微波輻射污泥系統(tǒng)畢業(yè)設(shè)計(jì)

1、密 級(jí)公開學(xué) 號(hào)070386畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)(論 文)微波輻射污泥系統(tǒng)設(shè)計(jì)62 / 72石油化工學(xué)院學(xué)位論文授權(quán)使用協(xié)議論文微波輻射污泥系統(tǒng)設(shè)計(jì)系本人在石油化工學(xué)院學(xué)習(xí)期間創(chuàng)作完成的作品，并已通過(guò)論文答辯。本人系作品的唯一作者，即著作權(quán)人?，F(xiàn)本人同意將本作品收錄于石油化工學(xué)院學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù)。本人承諾：已提交的學(xué)位論文電子版與印刷版論文的容一致，如因不同而引起學(xué)術(shù)聲譽(yù)上的損失由本人自負(fù)。本人完全同意本作品在校園網(wǎng)上提供論文目錄檢索、文摘瀏覽以與全文部分瀏覽服務(wù)。公開級(jí)學(xué)位論文全文電子版允許讀者在校園網(wǎng)上瀏覽并下載全文。注：本協(xié)議書對(duì)于非公開學(xué)位論文在期限過(guò)后同樣適用。院系名稱：機(jī)械工程學(xué)院作者

2、簽名：學(xué) 號(hào)：2011 年 月 日畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）原創(chuàng)性聲明和使用授權(quán)說(shuō)明原創(chuàng)性聲明本人重承諾：所呈交的畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文），是我個(gè)人在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作與取得的成果。盡我所知，除文中特別加以標(biāo)注和致的地方外，不包含其他人或組織已經(jīng)發(fā)表或公布過(guò)的研究成果，也不包含我為獲得與其它教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或?qū)W歷而使用過(guò)的材料。對(duì)本研究提供過(guò)幫助和做出過(guò)貢獻(xiàn)的個(gè)人或集體，均已在文中作了明確的說(shuō)明并表示了意。作 者 簽 名：日 期：指導(dǎo)教師簽名： 日期：使用授權(quán)說(shuō)明本人完全了解大學(xué)關(guān)于收集、保存、使用畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的規(guī)定，即：按照學(xué)校要求提交畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的印刷本和電子版本；學(xué)校有權(quán)保存畢業(yè)設(shè)計(jì)（論

3、文）的印刷本和電子版，并提供目錄檢索與閱覽服務(wù)；學(xué)?？梢圆捎糜坝?、縮印、數(shù)字化或其它復(fù)制手段保存論文；在不以贏利為目的前提下，學(xué)校可以公布論文的部分或全部容。作者簽名： 日 期：學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明本人重聲明：所呈交的論文是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨(dú)立進(jìn)行研究所取得的研究成果。除了文中特別加以標(biāo)注引用的容外，本論文不包含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫的成果作品。對(duì)本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。本人完全意識(shí)到本聲明的法律后果由本人承擔(dān)。作者簽名： 日期： 年 月 日學(xué)位論文使用授權(quán)書本學(xué)位論文作者完全了解學(xué)校有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，同意學(xué)校保留并向國(guó)家有關(guān)部門或機(jī)

4、構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。本人授權(quán)大學(xué)可以將本學(xué)位論文的全部或部分容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文。涉密論文按學(xué)校規(guī)定處理。作者簽名：日期： 年 月 日導(dǎo)師簽名： 日期： 年 月 日北 京 石 油 化 工 學(xué) 院畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) (論 文) 任 務(wù) 書學(xué)院(系) 機(jī)械工程學(xué)院 專業(yè) 環(huán)境工程 班級(jí) 環(huán)071 學(xué)生指導(dǎo)教師/職稱 周翠紅 / 副教授 1.畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)題目微波輻射污泥系統(tǒng)設(shè)計(jì)2.任務(wù)起止日期：2011 年 2 月 21 日 至2011 年 6 月 19 日3.畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)的主要容與要求(1) 課題簡(jiǎn)介由于

5、污泥產(chǎn)生量大、脫水困難，微波輻射污泥系統(tǒng)作為一種污泥改性脫水較為有效的處理方法被廣為使用。適當(dāng)?shù)奈⒉ㄝ椛涔β释ㄟ^(guò)高頻電磁場(chǎng)作用引起帶電污泥顆粒的加速運(yùn)動(dòng)、相互碰撞，促使污泥結(jié)構(gòu)脫穩(wěn)；同時(shí)微波輻射引起污泥中產(chǎn)生的溫度梯度，破壞了結(jié)合水與污泥胞外聚合物之間的結(jié)合力，從而改善了污泥的脫水性能。(2) 任務(wù)與要求本課題以微波輻射處理污泥脫水為重點(diǎn)容，設(shè)計(jì)微波輻射污泥系統(tǒng)、通過(guò)試驗(yàn)得到高效的數(shù)據(jù)材料應(yīng)用實(shí)際污泥脫水。綜合運(yùn)用知識(shí)，搜集并運(yùn)用資料，調(diào)查研究，外語(yǔ)閱讀與翻譯，繪圖，運(yùn)算，上機(jī)軟件操作，技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析。(3) 預(yù)期培養(yǎng)目標(biāo)本題目指導(dǎo)思想明確，選題密切跟蹤國(guó)外行業(yè)最新研究動(dòng)態(tài)，能夠使學(xué)生的文獻(xiàn)查閱

6、能力、英文文獻(xiàn)翻譯能力以與計(jì)算機(jī)綜合應(yīng)用能力等得到很好的訓(xùn)練與培養(yǎng)。(4) 應(yīng)提交的成果檢索資料：中文文獻(xiàn)不少于10篇，英文文獻(xiàn)不少于4篇； 開題報(bào)告或文獻(xiàn)綜述；微波輻射系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算； 設(shè)計(jì)圖紙；按照校方規(guī)定格式的畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)裝訂本。4.主要參考文獻(xiàn)1, 潤(rùn)東, 磊, 等. 基于微波輻射研究城市污水污泥脫水特J. 環(huán)境科學(xué)研究, 2009, 22(5): 544-5482敏, 施周, 小波, 等. 微波輻射對(duì)凈水廠污泥脫水性能與分形結(jié)構(gòu)的影響J.環(huán)境化學(xué), 2009, 28(3): 418-4213 永平. 難處理乳化油微波破乳離心分離技術(shù)研究D: 博士學(xué)位論文. 科技大學(xué), 20064

7、Ewa Wojciechowska. Application of microwaves for sewage sludge conditioningJ. Water Research, 2005,23(39): 4749-47545Andrew J.Johnson, Boulder，Robert D. Petersen, etal . Microwave Heating Apparatus andMethodP. United States, 4940865, 1990.1.105.進(jìn)度計(jì)劃與指導(dǎo)安排第1周 接受題目，校文獻(xiàn)查閱，著手撰寫文獻(xiàn)綜述；第2周 校外文獻(xiàn)查閱，翻譯與本題目有關(guān)的英文

