cn201510391789.2d的中国发明公开专利《一种基于泥皮透水的疏浚泥浆脱水方法》、申请号为cn201410028938.4的中国发明公开专利《一种建筑泥浆快速深度脱水及资源化系统与工艺》以及申请号为cn201210317079.1中国发明专利公开《一种用于泥浆快速浓酸的浓缩系统》。
5.然而在实际工程中利用真空抽滤处理废弃泥浆经常会出现抽滤面过滤介质堵塞，影响抽滤作业的持续处理。关于堵塞问题，目前相关的专利可以分为两类，一类是未提到如何处理真空抽滤抽滤面过滤介质堵塞问题；另一类利用冲洗和刮除的方法处理抽滤面过滤介质堵塞问题。
6.对于未提到如何处理真空抽滤抽滤面过滤介质堵塞问题的专利。例如申请号为cn201510391789.2的中国发明专利公开《一种基于泥皮透水的疏浚泥浆脱水方法》通过絮凝的方式使得真空抽滤形成的泥皮有一定的渗透性，在泥皮含水率大于254%时仍可保持一定的抽滤效果，但当泥皮含水率小于254%时，抽滤效果降低，过滤介质仍无法避免堵塞问题，应用前景有限难以大规模推广利用。
7.对于利用冲洗和刮除方式处理抽滤面堵塞问题的专利。例如申请号为cn201410028938.4的中国发明专利公开《一种建筑泥浆快速深度脱水及资源化系统与工艺》通过调整真空抽滤泥浆流向阀，对过滤介质进行反冲洗和干燥处理，但对堵塞过滤介质清洗效果有限，过滤介质仍无法避免堵塞问题；同类专利例如申请号为cn201210317079.1的中国发明专利公开《一种用于泥浆快速浓缩的浓缩系统》通过把过滤介质设计成螺旋环状最大限度的提供泥浆进行渗滤的有效面积，但也设计使用反清洗工艺对堵塞过滤介质进行清洗，清洗效果有限，难以大规模推广利用。
8.综上所述，传统的真空抽滤手段存在过滤介质易堵塞，设备难以连续性运行的问题。因此工程上亟需可连续运行并使解决过滤介质堵塞的技术方法。基于此，提出了一种自
动更换可降解过滤介质的真空抽滤泥浆脱水系统及实施方法。


技术实现要素：

9.发明目的：针对现有技术存在的问题，提出一种自动化更换过滤介质、过滤介质可降解且经济性较好的泥浆处理方法。
10.技术方案：一种自动更换可降解过滤介质的真空抽滤泥浆脱水系统，包括真空抽滤单元、滤纸更换单元、流量监测单元、升降装置以及控制单元，其中：所述的真空抽滤单元，用于真空抽滤泥浆；所述的流量监测单元，用于监测真空抽滤单元输出的流量，并反馈至控制单元；所述的滤纸更换单元，能够在真空抽滤单元的泥浆过滤工作面铺设滤纸，并能够更换该泥浆过滤工作面所铺设的滤纸；所述的升降装置，用于升降真空抽滤单元，以将真空抽滤单元抬升出/沉入泥浆池；所述升降装置的动力输出端与真空抽滤单元联动连接；所述的控制单元，能够启动滤纸更换单元，控制滤纸更换单元能够在真空抽滤单元的泥浆过滤工作面铺设滤纸，并在滤纸铺设到位后，向真空抽滤单元发出执行指令，启动真空抽滤单元开始真空抽吸工作；真空抽滤单元在真空抽吸过程中，所述的控制单元能够通过比较真空抽滤单元所反馈的流量数值与自身预设的流量阈值，并在比较结果表明真空抽滤单元所反馈的流量数值低于预设的流量阈值时，向真空抽滤单元输出执行指令，制停真空抽滤单元后，向升降装置输出执行指令，控制升降装置抬升真空抽滤单元，直至真空抽滤单元升出泥浆池工作面后，向过滤介质更换单元发出执行指令，控制过滤介质更换单元更换真空抽滤单元表层覆盖的滤纸。
