CN102329062B

CN102329062B - 一种含能污泥脱水的电渗方法及装置

Info

Publication number: CN102329062B
Application number: CN 201110264533
Authority: CN
Inventors: 曹泰斌; 刘青松; 侯锐
Original assignee: Jiaxing University
Current assignee: Jiaxing University
Priority date: 2011-09-08
Filing date: 2011-09-08
Publication date: 2013-02-06
Anticipated expiration: 2031-09-08
Also published as: CN102329062A

Abstract

本发明涉及含能污泥脱水的处理方法及实现该方法的装置的技术领域，具体地说是一种含能污泥脱水的电渗方法及装置。该含能污泥脱水的电渗方法包括以下步骤：（1）对污泥进行第一轮电渗，随着电渗的进行，电流不断减小，当减小到一定数值时，停止电渗；（2）对污泥进行破碎搅拌；（3）对污泥进行第二轮电渗，随着电渗的进行，电流不断减小，当减小到一定数值时，停止电渗；在所述第一轮电渗和第二轮电渗的同时，采用真空将汇聚到阴极的水抽出；该实现含能污泥脱水的电渗方法的装置包括电渗电源、电渗电极和真空泵。本发明提供一种有效除去污泥中水分的电渗方法及与其配套的实现含能污泥脱水的电渗的装置。

Description

一种含能污泥脱水的电渗方法及装置

技术领域

本发明涉及含能污泥脱水的处理方法及实现该方法的装置的技术领域，具体地说是一种含能污泥脱水的电渗方法及装置。

背景技术

含能污泥是指污水处理过程所产生的含有一定热值的固体沉淀物质，根据污水的来源可以分为市政污泥、管网污泥和工业污泥，其中市政污泥是数量最大的一类，主要是来自于市政污水处理厂，而工业污泥主要来源于化工、印染等企业的自备污水处理厂，尽管市政污泥和工业污泥的成分不完全相同，但都含有一定的生物能，通过燃烧可以释放出一定的热量，统称为含能污泥，这类污泥不同于其它的固体废弃物，它有以下几个主要特征：（1）含水率高，达到80%以上，这部分水分靠自然很难分离，不进行脱水处理，不能燃烧，转移运输成本高，堆放占地面积大，渗液会污染土地，造成新的二次污染；（2）微生物、病原体含量高，若不加以处理，直接作肥料施用或弃置，可能会污染食物链；（3）恶臭，同时向大气排放温室气体，可造成环境污染，加剧温室效应；（4）含有重金属，如果不加控制作农田林地肥料施用，可能污染土壤，造成不可逆转的耕地退化。

目前人们对污泥的危害认识还不到位，重视不够，常常将污泥随意弃置，造成土壤的重金属积累超标、土地板结，人类居住环境和食物无意中被污染和破坏。如何妥善地处理污水厂的污泥，一直是全球共同关注的课题。纵观国内外，比较成熟的污泥处置方法一般有燃烧法（焚烧炉焚烧和流化床炉燃烧发电）、堆肥法、卫生填埋等几种。燃烧处理成本昂贵，在日本和欧美较为普遍，日本有61%的污泥采用燃烧处理；堆肥成本较低，但技术要求高，产品销售有一定的障碍；卫生填埋是目前国内大多数污水处理厂污泥处理均采用的办法，该方法可有效防止氮、磷和重金属污染地下水，但要占用极其宝贵的土地资源，对残留资源的回收很少或几乎不回收，且填埋场的建设投资也较大。面对众多的污泥利用方案，根据“环境卫生安全、资源回收、资源投入产出比和收益影响比”四个方面评估污泥利用方案的优劣，将含能污泥与煤掺烧作为燃煤热电厂的燃料而燃烧发电，是污泥无害化处理和有效利用的一种较理想的途径，符合循环经济理论中“减量化、再利用、再循环”的原则，具有较高的经济效益、环境效益和社会效益，具有广阔的应用前景。

