CN107055984A - 一种高压脉冲电解压滤法深度脱水处理污泥的方法 - Google Patents

一种高压脉冲电解压滤法深度脱水处理污泥的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高压脉冲电解压滤法深度脱水处理生化污泥的方法，该方法采用板框复极式电解压滤装置，其由滤袋式板框压滤机或隔膜式板框压滤机改装而得，所述的改装是将滤袋式板框压滤机的滤板改装成电极组件，或者将隔膜式板框压滤机的滤框改成电极组件，压滤机两端电极组件连接高压脉冲直流电源，压滤机的其他构件和连接关系保留不变，从而构成板框复极式电解压滤装置；所述的方法包括：往板框复极式电解压滤装置中通入生化污泥，先将生化污泥进行机械压滤脱水形成含水率为80‑95％的污泥泥饼，然后开启高压脉冲恒压或恒流电解，电解后再机械压滤污泥泥饼，获取含水率低于50％的污泥泥饼。本发明所述方法具有低沉本、高效、环保的优点。

Description

一种高压脉冲电解压滤法深度脱水处理污泥的方法
(一)技术领域
本发明涉及一种生化污泥的深度脱水的方法，是一种采用电解方法深度脱水处理生化污泥的技术，属于固体废弃物处理领域。
(二)背景技术
生化污泥包括城市污水处理厂的终端废弃物和各工业企业的终端排放废弃物。随着我国工业化的发展，产生的工业废水和生活污水越来越多，据统计，我国每年的污水排放量已达到5.11×104亿吨。这些污泥由活性污泥的生物絮体、菌类细胞构成，无机颗粒中含有大量细菌等各类微生物、重金属离子和有毒有害有机物。目前，城镇污水处理厂的污泥脱水方式为压榨、离心等脱水方式，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，生化污泥的深度脱水处理是当前污泥无害化、减量化处理目标的迫切需求。
生化污泥深度脱水是指通过一系列技术方式对污泥进行调理预处理，改善污泥的脱水性能后，进一步借助有效措施对污泥进行脱水，使污泥含水率达到60％以下(特殊条件达到50％以下)。目前国内污泥深度脱水技术主要有二种，一种是自然干化和热干化，另一种是化学调理加高压压滤。自然干化是利用自然热源(太阳能)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，处理时间过长，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、脱水干化。该方法耗能大，去除每千克水的热能能耗为3000-4000kJ，设备复杂，投资和运行成本也非常高，难以应用推广。化学调理加高压压滤方法主要是添加石灰、铁盐等，以改变污泥分子电荷极性，增加颗粒孔隙、改善压滤特性，然后再施加0.5MPa以上的高压，压滤脱水。该方法需外加物质，添加物使污泥的结构、成分、性质发生了变化，给后续的污泥处置带来诸多问题，同时添加物加入量较大，增加了干污泥量。
电化学方法处理污泥，目前取得初步应用的是采用电渗析的原理处理固体废弃物。电渗析脱水原理是固体颗粒和液体在电场的作用下作定向运动，在通过多孔固体滤膜时，固体颗粒粒径较大不能通过，而水分子能够通过，从而使固液相分离。固液分离的基本原理依据的是胶粒的双电层理论，在电场中由于胶粒和扩散层所带电荷不同，滑动面产生滑动，胶粒和扩散层相分离，扩散层将液体带走。污泥经电渗析脱水处理后，含水率能降到35％-45％。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。两个电极端脱水速率不同致使两极端电阻率不同和电压不均，导致电渗析无法彻底进行。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。电氧化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。对污泥施加一高压直流电场，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，生物细胞壁被破坏，污泥中的水分子被携带出来，形成电解渗透脱水现象。区别一般的电渗析过程，电解渗透污泥脱水发生强烈的电解反应，过程电极反应式如下：阳极反应：2H2O→4H++O2+4e；阴极反应:2H2O+2e→4OH-+H2。
