CN106830610B - 一种高电流电解‐高压电渗析‐高压气压滤联合处理污泥的方法 - Google Patents

一种高电流电解‐高压电渗析‐高压气压滤联合处理污泥的方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种高电流电解‑高压电渗析‑高压气压滤联合处理污泥的方法，采用泥浆泵通入生化污泥，在泵压力下污泥被局部过滤，污泥和滤液充满电解槽，然后经大电流电解；污泥电解结束后采用压缩空气压滤污泥，同时排空网板中滤液，在泥饼两侧形成空气绝缘层，开启高压脉冲电渗析，再采用高气压压滤污泥，解离污泥中的内部水和吸附水，达到深度脱水的目的。本发明所提供的污泥处理方法将大电流电解、高压脉冲电渗析和气压压滤技术三者结合，能直接将污泥含水率脱至50%以下。

Description

一种高电流电解‐高压电渗析‐高压气压滤联合处理污泥的 方法
技术领域
本发明属于污泥处理技术领域，具体涉及一种高电流电解-高压电渗析-高压气压滤联合处理污泥的方法。
背景技术
随着我国工业化的发展，污泥数量越来越数量庞大，据统计，全国设市城市、县累计建成城镇污水处理厂超过3500座，污水处理能力约1.45亿m3/d，年产生含水量80％的污泥3500多万t。这些污泥由活性污泥的生物絮体、菌类细胞构成，无机颗粒中含有有毒有害有机物、重金属离子和含大量细菌的各类微生物。目前，城镇污水处理厂的污泥脱水方式为离心、压榨等脱水方式，这种机械脱水方式只能将污泥含水率脱至80％。国家环境保护部环办[2010]157号《关于加强城镇污水处理厂污泥污染防治工作的通知》要求“污水处理厂以贮存(即不处理处置) 为目的将污泥运出厂界的，必须将污泥脱水至含水率50％以下。”因此，将污泥深度脱水处理降低含水率至50％以下，当前污泥减量化、无害化处理目标的迫切需求。
污泥中的水分大致被分为颗粒间的空隙水、毛细水、颗粒的吸附水和内部水四类，各种水分与污泥颗粒结合的程度的关系可以表示为：内部水>吸附水>毛细水>空隙水，越在前结合程度越高，越难除去。机械处理污泥含水率高的主要原因是污泥中菌胶团网络的稳定作用，这些菌胶团很难被机械作用破坏，而且污泥微生物细胞壁的刚性结构阻碍了胞内水分的释放。要将含水率80％以上的污泥进一步脱水，需要对污泥进行预处理，改善污泥的脱水性能后，进一步借助其他措施对污泥进行深度脱水，使污泥泥饼含水率达到50％以下。
目前国内污泥深度脱水技术主要有二种，一种是化学调理加机械压滤，另一种是自然干化和热干化。化学调理加高压压滤方法主要是添加铁盐、石灰等，以改变污泥分子电荷极性，使污泥的结构、成分、性质发生了变化，改善压滤特性，然后再施加0.5MPa以上的高压机械脱水。该方法需外加物质，增加了干污泥量，同时添加物给后续的污泥处置带来诸多问题。自然干化是利用太阳能自然热源对污泥进行脱水干化处理，该方法需要庞大的干化场地，依赖气候条件，处理过程中恶臭气体挥发，易带来二次污染，因此应用受到限制。热干化是通过加热炉对污泥加热，使细胞破壁、脱去内部水。该方法设备复杂，去除每千克水的热能能耗为3000-4000kJ，投资和运行成本高，难以推广应用。
因此，开发一种可将污泥不经化学处理，直接脱水至泥饼含水率低于50％的方法，对于降低污泥量和污泥处置具有特别重要的意义。
发明内容