11.优选地，所述的真空抽滤单元包括：抽滤介质、真空盒和真空抽吸设备；其中：真空盒为一端敞口设置的槽状结构；所述真空盒在紧靠着槽口的位置处通过可拆卸的方式嵌装所述的抽滤介质，且抽滤介质与真空盒的槽口齐平，同时抽滤介质与真空盒的槽底之间存在间距d；所述真空盒的槽底与真空抽吸设备的抽吸口之间通过输送管连通；所述的流量监测单元安装在所述的输送管上。
12.优选地，所述的滤纸更换单元包括：顶送滤纸模块、滤纸悬停模块、贴合滤纸滚轮机构和感应装置；其中：所述的顶送滤纸模块，固定安装在真空抽滤单元上，包括储纸槽以及滤纸输送机构；所述的滤纸悬停模块，包括顶离滤纸模块以及滤纸夹持模块；所述的滤纸夹持模块，紧靠着顶送滤纸模块的出料口设置，包括滤纸夹持件以及夹持调整机构；夹持调整机构的动力输出端与滤纸夹持件连接；所述顶离滤纸模块的固定部分安装在真空抽滤单元上，且顶离滤纸模块的动力输出端则与所述夹持调整机构联动连接；所述的贴合滤纸滚轮机构，包括xy面内驱动机构以及与xy面内驱动机构的动力输
出端连接的贴纸辊；所述的感应装置，用于感测滤纸的到位信号，并反馈至控制单元；所述的夹持调整机构，在控制装置的控制下，能够驱动滤纸夹持件呈合拢夹紧/松开状态；所述的顶离滤纸模块在控制装置的控制下，能够带动滤纸夹持模块相对于真空抽滤单元的泥浆过滤工作面相向/相背运动；所述的滤纸输送机构在控制装置的控制下，能够将储纸槽内所存储的滤纸中处于最上层的那一张滤纸碾送到真空抽滤单元的泥浆过滤工作面，直至该滤纸的前行端处于感应装置的感测区域内时，控制单元接收到感应装置反馈的滤纸到位信号，制停滤纸输送机构，启动xy面内驱动机构；所述的xy面内驱动机构在控制装置的控制下，能够带动贴纸辊在垂直于真空抽滤单元的泥浆过滤工作面的平面内移动，促使铺设在泥浆过滤工作面的滤纸贴紧。
13.优选地，所述滤纸输送机构包括滤纸传送辊以及滤纸分离垫；滤纸传送辊以及滤纸分离垫均布置在储纸槽的出料口，且滤纸传送辊在运行时，与滤纸分离垫之间存在碾送单张滤纸的摩擦力。
14.优选地，所述的流量监测单元为流量计。
15.优选地，所述控制装置内预设的流量阈值为0.2g/cm2•
s。
16.优选地，所述的滤纸由天然纤维和可生物降解聚合物制成。
17.本发明的另一个技术目的是提供一种用于废弃泥浆减量化免冲洗的多层滤纸抽滤实施方法，基于上述的自动更换可降解过滤介质的真空抽滤泥浆脱水系统而实现，包括以下步骤：第一步、在升降装置的作动下，带动整套真空抽滤泥浆脱水系统沉入泥浆池工作面；然后启动真空抽滤单元，开始真空抽滤废弃泥浆作业；第二步、真空抽滤泥浆脱水系统工作一段时间后，控制装置通过流量计监测到真空抽滤单元输出的流量开始减少，直至流量计所检测到的流量小于预设的流量阈值时，表明真空抽滤单元的泥浆过滤工作面所铺设的滤纸堵塞严重；控制装置向真空抽滤单元发送执行指令，制停真空抽滤单元；第三步，控制装置向升降装置发送执行指令，促使升降装置抬升真空抽滤泥浆脱水系统，直至真空抽滤泥浆脱水系统离开泥浆池作业面后，控制装置向顶离滤纸模块发送执行指令，促使顶离滤纸模块带动滤纸夹持模块将平铺在泥浆过滤工作面的已堵塞滤纸推离泥浆过滤工作面，然后松开滤纸夹持模块，丢弃该已堵塞滤纸；第四步，控制装置向顶送滤纸模块发送执行指令，传送滤纸到达感应装置的预定位置后，向滤纸悬停模块发送执行指令，使得滤纸夹持模块能够夹住滤纸，最后向贴合滤纸滚轮机构发送执行指令，使得贴纸辊能够在泥浆过滤工作面的所在平面从上至下移动，以对滤纸进行预压，完成滤纸更换；第五步，控制装置向升降装置发送执行指令，促使升降装置带动真空抽滤泥浆脱水系统重新沉入泥浆池工作面，继续真空抽滤废弃泥浆作业；循环第二步至第五步，直至泥浆池内泥浆含水率满足要求，完成泥浆池内废弃泥浆作业。