(三)发明内容
本发明的目的是提出一种高压脉冲电解压滤法深度处理污泥的方法，将高压脉冲电场、电化学降解污染物和压滤技术结合起来，在污泥机械压滤过程中施加高压脉冲电解处理生化污泥，可以有效破除污泥的菌束，提高压滤脱水的深度，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：
一种高压脉冲电解压滤法深度脱水处理生化污泥的方法，该方法采用板框复极式电解压滤装置，其由滤袋式板框压滤机或隔膜式板框压滤机改装而得，所述滤袋式板框压滤机或隔膜式板框压滤机包括止推板、压紧板、滤板和/或滤框、横梁、过滤材料、压紧装置和集液槽组件，所述的改装是将滤袋式板框压滤机的滤板改装成电极组件，或者将隔膜式板框压滤机的滤框改成电极组件，压滤机两端电极组件连接高压脉冲直流电源，压滤机的其他构件和连接关系保留不变，从而构成板框复极式电解压滤装置；
所述的方法包括：往板框复极式电解压滤装置中通入生化污泥，先将生化污泥进行机械压滤脱水形成含水率为80-95％的污泥泥饼，然后开启高压脉冲恒压或恒流电解，通过高电场和电解破坏污泥中的菌束结构，电解后再机械压滤污泥泥饼，获取含水率低于50％的污泥泥饼。
本发明中，所述的电极组件为空心框体，长、宽、厚度和压滤机的其他构件匹配，所述电极组件设置有与电极组件的内部腔体隔绝的污水进入管道，所述电极组件的两个侧面上局部均匀开孔使压滤液能进入电极组件的内部腔体，所述电极组件上还设置有压滤液出口，使得流入电极组件内部腔体的压滤液可由压滤液出口汇入集流槽组件；
所述的电极组件构成复极式电极，每个电极组件的正面和反面采用的电极材料为金属或带涂层的金属，其中带涂层的金属电极为一面为涂层、另一面为金属的电极。
本发明中，所述的复极式电极的电极材料为不锈钢电极-不锈钢电极、钛电极-贵金属氧化物涂层/钛电极或不锈钢-贵金属氧化物涂层/钛电极，其中贵金属氧化物涂层/钛电极为钌钛氧化物涂层/钛电极或铱钽氧化物涂层/钛电极。
本发明中，所述电极组件两侧设置支耳，支耳外套绝缘材料悬挂在横梁上，和压滤机其他构件匹配。
本发明中，需要保持电极组件之间不短路。滤袋式板框压滤机的电极组件通过滤框间隔，保持电极之间不短路。而隔膜式板框压滤机在相邻电极组件之间设置有绝缘板(优选PP材料)，以保持电极之间不短路。
本发明中，止推板和压紧板采用原有材料和结构，并分别在靠电极组件一侧衬绝缘板(优选PP材料)。
本发明中，过滤材料可以是滤布或弹性多孔材料，其中弹性多孔材料构成压滤机的隔膜。进一步，弹性多孔材料可以是PP、PVC、PP/PE等材料。
本发明对于板框复极式电解压滤装置的污水进水口和出口位置不做限定，中间进污水、底部和顶部出水或者是顶部进污水、顶部出水等均适用于本发明。
本发明所述的板框复极式电解压滤装置，电极组件为复极式电极，滤框即为电解槽腔体，过滤材料构成电解槽隔膜，电源为高压脉冲直流电源，组成复极式电解装置。其中单元电解槽数量优选1-50组。电解过程中，单元电解槽电压在1000V以下，脉冲频率和占空比可调，电流密度为0-2A/m2，电解时间在5分钟以下。
本发明中，电解前后机械压滤压力均不高于1MPa，通常电解后的压力高于或等于电解前的压力。
本发明中，所述的生化污泥可以是城市污水处理污泥、工业污泥、河道污泥、建筑污泥等，在压滤同时高压脉冲电解可将生化污泥脱水至含水率低于50％。
本发明和化学药剂法、电渗析法以及烘干法比较，具有以下突出的优点：(1)联合机械脱水可将污泥深度脱水至50％以下，便于污泥的直接外运和资源化利用；(2)不产生二次污染，不需要加入絮凝剂；(3)电解时污泥中的重金属离子部分被还原，被固化沉积在泥饼中，减少了水污染；(4)污泥中的部分有机物被电解氧化降解，并提高了残水的可生化性；(5)低能耗，相比热干化能耗低；(6)处理时间短，设备占地小，条件要求低。