本发明的目的是提出一种高电流电解-高压电渗析-高压气压滤联合处理污泥的方法，将大电流电解、高压脉冲电渗析和气压压滤技术结合起来，在污泥气压压滤污泥过程中联合高电流、高压脉冲技术，可以有效破除污泥的菌束结构，解离污泥中结合牢固的内部水和吸附水，将污泥含水率脱至50％以下。
为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：
一种高电流电解-高压电渗析-高压气压滤联合处理污泥的方法，所述污泥经电解-电渗析-压滤装置处理，所述装置为三室两膜电解装置，包括两侧阳极电极板、阳极网板、阳极滤网、滤框、阴极滤网、阴极网板和阴极电极板，所述阳极滤网、滤框和阴极滤网构成中间室，阳极电极板、阳极网板和阳极滤网构成阳极室，阴极滤网、阴极网板和阴极电极板构成阴极室，所述阳极电极板和阴极电极板连有大电流稳压稳流电源和高压脉冲电源，两台电源可交替使用；
所述处理方法包括如下步骤：
(1)将污泥泵入滤框中，在污泥输入过程中污泥经阳极滤网和阴极滤网过滤，直至污泥充满整个滤框，关闭污泥输入阀门；
(2)开启低电压大电流稳压稳流电源，电在外电场作用下，通过大电流电解破坏生物细胞壁，污泥中的内部水通过电解游离出来；
(3)污泥电解结束后采用压缩空气压滤污泥，同时排空网板中滤液，在泥饼两侧形成空气绝缘层，开启高压脉冲电渗析，在高脉冲电场作用下污泥表面吸附的阴、阳离子向两极移动，解离污泥中的内部水；
(4)电渗析处理污泥结束后，采用高压空气压滤污泥，使得污泥进一步脱水，排空网板中滤液，脱水后的污泥从滤框排出。
作为优选，所述步骤(2)中所述稳流电源的的规格为：电压范围0-60V，恒电流电解电流密度为0-1500A/m2，电解时间为1-10分钟。
作为优选，所述滤框材质为PP或PVC，厚度100-300mm，滤框底部呈倒V 形，所述V形夹角为40-90°，从而便于松开空压机后滤框内污泥脱落。
作为优选，步骤(3)中所述高压脉冲电源规格为：脉冲频率10-100Hz，电压 0-12KV、脉宽50-500μS，脉冲频率和脉冲宽度可调，电流0-1A，电渗析时间 1-10分钟。
作为优选，步骤(4)中所述高压空气压力为0.1-1.0MPa，压滤时间为1-10分钟。
作为优选，所述阳极电极板材料为RuO2-TiO2/Ti涂层电极、IrO2-Ta2O5/Ti 涂层电极、PbO2/Ti镀层电极、不锈钢、碳钢，形状为板状；所述的阴极电极板材料为不锈钢、碳钢、钛、Sb5-10wt％铅-锑合金、铅-锑-铜合金，形状为板状，厚度为1-5mm，所述铅-锑-铜合金中Sb5-10wt％、Cu1-3wt％。
作为优选，所述阳极网板和阴极网板的材质为PP或PVC，厚度30-100mm，开孔率为50-75％。
作为优选，所述阳极滤网和阴极滤网的材质为滤布或多孔弹性材料，所述板状多孔弹性材料为PP、PE或PP/PE复合材料。
电渗析脱水原理是利用隔膜电解装置，在电场的作用下颗粒和水作定向运动，通过多孔固体滤膜时固体颗粒粒径被截留，而水分子能够通过，从而使固液相分离。电渗析脱水过程受电场强度、溶液pH、絮凝剂、电极材料和形状、滤布等因素的影响。污泥经电渗析脱水处理后，含水率能降到35％-45％。电渗析耗能低，脱水效率高，有一定的实用性，但处理时间长，效率低，隔膜容易被污染。高压电渗析处理生化污泥原理是依据生化污泥带负电荷，为平衡这些电荷，污泥颗粒表面会吸附介质中带相反电荷的离子构成双电层。对污泥施加高压直流电场，在外电场作用下，污泥表面吸附的阳离子受到电场力吸引而向阴极移动，破坏生物细胞壁，污泥中的内部水被携带出来，形成电解渗透脱水现象。而电解脱水区别电渗析过程，电解过程在大电流的作用下污泥表面发生强烈的电解反应，过程电极反应式如下：阴极反应:2H2O+2e→4OH-+H2，阳极反应：2H2O→4H++O2 +4e。也发生有机物的降解反应，电流和析气效应使得污泥中的细胞壁被破坏，在压滤作用下污泥的中内部水被携带出来。因此，将电解和电渗联合可有效提高污泥的脱水效率，是一种具有工业应用的污泥深度脱水技术。
