CN109052896A - 一种电渗与电催化调理污泥深度脱水的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电渗与电催化调理污泥深度脱水的方法，包括：絮凝化学调理，电化学调理，电渗电泳脱水，以及机械固液分离。本发明提供的方法简单，条件易控制；加入表面活性剂，有效的改善了水的结合状态参数。水在液相状态下释放分离，无需客服大的相变能，能耗较低。电化学催化可以最大限度的使胶体中游离水量增加，因而效率高适应面广。本发明易于与其他机械、化学和物理脱水设备协同应用，能够达到良好的脱水效率和干化效果。

Description

一种电渗与电催化调理污泥深度脱水的方法

技术领域

本发明属于污泥处理技术领域，具体涉及一种电渗与电催化调理污泥深度脱水的方法。

背景技术

污泥的产量随着我国污水处理率的不断提高呈显出上升趋势。污水处理过程就是将液态废水中的有害物质无害化，污染溶解悬浮物质通过适当处理以固相形式沉淀分离，水净化后进入自然水体循环或再利用。固态分离物质作为污泥成为水处理的副产物，通常含有大量难降解有机物、重金属和盐类，以及病原微生物和虫卵，若不妥善处理将造成严重的二次污染。

剩余污泥，即污水处理后产生的污泥，最主要的特征就是含水率高，甚至高达99%，实现污泥减量化最直接也是最有效的方法就是去除污泥中的水分，但由于剩余污泥成分复杂，呈絮体状态，其脱水性能极差，未经处理的污泥若直接进行机械脱水，泥饼含水率仍高达80%左右，这远远低于我国固体垃圾填埋标准(含水率小于60%)。因此，寻找一种高效污泥深度脱水工艺装置依然是目前环保行业孜孜努力研发的一个课题。

常见的污泥脱水方法有干化法、机械法、调理法。干化法常见的是自然干化和加热干化两种，自然干化是一种简单传统的脱水方法，脱水成本低，但由于脱水效率低，占地面积大，对周围环境影响大，因此自然干化在大中型污水厂很少被采用;加热干化是采用人工加热的方法使得污泥中的水分快速被蒸发掉的一种方法，虽然脱水效率高，脱水后的污泥含水率可降至10%-30%，但是运行费用较高，对周围环境影响较大，比较适合于中小型污水厂污泥的集中处理与处置。机械脱水常见的有离心脱水、板框压滤脱水、带式压滤脱水、真空过滤脱水，真空过滤脱水由于其脱水噪声大，泥饼含水率高且占地面积大，因此很少被采用;相比其它脱水方法，板框压滤脱水泥饼含水率较低，但由于其间断式工作模式，脱水效率低，操作环境差，自动化程度不高等缺点限制了其在国内大型污水厂的应用;离心脱水和带式脱水由于操作方便和运行费用低仍被广为应用。调理法有化学调理、物理调理、生物调理，其中化学调理由于投资成本低，操作简单等优点目前仍被广泛采用。但是，简单的调理方法需要大量消耗化学药品，存在潜在污染和二次污染的弊端。目前，除了加热干燥法，污泥深度脱水所能达到的最低值大概就是70%，距离国家固体填埋标准尚有颇大的距离。调理法如果大量添加化学处理剂，污泥含固量固然可以降至很低，但消耗的化学药品和增量的固态污染物都不是环保处理所应该走的路。而加热干燥法从能耗，环保诸角度看都不是一个可行的方案。

目前，污水处理厂出来的固废污泥大都是初级处理污泥，含水率在80-98%之间。深度处理后的污泥含水率都在70-80%，这也是市场上比较低的污泥含水率值。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提供一种电渗与电催化调理污泥深度脱水的方法，污泥水分子的脱除全部是在液相单一相下进行的，不涉及任何相变过程。因而不需要克服相变热等而产生大量的能耗，无论是电化学调理还是絮凝化学调理过程都是在充分考虑不同污泥特征条件下进行，针对性强，效率高，易控制，操作性强；工艺容易实现，协调性好。

为解决上述问题，本发明采用的技术方案为：

一种电渗与电催化调理污泥深度脱水的方法，包括：

步骤1：絮凝化学调理，向所述电导污泥中加入表面活性剂或电解质调理剂，用于调节污泥的胶体结构中紧密层与扩散层间的束缚频率；

步骤2：电化学调理，在一定电压下对污泥进行电导，电导过程中形成的强氧化性的羟基自由基基团或者其他强氧化性的活性物质破坏污泥的絮体结构，氧化活性污泥的胞外聚合物，使活性污泥溶解，得到电导污泥；