8、資料，撰寫文獻(xiàn)綜述；第3周 撰寫修改文獻(xiàn)綜述，按照規(guī)定格式上交Word打印版，準(zhǔn)備開題報(bào)告；第4周 確定總體結(jié)構(gòu)(隧道式)、流程設(shè)計(jì)；第5周 確定隧道式微波輻射基本結(jié)構(gòu)和參數(shù)設(shè)計(jì)計(jì)算；第6周 設(shè)計(jì)計(jì)算物料性質(zhì)、輻射時(shí)間、輻射強(qiáng)度；第7周 檢驗(yàn)設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是否符合整體流程設(shè)計(jì)要求；第8周 上機(jī)繪圖CAD，運(yùn)算；第9周 上機(jī)編程與軟件操作；第10周 撰寫論文；第11周 繪制圖紙流程圖；第12周 繪制圖紙裝配圖；第13周 檢查與修改圖紙；第14周 最終修改論文并提交；第15周 整理資料，制作幻燈片；根據(jù)指導(dǎo)教師、評(píng)閱教師意見(jiàn)修改論文與幻燈片；第16周 答辯與相關(guān)準(zhǔn)備工作；根據(jù)答辯小組意見(jiàn)修改并上交畢

9、設(shè)資料。任務(wù)書審定日期年月日 系(教研室)主任(簽字)任務(wù)書批準(zhǔn)日期年月日 教學(xué)院(系、部)院長(zhǎng)(簽字)任務(wù)書下達(dá)日期年月日 指導(dǎo)教師(簽字)計(jì)劃完成任務(wù)日期 年月日 學(xué)生(簽字)摘 要隨著城市人口的增長(zhǎng)、經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和居民生活水平的不斷提高，污泥的處理在城市污水處理領(lǐng)域越來(lái)越受到關(guān)注。因此，對(duì)污泥采取微波輻射的預(yù)處理可以實(shí)現(xiàn)污泥的改性進(jìn)而提高了污泥的脫水量與脫水效率，代表著成為今后處理城市污水的發(fā)展趨勢(shì)。本論文為微波輻射污泥系統(tǒng)設(shè)計(jì)，主要包括：機(jī)械處理、微波發(fā)生、諧振腔加熱、微波提取等。根據(jù)流量參數(shù)進(jìn)行系統(tǒng)構(gòu)筑物的設(shè)計(jì)與選型，并對(duì)主體構(gòu)筑物進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與理論計(jì)算。其中微波處理主要選用的是隧道式

10、微波加熱器和微波提取器，其主要優(yōu)點(diǎn)有處理污泥量大、可連續(xù)性操作、經(jīng)濟(jì)性好等。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)主要包括隧道式箱體尺寸、防漏部件、磁控管的選型、波導(dǎo)管選型、微波提取罐尺寸與壓力校核的設(shè)計(jì)。機(jī)械處理主要設(shè)計(jì)了臥式離心分離機(jī)的尺寸，對(duì)離心機(jī)的尺寸、功率、效率進(jìn)行了理論計(jì)算。采用微波輻射技術(shù)預(yù)處理污泥，很好的進(jìn)行了污泥的改性脫水，達(dá)到高經(jīng)濟(jì)、高效的處理目標(biāo)正是要在污泥處理過(guò)程中要不斷完善和改進(jìn)的方向。關(guān)鍵詞：污泥，微波，隧道式，離心分離AbstractWith the urban population growth, economic development and continuous improvement

11、 of living standards, the processing of sludge is more and more subjected to concern in wastewater treatment realm in the city. Therefore, adopt preparing of microwave radiation to the sludge the processingcarry out the changing of dirty sludge , dehydration and heat these three varieties,raised the

12、 dehydration quantity and dehydration efficiency of dirty mire, represented to become to will handle the development trend of sewage in the city from now on.This sludge system design for the microwave radiation, including: mechanical treatment, microwave occurred cavity heating, microwave extraction

13、. Traffic parameters according to the design and selection of the system structures, and structural design of the main structures and theoretical calculations. Where the main choices are the microwave treatment tunnel microwave heater and microwave extractor, the main advantage of dealing with large

14、 amount of sludge can be a continuous operation, and good economy. Structurals design include: tunnel box size, leak-proof components, selection of the magnetron, wave guide selection, microwave extraction pressure check size and irrigation design. Mechanical treatment mainly horizontal centrifuge d

15、esign size, the centrifuge time, power, efficiency theory.Pretreatingsludge by microwave radiation technology, good for the modification of sludge dewatering to achieve high economic and efficient treatment goals is what we in the sludge treatment process to continuously refine and improve the direc

16、tion.Key words：sewage sludge, microwave radiation, tunnel, centrifuge目 錄第一章 前言11.1選題背景11.2研究意義21.3文獻(xiàn)綜述21.3.1污泥處理手段21.3.2國(guó)微波研究應(yīng)用現(xiàn)狀31.3.3國(guó)外微波研究應(yīng)用現(xiàn)狀51.4研究的基本容，擬解決的主要問(wèn)題71.4.1研究的基本容71.4.2擬解決的主要問(wèn)題8第二章 微波輻射的理論基礎(chǔ)92.1微波輻射的基本原理92.1.1微波的概述92.1.2微波處理的理論概述102.2微波輻射的特點(diǎn)112.2.1微波的特性112.2.2微波處理的優(yōu)點(diǎn)122.3微波輻射的結(jié)構(gòu)132.3.1

17、微波輻射系統(tǒng)介紹132.3.2微波輻射系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)14第三章 污泥前處理系統(tǒng)163.1系統(tǒng)設(shè)計(jì)參數(shù)163.2沉淀池的設(shè)計(jì)163.2.1沉淀池的設(shè)計(jì)說(shuō)明163.2.2主要尺寸的設(shè)計(jì)計(jì)算163.3加藥裝置183.4設(shè)備選型193.4.1泵的選取193.4.2水處理系統(tǒng)管道的選取21第四章 微波輻射發(fā)生裝置234.1磁控管234.1.1磁控管結(jié)構(gòu)234.1.2磁控管選型244.2波導(dǎo)器件264.2.1波導(dǎo)管的設(shè)計(jì)264.2.2波導(dǎo)的連接294.3微波加熱器30第五章 微波輻射系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)315.1設(shè)計(jì)步驟315.2隧道式箱形微波輻射系統(tǒng)設(shè)計(jì)315.2.1微波輻射的基本關(guān)系式315.2.2隧道式箱型微波

18、加熱器設(shè)計(jì)的一般原則335.2.3隧道式微波輻射主要尺寸設(shè)計(jì)355.2.4漏能抑制器的設(shè)計(jì)385.3微波提取裝置415.3.1微波提取器的設(shè)計(jì)415.3.2壁厚的計(jì)算425.3.3封頭的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)435.3.4控制系統(tǒng)445.4工藝的設(shè)計(jì)計(jì)算455.4.1停留時(shí)間455.4.2微波功率455.4.3加熱功率的計(jì)算465.5經(jīng)濟(jì)效益的計(jì)算48第六章 污泥后處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)506.1螺旋壓榨選型506.2離心分離的設(shè)計(jì)526.2.1離心機(jī)的結(jié)構(gòu)與工作原理526.2.2高干度離心機(jī)物理參數(shù)的確定53第七章 三維模擬567.1三維模擬的概述567.2輻射系統(tǒng)三維模擬57第八章 結(jié)論與展望598.1結(jié)論598