本发明的有益效果为：
1、本发明所提供的污泥处理方法将大电流电解、高压脉冲电渗析和气压压滤技术三者结合，不需要加入化学试剂调理污泥，减少了污泥干重，能直接将污泥含水率脱至50％以下。
2、本发明所提供的污泥处理方法相比热干化能耗低，经济效益更高。
3、本发明所提供的污泥处理装置适用于建筑污泥、河道淤泥、城市生活污泥、工业污泥等。
具体实施方式
下面对本发明作进一步描述，但不能将方案中所涉及的技术参数理解为对本发明的限制。
本发明实施例采用的电解-电渗析-气压压滤联合处理污泥脱水装置，共2组单元电解槽，板框大小为1.0m*1.0m。阳极电极材料为RuO2-TiO2/Ti、面积为 1.0m*1.0m；阴极电极材料为碳钢，面积为1.0m*1.0m；阴极网板和阳极网板材料为聚丙烯，面积为1.0m*1.0m，厚度50mm，除密封沿外开有网格，密封沿顶边和底边开有空气进口和滤液出口。阴极滤网和阳极滤网材料为滤袋，滤框为聚丙烯材料，面积为1.0m*1.0m，厚度200mm，底部有污泥输入进口。
污泥泵将泥浆泵入滤框中，在污泥输入过程中污泥被滤布过滤，直至污泥充满整个滤框，关闭污泥输入阀门。开启低电压大电流稳压稳流电源，以电流 10-3000A电解5分钟。开启空压机，以空气压缩泥饼至0.2-0.3MPa，泥饼中大部分水被脱出，同时阳极网板和阴极网板中的滤液被排空，在泥饼和阳极与阴极之间空气绝缘层(空气+PP板)，开启高压脉冲稳压稳流电源，以0-60KV高压 (频率50Hz)，脉冲处理泥饼5分钟，电流为0A。关闭高压脉冲电源，将空压机压力增加至0.3-0.6MPa，压滤5分钟。测定电解-电渗析-气压压滤联合处理污泥泥饼的含水率。
实施例2--13
按上述实施例的方法，在电解-电渗析-气压压滤联合处理污泥装置中，污泥来自城市污水处理厂，阳极电极材料分别采用为RuO2-TiO2/Ti、IrO2-Ta2O5/Ti、 PbO2/Ti、不锈钢、碳钢；阴极材料分别采用不锈钢、碳钢、钛、铅-锑(Sb5-10wt％) 合金、铅-锑-铜(Sb5-10wt％、Cu1-3wt％)合金。处理工艺为泵入至滤框充满污泥，以1000A电流恒流电解5分钟，2MPa压滤空气，排空网板滤液，以20KV 高压(频率50Hz)，脉冲处理泥饼5分钟，电流为0A，以上操作均在室温下进行。所得泥饼含水量如表1所示，电压为恒电流电解初始电压，电压变化较大可能和污泥导电能力、堆积厚度等有关。
表1不同电解材料电解-电渗析-气压压滤联合处理污泥结果
实施例14-22
按实施例1方法，由泵输入城市污水厂污泥。阳极为IrO2-Ta2O5/Ti，阴极为不锈钢，不同的电流、脉冲电压和气压压滤处理污泥。所得泥饼含水量如表2 所示。
表2不同电解工艺电解-电渗析-气压压滤联合处理污泥结果
实施例23-26
