CN104163557B

CN104163557B - 一种用于含能污泥脱水的逐层电渗方法及装置

Info

Publication number: CN104163557B
Application number: CN201410406056.7A
Authority: CN
Inventors: 曹泰斌
Original assignee: Jiaxing University
Current assignee: Jiaxing University
Priority date: 2014-08-12
Filing date: 2014-08-12
Publication date: 2015-10-07
Anticipated expiration: 2034-08-12
Also published as: CN104163557A

Abstract

本发明的电渗装置包括阳极、阴极、污泥槽、刮刀和若干立柱，所述立柱围绕所述污泥槽设置，所述阳极设于所述污泥槽上方，并且所述立柱穿过所述阳极，所述阳极沿着所述立柱上下运动，所述阴极设于所述污泥槽的底面上，所述阴极上设有渗水孔，所述污泥槽的一侧设有污泥进料口，另一侧设有支撑柱，所述支撑柱上设有刮刀进给装置，所述刮刀设于所述刮刀进给装置上。电渗方法包括步骤(1)所述阳极向下运动至所述污泥的上表面处，对污泥进行电渗；步骤(2)下降所述刮刀至污泥的上表面以下20-100mm，移动所述刮刀将靠近所述阳极的一层污泥刮除；如此重复以上的步骤(1)和步骤(2)，直至将污泥逐层刮除。

Description

一种用于含能污泥脱水的逐层电渗方法及装置

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，具体地说是一种用于含能污泥脱水的逐层电渗方法及装置。

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。

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高，因此采用电渗脱水是目前投资少、效率高、易实现的实用方法之一。

在先申请的中国发明专利，于2012年01月25日公开，公开号为102329062A，专利名称为一种含能污泥脱水的电渗方法及装置，该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％以上降至约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，将污泥的含水率从约60％降至50％以下停止电渗。采用的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。

以上技术方案的基本原理是通过电渗，使污泥中的水分子向阴极移动，再由真空泵吸出。电渗进行中，靠近阳极处的污泥含水率开始明显下降，污泥体积逐渐收缩，阳极周围逐步形成空气层和干裂污泥绝缘层，使电渗电流急剧下降，电渗效应停止。将污泥进行破碎搅拌混合后，则整体的含水率比第一轮电渗前有所降低，但由于阳极侧的干裂污泥绝缘层被破坏，使得电渗可以继续进行，再经过第二轮电渗，含水率得到进一步的下降。以上技术方案实质是将电渗后含水率分布不均匀的污泥，通过破碎搅拌成为含水率降低而且分布均匀的污泥，为第二轮电渗创造条件。以上技术方案有以下不足：(1)由于有破碎搅拌环节，故操作工艺复杂；(2)将含水率已经极低的阳极侧污泥与其他污泥混合后再进行电渗，降低了生产效率；(3)破碎搅拌之后的污泥含水率不可能很均衡，可能存在含水率较低的一些块状污泥，进而会影响下一轮电渗的效果。

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：

一种用于含能污泥脱水的逐层电渗装置，包括阳极、阴极、污泥槽、刮刀和若干立柱，所述立柱围绕所述污泥槽设置，所述阳极设于所述污泥槽上方，并且所述立柱穿过所述阳极，所述阳极沿着所述立柱上下运动，所述阴极设于所述污泥槽的底面上，所述阴极上设有渗水孔，所述污泥槽的一侧设有污泥进料口，另一侧设有支撑柱，所述支撑柱上设有刮刀进给装置，所述刮刀设于所述刮刀进给装置上。

所述刮刀进给装置包括齿条、齿轮和第一电机，所述齿条设于所述支撑柱上，所述齿轮设于所述第一电机的输出端上，所述齿轮与所述齿条相啮合，所述刮刀通过刮刀固定座设于所述齿条靠近污泥的一端。

所述支撑柱为上下伸缩的伸缩杆。

所述电渗装置包括四根立柱，所述阳极的四个角上分别设有一个导向孔，所述四根立柱分别穿过四个导向孔，所述污泥槽的内宽度H₁小于两根立柱之间的距离H₂，所述阳极中部的宽度H₃略小于所述污泥槽的内宽度H₁，所述刮刀的宽度H₄略小于所述污泥槽的内宽度H₁。

所述污泥槽的上端面和左右两个侧面均呈开口状，每两根立柱之间设有一根挡杆，所述污泥槽架于两根挡杆上方。

所述四根立柱上端面上设有一块固定板，所述固定板上设有一个通孔，所述固定板的上表面上设有第二电机，所述阳极通过涡轮和涡杆与所述第二电机的输出端相连接，所述第二电机的输出端上设有涡轮，与所述涡轮相配合设有涡杆，所述涡杆的下端穿过所述通孔，并固定在所述阳极的上表面上。