19、.2微波輻射系統(tǒng)的展望59參 考 文 獻(xiàn)61致 63聲 明64第一章 前言1.1選題背景隨著中國(guó)環(huán)境治理力度的加大，污泥處理能力的提高，截止到上世紀(jì)90年代，中國(guó)40個(gè)城市有78座污水處理廠；2000年超過(guò)400個(gè)污水處理廠如雨后春筍般冒出；到2010年，這個(gè)數(shù)字變成驚人的2389個(gè)。在城市污水和工業(yè)廢水的處理過(guò)程中，現(xiàn)在通行的污水處理技術(shù)是通過(guò)微生物的代作用與物理化學(xué)方法，將污水中的污染物大量轉(zhuǎn)移到剩余污泥中，其實(shí)質(zhì)是污染物的相轉(zhuǎn)移，即可溶性的污染物變成不可溶的固體1。在水質(zhì)得到凈化的同時(shí)，污水中的污染物質(zhì)作為污泥被分離出來(lái)。可以說(shuō)，污泥就是濃縮的污染物質(zhì)。城市污泥它實(shí)際上是由污水中的懸浮物

20、、微生物、微生物所吸附的有機(jī)物以與微生物代活動(dòng)產(chǎn)物所形成的聚集，一般是介于液體和固體之間的濃稠物，可以用泵輸送，但難以用沉降方法進(jìn)行固液分離2。中國(guó)目前一年的干污泥的產(chǎn)量為900萬(wàn)噸，占總垃圾產(chǎn)量的0.3%，而且每年以10%以上的速度遞增，污泥處理不當(dāng)會(huì)造成二次污染。污泥的主要污染1在于污泥是一種既含有大量N、P、K等養(yǎng)分資源，又含有重金屬、有機(jī)污染物和病原物等有害物質(zhì)的混合物。濕污泥含水量高達(dá)80%；而且有機(jī)質(zhì)含量高，同時(shí)N、P、K含量高于農(nóng)用含量不適宜堆肥同時(shí)病菌、微生物會(huì)導(dǎo)致污泥發(fā)臭。含水率過(guò)高不能進(jìn)行堆積，堵塞滲瀝影響排水。污泥變質(zhì)產(chǎn)生的甲烷等溫室氣體4。目前，污泥的主要處置方式有填埋

21、、焚燒、土地利用和綜合利用等污泥處置方法中，污泥脫水是最重要的前處理過(guò)程，高效脫除污泥中的水分，成為經(jīng)濟(jì)、高效處理污泥的瓶頸。污泥脫水特性與污泥本身的理化特性有關(guān)2，如胞外聚合物(Extracellular polymeric substance，EPS)的存在直接影響著污泥的脫水性能，EPS主要由DNA、蛋白質(zhì)和多聚糖組成，當(dāng)解體時(shí)部物質(zhì)會(huì)釋放，調(diào)質(zhì)處理技術(shù)會(huì)破壞胞外聚合物結(jié)構(gòu)，可通過(guò)測(cè)定濾液中胞外蛋白質(zhì)含量和胞外糖含量、濾液中COD的變化間接說(shuō)明EPS的結(jié)構(gòu)變化，EPS的形態(tài)也會(huì)受到調(diào)質(zhì)技術(shù)的影響。在短時(shí)間破壞污泥穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，明顯改善污泥脫水性。微波輻射引起EPS擴(kuò)散，污泥顆粒脫穩(wěn)時(shí)，污泥脫

22、水性開始有所改善；微波輻射引起污泥EPS進(jìn)一步擴(kuò)散與細(xì)胞壁開始破壞的初始階段污泥脫水性最佳；過(guò)量微波輻射引起微生物細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)過(guò)度破壞、胞物質(zhì)大量溢出，進(jìn)而破壞污泥脫水性。微波作為一種新型高效無(wú)污染能源已在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、醫(yī)學(xué)以與家庭等領(lǐng)域獲得廣泛應(yīng)用。而微波技術(shù)與污泥處理相結(jié)合，解決脫水、改性等問(wèn)題，尚處于研究與試驗(yàn)階段，但其清潔、高效、無(wú)污染的特點(diǎn)，將可能使微波技術(shù)在工業(yè)脫水干燥領(lǐng)域中獲得廣泛應(yīng)用。1.2研究意義我國(guó)城市污水處理廠污泥處理起步較晚，全國(guó)現(xiàn)有污水處理設(shè)施中有污泥穩(wěn)定處理設(shè)施的還不到1/4，處理工藝和配套設(shè)備較為完善的還不到1/10。污泥處理部分只是簡(jiǎn)單的進(jìn)行濃縮脫水外運(yùn)，其中存在許

23、多問(wèn)題。普遍的運(yùn)用較為成熟的污泥預(yù)處理方法：沉降、壓榨等方法。隨著微波領(lǐng)域的不斷延伸，微波處理污泥作為先進(jìn)的預(yù)處理污泥手段，應(yīng)用到污泥處理過(guò)程中。污水污泥的處理在城市污水處理領(lǐng)域越來(lái)越受到關(guān)注，由于水是吸收微波最好的介質(zhì)，微波處理技術(shù)具有節(jié)能高效、均勻加熱、常規(guī)加熱、降解有機(jī)物、低溫殺菌的特性，特別是低溫殺菌提供了一種能夠較多保持污泥營(yíng)養(yǎng)成分的加熱殺菌方法，順應(yīng)了污泥農(nóng)用的發(fā)展趨勢(shì)。目前，較為新穎、頗受關(guān)注的方法是采用微波輻射技術(shù)，這種技術(shù)目前已應(yīng)用工業(yè)的干燥脫水等過(guò)程，如何更好的設(shè)計(jì)微波輻射污泥，達(dá)到經(jīng)濟(jì)、高效的處理目標(biāo)也是需要考慮到的問(wèn)題。1.3文獻(xiàn)綜述1.3.1 污泥處理手段污泥中所含水

24、分形態(tài)，盡管不同的文獻(xiàn)有不同的分類3，但一般都認(rèn)為有4種存在形態(tài)如圖1-1，即間隙水、毛細(xì)結(jié)合水、表面吸附水和部結(jié)合水。圖1-1 污泥中賦存水結(jié)構(gòu)不同性質(zhì)的污泥脫水的難易程度差別很大，應(yīng)根據(jù)其脫水性能，選擇合適的方法，才能取得良好的效果。因此，測(cè)定污泥的脫水性能，對(duì)選擇脫水方法具有重要意義(如表1-1)。表1-1 污泥中水分與其處理方法列表3類別存在位置約占總水分的比例處理方法描述備注游離水或間隙水污泥顆粒之間65%-85%污泥濃縮吸附水和結(jié)合水只有通過(guò)高溫加熱或焚燒等方法，才能將這兩部分水分離出來(lái)毛細(xì)水污泥顆粒間的毛細(xì)管15%-20%機(jī)械脫水吸附水吸附在污泥顆粒上10%濃縮或機(jī)械脫水方法均難

