CN106242211A - 一种污泥调理‑水平交流电场脱水的方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种污泥调理‑水平交流电场脱水的方法及装置，该方法在调理脱水一体化装置中完成，通过交流电场破解和硫酸根自由基氧化的协同作用，使污泥发生均质破解，分解胞外有机物（EPS），部分结合水转化为自由水，然后在水平交流电场的电渗作用下，自由水和部分结合水得以均匀脱除。该方法包括以下步骤：向污泥中投加零价铁（Fe0）和过硫酸盐，并施加交流电场进行调理，然后进行沉降和水平交流电场脱水。该一体化装置包括调理脱水池、交流电源、机械搅拌器、污泥输送泵及阀门。本发明的调理脱水方法脱水效率高，脱水污泥含水率可降至80%；相应的一体化装置结构紧凑、操作简单、调理剂可回收。

Description

一种污泥调理-水平交流电场脱水的方法及装置
技术领域
一种污泥调理-水平交流电场脱水的方法及装置，属于污泥处理领域。
背景技术
近几十年来，世界各国市政及工业污水处理厂因污水处理和净化而产生的污泥量迅速攀升，在我国的“十二五规划”中，污水处理能力增加9000万m3，在建及新建的污水处理厂达到1800多座，截至 2014年3月底，我国城镇累计建成污水处理厂3622座，污水处理能力约 1.53亿 m3/d，80%含水率的污泥产量已超过3000万t/a。目前主要应用的污泥处理处置方法有污泥填埋、污泥热干化、污泥焚烧、污泥堆肥、污泥电厂混烧、石灰干化等。
污泥填埋大多为不符合环境标准的简易填埋，占用大量土地，产生大量废气和渗滤液，在污泥处置中的比例已经逐渐减少；污泥热干化占地面积大，散发臭气，能耗很大；污泥焚烧工艺复杂，一次性投资大，设备数量多，我国焚烧设备主要依赖于进口；污泥电厂混烧主要缺点是污泥燃点低，飞灰比例高，混烧易造成烟道堵塞，对周围环境影响大；石灰干化处理过程中会放出大量臭气，处理后污泥含碱性，再利用困难。因此，污泥的处置问题已成为各国市政行业面临的重要问题。
同时，剩余污泥颗粒小，含水率高，具有胶体难以压缩的性质，脱水效果差，从而给污泥的后续处理以及运输带来了很大困难，污泥的处理问题也越来越突出。因此，实现污泥减量和深度脱水变得越来越重要。污泥调理是污泥脱水的必要准备，为了解决污泥处理处置过程中脱水困难、脱水后含水率高的问题，必需采用污泥调理技术方法对污泥进行调质或者破壁，改善污泥的脱水性能。从大的方面划分，通常污泥的调理方法可分为物理法、化学法、生物法三类以及其相互结合。
（1）物理法泛指通过物理作用改变污泥性质的方法。如冷冻处理法、超声波处理、高压处理等。
（2）化学法即以加入化学药剂的方式去改变污泥的特性。如改变酸碱性、化学氧化、添加絮凝剂等。
（3）生物法是利用特定菌体或菌体产物，通过一系列生化作用，改变污泥特性，使其易于脱水，如生物沥浸技术等。
在以上方法中，化学调节法由于反应快、操作简单、效果好等优点，在污泥调理中应用比较广泛。
公开号为CN105417915A的中国专利申请公开了一种生物与化学耦合污泥调理方法。此专利是将处理物料、回流污泥与药剂A混合液混合后在反应区进行反应；一部分回流至接触区，另一部分进入至下一反应区与药剂B混合液混合并反应。此方法不要求低pH条件，提高了低温环境下污泥脱水效果，但是污泥调理周期较长，最长可达36h左右；投加的药品种类较多，且采用了分段投加，工艺较为复杂。
公开号为CN104649533A的中国专利申请公开了一种污泥复合调理及深度脱水方法。此专利是采用零价铁等活化物活化过硫酸盐，再向活化处理后的污泥中加入工业副产品石膏进行混合处理，形成具有新生骨架形态结构的调理污泥，最后进行脱水处理。该方法采用石膏充当惰性骨架，提高了污泥的孔隙率，提高了脱水效率。但是在石膏投加后需要数小时的高温预处理，能耗较高；而且石膏的高投加量导致最终的干污泥产量增加。
公开号为CN127744686A的中国专利申请公开了一种应用水平电场的污泥电脱水装置。该装置包括了电极、过滤介质、主腔室、排液腔室，其中阴极紧靠排液腔室侧壁，过滤介质设置于处理池中并紧贴阴极，阳极置于处理池中与阴极相对的另一侧。该装置结构简单，便于操作；但其直接在80V的高电压下进行电脱水，且随着脱水过程的进行，阳极附近的污泥因失水而变得干燥，从而导致阳极与污泥之间的接触电阻增大，到后期脱水过程被迫停止。该发明过程不包括污泥调理单元，单凭水平电场对污泥进行脱水，不能充分发挥水平电场的优势。