(四)附图说明
图1是本发明的板框复极式电解压滤装置示意图，其中1-正极接线柱，2- 负极接线柱，3-电极组件，4-滤框，5-压紧装置，6-横梁(扁铁架)，7-压紧板(采用PP材料，和外壳绝缘)，8-止推板(采用PP材料，和外壳绝缘)，9-压滤液出口，10-污水进口。
图2a和2b是本发明的板框复极式电解压滤装置的电极组件的示意图以及正面(反面)图，其中，11-压滤液出孔，12-污水进入管道。
图3是本发明的隔膜式板框复极式电解压滤装置的一种实施方式的截面示意图，其中：3-电极组件，9-滤液出口，10-污水进口，13-压滤腔体，14-压滤机隔膜，15-电极正面，16-电极背面，17-绝缘板。
(五)具体实施方式
为了使本发明的目的和技术方案及优点更加清楚，本发明用以下实施例进行说明，但本发明不局限于这些例子。
装置构件参照图1-图3：如图1所示的板框复极式电解压滤装置，保留板框压滤机滤框4，压紧装置5，横梁(扁铁架)6，压紧板(采用PP材料，和外壳绝缘)7，止推板(采用PP材料，和外壳绝缘)8，压滤液出口9，污水进口10。在滤框之间插入电极组件3替代原板框压滤机滤板，电极组件双面采用不锈钢-不锈钢，其中压滤机两端(紧挨止推板和压紧板)的电极组件分别装有正极接线柱1、负极接线柱2，分别连接电源的正极和负极。电极组件的电极正面和背面均开有小孔，压滤液出孔11和电极组件的内部腔体连通，正极接线柱1和负极接线柱2为不锈钢，电极组件支耳其外包PP材料，架在扁铁架上并和和扁铁架6之间绝缘。电源采用高电压低电流的脉冲直流电源。
图3为隔膜式板框复极式电解压滤装置的截面示意图，电极组件3外套有隔膜14，电极组件结构为T型结构，中间为空心腔体，电极材料为不锈钢-不锈钢，电极正面15和背面16开孔便于压滤液流入，电极组件3之间通过隔膜-绝缘板(PP板)-隔膜压紧密封并保持电极之间不短路。电极组件3之间构成压滤腔体13。装置保留隔膜压滤机气体反冲脱泥，或液体反冲脱泥装置。
本发明实施例采用的一种电解装置为滤袋式板框复极式电解压滤装置，板框大小为0.5m*0.8m，共10组板框。板框之间插入不锈钢板电极组件，大小为0.5m*0.8m，共11张，组成复极式电解装置。压滤装置两侧不锈钢电极分别接正极和负极，正负极连接高压脉冲电源。在压滤装置中加入污水厂污泥，机械压滤至0.5MPa，压滤1小时至不再持续出水后，采用高压脉冲电解，电解1-5分钟结束，将压滤提高至0.6-0.8MPa，压滤20分钟。测定电解前后滤饼的含水率。
本发明实施例采用的另一种电解装置是隔膜式板框复极式电解压滤装置，板框大小为0.5m*0.8m，共10组板框。板框两侧外紧贴不锈钢电极组件，两侧电极电路连通，极板大小为0.5m*0.8m，板框和电极组件外套弹性隔膜材料，组成隔膜式复极式电解压滤装置。压滤装置两侧不锈钢电极分别接正极和负极，正负极连接高压脉冲电源。在压滤装置中加入污水厂污泥，机械压滤至0.5MPa，压滤1小时至不再持续出水后，采用高压脉冲电解，电解1-5分钟结束，将压滤提高至0.6-0.8MPa，压滤20分钟。测定电解前后滤饼的含水率。
实施例1-6
在滤袋式板框复极式电解压滤装置中，复极式电极为不锈钢-不锈钢、钛-铱钛氧化物/钛、钛-钌钛氧化物/钛、不锈钢-铱钛氧化物/钛、不锈钢-钌钛氧化物/钛以5000V总电压电解(单元电解电压为500V)，脉冲电源为正向单脉冲高压电源，脉冲频率50Hz，电解2分钟。电解深度处理污泥结果如表1所示。
表1 不同电解材料电解压滤深度脱水污水厂污泥结果
实施例7-12
在隔膜式板框复极式电解压滤装置中，加入污水厂污泥。复极式电极为不锈钢-不锈钢，不同的电解电压，不同脉冲频率，电解2分钟，电解后压滤压力0.8MPa。电解深度处理污泥结果如表2所示。
表2 不同脉冲电压和脉冲频率电解压滤深度脱水污水厂污泥结果
实施例13-16
在滤袋式板框复极式电解压滤装置中，加入不同来源的污泥。复极式电极为不锈钢-不锈钢，电解电压为5000V，脉冲频率为50Hz，电解2分钟，电解后压滤压力0.6MPa。电解深度处理污泥结果如表3所示。