按实施例1方法，由泵输入来源不同的污泥。阳极为IrO2-Ta2O5/Ti，阴极为不锈钢，以电流1000A电解5分钟。开启空压机，以空气压缩泥饼至0.2MPa，泥饼中大部分水被脱出，开启高压脉冲稳压稳流电源，以20KV高压(频率50Hz)，脉冲处理泥饼5分钟，电流为0A。所得泥饼含水量如表3所示。
表3不同来源污泥电解-电渗-气压压滤联合处理污泥结果
实施例 污泥类型 污泥来源 电流/A 脉冲电压/KV 含水率/％
23 城市污泥 城市污水厂 500 20 46.6
24 生化污泥 工业企业 500 20 59.1
25 河道淤泥 运河 500 20 37.9
26 建筑泥浆 建筑工地 500 20 30.6
以上仅列举了本发明的优选实施方案，本发明的保护范围并不限制于此，本领域技术人员在本发明权利要求范围内所作的任何改变均落入本发明保护范围内。

Claims (5)

1.一种高电流电解-高压电渗析-高压气压滤联合处理污泥的方法，其特征在于，所述污泥经电解-电渗析-压滤装置处理，所述装置为三室两膜电解装置，包括两侧阳极电极板、阳极网板、阳极滤网、滤框、阴极滤网、阴极网板和阴极电极板，所述阳极滤网、滤框和阴极滤网构成中间室，阳极电极板、阳极网板和阳极滤网构成阳极室，阴极滤网、阴极网板和阴极电极板构成阴极室，所述阳极电极板和阴极电极板连有大电流稳压稳流电源和高压脉冲电源，两台电源可交替使用；
所述处理方法包括如下步骤：
(1) 将污泥泵入滤框中，在污泥输入过程中污泥经阳极滤网和阴极滤网过滤，直至污泥充满整个滤框，关闭污泥输入阀门；
(2) 开启低电压大电流稳压稳流电源，控制单元电解槽电压范围为0-60V，恒电流电解电流密度为500-2000A/m2，电解时间为1-10分钟，在外电场作用下，通过大电流电解破坏生物细 胞壁，污泥中的内部水通过电解游离出来；
(3) 污泥电解结束后采用压缩空气压滤污泥，同时排空网板中滤液，在泥饼两侧形成空气绝缘层，开启高压脉冲电渗析，控制脉冲频率10-100Hz，电压10-40KV、脉宽50-500μS，保证不击穿电流为0A，电渗析时间1-10分钟，在高脉冲电场作用下污泥表面吸附的阴、阳离子向两极移动，解离污泥中的内部水；
(4) 电渗析处理污泥结束后，采用高压空气压滤污泥，使得污泥进一步脱水，排空网板中滤液，脱水后的污泥从滤框排出。
2.如权利要求1所述的高电流电解-高压电渗析-高压气压滤联合处理污泥的方法，其特征在于，步骤(4)中所述高压空气压滤工艺为：空气压力为0.1-1.0MPa，压滤时间为1-10分钟。
3.如权利要求1所述的高电流电解-高压电渗析-高压气压滤联合处理污泥的方法，其特征在于，所述阳极电极板材料为RuO2-TiO2/Ti涂层电极、IrO2-Ta2O5/Ti涂层电极、PbO2/Ti镀层电极、不锈钢、碳钢，形状为板状；所述的阴极电极板材料为不锈钢、碳钢、钛、Sb5-10wt%铅-锑合金、铅-锑-铜合金，形状为板状，厚度为1-5mm，所述铅-锑-铜合金中Sb5-10wt%、Cu1-3wt%。
4.如权利要求1所述的高电流电解-高压电渗析-高压气压滤联合处理污泥的方法，其特征在于，所述阳极网板和阴极网板的材质为PP或PVC，厚度30-100mm，开孔率为50-75%。
5.如权利要求1所述的高电流电解-高压电渗析-高压气压滤联合处理污泥的方法，其特征在于，所述阳极滤网和阴极滤网的材质为滤布或多孔弹性材料，所述板状多孔弹性材料为PP、PE或PP/PE复合材料。
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