25、以分離結(jié)合水污泥顆粒部10%改變污泥顆粒部結(jié)構(gòu)污泥調(diào)質(zhì)是污泥濃縮和機(jī)械脫水前的處理，包括化學(xué)法、加熱法、淘洗法、冷凍法和加骨粒法等。新型調(diào)質(zhì)技術(shù)主要是超聲、微波、熱水解、磁場(chǎng)、電滲透、生物絮凝等，但是新型調(diào)質(zhì)技術(shù)沒(méi)有廣泛投入工業(yè)化使用，更為重要的是調(diào)質(zhì)技術(shù)的使用將會(huì)對(duì)后續(xù)的脫水工藝與設(shè)備有較大的影響作用，需要掌握好調(diào)質(zhì)技術(shù)對(duì)污泥性質(zhì)的影響程度，使其切實(shí)對(duì)機(jī)械脫水起到促進(jìn)作用。1.3.2 國(guó)微波研究應(yīng)用現(xiàn)狀敏、施周等對(duì)污泥在2450MHz微波作用下的調(diào)質(zhì)效果進(jìn)行了研究8。污泥比阻隨著微波功率的增大和輻射時(shí)間的增長(zhǎng)而下降。超膠體顆粒的數(shù)量是影響污泥性能的重要因素，超膠體顆粒所占的比例愈少，脫水性能

26、愈好。田禹等在對(duì)污水污泥微波輻射預(yù)處理的研究中也發(fā)現(xiàn)了類似的現(xiàn)象：帶負(fù)電的污泥在微波高頻率電磁場(chǎng)中，出現(xiàn)顆粒粗大化現(xiàn)象微波輻射處理后污泥的顆粒粒徑與間隙明顯增大。微波可以減少污水污泥中超膠體顆粒的數(shù)量，進(jìn)而改善污泥的性質(zhì)。微波輻射預(yù)處理對(duì)污泥沉降、過(guò)濾脫水性能的影響，并從粒度分布、污泥胞外聚合物(EPS)組分含量的變化解析相關(guān)機(jī)理，同時(shí)探討微波輻射微生物EPS組分對(duì)污泥脫水性改善作用7。鄒繼兆等10在2006年在微波加熱原理的基礎(chǔ)上，根據(jù)具體的實(shí)驗(yàn)要求，介紹了一套自行設(shè)計(jì)的多模諧振腔微波高溫加熱真空系統(tǒng)如圖1-2。圖1-2 微波加熱系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖工業(yè)用微波源的工作頻率通常為2450MHz、915

27、MHz這兩種。波導(dǎo)用來(lái)將微波按一定的方式導(dǎo)入微波加熱腔；由于該系統(tǒng)設(shè)計(jì)要在真空或氣氛保護(hù)條件下的高溫加熱，在腔體上設(shè)有氣體導(dǎo)入導(dǎo)出口，出口與真空泵連接；在整個(gè)加熱過(guò)程中，從升溫到保溫、降溫都需要根據(jù)工藝來(lái)控制，這一過(guò)程通過(guò)程控系統(tǒng)控制微波功率來(lái)實(shí)現(xiàn)4。圖1-3 真空微波加熱系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)如圖1-3該反應(yīng)器的主體是由金屬壁封閉的多模矩形諧振腔10；為了能使樣品能快速加熱，并達(dá)到一定的高溫，密封諧振腔設(shè)有透波保溫層；為使微波腔體中心處場(chǎng)強(qiáng)密度最大，達(dá)到中心處加熱效果最佳，在諧振腔外設(shè)三組正交排列的微波管，微波管前的諧振腔上設(shè)有透波密封窗，微波腔上設(shè)有抽氣口和進(jìn)氣口，抽氣口與真空泵連接，進(jìn)氣口與充氣

28、系統(tǒng)連接。1.3.3 國(guó)外微波研究應(yīng)用現(xiàn)狀目前21世紀(jì)，眾多學(xué)者通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究了輻射技術(shù)對(duì)污泥脫水特性的影響19。水是微波加熱的良好載體，波蘭學(xué)者Ewa Wojciechowska研究了微波改性對(duì)污泥脫水性能的促進(jìn)作用，研究結(jié)果表明對(duì)于未經(jīng)消化的污泥效果較好，微波與絮凝劑同時(shí)使用的效果優(yōu)于這兩種方法的單獨(dú)使用，使用微波改性技術(shù)后明顯增加污泥懸浮液體中的BOD5和COD含量。污泥微波加熱技術(shù)在實(shí)際生產(chǎn)已經(jīng)有成功應(yīng)用，另外微波改性技術(shù)在原油脫水、降粘方面有著較好的效果，在污泥改性脫水方面的應(yīng)用潛力較大。早在20世紀(jì)70年代，在德國(guó)首先安裝了用于污泥消毒的輻射裝置，微波輻射裝置逐漸被用于污泥加熱，促進(jìn)

29、污泥的消化和金屬離子的去除等方面。20世紀(jì)90年代初，國(guó)外學(xué)者開始將微波技術(shù)引入污泥的處理，其技術(shù)優(yōu)勢(shì)表現(xiàn)為加熱速度快、熱效高、熱量立體傳遞、設(shè)備體積小等。在1990年的時(shí)候Andrew J.Johnson， Boulder，Robert D.Petersen等人已經(jīng)申請(qǐng)專利如圖1-4所示，研發(fā)了微波輻射加熱儀器：其中包括一個(gè)鼓，一個(gè)轉(zhuǎn)盤，一個(gè)升降臺(tái)，透視孔，通風(fēng)諧振腔，螺旋給料機(jī)和供應(yīng)材料20。一個(gè)簡(jiǎn)單諧振腔適合用于加熱廢料和調(diào)整，以便把容器的材料容易進(jìn)入系統(tǒng)，并要求從諧振腔清除廢氣。另一項(xiàng)發(fā)明的目的是提供一個(gè)微波加熱系統(tǒng)，不需要復(fù)雜的調(diào)節(jié)設(shè)備。另一個(gè)目的是提供一個(gè)微波加熱系統(tǒng)，并提供了廢氣

30、諧振腔中停留時(shí)間相對(duì)較短的灰塵。主要對(duì)于一個(gè)特性的廢棄物處理問(wèn)題，其中最特殊的是有關(guān)放射性廢棄物的處理。在核工業(yè)的生產(chǎn)用水中可能包含放射性超鈾同位素。從水中分離這些物質(zhì)并用水合氫氧化物濃縮他們，使他們析出的過(guò)程。由于這個(gè)步驟，超鈾同位素將從水淤泥中分離，出現(xiàn)在固態(tài)氫氧化物或氧化物中。這將是非?？扇〉恼T捕和濃縮淤泥中的廢氫氧化物和氧化物，從而進(jìn)一步減少他們的體積。此外，這個(gè)方法另一個(gè)可取的地方是將廢氣的水溶物質(zhì)轉(zhuǎn)變?yōu)楦稍锏奈镔|(zhì)。因此，本發(fā)明能夠提供一個(gè)簡(jiǎn)單合適的共振腔為加熱廢物變得容易轉(zhuǎn)運(yùn)，同時(shí)也更容易維修系統(tǒng)，能有效的處理廢氣。圖1-4 微波加熱裝置國(guó)外應(yīng)用微波輻射進(jìn)行預(yù)處理如圖1-5所示，微