18.有益效果：由于上述技术方案的运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：（1）通过更换滤纸的方式，解决真空抽滤抽滤面堵塞的问题；（2）自动化完成滤纸的更换，无需过多人工维护；（3）过滤介质掉落至泥浆池后，无需特别处理，可自然降解。
附图说明
19.图1是本发明所述的本发明所述的真空抽滤泥浆脱水系统的结构示意图；图2是图1中的顶送滤纸模块的结构示意图；图3是本发明所述真空抽滤设备的运行逻辑简图图4是本发明所述真空抽滤设备的运行逻辑详图图5是图1中真空抽滤盒的结构示意图。
具体实施方式
20.下面结合具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本技术所附权利要求所限定的范围。
21.如图1至5所示，本发明所述的真空抽滤泥浆脱水系统，可实现高含水率废弃泥浆快速、持续、高效减量化脱水处理，用智能更换抽滤面堵塞滤纸的方式解决了真空抽滤处理废弃泥浆难以持续运行的问题，包括真空抽滤单元、滤纸更换单元、流量监测单元、升降装置以及控制单元，其中：所述的真空抽滤单元，用于真空抽滤泥浆，能够持续对泥浆提供真空抽滤动力；包括过滤介质1、真空盒2和真空抽吸设备3，真空盒2为一端敞口设置的槽状结构；所述真空盒在紧靠着槽口的位置处通过可拆卸的方式嵌装所述的抽滤介质1，且抽滤介质1与真空盒2的槽口齐平，同时抽滤介质1与真空盒2的槽底之间存在间距d，以提供真空抽吸设备3在进行真空抽吸时的抽滤空间；所述真空盒2的槽底与真空抽吸设备3的抽吸口之间通过输送管连通；所述的流量监测单元安装在所述的输送管上。具体地，真空盒2的内壁设置有凹槽，用以卡嵌过滤介质1，真空抽吸设备3可以选择真空泵，使真空盒2内真空形成负压，从而对过滤介质1形成抽滤动力，抽滤泥浆中水透过过滤介质流入真空盒，并通过管道排出。
22.所述的流量监测单元，用于监测真空抽滤单元的流量，并反馈至控制单元。本发明中，所述流量监测单元选用流量计。
23.所述的升降装置，用于升降真空抽滤单元，以将真空抽滤单元抬升出/沉入泥浆池；所述升降装置的动力输出端与真空抽滤单元联动连接。真空抽滤单元抬升出泥浆池工作面时，可以通过滤纸更换单元开始滤纸更换作业。真空抽滤单元沉入泥浆池工作面时，可以通过真空抽滤单元进行泥浆真空抽滤作业。
24.所述的控制单元，能够启动滤纸更换单元，控制滤纸更换单元能够在真空抽滤单元的泥浆过滤工作面铺设滤纸（所述的滤纸由天然纤维和可生物降解聚合物制成，则堵塞滤纸顶离系统后与脱水后的泥土混于一起，可直接丢弃至泥浆池中，不会造成环境污染），并在滤纸铺设到位后，向真空抽滤单元发出执行指令，启动真空抽滤单元开始真空抽吸工作；真空抽滤单元在真空抽吸过程中，所述的控制单元能够通过比较真空抽滤单元所反馈
的流量数值与自身预设的流量阈值（流量阈值一般通过试验获取，其与泥浆本身的特性有关，本发明中，流量阈值设定为0.2g/cm2•