公开号为CN104108849A的中国专利申请公开了一种污泥脱水的方法及其设备。此专利是将污泥置于反应装置中进行搅拌，同时加入磁性材料进行反应处理，然后在同一装置中接通水平电场电源并施加水平压力，使其中的污泥发生脱水。此专利虽然可使脱水污泥含水率到50%，但是在压力场协同作用下的结果，如果去除压力场，单独进行磁性材料调理-水平电场脱水过程，脱水后污泥的含水率最低为89.96%，效果并不显著。
针对上述专利中污泥调理周期长、脱水能耗高、无预处理时水平电场脱水效率低、水平电场阳极污泥电阻大及磁粉调理破解效果不显著等缺点，本发明旨在提供一种调理时间短、污泥胞外聚合物破解效果好、水平电场脱水效率高的调理脱水方法及装置。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术存在的问题提供一种污泥调理脱水的方法及装置，该调理方法通过交流电场破解与硫酸根自由基氧化的协同作用，使污泥发生均质破解，分解EPS甚至分解深层EPS（TB-EPS），释放出EPS及微生物细胞中的结合水，使部分结合水转化为自由水，水平交流电场的电渗作用可以均匀地脱除部分结合水。该污泥调理脱水方法在降低污泥含水率，减小污泥体积，提高水平电场脱水效率，降低污泥运输及后续处置费用等方面效果好，且装置结构紧凑、操作简单，调理剂可回收使用。
该污泥调理脱水一体化装置包括调理脱水池、交流电源、机械搅拌器、污泥输送泵及阀门。
为了达到上述目的，本发明通过以下方案来实现：
（1）打开阀门和污泥泵，将污泥输入一体化调理脱水装置；
（2）打开电解交流电源，同时向污泥中投加一定量Fe0和过硫酸盐，并进行一定时间的搅拌；
（3）将调理后的污泥进行重力沉降，然后排出上清液；
（4）将交流电源电压的有效值调到水平电场脱水的设定值，取出竖直密封板，进行水平交流电场脱水处理。
其中，调理脱水一体化装置如图1所示，Ti/RuO2菱形网状电极如图2所示。
尤其是，步骤中所述的待调理脱水污泥为城市污水处理厂的剩余活性污泥、消化污泥中的一种或其混合污泥，含水率为97.00%～99.99%，优选为98.00%～99.00%，污泥负荷控制在2.0kg·m-2～6.0 kg·m-2之间，优选为3.0kg·m-2～5.0 kg·m-2。
其中，步骤中所述的调理剂为Fe0和过硫酸盐，Fe0尺寸处于微米或纳米范围，优选为400nm-100μm，投加量为0.5～5.0g/gVSS，优选为1.0～3.0g/gVSS；过硫酸盐选择过硫酸钾或过硫酸钠中的一种或两种混合，优选为过硫酸钾，投加量为0.3～3.0g/gVSS，优选为0.5～2.0g/gVSS。
特别是，机械搅拌转速设定为为100～500r/min，优选为200～300r/min，搅拌时间为30～90min，优选为50～70min。
尤其是，电解交流电源的电压有效值设置范围为4V～10V，优选为6V～8V；水平交流电场脱水的电压有效值设定为10V～80V，优选为40V～60V。
特别是，污泥水平电场脱水时间设置在0.5h～4h，优选为2h～3h。
本发明和现有技术相比，具有如下优点和效果：
1. 本发明的污泥调理部分所用材料中的Fe0，可回收重复利用，大大降低了调理剂成本。
2. 本发明的污泥调理部分所用调理剂均采用固体粉末，调理时直接投加，无需配成溶液或其他处理，快捷方便。
3. 本发明的调理方法对污泥的EPS破解效果显著，相比其他专利缩短了污泥调理时间，提高了水平电场的脱水效率，污泥最终含水率可降至80%，是一种高效的脱水方法。
4. 本发明的电解交流电源相比电解直流电源，可使污泥达到均质破解的效果，并分解EPS。
5. 本发明的水平交流电场，可使污泥在电渗作用下均匀脱除自由水和部分结合水，避免了水平直流电场中阳极污泥电阻大，脱水不均匀等问题。
6. 本发明的调理脱水一体化装置，融合了调理单元与脱水单元，装置结构紧凑、占用空间小、运行能耗低、操作简单、调理剂可回收利用，是一种安全、环保的脱水装置。
附图说明
图1 是本发明调理脱水一体化装置示意图；
图2 是本发明调理脱水一体化装置中电极示意图；