31、波處理應(yīng)用于鉆井的油水土混合物的分離23。此圖為國(guó)際石油工程師協(xié)會(huì)(SPE)發(fā)布的微波預(yù)處理鉆井廢棄物處理裝置。設(shè)備運(yùn)行時(shí)首先由微波發(fā)生器發(fā)生微波，經(jīng)饋能裝置輸入微波加熱器中；物料由傳輸系統(tǒng)送至加熱器中，此時(shí)物料中的水分在微波能的作用下升溫蒸發(fā)，水蒸氣通過(guò)抽濕系統(tǒng)排除而達(dá)到干燥的目的。由于微波是直接作用于物料，所以脫水效果好、干燥溫度低、速度快，有效成份的損失很小。圖1-5 連續(xù)處理鉆井廢物裝置概要圖圖1-5工藝運(yùn)行過(guò)程：鉆井采出廢物經(jīng)過(guò)機(jī)械壓榨處理，進(jìn)入傳送帶進(jìn)入諧振腔微波處理。微波腔兩邊反射抗流圈：1.用來(lái)反射電磁波防止泄露；2.擴(kuò)大輻射的區(qū)域圍充分覆蓋傳送帶空間。在反射圈和諧振腔充入氮?dú)?/p>

32、，也是預(yù)防泄露的一種防措施。通過(guò)諧振腔改性加熱處理，會(huì)有水蒸氣和油氣產(chǎn)生通過(guò)收集裝置匯集冷卻，分離含油水。鉆井廢物處理完成，固體廢棄物進(jìn)行后續(xù)處理。實(shí)現(xiàn)了預(yù)處理效果，提高了油-水-土壤三項(xiàng)分離。微波源通過(guò)此磁控管產(chǎn)生多諧振蕩波，通過(guò)波導(dǎo)進(jìn)行傳輸，波導(dǎo)運(yùn)用空心形狀防止微波的衰減。經(jīng)過(guò)放大器提高微波頻率增強(qiáng)家人處理效果。國(guó)外在傳統(tǒng)的工藝上進(jìn)行改進(jìn)22，如圖1-6為多模態(tài)的微波加熱系統(tǒng)。圖1-6 微波加熱裝置示意圖(a)基本多模態(tài)系統(tǒng)(b)模組的多箱系統(tǒng)多模態(tài)的震蕩發(fā)生器是由一個(gè)通過(guò)繞在微波信號(hào)發(fā)生器槽中的金屬線圈組成，如在圖1-6a中所表示的那樣。微波的疊加和反射會(huì)導(dǎo)致一個(gè)新的駐波圖形和方式。在一

33、個(gè)已知頻率帶，如震蕩發(fā)生器，能夠維持一定數(shù)量的共振模。此工藝在傳統(tǒng)的單模發(fā)展到多模態(tài)。其特點(diǎn)為腔設(shè)計(jì)為4個(gè)磁控管均勻分布在腔體壁上，同時(shí)裝有末態(tài)攪拌器進(jìn)行微波攪拌。加工材料經(jīng)過(guò)運(yùn)送裝置通過(guò)腔體，在吸收微波裝置的保護(hù)下防止微波泄漏。大大提高了處理效率成功改進(jìn)了傳統(tǒng)的工藝技術(shù)。1.4研究的基本容，擬解決的主要問(wèn)題1.4.1 研究的基本容本課題以微波輻射處理污泥脫水為重點(diǎn)容，設(shè)計(jì)微波輻射污泥系統(tǒng)在污泥處理的環(huán)節(jié)中的位置，以隧道式微波輻射污泥脫水為參考進(jìn)行設(shè)計(jì)，主要容如下：(1)比較國(guó)外各種微波輻射裝置的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。(2)以隧道式微波輻射為設(shè)計(jì)要求，設(shè)計(jì)輻射系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)尺寸、磁控管、波導(dǎo)管和諧振腔系統(tǒng)。(

34、3)繪制流程圖、裝配圖以與零件圖。(4)使用UG NX軟件對(duì)主要部件，特別是諧振箱和波導(dǎo)管進(jìn)行三維實(shí)體模擬。1.4.2 擬解決的主要問(wèn)題(1)如何在設(shè)計(jì)中實(shí)現(xiàn)隧道式連續(xù)微波輻射的要求。(2)脫水過(guò)程中的流量、密封等問(wèn)題。(3)輻射強(qiáng)度、輻射時(shí)間、添加劑投放進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算。第二章 微波輻射的理論基礎(chǔ)2.1微波輻射的基本原理2.1.1 微波的概述“微波”也稱超高頻，通常是指波長(zhǎng)為1m到1mm圍的電磁波，對(duì)應(yīng)的頻率圍為300MHz到300GHz，它介于普通無(wú)線電波與紅外線之間，在使用中為了方便將它分為分米波，厘米波和毫米波。一般用一些更狹窄的具體波段名稱，如10cm波段 (S波段)，5cm波段 (C波

35、段)，3cm波段 (X波段)，1.25cm波段(K波段)與8mm波段 (Q波段)等12。其中波段的微波測(cè)量系統(tǒng)是一般實(shí)驗(yàn)室中所常見(jiàn)的。微波中常用的頻率單位為GHz。具體劃分如下表2-1所示。表2-1 波段列表波段代號(hào)頻率圍/GHz標(biāo)稱波長(zhǎng)/cmL1.0-2.022S2.0-4.010C4.0-8.05X8.0-12.53K18.0-27.01.25Q27.0-40.00.8微波輻射處理時(shí)，伴隨著電磁波向材料部的穿透，有一個(gè)電磁能自動(dòng)向部的傳遞過(guò)程，材料吸收微波能量是外部與表面同時(shí)進(jìn)行的，可以認(rèn)為微波加熱是一種體加熱。微波對(duì)物料除了上述的加熱作用外，還存在所謂的“非熱效應(yīng)”，反應(yīng)體系溫度在遠(yuǎn)低于

36、常規(guī)加熱溫度時(shí)，與常規(guī)加熱具有一樣的產(chǎn)率或更快的化學(xué)反應(yīng)速度；而且有時(shí)還伴有新物質(zhì)生成；在常規(guī)加熱條件下不能進(jìn)行或很難進(jìn)行的化學(xué)反應(yīng)，在微波作用下變得可行。2.1.2 微波處理的理論概述眾所周知，微波是一種電磁波，簡(jiǎn)單的說(shuō)它是以一種電場(chǎng)和磁場(chǎng)直交的方式，交變地向周圍傳播13。這種電磁場(chǎng)狀態(tài)可用麥克斯韋方程式來(lái)描述，用MKS(米千克秒)制量綱表示的一組用矢量表示的方程組 (2-1)式中：D電磁場(chǎng)密度(電位變化)；B磁通密度；電荷電量；J電流；H磁場(chǎng)強(qiáng)度；E電場(chǎng)強(qiáng)度；div和rot用矢量表示的微分。此外被加熱物體的物理特性，亦可表示為： (2-2) (2-3) (2-4)式中：介電常數(shù)；磁導(dǎo)率；電

