【正文】 改為 “ 電磁力 ” 。 微波產(chǎn)生的電磁場是細菌致死的主要因素，特別是在較低溫度時。 微波的殺菌原理 微波加熱殺菌原理； 在生物與醫(yī)學(xué)領(lǐng)域已有許多研究表明，微波加熱與傳統(tǒng)加熱不同，它不需要由表及里的熱傳導(dǎo)，而是通過微波產(chǎn)生的溫度場與電磁場，可以直接而有效地在整個物料內(nèi)部產(chǎn)生熱量，促進細菌的分子高速運動，根據(jù)物料性質(zhì)（電導(dǎo)率、磁導(dǎo)率、介電常數(shù)）的不同，加熱在物料內(nèi)部的能量耗散來直接加熱物料，微波加熱加速其細胞膜的擠壓而破裂達到殺菌的目的。 另外，從陰極出發(fā)的電子，有兩種情況；一種是電子可以和高頻電場進行能量交換，這種電子稱為有利電子；另一種高電子是不能交換能量的，這叫不利電子，它會返回來轟陰極，使陰極溫度升高。 當電子旋轉(zhuǎn)到處于負高頻場的諧振腔翼片處，則對電子呈拒斥而使電子速度降低 ，電子由于降速而喪失的能量實際上激勵了高頻場，從而將能量交給了高頻場。電子在作用空間進行圓周運動的同時，還會出現(xiàn)“群聚”現(xiàn)象，形成象風(fēng)扇葉片那樣的“電子云”，這種群聚的電子云沿陰極軸心而旋轉(zhuǎn)著。 圖 振蕩腔π模振蕩原理圖 陰極面上所發(fā)射的電子，如 果處于正電場的翼片為負的位置，電子就比沒有高頻場慢，當電子受到磁場的作用而繞反時針方向旋轉(zhuǎn)時，正高頻場附近出發(fā)的電子將會追趕負高頻場附近出發(fā)的電子。的相位差，通常稱之為磁控管的π模振蕩。當磁控管工作時，相鄰諧振腔感應(yīng)的高頻電場的方向就相反，其翼片上兩側(cè)電場方向也相反。大功率管采用軸向能量輸出器。如圖 所示，每個小腔構(gòu)成一個諧振回路，由許多諧振回路相互耦合在一起形成一個復(fù)雜的諧振回路。為了防止回轟引起陰極過熱而損壞，通常在磁控管振蕩后，采用降低燈絲加熱功率來保護陰極，以增加壽命。從圖 可以看出它包括三個主要部分： ⑴陰極及其引線； ⑵陽極塊； ⑶能量輸出器。磁控管在工作時，陽極和陰極間加上幾百伏甚至幾萬伏的直流電壓。有時在失配的情況下還能穩(wěn)定的工作。 連續(xù)波磁控管簡介： 在微波加熱設(shè)備中絕大多數(shù)是采用連續(xù)波磁控管。國外也已應(yīng)用了大功率的連續(xù)波調(diào)速管。能產(chǎn)生大功率的微波管，有磁控管，多腔調(diào)速管，微波三、四極管，正交場器件以及回旋管等許多種。微波管器件主要有電真空器件和半導(dǎo)體器件兩大類。它是由產(chǎn)生微波能的心臟 —— 微波管和為微波管提供必要工作條件的電源所組成。 125 K 表 141 工業(yè)微波設(shè)備規(guī)定使用的頻率和波長 奇妙的微波以它的獨特功能開拓了微波加熱新技術(shù)。 50 S 5800177。 頻率（ MHz） 波段名稱 中心波長（ m） 915177。微波又可細分為如下波段： 分米波， UHF，超高頻 3003000MHz 厘米波， SHF，特高頻 330GHz 毫米波， EHF，極高頻 30300GHz 亞毫米波，超級高頻， 3003000GHz 我國對工業(yè)微波加熱設(shè)備常用的固定專用頻率有二種： 915MHz 和 2450MHz。隨著單片機、 PLC 技術(shù)和微波發(fā)生元器件的發(fā)展，未來微波加熱設(shè)備必向自動控制、智能化方和大功率向前進。 現(xiàn)在微波加熱器的種類主要有箱型微波加熱器、隧道式箱型微波加熱器、圓柱波導(dǎo)加熱器和管道式液料微波加熱裝置等。微波加熱在橡膠工業(yè)硫化工藝中的應(yīng)用，以及在鑄造工業(yè)中用來烘烤泥芯，融模脫蠟；在制藥工業(yè)中用作藥品的干燥、滅菌；在農(nóng)業(yè)、林業(yè)種子處理及產(chǎn)品加工等方面也有廣泛用處。