s），并在比较结果表明真空抽滤单元所反馈的流量数值低于预设的流量阈值时，向真空抽滤单元输出执行指令，制停真空抽滤单元后，向升降装置输出执行指令，控制升降装置抬升真空抽滤单元，直至真空抽滤单元升出泥浆池工作面后，向过滤介质更换单元发出执行指令，控制过滤介质更换单元更换真空抽滤单元表层覆盖的滤纸。
25.具体地，如图1所示，本发明所述的滤纸更换单元，能够在真空抽滤单元的泥浆过滤工作面铺设滤纸，并能够更换该泥浆过滤工作面所铺设的滤纸；包括：顶送滤纸模块4、滤纸悬停模块、贴合滤纸滚轮机构7和感应装置8；其中：所述的顶送滤纸模块，固定安装在真空抽滤单元的真空盒2上，包括储纸槽12以及滤纸输送机构；所述的感应装置8，用于感测滤纸的到位信号，并反馈至控制单元。所述的滤纸输送机构在控制装置的控制下，能够将储纸槽内所存储的滤纸中处于最上层的那一张滤纸碾送到真空抽滤单元的泥浆过滤工作面，直至该滤纸的前行端处于感应装置8的感测区域内时，控制单元接收到感应装置8反馈的滤纸到位信号，制停滤纸输送机构，启动贴合滤纸滚轮机构7。
26.所述的滤纸悬停模块，包括顶离滤纸模块5以及滤纸夹持模块6；所述的滤纸夹持模块6紧靠着顶送滤纸模块的出料口设置，包括滤纸夹持件以及夹持调整机构；夹持调整机构的动力输出端与滤纸夹持件连接；所述顶离滤纸模块5的固定部分安装在真空抽滤单元上，且顶离滤纸模块5的动力输出端则与所述夹持调整机构联动连接；所述的夹持调整机构，在控制装置的控制下，能够驱动滤纸夹持件呈合拢夹紧/松开状态；所述的顶离滤纸模块5在控制装置的控制下，能够带动滤纸夹持模块6相对于真空抽滤单元的泥浆过滤工作面相向/相背运动。
27.所述的贴合滤纸滚轮机构7，包括xy面内驱动机构以及与xy面内驱动机构的动力输出端连接的贴纸辊；所述的xy面内驱动机构在控制装置的控制下，能够带动贴纸辊在垂直于真空抽滤单元的泥浆过滤工作面的平面内移动，促使铺设在泥浆过滤工作面的滤纸贴紧。
28.由此可见，本发明所述的滤纸更换单元，当铺设在泥浆过滤工作面的滤纸堵塞后，顶离滤纸模块5顶送滤纸夹持模块6揭开堵塞滤纸，同时松开滤纸夹持模块6，丢弃堵塞滤纸。随后新的滤纸由顶送滤纸模块4导入泥浆过滤工作面到达感应装置8预定位置后，控制滤纸夹持模块6夹住滤纸，贴合滤纸滚轮机构7由上至下对滤纸进行预压，滤纸更换完成。
29.本发明中，所述的滤纸输送机构包括滤纸传送辊13以及滤纸分离垫14；滤纸传送辊13以及滤纸分离垫14均布置在储纸槽12的出料口，且滤纸传送辊13在运行时，与滤纸分离垫14之间存在碾送单张滤纸的摩擦力。使用时，滤纸叠放在储纸槽12中，滤纸传送辊13和滤纸分离垫14根据滤纸之间，滤纸与滤纸分离垫14之间的摩擦力不同来调整两者的间隙，以保证每次抽取单张滤纸离开装置。
30.基于上述的真空抽滤泥浆脱水系统，本发明提供了一种用于废弃泥浆减量化免冲洗的多层滤纸抽滤实施方法，包括以下步骤：第一步、在升降装置的作动下，带动整套真空抽滤泥浆脱水系统沉入泥浆池工作面；然后启动真空抽滤单元，开始真空抽滤废弃泥浆作业；
