CN108314281A - 一种电解处理污泥深度脱水的高压脉冲电极系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种电解处理污泥深度脱水的高压脉冲电极系统，其特征在于该电极系统阳极和阴极均为外衬电绝缘材料的复合电极。复合电极由导电极板和绝缘极板复合组成。可通过电极系统外衬电绝缘材料的厚度，调节高压脉冲处理污泥的极限工作电压U，U符合关系式U＝K(X+Y)，X、Y分别为阴极和阳极外衬绝缘层厚度，K为和绝缘材料、电解液介质及电极间距有关的常数。该电极系统应用于污泥脱水，可解决电渗析受污泥电阻限制槽电压较低的问题，实现单元电解槽槽电压0.5kV‑60kV电解处理，并将机械压滤脱水的污泥进一步降低含水率20‑35％。

Description

一种电解处理污泥深度脱水的高压脉冲电极系统

(一)技术领域

本发明涉及一种电解处理污泥深度脱水的高压脉冲电极系统，是一种超高压脉冲电解处理污泥装置中应用的电极材料，属于固体废弃物处理领域。

(二)背景技术

随着工业和城市的迅速发展，污水处理厂污泥处理处置成为日益严重的问题。目前，城镇污水处理厂的污泥脱水方式为离心、压榨等，这种机械脱水方式只能将污泥含水率脱至80％。不符合国家必须将污泥脱水至含水率50％以下的要求。因此需要对污泥进行深度脱水。

污泥的深度脱水是目前污泥处理处置的关键环节。污泥中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，其中吸附水和内部水很难用机械脱水除去。常用的污泥深度脱水方法有化学处理方法、自然干化、热干化处理。自然干化自然蒸发法方法简单，易于管理；但需要大量的场地，容易散发恶臭，受气候影响大，对某些不易脱水的污泥效果不好。化学处理是污泥在脱水前进行化学调理，通常是加入絮凝剂使污泥颗粒絮凝成大颗粒，从而提高污泥的脱水性能，容易产生二次污染，并增加污泥的总量。污泥焚烧需要污泥含水率在60％以下，污泥才可以自持燃烧，即污泥焚烧时可以利用前面污泥燃烧产生的热量对湿污泥进行预热。因此，要实现污泥在不加过多煤的条件下焚烧、制造泡沫砌块材料等资源化循环利用，必须使得污泥含水率降到50-60％以下。

近年来，电化学氧化处理污染物技术因其具有氧化能力强、降解污染物彻底、无污染、可控性强等优点，已被广泛应用于废水处理及污泥中重金属去除领域。污泥电渗透脱水过程中，水的流动方向和污泥絮体流动方向相反，水分可不经过泥饼的空隙通道而与污泥分离。因此不受污泥压密引起的通道堵塞或阻力增大的影响，脱水率效率高。国内外学者为了提高电渗透的脱水效率做了大量的研究。如通过对电极反接，可提高电渗透的脱水量，但效果并不明显。采用脉冲电流的方式，通过调整不等占空比电场可以提高电渗透脱水速率。电渗析法处理污泥电极材料一般为不锈钢、钌钛氧化物涂层电极、铱钛氧化物涂层电极等。而超高压型电解装置，特别是单槽电压大于5000V的处理污泥，超高压脉冲电场产生磁场，阴极脉冲电场和脉冲磁场交替作用，使污泥中的胶束和细胞膜离子透性增加，导致细胞膜、细胞壁被破坏，胶束内水分流出，达到深度脱水提高效率的目的。目前该方面的研究很少，电极材料一般采用常规电渗析不溶性电极材料或铁系电极材料，如不锈钢、钌钛氧化物涂层等电极，采用这类导电的处理污泥，为了增大电压只能通过增大电极间距、增大污泥电阻的方法提高脉冲电压。受到欧姆定律限制，脉冲电解处理污泥一般单槽电压不超过100V，不能满足破坏细胞膜和细胞壁脱出胶束水的目的；同时在大于30V的电压下，电解产生很大的电流，引起电解过程中污泥产生大量的热。

(三)发明内容

本发明的目的是提出一种高压脉冲电解处理污泥的电极系统，应用于电渗析处理污泥深度脱水，实现单元电解槽槽电压大于1000V以上电解电渗析脱水处理污泥。

为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：

一种电解处理污泥深度脱水的高压脉冲电极系统，其特征在于该电极系统阳极和阴极均为外衬电绝缘材料的复合电极，复合电极由导电极板和绝缘极板复合组成，该系统的工作电压U符合关系式U＝K(X+Y)，X、Y分别为阴极和阳极外衬绝缘层厚度，K为和绝缘材料、电解液介质及电极间距有关的常数。

所述的导电极板为铜、不锈钢、钛或铝合金材料；所述绝缘极板为聚丙烯及改性聚丙烯、聚乙烯、聚氯乙烯、聚偏氟乙烯或聚四氟乙烯。

一种电解处理污泥深度脱水的高压脉冲电极系统，其复合电极还包括将导电极板置于板框式电解槽腔体两侧，由电解槽腔体一侧绝缘壁板和导电极板组成阳极，电解槽腔体另一侧绝缘壁板和导电极板组成阴极，并组成复极式电解槽高压脉冲电极系统，脉冲电压U＝N K(X+Y)，N为单元槽个数。