步骤3：电渗电泳脱水，向所述电导污泥施加电压，改变胶体特征；

步骤4：机械固液分离，得到干化污泥。

进一步，所述絮凝化学调理包括：每吨污泥中添加表面活性剂或电解质调理剂3-15kg。

进一步，所述表面活性剂为阳离子表面活性剂，所述电解质调理剂为钾、钠、钙、镁的化合物，添加量为0.5-3公斤每吨污泥，最终得到的所述干化污泥pH值在6.3-7.5之间。

进一步，电化学调理的条件为，电压3-25伏。

进一步，所述电化学调理是在电化学反应罐或电化学反应池内进行的，所述电化学反应罐或电化学反应池的电极由惰性非金属超导材料构成，用于承受大电流冲击和不同污泥异常腐蚀环境侵蚀。

进一步，所述电渗电泳脱水和机械固液分离同时在压板内进行，所述压板的电极由惰性非金属超导材料构成，用于承受大电流冲击和不同污泥异常腐蚀环境侵蚀。

进一步，在所述渗电泳脱水和所述机械固液分离过程中，施以波形5-80伏的电压配合机械物理挤压将水脱离释放出来，实现污泥深度脱水干化。

本发明的有益效果在于：

（1）本发明提供的方法简单，条件易控制；加入表面活性剂，有效的改善了水的结合状态参数。

（2）本发明是水在液相状态下释放分离，无需客服大的相变能，能耗较低。

（3）本发明的电化学催化可以最大限度的使胶体中游离水量增加，因而效率高适应面广。

（4）本发明易于与其他机械、化学和物理脱水设备协同应用，能够达到良好的脱水效率和干化效果。

附图说明

图1为本发明污泥化学/电化学调理架桥模型示意图。

具体实施方式

为了使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合具体实施例对本发明作进一步的详细说明。请注意，下面描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。实施例中未注明具体技术或条件的，按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规产品。

本发明的待处理进料污泥是70-75%含水率的污泥。污泥与污水或初级污泥有着明显不同的特征，污泥含有大量絮凝剂，pH调节剂；常规胶体结构已经得到破坏，双电层被极大的压缩处于凝聚状态；污泥已经完全处于固体状态，无流动性，脱水过程完全变成了水从固态污泥间克服表面吸附力，缔合力向固体外迁移的过程。本发明使用电化学氧化与物理波溶胞破解剩余活性污泥，电化学氧化和物理波对污泥细微胞结构的破坏而使其失去活性脱水或者使生物有害细胞破坏而达到消毒灭活。

根据本发明的一个方面，本发明提供了一种电渗与电催化调理污泥深度脱水的方法，图1为本发明污泥化学/电化学调理架桥模型示意图，如图1所示，包括：

步骤1：絮凝化学调理，向所述电导污泥中加入表面活性剂或电解质调理剂，用于调节污泥的胶体结构中紧密层与扩散层间的束缚频率；

根据本发明的具体实施例，所述絮凝化学调理具体过程为：每吨污泥中添加表面活性剂或电解质调理剂3-15kg，调理参数以ξ电位为指标，可以一定程度上确立胶体中水的可以释放性能。优选的，所述表面活性剂为阳离子表面活性剂，所述电解质调理剂为钾、钠、钙、镁的化合物，添加量为0.5-3公斤每吨污泥，最终得到的所述干化污泥pH值在6.3-7.5之间。

本发明针对活性污泥处理工艺的弊端，基于微生物隐性生长理论的污泥减量工艺和工业污泥胶体结构特征，提出电化学氧化与物理波溶胞破解剩余活性污泥。所述电化学调理适用于剩余活性污泥减量，是在特定的电化学反应器内通过一定的化学反应，利用在电化学过程形成的强氧化性的羟基自由基基团或者其他强氧化性的活性物质来破坏污泥的絮体结构，氧化活性污泥胞外聚合物，使污泥溶解参与污水处理，降低处理工艺过程的剩余污泥量，实现污泥减量化。通过电化学催化活化处理，污泥胶粒与水分子结合特征得以调制并易于后续脱水处理。水结合力参数也可提供后续脱水处理进一步的边界条件。通过改变污泥的絮体结构，来改善污泥的沉降及脱水能力，使污泥更容易机械脱水，压滤后的污泥含水率更低。以达到降低处理成本的目的。电化学污泥减量无需添加很多化学药品，后续处理简单、占地面积小，便于管理，符合污泥处理稳定化，无害化，减量化、资源化的总体要求。

