CN104496149A - 一种真空电渗固化给水厂污泥装置及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种真空电渗固化给水厂污泥装置及其使用方法，该装置的直流电源的正负极分别连接至污泥槽内的阴极金属和阳极金属；阴极金属和阳极金属的另一端分别通过排水管连接至真空槽，排水管上设置真空泵和阀门，真空泵均连接至定时开关。该方法先固化后电渗，并用定时开关控制真空泵的开启。本发明对给水污泥固化效果好，去除金属离子后的污泥达到了国家土壤再利用排放标准，运行费用较传统真空联合电渗装置低。

Description

一种真空电渗固化给水厂污泥装置及其使用方法

技术领域

    本发明涉及一种给水污泥固化的装置，尤其涉及一种真空电渗固化给水厂污泥装置及其使用方法。

背景技术

    城市污泥分为给水厂污泥、污水厂污泥和化工污泥，但是从产量上分的话，给水厂污泥和污水厂污泥产量大，收集方便能集中化处理。这两类污泥具有以下特征：

    （1）含水率高，污泥含水率高达97%,污泥中水分分为自由水、间隙水、表面结合水和分子结合水。一般通过风华自由水就可以蒸发掉，间隙水通过混凝离心去除，但是结合水很难去除。

    （2）给水厂污泥不仅具有Al和Fe盐严重超标，并且不容易直接进行压滤脱水，污水厂污泥生物活性高，如果不立即脱水处理很快就会发臭，滋生蝇虫。不论压滤的污水厂滤饼还是给水厂直接外排的排泥水都因为金属离子超标不能资源化利用。

    现阶段，我国水厂污泥的处理处置方式主要是天然干化、真空过滤、加压过滤、冰冻过滤、离心机脱、造粒脱水，其中天然干化占26%，离心机脱达到47%。但是天然干化耗时长，占地面积大，这对于当今土地紧缺的城市来说不适宜，离心机脱水不仅电耗大，而且脱水率低，一般机脱后含水率还在80%以上，这部分污泥不仅增加了污泥的电厂的焚烧费用，还远没有达到《城镇污水处理厂污泥处置-农用泥质》(CJ/T309-2009) 对于填埋和农用时含水率降低到60%的规定和重金属含量降低的要求。

    真空-电渗技术就是通过直流电场的电渗作用力来达到水的电渗迁移到阴极，然后通过真空力抽滤排出，提高了污泥的脱水效果和处理时间，解决了污泥空间含水率不均匀问题。真空和电渗联合起来处理给水污泥同样也存在难点，一是电极两端会发生水的电解作用，这不仅使局部的pH值改变，导致污泥中自由状态下的金属离子重新络合沉淀，并且电解的氢离子和氢氧根离子会在电场力作用下无法湮灭成水分子，降低了脱水速率和效率。二是电渗过程中真空抽滤一般都是通过真空泵的开启达到的，但是电渗作用比较缓慢，一般一个电渗脱水在2天左右，电渗力对水分的迁移是一个渐进的过程，如果一直开启真空泵或者人工手动开启会导致电力资源和人力资源的浪费。

发明内容

    为了克服现有技术真空电渗过程中的不足，本发明提供了一种真空电渗固化给水厂污泥装置及其使用方法，该装置在减少能耗的同时，又能避免电渗过程pH值变化降低污泥脱水效率和去除金属离子效果。

本发明采用以下技术方案：

一种真空电渗固化给水厂污泥装置，包括直流电源、污泥槽、真空槽和单刀双掷开关，单刀双掷开关设在直流电源和污泥槽之间；直流电源的正负极分别连接至污泥槽内的阴极金属和阳极金属；阴极金属和阳极金属的另一端分别通过排水管连接至真空槽，排水管上设置真空泵和阀门，真空泵均连接至定时开关。