表3 不同来源污泥电解压滤深度脱水污水厂污泥结果
实施例 污泥类型 污泥来源 电压/V 压力/MPa 含水率/％
13 生化污泥 污水厂 500 0.6 65.8
14 生化污泥 工业企业 5000 0.6 49.2
15 河道淤泥 运河 5000 0.6 38.7
16 建筑泥浆 建筑工地 5000 0.6 32.5
实施例17-20
在隔膜式板框复极式电解压滤装置中，加入不同来源的污泥。复极式电极为不锈钢-不锈钢，电解电压为5000V，脉冲频率为50Hz，电解2分钟，电解后压滤压力0.6MPa。电解深度处理污泥结果如表4所示。
表4 不同来源污泥电解压滤深度脱水污水厂污泥结果
实施例 污泥类型 污泥来源 电压/V 压力/MPa 含水率/％
17 生化污泥 污水厂 500 0.6 67.3
18 生化污泥 工业企业 10000 0.6 50.2
19 河道淤泥 运河 10000 0.6 40.6
20 建筑泥浆 建筑工地 10000 0.6 38.2

Claims (8)

1.一种高压脉冲电解压滤法深度脱水处理生化污泥的方法，其特征在于：该方法采用板框复极式电解压滤装置，其由滤袋式板框压滤机或隔膜式板框压滤机改装而得，所述滤袋式板框压滤机或隔膜式板框压滤机包括止推板、压紧板、滤板和/或滤框、横梁、过滤材料、压紧装置和集液槽组件，所述的改装是将滤袋式板框压滤机的滤板改装成电极组件，或者将隔膜式板框压滤机的滤框改成电极组件，压滤机两端电极组件连接高压脉冲直流电源，压滤机的其他构件和连接关系保留不变，从而构成板框复极式电解压滤装置；
所述的方法包括：往板框复极式电解压滤装置中通入生化污泥，先将生化污泥进行机械压滤脱水形成含水率为80-95％的污泥泥饼，然后开启高压脉冲恒压或恒流电解，通过高电场和电解破坏污泥中的菌束结构，电解后再机械压滤污泥泥饼，获取含水率低于50％的污泥泥饼。
2.如权利要求1所述的高压脉冲电解压滤法深度脱水处理生化污泥的方法，其特征在于：所述的电极组件为空心框体，长、宽、厚度和压滤机的其他构件匹配，所述电极组件设置有与电极组件的内部腔体隔绝的污水进入管道，所述电极组件的两个侧面上局部均匀开孔使压滤液能进入电极组件的内部腔体，所述电极组件上还设置有压滤液出口，使得流入电极组件内部腔体的压滤液可由压滤液出口汇入集流槽组件；
所述的电极组件构成复极式电极，每个电极组件的正面和反面采用的电极材料为金属或带涂层的金属，其中带涂层的金属电极为一面为涂层、另一面为金属的电极。
3.如权利要求2所述的高压脉冲电解压滤法深度脱水处理生化污泥的方法，其特征在于：所述的复极式电极的电极材料为不锈钢电极-不锈钢电极、钛电极-贵金属氧化物涂层/钛电极或不锈钢-贵金属氧化物涂层/钛电极，其中贵金属氧化物涂层为钌钛氧化物涂层或铱钽氧化物涂层。
4.如权利要求1～3之一所述的高压脉冲电解压滤法深度脱水处理生化污泥的方法，其特征在于：滤袋式板框压滤机的电极组件通过滤框间隔，保持电极之间不短路；隔膜式板框压滤机在相邻电极组件之间设置有绝缘板，以保持电极之间不短路。
5.如权利要求1～3之一所述的高压脉冲电解压滤法深度脱水处理生化污泥的方法，其特征在于：所述电极组件两侧设置支耳，支耳外套绝缘材料悬挂在横梁上，和压滤机其他构件匹配。
6.如权利要求1～3之一所述的高压脉冲电解压滤法深度脱水处理生化污泥的方法，其特征在于：止推板和压紧板分别在靠电极组件一侧衬绝缘板。
7.如权利要求1～3之一所述的高压脉冲电解压滤法深度脱水处理生化污泥的方法，其特征在于：所述的板框复极式电解压滤装置包含1-50组单元电解槽，电解过程中，单元电解槽电压在1000V以下，电流密度为0-2A/m2，电解时间在5分钟以下。
8.如权利要求1～3之一所述的高压脉冲电解压滤法深度脱水处理生化污泥的方法，其特征在于：电解前后机械压滤压力均不高于1MPa。
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