步骤2：电化学调理，在一定电压下对污泥进行电导，电导过程中形成的强氧化性的羟基自由基基团或者其他强氧化性的活性物质破坏污泥的絮体结构，氧化活性污泥的胞外聚合物，使活性污泥溶解，得到电导污泥；

根据本发明的具体实施例，电化学调理的条件为，电压3-25伏。所述电化学调理是在电化学反应罐或电化学反应池内进行的，所述电化学反应罐或电化学反应池的电极由惰性非金属超导材料构成，用于承受大电流冲击和不同污泥异常腐蚀环境侵蚀。

步骤3：电渗电泳脱水，向经过絮凝与化学调理的电导污泥施加电压，改变胶体特征；

步骤4：机械固液分离，得到干化污泥。

根据本发明的具体实施例，所述电渗电泳脱水和机械固液分离同时在压板内进行，所述压板的电极由惰性非金属超导材料构成，用于承受大电流冲击和不同污泥异常腐蚀环境侵蚀。在所述渗电泳脱水和所述机械固液分离过程中，施以波形5-80伏的电压配合机械物理挤压将水脱离释放出来，实现污泥深度脱水干化。

实施例一

待处理电镀污泥：含水率：80.2%；pH：9.1；电导率：438 ms/m；泥:水=1:10。

步骤1：取上述污泥100公斤置于反应器（池）进行处理。

步骤2：絮凝化学调理：加入0.75%浓度的PDADMAC，0.28%的酸性盐类混合物，调理结束转移入电化学反应器进行活化催化；

步骤3：电化学调理（催化活化）：恒压5.8-6.5伏，pH值7.2-7.5，催化反应时间8-10分钟，表观ξ电位-15mv，表观电导率620ms/m；

步骤4：电渗深度脱水，惰性超导材料电极施以55伏电压脱水15-20分钟；

步骤5：得到深度干化后的污泥，含水率达40-46%。

综上所述本发明基于污泥胶体结构中分散层与紧密层固有束缚力以及水缔合键力，通过直接破坏或降低这个键力而将水释放出来。通过化学或电化学调理，将污泥胶体结构改变形成一可预测的污泥胶体紧密与扩散层间结合力以及水缔合键力。同时，通过双电层压缩，胶团结构改变、最大限度的使自由无束缚水分子量增加，将其从污泥中释放出来。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面” 可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、 或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个 或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型，同时，对于本领域的一般技术人员，依据本申请的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。

Claims (7)

1.一种电渗与电催化调理污泥深度脱水的方法，其特征在于，包括：

步骤1：絮凝化学调理，向所述电导污泥中加入表面活性剂或电解质调理剂，用于调节污泥的胶体结构中紧密层与扩散层间的束缚频率；

步骤2：电化学调理，在一定电压下对污泥进行电导，电导过程中形成的强氧化性的羟基自由基基团或者其他强氧化性的活性物质破坏污泥的絮体结构，氧化活性污泥的胞外聚合物，使活性污泥溶解，得到电导污泥；

步骤3：电渗电泳脱水，向所述电导污泥施加电压，改变胶体特征；

步骤4：机械固液分离，得到干化污泥。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述絮凝化学调理包括：每吨污泥中添加表面活性剂或电解质调理剂3-15kg。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述表面活性剂为阳离子表面活性剂，所述电解质调理剂为钾、钠、钙、镁的化合物，添加量为0.5-3公斤每吨污泥，最终得到的所述干化污泥pH值在6.3-7.5之间。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，电化学调理的条件为，电压3-25伏。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述电化学调理是在电化学反应罐或电化学反应池内进行的，所述电化学反应罐或电化学反应池的电极由惰性非金属超导材料构成，用于承受大电流冲击和不同污泥异常腐蚀环境侵蚀。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述电渗电泳脱水和机械固液分离同时在压板内进行，所述压板的电极由惰性非金属超导材料构成，用于承受大电流冲击和不同污泥异常腐蚀环境侵蚀。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述渗电泳脱水和所述机械固液分离过程中，施以波形5-80伏的电压配合机械物理挤压将水脱离释放出来，实现污泥深度脱水干化。