燃烧的前提条件是污泥的脱水干化，而污泥含有大量的孔隙水，将水保持在孔隙内，而渗透率较低，一般的暴晒、真空等脱水方法均效果不佳，现在工业生产实际中应用的热源烘干脱水法，能量消耗大且设备成本太高，因此采用电渗脱水是目前投资少、有效、易实现的实用方法之一。由于含能污泥与土壤成分和特性的不同，按照电渗在土体脱水中的应用工艺进行污泥脱水完全行不通。主要存在以下一些问题：（1）竖直埋设于污泥中的钢筋电极，在通电后的极短时间内，阳极处的污泥由于水分子向阴极迁移，又由于自然渗透系数低，周围水分子不能补充，污泥体积收缩，阳极周围形成空气层和干裂污泥绝缘层，使电渗电流急剧下降，电渗作用消失；（2）由于污泥中的水分有工业污水，在电渗过程中阳极既发生电解又遭受腐蚀，阳极消耗加快，而剥离下的氢氧化合物加剧了阳极周围绝缘层形成的速率，也加快了电渗电流的急剧下降；（3）在通电后的极短时间内，由于阳极与污泥的接触电阻迅速增大，使电渗电压的大部分降在接触电阻上，使发热加剧，电渗的成本加大，甚至使电渗不能进行。

发明内容

本发明提供一种有效除去污泥中水分的电渗方法及与其配套的实现含能污泥脱水的电渗装置。

本发明是通过下述技术方案实现的：

一种采用电渗装置对含能污泥脱水的电渗方法，所述电渗装置包括电渗电源、电渗电极和真空泵，所述电渗电极包括阳极和阴极，所述阳极位于阴极正上方，均采用水平放置，所述阳极与电渗电源正极电连接，所述阴极与电渗电源负极电连接，所述阳极包括阳极钢板和石墨板，所述阴极包括阴极钢板、滤布和腔体，所述腔体的底部或者侧壁上设有排水管，所述阴极钢板上设有渗水孔，所述滤布设于阴极钢板上方，所述真空泵与排水管相连接；

所述电渗方法包括以下步骤：

（1）、对污泥进行第一轮电渗，所述第一轮电渗的初始电压的设定值为20-40伏，随着电渗的进行，电流不断减小，当电流减小到初始电流的10%时停止电渗，所述第一轮电渗用时5-10分钟，将污泥的含水率从80%以上降至60%停止电渗；

（2）、对污泥进行破碎搅拌；

（3）、对污泥进行第二轮电渗，所述第二轮电渗的初始电压的设定值为40-60伏，随着电渗的进行，电流不断减小，当电流减小到初始电流的10%时停止电渗，所述第二轮电渗用时3-5分钟，将污泥的含水率从60%降至50%以下停止电渗；

在所述第一轮电渗和第二轮电渗的同时，采用真空将汇聚到阴极的水抽出。

所述第一轮电渗和第二轮电渗采用恒压电渗或者脉冲电压电渗。

所述第二轮电渗之后，再对污泥进行破碎搅拌，进行第三轮电渗，随着电渗的进行，电流不断减小，当减小到一定数值时，停止电渗。

所述渗水孔的直径为3-5mm，孔距为10-20mm。

所述腔体内设有若干隔筋。

所述石墨板是通过若干小块石墨板拼接而成。

所述电渗装置为全密封或者对含能污泥脱水的电渗方法的装置增设静载荷加压装置和/或真空预压装置。

本发明所带来的有益效果是：

本发明中，所说第一轮电渗将污泥的含水率从80%以上降至60%以下，大大降低了其含水率，并且污泥表层呈现干裂状，极易搅拌破碎；对呈现干裂状的污泥破碎搅拌是为了进行第二轮电渗；所说第二轮电渗可以使污泥的含水率降低至50%以下；含水率50%以下的污泥，已经不能结块，再对其进行风干或者暴晒，使其含水率进一步降低。