微波等離子體還用于光譜分析的應(yīng)用。微波加熱在輕紡工業(yè)中應(yīng)用面也 較廣，如皮革干燥，彩色印刷上光干燥，印花手帕固色等，都取得了理想的效果。在美國、日本、和西歐等國家，家庭微波灶已得到了很快的普及，利用微波加熱已成功の制成膨化干燥體，成為理想的方便食品?，F(xiàn)在微波加熱技術(shù)在許多領(lǐng)域的應(yīng)用得到了迅速發(fā)展。我國從 1974 年開始研究，發(fā)展較快，至今也已取得許多重要的成果，小型微波爐目前已進入千家萬戶。 1966 年在加拉大設(shè)立了國際微波功率學(xué)會，標志了微波能實用廣闊發(fā)展 的新階段。最早它是隨著軍事上的需要而出現(xiàn)的，先是應(yīng)用在通訊方面，如雷達、導(dǎo)航、遙感、多路通訊和電視等。這在我國污泥處理方面，具有重要的意義。且相比之下能耗較低。 意義 “污泥微波 殺菌設(shè)備”與舊設(shè)備相比能夠較徹底的殺死污泥中細 菌，使細胞中水分和重金屬徹底的釋放出來。使細菌中吸收的水分和重金屬徹底的釋放出來，為下一步的污泥的干燥和去除重金屬做好準備工作，并且能消除污泥所散發(fā)的惡臭。用于污泥酸化后的加熱殺菌階段。 隨著世界節(jié)能減排、環(huán)保人居與低碳經(jīng)濟的不斷發(fā)展，全球出現(xiàn)了城鎮(zhèn)污泥總量將超過城鎮(zhèn)生活垃圾總量的趨勢，發(fā)達國 家以及發(fā)展中國家的許多城鎮(zhèn)出現(xiàn)了污泥處理問題正考驗世界環(huán)保出路的事實。填埋要占用大量土地，耗費巨大的轉(zhuǎn)運費和填埋費，并造成嚴重的二次污染 。 傳統(tǒng)的污泥處理方法，一般是采用濃縮、消化與化學(xué)調(diào)理、干化、焚燒，再進行污泥的綜合利用，如 生產(chǎn)堆肥 、 復(fù)合肥 ， 建筑材料應(yīng)用、填埋；或?qū)⑽勰嗤逗?，或能源回收利用（如用?泥生產(chǎn)沼氣、通過焚燒回收熱量發(fā)電、低溫?zé)峤? ）等，但從轉(zhuǎn)運、加工到最終處置，均存在不同程度的二次污染問題。污泥中常含有大量的有機物，也可能含有多種病原菌，有時還含其他有毒有害物質(zhì)，必須消除這些會散發(fā)惡臭、導(dǎo)致病害及污染環(huán)境的因素。 (1) 是減少污泥的體積與質(zhì)量，即降低含水率，為后續(xù)處理、利用、運輸創(chuàng)造條件，并減少污泥最終處置前的容積。如果未經(jīng)嚴格處理隨意排放或進行填埋，經(jīng)過雨水的侵蝕和滲漏作用，極易對地下水、土壤等造成二次污染，直接危害人類的身體健康。該污泥含有有機物、無機化合物、微生物、細菌、重金屬等各種有害物質(zhì)，具有一定的流動性，并有強烈臭味。由于城市污水中混有醫(yī)院排水和某些工業(yè)廢水，污泥中常常含有大量的寄生蟲卵、大腸桿菌、細菌等微生物和重金屬等有害有毒物質(zhì)。污泥中還含有氮、磷、鉀等植物營養(yǎng)素，可以作為肥料。污泥中有機物含量高，容易腐化發(fā)臭。 背景 本世紀頭二十年是我國發(fā)展的重要戰(zhàn)略機遇期， “ 十一五 ” 即將過去， “ 十一五 ” 是承前啟后的重要時期，做好 “ 十二五 ” 期間的城鎮(zhèn)污泥減量與無害化處理設(shè)施的規(guī)劃建設(shè)工作，必將對我國環(huán)衛(wèi)行 業(yè)與人居環(huán)境的未來和發(fā)展起到至關(guān)重要的作用。 