37、導(dǎo)率；初始電流。當(dāng)在介電體上加微波電場(chǎng)后產(chǎn)生 (2-5)此時(shí)，電位變化D與靜電場(chǎng)E成正比，微波頻率增高，D相對(duì)于E產(chǎn)生滯后相位角，即 (2-6)如果只看其實(shí)數(shù)部分，對(duì)于，產(chǎn)生 (2-7)如果用Maxwell方程式中的的公式解釋，上式第一項(xiàng)可看為傳導(dǎo)電流，而第二項(xiàng)則表示由于電磁場(chǎng)密度變化而產(chǎn)生的電位變化電流。微波損耗公式可表示為 (2-8)用E與其同相位電流成分相乘即為功率L(w)，可表示為 (2-9)再?gòu)腅和D之比加以考慮，亦即，通過(guò)介電系數(shù)和相位差的關(guān)系這樣，微波產(chǎn)生的電耗L即可為 (2-10)以上系數(shù)均為研究微波處理時(shí)的重要參數(shù)和設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。2.2微波輻射的特點(diǎn)2.2.1 微波的特性微波的基

38、本性質(zhì)通常呈現(xiàn)為穿透、反射、吸收三個(gè)特性。對(duì)于玻璃、塑料和瓷器，微波幾乎是穿越而不被吸收。對(duì)于水和食物等就會(huì)吸收微波而使自身發(fā)熱。而對(duì)金屬類東西，則會(huì)反射微波。但若微波作用于非金屬的介電體，由介電體特性所決定微波將被吸收、滲透，產(chǎn)生高頻電場(chǎng)和磁場(chǎng)。(1) 介電發(fā)熱效應(yīng)13。如圖2-1(a)所示的介電體，其中“+”離子和附近的“-”電子成對(duì)存在，這些電子對(duì)緊密的結(jié)合，相互間不起作用，介質(zhì)的整體對(duì)外界來(lái)說(shuō)電場(chǎng)強(qiáng)度為零。但若如圖2-1(b)加上很強(qiáng)的電場(chǎng)，則正負(fù)電子對(duì)立即會(huì)重新排列。若改變電場(chǎng)方向則電子對(duì)將按圖2-1(c)反向排列。如果電場(chǎng)是交變且為高頻的，則分子的電子對(duì)頻繁的轉(zhuǎn)動(dòng)或振動(dòng)將會(huì)因摩擦產(chǎn)

39、生熱量。圖2-1 在微波電場(chǎng)作用下的分子運(yùn)動(dòng)(2) 微波的浸透深度。在實(shí)際應(yīng)用中出現(xiàn)一種現(xiàn)象，就是被加熱的物料介質(zhì)有些能加熱透徹，有些加熱不透徹，其原因是存在一個(gè)投射能力和加熱深度問(wèn)題，即穿透能力問(wèn)題。穿透能力就是指電磁波穿入到介質(zhì)部的本領(lǐng)。電磁波從介質(zhì)的表面進(jìn)入并在其部傳播時(shí)，由于能量不斷地被吸收并轉(zhuǎn)化為熱能，他所攜帶的能量就隨著深入介質(zhì)表面的距離，以指數(shù)形式衰減。投射深度指的是材料部功率密度為表面能量密度的1/e或36.8%出算起的深度D。2.2.2 微波處理的優(yōu)點(diǎn)(1) 加熱速度快常規(guī)加熱(如火焰、熱風(fēng)、電熱、蒸汽等)都是利用熱傳導(dǎo)、對(duì)流、熱輻射將熱量首先傳遞給被加熱物的表面，再通過(guò)熱傳

40、導(dǎo)逐步使中心溫度升高(即常稱的外部加熱)。它要市中心部位達(dá)到所需的溫度，需要一定的熱傳導(dǎo)時(shí)間，而對(duì)熱傳導(dǎo)率差的物體所需的時(shí)間就更長(zhǎng)。微波加熱則屬于部加熱方式，電磁能直接作用于介質(zhì)分子并轉(zhuǎn)換成熱，且透射使介質(zhì)外同時(shí)受熱不需要熱傳導(dǎo)，故可在短時(shí)間達(dá)到均勻加熱。(2) 加熱均勻用外部加熱方式加熱時(shí)，為提高加熱速度，就需升高外部溫度，加大溫度梯度，但隨之會(huì)產(chǎn)生外焦熱現(xiàn)象。微波不論形態(tài)如何，都能均勻滲透，產(chǎn)生熱量，因此加熱狀況大大改善。(3) 節(jié)能高效不同物料對(duì)微波有不同的吸收率。含有水分的物質(zhì)容易吸收微波能，玻璃、瓷、聚乙烯、聚丙烯、氟塑料等則很少吸收微波，金屬反射微波，這些物質(zhì)都不能被微波加熱。微波

41、加熱時(shí)，被加熱物料一般都是放在用金屬制成的加熱室，加熱室對(duì)電磁波來(lái)說(shuō)是個(gè)封閉容器，電磁波不會(huì)泄露，只能被加熱物體吸收。容器的環(huán)境和箱體都不會(huì)被加熱，故微波加熱效率很高。(4) 易于控制微波功率的控制由開關(guān)、旋鈕調(diào)節(jié)，即開即用，無(wú)熱慣性，功率連續(xù)可調(diào)，已與自動(dòng)化。(5) 選擇性加熱不同性質(zhì)的物料對(duì)微波的吸收損耗不同，而微波具有選擇性加熱的特點(diǎn)，這對(duì)處理過(guò)程有利。因?yàn)樗肿訉?duì)微波的吸收損耗最大，所以含水率高的部分，吸收微波功率高，達(dá)到破壞成分的作用。通過(guò)這一特點(diǎn)合理制定微波處理的預(yù)處理的加工工藝。(6) 安全無(wú)害微波不屬于放射性射線，又無(wú)有害氣體排放，是一種十分安全的處理技術(shù)。從微波治療開始，推廣

42、應(yīng)用到食品、皮草、紙、木材等輕工業(yè)產(chǎn)品的加工方面以與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上的烘干、種子處理等方面。在科學(xué)研究，特別是污泥處理的研究上也將展現(xiàn)其獨(dú)特的應(yīng)用。2.3微波輻射系統(tǒng)結(jié)構(gòu)2.3.1 微波輻射系統(tǒng)介紹如圖2-2所示將微波技術(shù)引入污水污泥的處理，其技術(shù)優(yōu)勢(shì)表現(xiàn)為加熱速度快，熱效高，熱量立體傳遞，設(shè)備體積小等。進(jìn)行相關(guān)經(jīng)濟(jì)分析后指出，微波技術(shù)將由于經(jīng)濟(jì)上原因受到限制用于污水污泥的預(yù)處理。圖2-2 微波預(yù)處理流程由于污泥的含水率很高(一般含水率在95%-98%圍之間)，為了更好的進(jìn)行污泥的后期處理，引入微波技術(shù)提高了脫水的效果。圖2-2所示的為帶有微波預(yù)處理的污泥處理系統(tǒng)。從污水處理廠出來(lái)的污泥流動(dòng)性很大，