本发明与目前已经实际应用的热源烘干脱水法相比，具有下列优点：（1）以相同处理能力论，按照本方法制造的处理设备结构简单、投资大大减小；（2）因电渗脱水不是靠加热，故脱出的污水没有大气蒸发，能够完全收集后进行处理，有利于环保；（3）对处理场地没有要求，可设在热电厂、也可设在污水处理厂，而且占地面积小；（4）脱水的用电可以利用峰谷电价，使得成本，如电费下降。

本发明中，阳极和阴极均采用平板形结构，且阴极在下，阳极在上设置，加大了阳极和阴极与污泥的接触面积，从而减小接触电阻；在阳极与污泥接触的一侧设置导电石墨板，消除金属阳极的电解与腐蚀，消除由于剥离下氢氧化合物形成的阳极周围绝缘层，以减小阳极周围污泥的电阻率，并能大大延长阳极的使用寿命、降低成本；所述真空泵和排水管使阴极下部形成负压，既起到排水的作用又起负压传递作用，有利于电渗汇集到阴极的污水吸入腔体并排出；所述电渗装置为全密封或者对含能污泥脱水的电渗方法的装置增设静载荷加压装置和/或真空预压装置，有利于阳极和阴极与污泥的接触，最大限度地减小接触电阻。

附图说明

以下结合附图对本发明作进一步详细说明。

图1为本发明所述实现含能污泥脱水的电渗方法的装置的结构示意图；

图2为本发明所述电渗装置阴极的结构示意图。

图中部件名称对应的标号如下：

1、阳极；11、阳极钢板；12、石墨板；13、螺钉；14、阳极接线柱；2、阴极；21、阴极钢板；211、渗水孔；22、滤布；23、腔体；24、排水管；25、隔筋；26、阴极接线柱；3、真空泵；4、污泥。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明作进一步的详述：

实施例一：

作为本发明所述含能污泥脱水的电渗方法的实施例，包括以下步骤：

（1）、对污泥进行第一轮电渗，随着电渗的进行，电流不断减小，当减小到一定数值时，停止电渗；

（2）、对污泥进行破碎搅拌；

（3）、对污泥进行第二轮电渗，随着电渗的进行，电流不断减小，当减小到一定数值时，停止电渗；

本实施例中，所述第一轮电渗的初始电压的设定值为20伏，当电流减小到初始电流的10%时停止电渗，所述第一轮电渗用时5分钟，将污泥的含水率从80%以上降至60%。

本实施例中，所述第二轮电渗的初始电压的设定值为40伏，当电流减小到初始电流的10%时停止电渗，所述第二轮电渗用时3分钟，将污泥的含水率从60%降至50%以下。

本实施例中，所述第一轮电渗和第二轮电渗采用恒压电渗。

以下为本发明所述实现含能污泥脱水的电渗方法的装置的实施例，如图1和图2所述，包括电渗电源、电渗电极和真空泵3，所述电渗电极包括阳极1和阴极2，所述阳极1位于阴极2正上方，均采用水平放置，所述阳极1与电渗电源正极电连接，所述阴极2与电渗电源负极电连接，所述阳极1包括阳极钢板11和石墨板12，所述阴极2包括阴极钢板21、滤布22和腔体23，所述腔体23的侧壁上设有排水管24，所述阴极钢板21上设有渗水孔211，所述滤布22设于阴极钢板21上方，所述真空泵3与排水管24相连接。

本实施例中，所述阳极钢板11和石墨板12通过螺钉13相连接。

本实施例中，所述污泥4的厚度为50mm。

本实施例中，所述渗水孔211的直径为3mm，孔距为10mm。

本实施例中，所述腔体23内设有两条交叉的隔筋25。所述隔筋25可以承受来自正极施加到污泥4的压力、污泥4自重压力和腔体负压的共同作用，保证阴极2的腔体23结构在受压的情况下不会变形。