目錄 摘要 第一章 緒論 課題背景及研究目的和意義 微波加熱設(shè)備國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀 微波及殺菌原理 微波簡介 微波的殺菌原理 第二章 微波殺菌設(shè)備的總體方案設(shè)計 微波殺菌設(shè)備的主要技術(shù)參數(shù)要求 微波殺菌設(shè)備的總體方案設(shè)計 第三章 微波殺菌設(shè)備的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計 設(shè)備的總體結(jié)構(gòu)及介紹 微波源功率的估算及磁控管的布置 進出口電器密封性及觀察窗的設(shè)計 物料輸送機構(gòu)的設(shè)計 溫度控制的實現(xiàn) 第 四章 總結(jié) 設(shè)備的特點與不足 改 進 方法 結(jié)束語 參考文獻 附錄 第一章 緒論 畢業(yè)設(shè)計課題背景及研究目的和意義 我的畢業(yè)設(shè)計的題目是《污泥微波處理設(shè)備設(shè)計》，屬工程設(shè)計類型，來至于教師科研題。下面就污泥微波處理設(shè)備的應(yīng)用背景及研究的目的和意義大致做一下說明。城鎮(zhèn)自來水廠、給水廠和污水處理廠及其管網(wǎng)系統(tǒng)，在對原水或污水進行處理時，會產(chǎn)生大量沉渣，這種沉渣稱為污泥。污泥顆粒較細，成發(fā)泡狀，因而密度較小，含水率高，且水分不易去除。干燥的污泥具有較高熱值，可以燃燒。 一般情況下， 1 萬 m3 城市污水可產(chǎn)生 1525 噸沉淀物（絮凝物 ），即含水%的污泥，經(jīng)現(xiàn)有的處理方法即濃縮、消化、機械過濾等方法處理后，變成 810 噸濕污泥（濕基含水率約 80%）。污泥 不僅含水量高，易腐爛，有強烈臭味，并且含有大量病原菌、寄生蟲卵以及鉻、汞等重金屬和多氯聯(lián)苯、二惡英等難以降解的有毒有害以及致癌物。 污泥處理的主要目的有三個方面 。 (2) 使污泥無害化、穩(wěn)定化。 (3) 通過處理改善污泥的成分和某種性質(zhì)，以利于應(yīng)用并達到回收能源和資源的目的。在實際操作運行中，主要是直接衛(wèi)生填埋，很難殺菌、難以脫除重金屬、無法清除強烈臭氣，也很難再降低其含水率。 但是 以上現(xiàn)有污泥處理的方法及處理后污泥的綜合利用，難以滿足現(xiàn)實社會發(fā)展和科技進步的需要，無法完全達到現(xiàn)有行業(yè)或國家標準的要求。 目的 此次設(shè)計的“污泥微波處理設(shè)備”來至于，污泥處理新工藝的一部分。屬于污泥處理工藝中的關(guān)鍵步驟之一，經(jīng)過此環(huán)節(jié)后，最大限度的殺死污泥中所包含的細菌。污泥微波殺菌工藝也是也在此污泥處理工藝中具有獨創(chuàng)興。很好的解決了污泥的干燥難和伴隨惡臭的問題。這樣就能以最低的能耗解決最棘手的問題，而且經(jīng)過此工藝處理后，能有效實現(xiàn)污泥的資源化處理。 微波設(shè)備的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 微波是今年來得到迅速發(fā)展與應(yīng)用的一門新技術(shù)。利用微波的奇妙特性，作為一種新的能源對材料進行加熱。到 70 年代初已出現(xiàn)了全新的局面。發(fā)展之所以快，其主要原因是由于微波加熱技術(shù)有明顯的節(jié)能特點，且為各方面所接受?，F(xiàn)在，微波加熱在食品工業(yè)中應(yīng)用的最廣。此外，在食品防霉，殺菌，解凍，發(fā)酵和烘烤點心等方面也得到 廣泛的應(yīng)用。微波化學(xué)和微波等離子體，也用來足進某些化學(xué)反應(yīng)，在大規(guī)模集成電路生產(chǎn)中已發(fā)揮了作用。微波生物效應(yīng)與醫(yī)療應(yīng)用方面，由于微波比紅外線穿透能力大得多，因而使微波“熱圖形”探癌和微波治癌的研究十分活躍。