本发明通过调整电渗和抽滤的作用时间，阴极和阳极可以相互转换，避免溶液的酸碱变化过大引起金属离子重新络合，提高脱水效果。

作为对本发明的进一步改进，阴极金属和阳极金属是上端和下端均开口的镀锌钢管，钢管表面打孔，镀锌钢管直径是4cm，孔的直径在5mm，钢管外面包裹有土工布。

下端开口封上土工布是为了在含水率大时增大抽水面积，上端开口是因为要链接塑料软管，水通过上端被抽出，所以要开口。

    作为对本发明的进一步改进，定时开关上连接有交流电源。利用交流电源控制定时开关，调节真空泵的开启时间，减少能源浪费。

    作为对本发明的进一步改进，排水管为塑料软管。

    作为对本发明的进一步改进，真空槽上设有真空表。真空表用于观察真空槽内的真空压力。

    作为对本发明的进一步改进，真空槽的底部设有泄水管。

本发明提供一种真空电渗固化给水厂污泥装置的使用方法，该方法能够有效脱水和去除金属离子，包括以下步骤：

第一步，开启真空泵，调节阀门，使真空槽内的真空压力在0.05MPa，关闭阀门，向污泥槽内添加给水厂污泥，打开阀门，进行抽滤；

第二步，当排水管中出现气泡柱时，开启直流电源，调节电压，以阴极金属作为阴极、阳极金属作为阳极，开始电渗；

第三步，当污泥槽内污泥表面出现裂缝时，反应结束。

在电渗过程中，根据污泥槽和真空槽的体积设置定时开关的启闭时间，调整变换单刀双掷开关方向的时间。

上述过程中，第一步过大真空压不仅不会增大抽水速度，反而损坏塑料软管，因此第一步采用0.05MPa的真空压。污泥中的自由水不断被抽滤到真空槽内，当排水管中出现气泡柱时说明自由水基本已经排除完了，此时可以进行电渗。

第二步的电渗过程中切换单刀双掷开关的方向后，可以改变电极的正负极性，使阳极金属变为阴极，阴极金属变为阳极。

作为对本发明的进一步改进，污泥槽的体积是4500cm³，真空槽的体积为6000cm³。最好是污泥槽的长、宽、高分别为20cm、15cm、15cm。

作为进一步的改进，对于上述体积的污泥槽和真空槽，定时开关的启闭间隔时间是4小时，每次运行15min，每隔12h切换单刀双掷开关的方向。

作为对本发明的进一步改进，对于体积为4500cm³的污泥槽，每次加污泥1800cm³。

作为对本发明的进一步改进，电渗前调节电压为20V，使电势梯度在7.5V/cm。

    与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1）本发明通过真空抽滤和电渗两种方式将给水污泥中的自由水、间隙水和表面结合水排出，达到污泥快速脱水的目标；而且本发明是在真空抽滤后增加电渗的，因此降低了电渗时间，同时通过定时开关减少了真空泵的使用时间，降低了污泥固化去除金属离子的能耗。

2）利用电渗作用达到了污泥脱水以及金属离子在电场力作用下向阴极迁移随着水流被真空抽滤排出污泥的特点，达到了污泥脱水和去除金属离子的目标。

3）电渗过程中，阴极和阳极发生水的电解作用产生了H⁺和OH^-离子会降低了污泥的脱水和金属的去除效果，本发明通过转变电流方向达到了电极极性的交替并且达到了阴阳电极同时抽滤脱水，这样就解决了水的电解带来的脱水速率慢的问题以及阴阳电极同时脱水增快了脱水速率，减少了污泥区域脱水不均匀问题。

4）电渗过程中产生的气泡带来的裂缝增加了界面电阻，间断的真空抽滤能及时地排出阴阳电极产生的气泡，使电极和污泥结合处电阻不会增加，增大了电流密度，提高了固化效果。

5）本发明装置简便，污泥槽深度很大，深达15cm，可以连续的倒入给水污泥，同时真空槽可以在下部打开阀门排放掉水体，这样可以达到连续运行的目的。

附图说明

图1为本发明真空电渗固化给水厂污泥装置的结构示意图。

图2为本发明真空电渗固化给水厂污泥装置的电极结构示意图。

图3为本发明真空电渗固化给水厂污泥装置的真空槽结构示意图。

图中:1、直流电源；2、阴极金属；3、阳极金属；4、污泥槽；5、真空泵；6、单刀双掷开关；7、排水管；8、真空槽；9、真空表；10、阀门；11、交流电源；12、定时开关；13、泄水管；14、土工布。

具体实施方式

    下面结合附图及实施例对本发明做进一步详细描述。

    实施例1

如图1～3所示，一种真空电渗固化给水厂污泥装置，包括直流电源1、污泥槽4、定时开关12、真空槽8和单刀双掷开关6，单刀双掷开关6通过导线和直流电源1连接，通过改变单刀双掷开关6的接触方式可以转换直流电源1的电流方向可以切换阴阳电极。真空泵5均连接到定时开关12，交流电源11连接并控制定时开关12的启闭，定时开关12用来控制真空泵5的开启时间以及两次开启的时间间隔，以排出富集的水分。真空槽8上方设有真空表9，真空槽8底部均设有泄水管13。

污泥槽4内设有阴极金属2和阳极金属3，阴极金属2和阳极金属3的上端分别通过导线和直流电源1连接，下端通过排水管7和真空槽8连接，排水管7上设有真空泵5和阀门10，阀门10位于真空泵5和真空槽8之间。