本实施例中，所述石墨板12是通过小块石墨板拼接而成。拼接的方式允许一定的挠度，可以避免石墨板12受压变形或者断裂。

本实施例中，所述阳极钢板11上设有阳极接线柱14，与电源正极电连接；所述阴极钢板21上设有阴极接线柱26，与电源负极电连接。

本实施例中，所述含能污泥脱水的电渗方法的装置增设静载荷加压装置（图中未示出），位于阳极1上方，对阳极1形成垂直向下的力，有利于阳极1和阴极2与污泥4的接触，最大限度地减小接触电阻。

实施例二：

作为本发明所述含能污泥脱水的电渗方法的实施例，与实施例一的区别在于：所述第一轮电渗的初始电压的设定值为30伏，当电流减小到初始电流的10%时停止电渗，所述第一轮电渗用时8分钟，将污泥的含水率从80%以上降至60%；所述第二轮电渗的初始电压的设定值为50伏，当电流减小到初始电流的10%时停止电渗，所述第二轮电渗用时4分钟，将污泥的含水率从60%降至50%以下；所述第一轮电渗和第二轮电渗采用脉冲电压电渗。

以下为本发明所述实现含能污泥脱水的电渗方法的装置的实施例，与实施例一的区别在于：所述渗水孔211的直径为4mm，孔距为15mm；所述含能污泥脱水的电渗方法的装置增设真空预压装置（图中未示出）；所述污泥4的厚度为80mm。

本实施例中，其余步骤、结构和有益效果均与实施例一一致，这里不再一一赘述。

实施例三：

作为本发明所述含能污泥脱水的电渗方法的实施例，与实施例一的区别在于：所述第一轮电渗的初始电压的设定值为40伏，当电流减小到初始电流的10%时停止电渗，所述第一轮电渗用时10分钟，将污泥的含水率从80%以上降至60%；所述第二轮电渗的初始电压的设定值为60伏，当电流减小到初始电流的10%时停止电渗，所述第二轮电渗用时5分钟，将污泥的含水率从60%降至50%以下。

以下为本发明所述实现含能污泥脱水的电渗方法的装置的实施例，与实施例一的区别在于：所述渗水孔211的直径为5mm，孔距为20mm；可对阳极1、阴极2和污泥4进行全密封，形成真空预压，使阳极1和阴极2与污泥4紧密接触，以减小接触电阻，提高电渗效率；所述污泥4的厚度为100mm。

Claims

1.一种采用电渗装置对含能污泥脱水的电渗方法，其特征在于所述电渗装置包括电渗电源、电渗电极和真空泵，所述电渗电极包括阳极和阴极，所述阳极位于阴极正上方，均采用水平放置，所述阳极与电渗电源正极电连接，所述阴极与电渗电源负极电连接，所述阳极包括阳极钢板和石墨板，所述阴极包括阴极钢板、滤布和腔体，所述腔体的底部或者侧壁上设有排水管，所述阴极钢板上设有渗水孔，所述滤布设于阴极钢板上方，所述真空泵与排水管相连接；

所述电渗方法包括以下步骤：

（2）、对污泥进行破碎搅拌；

2.如权利要求1所述的采用电渗装置对含能污泥脱水的电渗方法，其特征在于所述第一轮电渗和第二轮电渗采用恒压电渗或者脉冲电压电渗。

3.如权利要求2所述的采用电渗装置对含能污泥脱水的电渗方法，其特征在于所述第二轮电渗之后，再对污泥进行破碎搅拌，进行第三轮电渗，随着电渗的进行，电流不断减小，当减小到一定数值时，停止电渗。

4.如权利要求3所述的采用电渗装置对含能污泥脱水的电渗方法，其特征在于所述渗水孔的直径为3-5mm，孔距为10-20mm。

5.如权利要求4所述的采用电渗装置对含能污泥脱水的电渗方法，其特征在于所述腔体内设有若干隔筋。

6.如权利要求5所述的采用电渗装置对含能污泥脱水的电渗方法，其特征在于所述石墨板是通过若干小块石墨板拼接而成。

7.如权利要求6所述的采用电渗装置对含能污泥脱水的电渗方法，其特征在于所述电渗装置为全密封或者对含能污泥脱水的电渗方法的装置增设静载荷加压装置和/或真空预压装置。