所述污泥槽下方设有储水槽，所述储水槽的底部设有排水管，所述排水管出口处设有真空泵。

所述渗水孔的直径为3-5毫米，孔距为10-20毫米。

一种用于含能污泥脱水的逐层电渗方法，采用电渗装置对含能污泥进行逐层处理，所述电渗方法包括以下步骤：

(1)所述阳极向下运动至所述污泥的上表面处并对污泥保持静压，对污泥进行电渗，所述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，所述电渗用时5-10分钟，污泥上层出现干裂，含水率降低；

(2)所述阳极提升，离开污泥上表面，再下降所述刮刀至污泥的上表面以下20-100毫米，移动所述刮刀将靠近所述阳极的一层污泥刮除；

如此重复以上的步骤(1)和步骤(2)，直至将污泥逐层刮除。

所述电渗采用恒压电渗或者脉冲电压电渗，在电渗的同时，采用真空泵将汇聚到储水槽中的水抽出。

本发明所带来的有益效果是：

本发明中，电渗将污泥的含水率从80％以上降至50％以下，大大降低了其含水率，污泥呈颗粒状，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，可以与煤在循环流化床锅炉中掺烧。

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，按照本方法及装置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，使得用电成本下降。

本发明与先申请的发明专利相比，具有下列优点：(1)电渗一次完成，提高了生产效率，节约了电能成本；(2)省去了破碎装置，减小了设备的体积，造价下降，有利于推广；(3)动作简化，更加便于实现无人值守的自动化生产。

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；所述电渗装置可利用所述的阳极和蜗轮蜗杆对含能污泥形成静载荷加压，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为本发明所述电渗装置的局部剖面图；

图2为本发明所述电渗装置的俯视图。

图3为本发明所述污泥槽的结构示意图。

图中部件名称对应的标号如下：

1、阳极；2、阴极；3、污泥槽；4、刮刀；5、立柱；6、渗水孔；7、支撑柱；8、齿条；9、齿轮；10、第一电机；11、刮刀固定座；12、挡杆；13、固定板；14、通孔；15、第二电机；16、涡轮；17、涡杆；18、储水槽；19、排水管；20、污泥；21、污泥进料口。

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，如图1、图2和图3所示，包括阳极1、阴极2、污泥槽3、刮刀4和四根立柱5，所述立柱5围绕所述污泥槽3设置，所述阳极1设于所述污泥槽3上方，并且所述立柱5穿过所述阳极1，所述阳极1沿着所述立柱5上下运动，所述阴极2设于所述污泥槽3的底面上，所述阴极2上设有渗水孔6，所述污泥槽3的一侧设有污泥进料口21，另一侧设有支撑柱7，所述支撑柱7上设有刮刀进给装置，所述刮刀4设于所述刮刀进给装置上。

本实施例中，所述刮刀进给装置包括齿条8、齿轮9和第一电机10，所述齿条8设于所述支撑柱7上，所述齿轮9设于所述第一电机10的输出端上，所述齿轮9与所述齿条8相啮合，所述刮刀4通过刮刀固定座11设于所述齿条8靠近污泥的一端。

本实施例中，所述支撑柱7为上下伸缩的伸缩杆，所述齿条8可横向运动，二者配合使所述刮刀4实现上下和左右运动。

本实施例中，所述阳极1的四个角上分别设有一个导向孔(图中未示出)，所述四根立柱5分别穿过四个导向孔，所述污泥槽3的内宽度H₁小于两根立柱5之间的距离H₂，所述阳极1中部的宽度H₃略小于所述污泥槽3的内宽度H1，所述刮刀4的宽度H₄略小于所述污泥槽3的内宽度H₁。在电渗时，所述阳极1需要下降到污泥槽3内部，当进行刮除操作时，所述刮刀4需要插入所述污泥槽3的污泥20内部。

本实施例中，所述污泥槽3的上端面和左右两个侧面均呈开口状，每两根立柱5之间设有一根挡杆12，所述污泥槽3架于两根挡杆12上方。

本实施例中，所述四根立柱5上端面上设有一块固定板13，所述固定板13上设有一个通孔14，所述固定板14的上表面上设有第二电机15，所述阳极1通过涡轮16和涡杆17与所述第二电机15的输出端相连接，所述第二电机15的输出端上设有涡轮16，与所述涡轮16相配合设有涡杆17，所述涡杆17的下端穿过所述通孔14，并固定在所述阳极1的上表面上，所述阳极1可以上下移动并对污泥20上表面保持一定的静压。

本实施例中，所述污泥槽3下方设有储水槽18，所述储水槽18的底部设有排水管19，所述排水管19出口处设有真空泵(图中未示出)。

本实施例中，所述渗水孔6的直径为4毫米，孔距为15毫米。

一种用于含能污泥脱水的逐层电渗方法，采用以上所述的电渗装置对含能污泥进行逐层处理，所述电渗方法包括以下步骤：

(1)所述阳极1向下运动至所述污泥20的上表面处并对污泥20保持静压，对污泥20进行电渗，所述电渗的初始电压设定值为30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，所述电渗用时8分钟，污泥20上层出现干裂，含水率降低；