43、通過(guò)粗細(xì)隔柵去除大量懸浮物。進(jìn)入調(diào)節(jié)池投入添加劑硅藻使污泥絮凝，經(jīng)過(guò)機(jī)械螺旋壓榨脫水后進(jìn)行絮凝劑的再次投放。進(jìn)入到微波諧振腔中進(jìn)行微波的輻射處理，改變污泥的性質(zhì)，絮凝污泥脫水升溫。進(jìn)入到后續(xù)的一次沉淀、二次沉淀過(guò)濾到最后的壓榨與輸出。2.3.2微波輻射系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)典型的工業(yè)微波輻射系統(tǒng)如2-3圖示。系統(tǒng)基于三個(gè)主要的構(gòu)件。第一個(gè)就是提供微波發(fā)生的電源裝置。第二就是微波發(fā)生裝置，以與是微波的傳輸和釋放裝置。最后第三個(gè)主要組成部分是控制電路優(yōu)化和規(guī)的微波加熱器的整體表現(xiàn)。電源供給微波發(fā)生器能源制造一定頻率的微波，波導(dǎo)用來(lái)將微波按一定的方式導(dǎo)入微波加熱腔；由于該系統(tǒng)設(shè)計(jì)要在真空或氣氛保護(hù)條件下的高溫加

44、熱，在腔體上設(shè)有氣體導(dǎo)入導(dǎo)出口，出口與真空泵連接；在整個(gè)加熱過(guò)程中，從升溫到保溫、降溫都需要根據(jù)工藝來(lái)控制，這一過(guò)程通過(guò)程控系統(tǒng)控制微波功率來(lái)實(shí)現(xiàn)。圖2-3 典型微波系統(tǒng)第三章 污泥前處理系統(tǒng)3.1.系統(tǒng)設(shè)計(jì)參數(shù)系統(tǒng)按運(yùn)行時(shí)間為12h/d，將污泥經(jīng)過(guò)系統(tǒng)脫水后，使得污泥含水率降低到6%左右，干污泥約為15t/h備處理能力為2000m3/d(即83.3m3/h)。依據(jù)設(shè)計(jì)參數(shù)，假設(shè)溫度提升速度為10/min，微波輻射時(shí)間為2min，得出溫度變化，設(shè)計(jì)處理功率為5kW。3.2 沉淀池的設(shè)計(jì)3.2.1沉淀池的設(shè)計(jì)說(shuō)明根據(jù)結(jié)構(gòu)與運(yùn)行方式的不同，沉淀池可分為普通沉淀池和淺層沉淀池(斜板與斜管沉淀池)兩大

45、類；按照水災(zāi)池的總體流向，普通沉淀池分為平流式、輻流式、和豎流式三種。本設(shè)計(jì)采用平流式沉淀池。其池表面呈長(zhǎng)方形，污水從池的一端流入，按水平方向在池流動(dòng)，澄清的污水從另一端溢出，在進(jìn)水口處的底部設(shè)有貯泥斗。平流式沉淀池的優(yōu)點(diǎn)有：污水在池流態(tài)特性比較穩(wěn)定，沉淀效果好；對(duì)沖擊負(fù)荷和溫度變化的適應(yīng)能力較強(qiáng)；施工簡(jiǎn)單，設(shè)備造價(jià)低。平流式沉淀池主要適用于地下水位高與地質(zhì)條件差的地區(qū)和大、中、小型水處理廠。3.2.2 主要尺寸的設(shè)計(jì)計(jì)算參數(shù)表面負(fù)荷一般為1.53.0 m3/(m3·h)；設(shè)計(jì)水量Qmax=2000m3/d=83.3m3/h=0.02 m3/s。(1) 池子總面積設(shè)計(jì)水量Qmax=2

46、000 m3/d=83.3 m3/h=0.02 m3/s則A =55.5 (3-1)式中：q表面負(fù)荷，取q=1.5 m3/(·h)。(2)沉淀部分有效水深沉淀池有效水深一般為24m。取h =3m，則h=qt=1.5t (3-2)t=2h式中：t水力停留時(shí)間。(3)沉淀部分有效容積V=Qmax t=83.3×2=166.6 m3(3-3)(4)沉淀池長(zhǎng)L=3.6vt=3.6×3.5×2=25.2m (3-4)式中：v水平流速，小于5mm/s，取v=3.5mm/s。(5)沉淀池總寬B= 2.2m (3-5)(6)池子個(gè)數(shù)設(shè)兩個(gè)沉淀池，則每池寬2.2m。(7)

47、校核長(zhǎng)寬比和長(zhǎng)深比長(zhǎng)寬比=11.4>4符合要求 (3-6)長(zhǎng)深比=8.4>8在812之間，符合要求。 (3-7)(8)污泥量的產(chǎn)生W=1248 m3/d (3-8)式中：C1進(jìn)水懸浮物濃度，kg/ m3；C2進(jìn)水懸浮物濃度，kg/ m3；污泥濃度，1000 kg/ m3；P0污泥含水率，P0 = 97%。計(jì)算污泥產(chǎn)量約為50t/h。3.3加藥裝置加藥裝置主要用于電廠的給水、爐水、循環(huán)水、廢水等處理，也可用于石油、化工、環(huán)保、供水系統(tǒng)等行業(yè)。單元組合式加藥裝置，主要有溶液箱、計(jì)量泵、過(guò)濾器、安全閥、止回閥、脈沖阻尼器、水位表、控制柜等組成一體化安裝在一個(gè)底座上3。用戶只需將組合式加藥

48、裝置安放在加藥間，將加藥管接好接通電源即可啟動(dòng)投入運(yùn)行，這種工廠化的整套裝置，可大大減少設(shè)計(jì)和現(xiàn)場(chǎng)施工的工作量，對(duì)整機(jī)的質(zhì)量、安全和現(xiàn)場(chǎng)投運(yùn)提供了可靠的保證。加藥裝置是以計(jì)量泵為主要投加設(shè)備、將溶藥箱、攪拌器、液位計(jì)、安全閥、止回閥、壓力表、過(guò)濾器、緩沖器、管路、閥門、底座、扶梯、自動(dòng)監(jiān)視系統(tǒng)、電力控制系統(tǒng)等按工藝流程需要組裝在一個(gè)公共平臺(tái)上，形成一個(gè)模塊，即所謂的撬裝式組合式單元。圖3-1 加藥裝置加藥裝置，采用的是機(jī)電一體化結(jié)構(gòu)形式，從安裝上可分為固定式和移動(dòng)式(推車式)，每種形式的加藥裝置均配有攪拌系統(tǒng)、加藥系統(tǒng)和自動(dòng)控制系統(tǒng)。幾個(gè)固定式撬裝可組合成一個(gè)整體，加上變頻控制系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)就地