因此微波加熱是一門前景廣闊的新技術(shù)，將要進一步迅猛發(fā) 展。目前國內(nèi)微波設(shè)備生產(chǎn)與國外存在一定的差距，大部分設(shè)備需人工按順序操作，且整個設(shè)備功率分布范圍不寬，單個磁控管功率還有待提高。 微波簡介 微波是一種頻率由 300MHz 至 300GHz 的電磁波，其對應(yīng)的波長為 mm 至 dm（ 103101m）的數(shù)量級 ，比光波、紅外波的波長長，屬于高頻段的電磁波。其波段名稱和中心頻率、波長如表 141所示。 25 L 2450177。 75 C 22125177。那么，微波能是怎么產(chǎn)生的呢？ 微波能的產(chǎn)生來自微波源。微波能是由微波管發(fā)射出來的，它隨著微波加熱技術(shù)的發(fā)展，微波管也得到了迅速的發(fā)展。由于半導(dǎo)體器件所獲得的微波功率要比電真空器件相差三個數(shù)量級，除了在微波測量等小功率源方面采用外，用于大功率源 時，只能采用電真空器件。在微波加熱領(lǐng)域中，國內(nèi)外普遍采用的是連續(xù)波磁控管。由于國內(nèi) 微波加熱中僅應(yīng)用磁控管，故其它微波管不再予以介紹。因為這種管子價格較低，電壓低，頻率高。 下圖 是磁控管的基本結(jié)構(gòu)。 圖 磁控管結(jié)構(gòu) 通常磁控管由管芯和磁鋼（或電磁鐵 ） 組成。 陰極是磁控管發(fā)射電子的心臟部分，一般采用釷鎢或純鎢材料制成。 陽極塊由高導(dǎo)電率的無氧銅制成，有扇形腔和扇槽型腔等。 圖 磁控管陽極塊 能量輸出器的作用是把微波管所產(chǎn)生的高頻功率輸送到負載去。 磁控管的工作原理 由于磁控管的陽極塊是有很多個諧振腔組成的，每個諧振腔相當于高頻發(fā)射機中電感線圈與電容器所組成的諧振回路。從而使兩相鄰諧振腔之間產(chǎn)生 180176。由于腔內(nèi)存在著交變的高頻電磁場，如圖 所示。相反，負高頻場附近出發(fā)的電子則由于減速，而似乎在等待追上來的電子。當“電子云”的旋轉(zhuǎn)達到一定的速度，就可維持高頻振蕩，這就是要加陽極直流同步高壓來使電子獲得這一速度。好像自由落下的乒乓球彈回空間，然后在落下變成動能一樣，電子的能量交換進行著，直到電子把直流場中得到的能量全部交出來變成高頻后，才落到陽極上，產(chǎn)生了電流，這就是產(chǎn)生了微波的全過程。因此磁控管在起振后要適當?shù)亟档蜔艚z電壓，以延長管子壽命。含有大量水分的污泥分子即微生物及其細胞被 “ 瞬間粉碎 ” 而析出水分。實驗給人們一種啟示，充分利用變化的電磁場將能獲得 一種新的、在較低溫度下殺菌的手段和技術(shù)，開創(chuàng)有效殺菌途徑。脈沖電磁的殺菌機理主要表現(xiàn)在以下兩個方面：電場作用：分子主要生物學(xué)的研究表明，生物體內(nèi)的大多數(shù)分子和原子是具有極性（等效電偶極子）和磁性（分子電流模型）的，因此外加電磁場必然會對生物產(chǎn)生影響或作用。在靜電磁場中，只是建立一個新的終極狀態(tài)；但在時變電磁場中，電偶極 子和分子電流會隨著電磁場的變化而振動。醫(yī)學(xué)界在研究中發(fā)現(xiàn)細胞體在電磁場中有異常表現(xiàn)，典型的表現(xiàn)是對電磁波的應(yīng)答現(xiàn)象。效應(yīng)的能源有時來自生物系統(tǒng)內(nèi)部，外部電磁場只是起到觸發(fā)作用。每個細胞膜內(nèi)外都有一定的電位差，在外加電場的作用下，膜內(nèi)外的電位差會增大，通透性會增加，細胞發(fā)生滲 透，繼續(xù)適度處理，當電磁場達到一定值（ EEO,HHO）時，細胞膜就發(fā)生不可修復(fù)的破裂，這種現(xiàn)象稱為電穿孔。不可逆的電穿孔和