第二步、真空抽滤泥浆脱水系统工作一段时间后，控制装置通过流量计监测到真空抽滤单元输出的流量开始减少，直至流量计所检测到的流量小于预设的流量阈值时，表明真空抽滤单元的泥浆过滤工作面所铺设的滤纸堵塞严重；控制装置向真空抽滤单元发送执行指令，制停真空抽滤单元；第三步，控制装置向升降装置发送执行指令，促使升降装置抬升真空抽滤泥浆脱水系统，直至真空抽滤泥浆脱水系统离开泥浆池作业面后，控制装置向顶离滤纸模块发送执行指令，促使顶离滤纸模块带动滤纸夹持模块6将平铺在泥浆过滤工作面的已堵塞滤纸推离泥浆过滤工作面，然后松开滤纸夹持模块6，丢弃该已堵塞滤纸；第四步，控制装置向顶送滤纸模块发送执行指令，传送滤纸到达感应装置的预定位置后，向滤纸悬停模块发送执行指令，使得滤纸夹持模块6能够夹住滤纸，最后向贴合滤纸滚轮机构7发送执行指令，使得贴纸辊能够在泥浆过滤工作面的所在平面从上至下移动，以对滤纸进行预压，完成滤纸更换；第五步，控制装置向升降装置发送执行指令，促使升降装置带动真空抽滤泥浆脱水系统重新沉入泥浆池工作面，继续真空抽滤废弃泥浆作业；循环第二步至第五步，直至泥浆池内泥浆含水率满足要求，完成泥浆池内废弃泥浆作业。
31.实施例1如图1至5所示，本发明所述的真空抽滤泥浆脱水系统包括真空盒内抽滤介质1、真空盒2、真空抽吸设备3、顶送滤纸模块4、顶离滤纸模块5、滤纸夹持模块6、贴合滤纸滚轮机构7、感应装置8、流量计9、升降装置10。过滤介质1、真空盒2和真空抽吸设备为一个基本过滤单元。顶送滤纸模块4、顶离滤纸模块5、滤纸夹持模块6、贴合滤纸滚轮机构7、感应装置8、流量计9、升降装置10安装在基本过滤单元上。
32.工人进场安装设备，完成后安装完成后调试系统，打开顶送滤纸模块、真空提供装置、流量计、集成控制系统、升降装置，循环运转系统。顶送滤纸模块开始抽取秸秆滤纸进入系统，当秸秆滤纸到达感应装置位置时，进纸系统停止进纸，同时滤纸悬停模块夹住秸秆滤纸，贴合滤纸滚轮对秸秆滤纸进行预压，开启真空提供装置，升降系统控制整个单元至泥浆池作业面开始抽滤。当流量计监测到无水流量时候，集成控制系统判断没有到达预定泥浆作业面，调节升降装置使抽滤单元至泥浆作业面。
33.集成控制系统开始自动化控制判断抽滤单元运行状态。抽滤开始后一段时间，流量计监测流量显示流量为0.2g/cm2·
s，集成控制系统判断秸秆滤纸堵塞，此时控制真空提供装置停止运行，升降装置提升抽滤单元离开泥浆池作业面，随后顶离滤纸模块带动滤纸悬停模块使秸秆滤纸脱离过滤单元，松开滤纸悬停模块，秸秆滤纸掉落至泥浆池，随后进纸系统重新更换秸秆滤纸，重复上一步操作后，升降装置重新控制过滤单元降至泥浆池作业面开始抽滤作业。
34.多次重复上述步骤后，由人工判断泥浆池内泥浆含水率已达到要求，抽滤完成。
35.被顶离至干土区的秸秆滤纸经过一段时间后，在泥浆干土区内自然降解。
36.对比例某泥浆池使用非智能更换滤纸真空抽滤系统处理高含水率废弃泥浆，过滤介质为土工布。
37.工人进场安装非智能更换滤纸真空抽滤系统，调试并启动该系统。当抽滤系统抽滤一小时后，抽滤面土工布堵塞。随后工人暂停非智能更换滤纸真空抽滤系统，并对堵塞土工布进行冲洗，冲洗十分钟后，重新将土工布安装至系统抽滤面。随后重启系统，继续开始废弃泥浆抽滤作业。
38.继续抽滤半个小时后，过滤面土工布再次堵塞，随后工人暂停非智能更换滤纸真空抽滤系统，对土工布进行冲洗。冲洗完成后，重新将土工布安装至系统抽滤面，随后重启系统，继续开始废弃泥浆抽滤作业。
39.土工布多次冲洗后不可继续使用，工人暂时关闭系统后，对抽滤面堵塞土工布进行更换，更换完成后继续开始废弃泥浆抽滤作业。
40.重复多次上述步骤后，由人工判断泥浆池内含水率已达到要求，抽滤作业完成，工人拆卸系统离场。
41.此工程由于使用的不可智能更换系统的抽滤系统，更换滤纸时需要由工人耗费大量时间完成，极大的延误了工期。