图1附图标记说明：①交流电源、②污泥输送泵及③阀门、④竖直密封板、⑤电极、⑥滤布、⑦机械搅拌器、⑧调理脱水池
具体实施方式
为了充分表述本发明的技术方案和装置，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明：
实施实例1：
本实施例处理的待脱水污泥采集于北京市某污水处理厂，该污水处理厂采用A2O工艺对市政污水进行处理。活性污泥采集点位于二沉池至曝气池回流路段上某处。污泥浓度（MLSS）达到13.6g/L，含水率为98.62%，pH值为7.04。
1）将污泥置于调理脱水一体化装置中；
2）打开交流电源，将电解电压有效值设定为5.0V，打开机械搅拌器，对污泥进行搅拌，搅拌强度为200 r/min，同时向污泥中投加1.0 g/gVSS的Fe0和0.5 g/gVSS的过硫酸钾，然后持续搅拌70min；
3）关闭交流电源，将调理后的污泥进行重力沉降，然后排出上清液；
4）打开交流电源，将水平交流电场的电压有效值设定为40V，控制脱水时间为2小时。收集脱水后的污泥，用重量法测定其含水率。
测定结果如表1所示。
实施实例2：
本实施例处理的待脱水污泥采集于北京市某污水处理厂，该污水处理厂采用A2O工艺对市政污水进行处理。活性污泥采集点位于二沉池至曝气池回流路段上某处。污泥浓度（MLSS）达到13.6g/L，含水率为98.62%，pH值为7.04。
1）将污泥置于调理脱水一体化装置中；
2）打开交流电源，将电解电压有效值设定为9.0V，打开机械搅拌器，对污泥进行搅拌，搅拌强度为400 r/min，同时向污泥中投加1.0 g/gVSS的Fe0和0.5 g/gVSS的过硫酸钾，然后持续搅拌50min；
3）关闭交流电源，将调理后的污泥进行重力沉降，然后排出上清液；
4）打开交流电源，将水平交流电场的电压有效值设定为50V，控制脱水时间为2小时。收集脱水后的污泥，用重量法测定其含水率。
测定结果如表1所示。
实施实例3：
本实施例处理的待脱水污泥采集于北京市某污水处理厂，该污水处理厂采用A2O工艺对市政污水进行处理。活性污泥采集点位于二沉池至曝气池回流路段上某处。污泥浓度（MLSS）达到13.6g/L，含水率为98.62%，pH值为7.04。
1）将污泥置于调理脱水一体化装置中；
2）打开交流电源，将电解电压有效值设定为7.0V，打开机械搅拌器，对污泥进行搅拌，搅拌强度为300 r/min，同时向污泥中投加1.0 g/gVSS的Fe0和0.5 g/gVSS的过硫酸钾，然后持续搅拌50min；
3）关闭交流电源，将调理后的污泥进行重力沉降，然后排出上清液；
4）打开交流电源，将水平交流电场的电压有效值设定为60V，控制脱水时间为3小时。收集脱水后的污泥，用重量法测定其含水率。
测定结果如表1所示。
实施实例4：
本实施例处理的待脱水污泥采集于北京市某污水处理厂，该污水处理厂采用A2O工艺对市政污水进行处理。活性污泥采集点位于二沉池至曝气池回流路段上某处。污泥浓度（MLSS）达到13.6g/L，含水率为98.62%，pH值为7.04。
1）将污泥置于调理脱水一体化装置中；
2）打开交流电源，将电解电压有效值设定为5.0V，打开机械搅拌器，对污泥进行搅拌，搅拌强度为200 r/min，同时向污泥中投加4.0 g/gVSS的Fe0和2.0 g/gVSS的过硫酸钾，然后持续搅拌70min；
3）关闭交流电源，将调理后的污泥进行重力沉降，然后排出上清液；
4）打开交流电源，将水平交流电场的电压有效值设定为40V，控制脱水时间为2小时。收集脱水后的污泥，用重量法测定其含水率。
测定结果如表1所示。
实施实例5：
本实施例处理的待脱水污泥采集于北京市某污水处理厂，该污水处理厂采用A2O工艺对市政污水进行处理。活性污泥采集点位于二沉池至曝气池回流路段上某处。污泥浓度（MLSS）达到13.6g/L，含水率为98.62%，pH值为7.04。
1）将污泥置于调理脱水一体化装置中；
2）打开交流电源，将电解电压有效值设定为10.0V，打开机械搅拌器，对污泥进行搅拌，搅拌强度为300 r/min，同时向污泥中投加4.0 g/gVSS的Fe0和2.0 g/gVSS的过硫酸钾，然后持续搅拌50min；
3）关闭交流电源，将调理后的污泥进行重力沉降，然后排出上清液；