阴极金属2是上端和下端均开口的镀锌钢管，钢管表面打孔，镀锌钢管直径是4cm，孔的直径在5mm，钢管外面包裹有土工布14；阳极金属3亦是如此。

排水管7均为塑料软管。

真空槽8均为有机玻璃制成的圆柱体。

一种真空电渗固化给水厂污泥装置的使用方法，该方法能够有效脱水和去除金属离子，包括以下步骤：

第一步，开启真空泵5，调节阀门10使真空槽8的真空压力在0.05MPa，静止观察真空表是不是稳定，这可以检测装置的气密性，关闭阀门10，将污泥加入污泥槽4内，打开阀门10，进行抽滤；污泥中自由水在真空吸力作用下排出污泥，一般此过程在15min之内就能完成。

第二步，当排水管7有很多气泡时说明自由水基本去除完毕，这时开启直流电源1，直流电源的正负极分别连接至阴极金属和阳极金属，调节电压为20V，使电势梯度在7.5V/cm，设定定时开关，开始电渗，每隔12h切换单刀双掷开关6，使电流的方向改变，调整电极的极性；

本实施例中污泥槽4的体积是4500cm³，真空槽8的体积为6000cm³，对于这样的体积，定时开关12的启闭间隔时间是4小时，每次运行15min。

运行结果发现污泥每6h加一次污泥，6h后污泥体积只有原来的一半，因此每次添加1800cm³污泥，总共处理的污泥量为18000cm³。本发明使污泥分次加入污泥槽，因为随着固化电渗的进行，污泥的体积慢慢减小，慢慢加入污泥不仅可以增大污泥的处理量而且新加入的污泥有利于防止脱水过程中污泥开裂导致电渗变弱。

    第三步，运行三天后，污泥槽4内污泥表面出现裂缝时，停止装置运行，先关闭直流电源，然后关闭真空泵，最后关闭所有阀门，运行结束。

本装置尤其适合水厂中含水率很高的给水污泥，对给水污泥固化效果好，去除金属离子后的污泥达到了国家土壤再利用排放标准，运行费用较传统真空联合电渗装置低。

Claims (10)

1.一种真空电渗固化给水厂污泥装置，其特征在于，包括直流电源（1）、污泥槽（4）、真空槽（8）和单刀双掷开关（6），单刀双掷开关（6）设在直流电源（1）和污泥槽（4）之间；直流电源（1）的正负极分别连接至污泥槽（4）内的阴极金属（3）和阳极金属（2）；阴极金属（3）和阳极金属（2）的另一端分别通过排水管（7）连接至真空槽（8），排水管（7）上设置真空泵（5）和阀门（10），真空泵（5）均连接至定时开关（12）。

2.根据权利要求1所述的真空电渗固化给水厂污泥装置，其特征在于，阴极金属（3）和阳极金属（2）是上端和下端均开口的镀锌钢管，钢管表面打孔，镀锌钢管直径是4cm，孔的直径为5mm，钢管外面包裹有土工布（14）。

3.根据权利要求1所述的真空电渗固化给水厂污泥装置，其特征在于，定时开关（12）上连接有交流电源（11）。

4.根据权利要求1所述的真空电渗固化给水厂污泥装置，其特征在于，排水管（7）为塑料软管。

5.根据权利要求1所述的真空电渗固化给水厂污泥装置，其特征在于，真空槽（8）上设有真空表（9）。

6.根据权利要求1或5所述的真空电渗固化给水厂污泥装置，其特征在于，真空槽（8）的底部设有泄水管（13）。

7.基于权利要求1所述的真空电渗固化给水厂污泥装置的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：开启真空泵（5），调节阀门（10），使真空槽（8）内的真空压力为0.05MPa，关闭阀门（10），向污泥槽（4）内添加给水厂污泥，打开阀门（10），进行抽滤；当排水管（7）中出现气泡柱时，开启直流电源（1），调节电压，以阴极金属（3）作为阴极、阳极金属（2）作为阳极，开始电渗；当污泥槽（4）内污泥表面出现裂缝时，反应结束；在电渗过程中，根据污泥槽（4）和真空槽（8）的体积设置定时开关（12）的启闭时间，调整变换单刀双掷开关（6）方向的时间。

8.根据权利要求7所述的真空电渗固化给水厂污泥装置的使用方法，其特征在于，污泥槽（4）的体积是4500cm³，真空槽（8）的体积为6000cm³。

9.根据权利要求8所述的真空电渗固化给水厂污泥装置的使用方法，其特征在于，定时开关（12）的启闭间隔时间是4小时，每次运行15min，每隔12h切换单刀双掷开关（6）的方向。

10.根据权利要求7所述的真空电渗固化给水厂污泥装置的使用方法，其特征在于，电渗前调节电压为20V，使电势梯度在7.5V/cm。