(2)所述阳极1提升，离开污泥20上表面，再下降所述刮刀4至污泥20的上表面以下50毫米，移动所述刮刀4将靠近所述阳极1的一层污泥20刮除；

如此重复以上的步骤(1)和步骤(2)，直至将污泥20逐层刮除。处理后的污泥20含水率由高于80％降至约60％。

本实施例中，所述电渗采用恒压电渗，在电渗的同时，采用真空泵将汇聚到储水槽18中的水抽出。

当然，所述电渗装置也可以包括两根或者三根或者五根或者六根立柱；所述电渗也可以采用脉冲电压电渗。那么，也都在本发明保护范围之内，这里不再一一赘述。

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：本实施例中，所述渗水孔6的直径为3毫米，孔距为10毫米；所述阳极1向下运动至所述污泥20的上表面处，对污泥20进行电渗，所述电渗的初始电压设定值为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，所述电渗用时5分钟，污泥20上层出现干裂，含水率降低；所述阳极1提升，离开污泥20上表面，再下降所述刮刀4至污泥20的上表面以下20毫米，移动所述刮刀4将靠近所述阳极的一层污泥20刮除，处理后的污泥20含水率由高于80％降至约50％。

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：本实施例中，所述渗水孔6的直径为5毫米，孔距为20毫米；所述阳极1向下运动至所述污泥20的上表面处，对污泥20进行电渗，所述电渗的初始电压设定值为20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，所述电渗用时10分钟，污泥20上层出现干裂，含水率降低；所述阳极1提升，离开污泥20上表面，再下降所述刮刀4至污泥20的上表面以下100毫米，移动所述刮刀4将靠近所述阳极的一层污泥20刮除，处理后的污泥20含水率由高于80％降至约70％。

Claims

1.一种用于含能污泥脱水的逐层电渗装置，其特征在于包括阳极、阴极、污泥槽、刮刀和若干立柱，所述立柱围绕所述污泥槽设置，所述阳极设于所述污泥槽上方，并且所述立柱穿过所述阳极，所述阳极沿着所述立柱上下运动，所述阴极设于所述污泥槽的底面上，所述阴极上设有渗水孔，所述污泥槽的一侧设有污泥进料口，另一侧设有支撑柱，所述支撑柱上设有刮刀进给装置，所述刮刀设于所述刮刀进给装置上；

所述刮刀进给装置包括齿条、齿轮和第一电机，所述齿条设于所述支撑柱上，所述齿轮设于所述第一电机的输出端上，所述齿轮与所述齿条相啮合，所述刮刀通过刮刀固定座设于所述齿条靠近污泥的一端；

所述支撑柱为上下伸缩的伸缩杆；

所述电渗装置包括四根立柱，所述阳极的四个角上分别设有一个导向孔，所述四根立柱分别穿过四个导向孔，所述污泥槽的内宽度H₁小于两根立柱之间的距离H₂，阳极中部的宽度H₃小于所述污泥槽的内宽度H₁，所述刮刀的宽度H₄小于所述污泥槽的内宽度H₁。

2.如权利要求1所述的用于含能污泥脱水的逐层电渗装置，其特征在于所述污泥槽的上端面和左右两个侧面均呈开口状，每两根立柱之间设有一根挡杆，所述污泥槽架于两根挡杆上方。

3.如权利要求2所述的用于含能污泥脱水的逐层电渗装置，其特征在于所述四根立柱上端面上设有一块固定板，所述固定板上设有一个通孔，所述固定板的上表面上设有第二电机，所述阳极通过涡轮和涡杆与所述第二电机的输出端相连接，所述第二电机的输出端上设有涡轮，与所述涡轮相配合设有涡杆，所述涡杆的下端穿过所述通孔，并固定在所述阳极的上表面上。

4.如权利要求3所述的用于含能污泥脱水的逐层电渗装置，其特征在于所述污泥槽下方设有储水槽，所述储水槽的底部设有排水管，所述排水管出口处设有真空泵。

5.如权利要求4所述的用于含能污泥脱水的逐层电渗装置，其特征在于所述渗水孔的直径为3-5毫米，孔距为10-20毫米。

6.一种用于含能污泥脱水的逐层电渗方法，其特征在于采用如权利要求1-5任一项所述的电渗装置对含能污泥进行逐层处理，所述电渗方法包括以下步骤：

(1)所述阳极向下运动至所述污泥的上表面处并对污泥保持静压，对污泥进行电渗，所述电渗的初始电压设定值为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，所述电渗用时5-10分钟，污泥上层出现干裂，含水率降低；

如此重复以上的步骤(1)和步骤(2)，直至将污泥逐层刮除。

7.如权利要求6所述的用于含能污泥脱水的逐层电渗方法，其特征在于所述电渗采用恒压电渗或者脉冲电压电渗，在电渗的同时，采用真空泵将汇聚到储水槽中的水抽出。