所述的一种电解处理污泥深度脱水的高压脉冲电极系统，其特征在于复合电极还包括圆柱形导电棒和圆柱形绝缘体复合。

所述的一种电解处理污泥深度脱水的高压脉冲电极系统，应用于处理污泥深度脱水，可实施的单元电解槽槽电压脉冲电压范围为0kV-100kV，更优化脉冲电压范围是1kV-60kV。

本发明为实现低电流超高电压电解，提出一种超高电压脉冲电解处理污泥的电极系统。采用导电金属外衬绝缘材料的方法设计了一种新型的超高电压脉冲电解处理污泥的电极系统。

和常用的电极相比较，具有以下突出的优点：(1)可实现单元电解槽脉冲输出电压大于1000V；(2)脉冲工作电压可由脉冲阳极和脉冲阴极绝缘层厚度调节；(3)高压脉冲电极可作为单极式和复极式电解电渗析装置；(4)应用于污泥深度脱水可将生化污泥压滤、离心脱水的污泥含水率再降低20-35％。

(四)附图说明

图1是本发明的结构示意图，

图2是本发明复极式电解槽高压脉冲电极系统布置示意。

其中1-高压脉冲阳极，2-高压脉冲阴极，3-高压脉冲电解槽，4-浓缩污泥，5-阳极金属极板，6-阴极金属极板，7-复极式金属极板，8-复极式电解槽，9-电解槽腔体，A-导电阳极极板，B-阳极外衬绝缘层，C-导电阴极极板，D-阴极外衬绝缘板，E-电解槽一侧绝缘壁板，F-电解槽另一侧绝缘壁板，X-阳极绝缘板厚度，Y-阴极绝缘板厚度。

(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。

实施例1

参照图1，一种高压脉冲电解处理污泥的电极系统，包括高压脉冲阳极1和高压脉冲阴极2，导电阳极极板A为普通不锈钢钢板，规格为0.5m*0.4m；阳极外衬绝缘层B为聚丙烯材料，阳极绝缘板厚度X为0.5cm。导电阴极极板C为紫铜材料，规格为0.5m*0.4m；阴极外衬绝缘层D为聚丙烯材料，阴极绝缘板厚度Y为1.5cm。高压脉冲电源为负脉冲，电压范围为0-60kV，频率50Hz。从阳极和阴极分别引出连接导线，分别连接脉冲电源的正极和负极，其中正极在连接阳极的同时接地。电解槽3中充满含水率88％的污水厂剩余污泥，电极间距10cm，开启脉冲电源，以10kV电压处理污泥10min，取出污泥，再经过0.5MPa压滤脱水处理，测定污泥4的含水率为54.2％。

实施例2

装置构件参照图2。复极式电解槽高压脉冲电极系统布置示意图，将阳极金属极板5、电解槽一侧绝缘壁板E、电解槽腔体9、电解槽另一侧绝缘壁板F、复极式金属极板7组成单元电解槽8。将三个电解槽8组成复极式电解装置。阳极金属极板5、阴极金属板6和复极式金属板7均为金属钛板厚度2mm，绝缘壁板E厚度1.5cm，绝缘壁板F厚度1.5cm，电解槽腔体为5cm。将含水率98％的生化污泥泵入电解槽腔体9，以40kV的脉冲电压处理5min，取出污泥，再经过0.5MPa压滤脱水处理，测定污泥的含水率为53.9％。

其中5、6、7可以采用相同材料和形状的金属极板，C、D、E、F可采用相同的绝缘材料。

实施例3-6

参照图2。调整阳极绝缘层厚度X和阴极绝缘层Y，使(X+Y)分别为1cm、2cm、4cm、6cm、8cm，脉冲电压调整至击穿电压附近。按实施例1的方法处理污泥。获得污泥的含水率如下表1。

表1不同绝缘层厚度的电极系统处理污泥

Claims (5)

1.一种电解处理污泥深度脱水的高压脉冲电极系统，其特征在于该电极系统阳极和阴极均为外衬电绝缘材料的复合电极，复合电极由导电极板和绝缘极板复合组成，该系统的工作电压U符合关系式U＝K(X+Y)，X、Y分别为阴极和阳极外衬绝缘层厚度，K为和绝缘材料、电解液介质及电极间距有关的常数。

2.权利要求1所述的一种电解处理污泥深度脱水的高压脉冲电极系统，其特征在于所述的导电极板为铜、不锈钢、钛或铝合金材料；所述绝缘极板为聚丙烯及改性聚丙烯、聚乙烯、聚氯乙烯、聚偏氟乙烯或聚四氟乙烯。

3.权利要求1所述的一种电解处理污泥深度脱水的高压脉冲电极系统，应用于处理污泥深度脱水，其脉冲电压范围为0kV-100kV。

4.一种复极式电解槽高压脉冲电极系统，其特征在于复合电极还包括将导电极板置于板框式电解槽腔体两侧，由电解槽腔体一侧绝缘壁板和导电极板组成阳极，电解槽腔体另一侧绝缘壁板和导电极板组成阴极，其脉冲电压U＝N K(X+Y)，N为单元槽个数。

5.根据权利要求4所述的一种复极式电解槽高压脉冲电极系统，其特征在于所述的复合电极还包括圆柱形导电棒和圆柱形绝缘体复合。