4）打开交流电源，将水平交流电场的电压有效值设定为40V，控制脱水时间为2小时。收集脱水后的污泥，用重量法测定其含水率。
测定结果如表1所示。
实施实例6：
本实施例处理的待脱水污泥采集于北京市某污水处理厂，该污水处理厂采用A2O工艺对市政污水进行处理。活性污泥采集点位于二沉池至曝气池回流路段上某处。污泥浓度（MLSS）达到13.6g/L，含水率为98.62%，pH值为7.04。
1）将污泥置于调理脱水一体化装置中；
2）打开交流电源，将电解电压有效值设定为7.0V，打开机械搅拌器，对污泥进行搅拌，搅拌强度为500 r/min，同时向污泥中投加4.0 g/gVSS的Fe0和2.0 g/gVSS的过硫酸钾，然后持续搅拌70min；
3）关闭交流电源，将调理后的污泥进行重力沉降，然后排出上清液；
4）打开交流电源，将水平交流电场的电压有效值设定为60V，控制脱水时间为2小时。收集脱水后的污泥，用重量法测定其含水率。
测定结果如表1所示。
对照实例1：
除脱水时间设置为3小时，其余与实施实例1相同。
对照实例2：
除水平交流电场脱水的电压有效值设定为60V，其余均与实施实例2相同。
对照实例3：
除电解电压有效值设定为10.0V，其余均与实施实例3相同。
对照实例4：
除水平交流电场脱水的电压有效值设定为50V，其余与实施实例4相同。
对照实例5：
除脱水时间设置为3小时，其余均与实施实例5相同。
对照实例6：
除电解电压有效值设定为10.0 V，其余均与实施实例6相同。
表1 本发明污泥脱水效果
检测结果表明
1、在交流电场破解和硫酸根自由基氧化的协同作用下处理污泥，使得污泥的CST下降，提高了污泥脱水性能；
2、增大调理交流电源电压调理污泥，使得污泥的CST下降，提高了污泥脱水性能，对污泥脱水效果有利；
3、预处理过程中调理剂的投加量增加，脱水效果提高；
4、延长电场脱水时间对降低污泥含水率有利；
5、增大脱水交流电源电压对污泥脱水效果有利。

Claims (9)

1.一种污泥调理-水平交流电场脱水的方法，其特征在于通过交流电场破解与硫酸根自由基氧化的协同作用，使装置中污泥发生均质破解，并分解EPS，部分结合水转化为自由水，水平交流电场的电渗作用可以均匀地脱除部分结合水。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于包括如下步骤：
（1）打开阀门和污泥泵，将污泥输入一体化调理脱水装置；
（2）打开电解交流电源，同时向污泥中投加一定量Fe0和过硫酸盐，并进行一定时间的搅拌；
（3）将调理后的污泥进行重力沉降，然后排出上清液；
（4）将交流电源电压的有效值调到水平电场脱水的设定值，取出竖直密封板，进行水平交流电场脱水处理。
3.根据权利要求2所述的步骤（1），其特征在于所述的污泥为城市污水处理厂的剩余活性污泥、消化污泥中的一种或其混合污泥，含水率在97.00%～99.99%之间；一体化装置的污泥负荷控制在2.0kg·m-2～6.0 kg·m-2之间。
4.根据权利要求2所述的步骤（2），其特征在于投加的Fe0尺寸处于微米或纳米范围，投加量为0.5～5.0g/gVSS；过硫酸盐选择过硫酸钾或过硫酸钠中的一种或两种混合，投加量为0.3～3.0g/gVSS。
5.根据权利要求2所述的步骤（2），其特征在于采用机械搅拌，转速设定为100～500r/min，搅拌时间为30～90min；电解交流电源的电压有效值设置范围为4V～10V。
6.根据权利要求2所述的步骤（4），其特征在于，水平交流电场脱水的交流电源电压有效值设定为10V～80V，脱水时间为0.5h～4h。
7.一种调理脱水一体化装置，包括调理脱水池⑧、交流电源①、机械搅拌器⑦、污泥输送泵②及阀门③；
装置中两电极⑤之间为污泥池，搅拌桨设置在污泥池中央，滤出液经两极由底部排出。
8.根据权利要求7所述的调理脱水一体化装置，其特征在于，电解电极与脱水电极采用相同的材料，Ti/RuO2菱形网状电极；两极内侧设有滤布⑥，外侧设有竖直密封板④。
9.根据权利要求7所述的调理脱水一体化装置，其特征在于，磁铁用于调理后Fe0的回收，该磁铁可选用永久磁铁或电磁铁。
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