49、控制、遠(yuǎn)程自動(dòng)控制、手動(dòng)和自動(dòng)相互轉(zhuǎn)換加藥。具有結(jié)構(gòu)緊湊，體積小、噪音低、工作平穩(wěn)、安裝簡(jiǎn)單、操作使用方便等優(yōu)點(diǎn)。加藥裝置通過(guò)不同的工藝設(shè)計(jì)，精確配置各類固體和液體的化學(xué)藥品的溶液，再用計(jì)量泵準(zhǔn)確投加，以達(dá)到各種設(shè)計(jì)要求。3.4設(shè)備選型3.4.1 泵的選取在污水處理過(guò)程中后續(xù)的污泥處理會(huì)涉與到污泥的輸送問(wèn)題。污泥的性質(zhì)主要包括：含水率、揮發(fā)性固體和灰分、相對(duì)密度、可消化程度、過(guò)濾比阻、毛細(xì)吸水時(shí)間等。與污泥輸送相關(guān)的性質(zhì)主要是污泥流動(dòng)的水力特性3。從力學(xué)性質(zhì)的角度來(lái)看，污泥是一種兩相流體，在含水率較高(高于99%)的狀態(tài)下，屬于牛頓流體，流動(dòng)特性接近于水流。隨著固體濃度的增加，污泥的流動(dòng)顯示出

50、來(lái)非牛頓流體的特性，一般在除砂的情況下，可視為均質(zhì)非牛頓流體中的偽塑體，其流變特性方程如下： (3-9)式中：剪切應(yīng)力，kg/m2；屈服剪切應(yīng)力，kg/m2；g重力加速度，m/s2；塑性粘度，kg/(ms)；速度梯度，l/s。表3-1所示污泥特性值列表，和的取值如表所示。表3-1 污泥的和值列表物料溫度/濃度/%/kg/m2/ kg/(ms)水20000.001初次沉淀生污泥126.74.3860.028消化污泥17101.5300.092消化污泥17142.9580.101消化污泥17186.2220.118活性污泥200.40.01020.006活性污泥200.20.02040.007對(duì)于

51、初次沉淀污泥來(lái)說(shuō)剪切應(yīng)力為：由于污泥屬于初次沉淀池生污泥，查表得=4.386和=0.028代入公式(3-9)中計(jì)算得 (3-10)初次沉淀污泥的水力特性很復(fù)雜，當(dāng)污泥的含固量小于1%時(shí)，其流動(dòng)性能基本上和水一樣。對(duì)于含固量大于1%的污泥，當(dāng)在管道流速較低時(shí)(1.0-1.5m/s)，其阻力比污水大；當(dāng)在管道的流速大于1.5m/s時(shí)，其阻力必污泥小。在層流條件下，由于的存在，污泥流動(dòng)的阻力很大，因此污泥管道輸送常采用較大流速。選用螺旋離心泵進(jìn)行輸送污泥。螺旋離心泵是一種三元螺旋是單片的無(wú)堵塞泵，主要由葉輪、吸口、蝸殼、轉(zhuǎn)軸、軸承框架、耐磨襯等部件組成。由于流量為23.15L/s選擇瑞士海斯特股份型

52、號(hào)為H05K-MH的螺旋離心泵。螺旋離心葉輪泵的特點(diǎn)如下：真正的無(wú)堵塞性能，柔和輸送介質(zhì)，螺旋離心泵效率高，運(yùn)行成本低，無(wú)過(guò)載區(qū)域，高固含量介質(zhì)處理能力；采用可耐磨襯，當(dāng)發(fā)生磨損之后只需更換一個(gè)襯即可，無(wú)需更換整個(gè)外殼，既方便又經(jīng)濟(jì)。3.4.2 水處理系統(tǒng)管道的選取管子的選取原則是按照污染治理工藝的要求(如溫度、壓力、耐腐蝕等)進(jìn)行，主要選擇合適的管材、計(jì)算管徑、確定管壁厚、選定標(biāo)準(zhǔn)的常用管子規(guī)格，從而滿足處理工藝的要求11。(1) 管材的選取首先管材的選取選用無(wú)縫鋼管進(jìn)行管路的主要材料。無(wú)縫鋼管按制造方法分為熱軋管和冷拔(軋)管。冷拔(軋)管的最大公稱直徑為200mm，熱軋管最大公稱直徑為6

53、00mm。在管道工程中，管徑超過(guò)57mm時(shí)，常選用熱軋管，管徑小于57mm時(shí)常用冷拔(軋)管。管道工程常用的無(wú)縫鋼管有以下幾種：一般無(wú)縫鋼管一般無(wú)縫鋼管簡(jiǎn)稱無(wú)縫鋼管，用普通碳素鋼、優(yōu)質(zhì)碳素鋼、普通低合金鋼和合金結(jié)構(gòu)鋼制造，用于制作輸送液體管道或制作結(jié)構(gòu)、零件用。 無(wú)縫鋼管按外徑和壁厚度供貨，在同一外徑下有多種壁厚，承受的壓力圍較大。通常鋼管長(zhǎng)度，熱軋管為3-12.5m，冷拔(軋)管為1.5-9m。低中壓鍋爐用無(wú)縫鋼管低中壓鍋爐用無(wú)縫鋼管是用10號(hào)、20號(hào)優(yōu)質(zhì)碳素鋼制造。(2) 管徑d的計(jì)算經(jīng)過(guò)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的總結(jié)，認(rèn)為通常流體介質(zhì)在管比較合理的流速圍如表3-2所示。因此只要知道管路中流體通過(guò)的最大流

54、量，就可算出管徑d的大小。 (3-11)式中：W流體的質(zhì)量流量，kg/h；Q流體的體積流量，m3/h；流體的密度，kg/m3；流體的平均流速，m/s。表3-2 各種常用流體流速圍流體類別常用流速圍(m/s)水與其他粘度較小的液體1.5-3.0工業(yè)用水(自來(lái)水)1.5黏度較大的液體(如鹽類液體)0.5-1.0液體自流速度0.5取流體的流動(dòng)速度為1.0m/s因?yàn)槌霈F(xiàn)誤差數(shù)據(jù)取整得d=175mm。第四章 微波輻射發(fā)生裝置4.1磁控管磁控管是微波發(fā)生的主要部件，是完成電能轉(zhuǎn)換為微波能作輸出微波的器件。工作在微波頻率的磁控管有線性束管(O形管)和交叉場(chǎng)型管(M形管)。實(shí)質(zhì)上磁控管是一個(gè)置于恒定磁場(chǎng)中的二極管，管電子在相互垂直的恒定磁場(chǎng)和核定電場(chǎng)的控制下，與高頻電磁場(chǎng)發(fā)生相互作用13。磁控管陰極發(fā)射的電子受電場(chǎng)加速而速度升高，并受洛侖茲力的作用運(yùn)動(dòng)軌跡彎曲，在陽(yáng)極交變電壓的作用下使得有足夠能量到達(dá)陽(yáng)極。此過(guò)程獲得的