CN109095742A - 一种河湖淤泥高效脱水系统及其脱水方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种河湖淤泥高效脱水系统及其脱水方法，包括以下步骤：将淤泥进行两道过滤以去除其中的大块物料及其它细小颗粒等杂物，过滤后的泥浆泵入超声处理器处理，然后进入管式电脱水器，淤泥分别经过超声、电脱水处理后，加药进行控污与淤泥调理，最后压滤脱水。本系统可实现连续进泥和自动脱水，脱水效率高，减容量大，有效降低了后续淤泥的处理处置成本；同时本发明还可对淤泥脱水过程中释放的有机物、氮磷、乃至重金属等污染物均能进行有效控制，具有显著的环境效益和实用价值。

Description

一种河湖淤泥高效脱水系统及其脱水方法

技术领域

本发明属于河湖淤泥减量化、无害化与资源化技术领域，涉及一种河湖淤泥高效脱水系统及其脱水方法。

背景技术

据《2017中国生态环境状况公报》公开报道，2017年，在加大水污染治理力度的基础上，全国地表水1940个水质断面(点位)中，Ⅰ～Ⅲ类水质断面(点位)占67.9％；Ⅳ、Ⅴ类占23.8％；劣Ⅴ类占8.3％，与2016年相比，劣Ⅴ类虽下降0.3％，但整体水环境问题依然严峻。以太湖及其环湖河流为例，太湖17个水质点位中，Ⅳ类9个，占52.9％，Ⅴ类6个，占35.3％，与2016年相比，Ⅳ类虽下降17.7％，但Ⅴ类却上升29.4％；太湖环湖流域55个水质断面中，Ⅳ类12个，占21.8％，Ⅴ类4个，占7.3％，与2016年相比，Ⅳ类虽下降3.7％，但Ⅴ类却上升1.8％，说明水质反复及恶化程度并没有明显减弱，因此河湖水环境的综合治理刻不容缓。

河湖淤泥是水体大量外源性污染物未经降解而长期直接沉积的结果，当水体外源污染被切断后，淤泥中积累的大量污染物会重新释放到水体中，成为河湖污染的“源”，因此清淤是河湖污染治理最常用的工程措施之一，也是清除河道内源最有效的技术手段。鉴于现在的清淤技术，淤泥一般含水率高、强度低，而且许多淤泥有机质含量也比较高，因此黏性较高，透水性差，固结过程缓慢；将其弃置堆场不仅很难自然干化，而且周期很长，同时淤泥中的污染物释放还会对堆场土壤环境带来污染。另一方面，目前由于各城市用地紧张，很难找到合适的堆场处理淤泥，堆场处理淤泥已远不能满足当前的河湖清淤要求。为此，如何既能实现高效泥水分离，同时又能对淤泥脱水中的污染物进行控制，是实现淤泥高效脱水和控制二次污染的关键问题。

在污水厂污泥脱水与减量化研究领域，利用微波辐射、热水解和超声波、电化学等的污泥脱水有较多的研究报道，尤其是超声波，其在水中超声的空化作用能破解污泥絮体，甚至是均胶团和细胞体，可使污泥中的结合水转化为易于用机械方式脱除的自由水，并以其稳定、清洁、安全等性能备受关注，但在河湖淤泥脱水中却鲜有报道，只有公布号为CN102120682A的发明专利公开了一种新型超声波辅助污泥脱水系统，将河湖底泥输送到连接作密封管道上的混合器，通过计量泵向混合器中加入絮凝剂后，经低频超声处理后送入土工管袋脱水固结，超声处理可促进污泥的絮凝效果，缩短固结时间，可连续操作，处理效率高。电脱水是在电场的作用下，会形成电渗透现象，即在外加电场的作用下，污泥中带正电荷的物质向阴极移动，带负电荷的物质向阳极移动，并发生电中和，使带电污泥颗粒脱稳，因此对于表面带电荷的胶体颗粒，机械脱水效果往往不佳，电渗透脱水则有更好的脱水效果。

目前研究报道的污泥电脱水技术通常是采用竖直电场，在阳极板上方施加压力，形成加压的电脱水过程。对于大量的河湖淤泥，采用这种方式无法实现工程化处理，同时对于在管道中呈流动态的淤泥进行电脱水的研究基本处于空白状态。在淤泥流动过程中进行电脱水，不仅可以简化淤泥脱水步骤，缩短脱水时间，还可节省处理场地，更具有推广和应用价值。另一方面，目前河湖淤泥脱水只关注脱水效果，但却忽视了脱水过程中有机物、氮磷、甚至是重金属等的释放造成的二次污染，为此，我研究团队相继开发了基于淤泥运输管道的系列电脱水装置，详见公布号CN 106746447 A和公布号CN 106865948 A。但淤泥脱水率有待进一步提高，脱水过程中产生的二次污染未能有效控制。

发明内容

针对现有技术存在的问题与不足，本发明提供一种河湖淤泥高效脱水系统及其脱水方法，通过两道过滤、超声强化、管道式电脱水、淤泥调理及高压隔膜压滤脱水等处理环节，实现淤泥的高效脱水，有效降低了后续淤泥的处理成本；同时本发明还可对淤泥脱水过程中释放的有机物、氮磷、乃至重金属等污染物均能进行有效控制，具有显著的环境效益和实用价值。

为了实现上述目的，本发明提供的技术方案是：

一种河湖淤泥高效脱水系统，包括依次衔接的过滤池、泥浆泵、超声波处理槽、管式电脱水器和压滤机；过滤池内设有粗滤网篮和细滤网板，细滤网板将过滤池分隔为粗滤腔和细滤腔，粗滤网篮设于粗滤腔上方，粗滤腔下设有排渣阀；泥浆泵将细滤腔中的淤泥吸入超声波处理槽内，超声波处理槽内设有超声震板，超声震板与超声波发生器连接，进泥管将超声波处理槽内的淤泥输至管式电脱水器中，管式电脱水器分为电解段和调理段，电解段内相间设有阴极网板和阳极网板，阴极网板和阳极网板分别与直流电源或高频开关电源的负极和正极相连接，调理段上设有A加药箱和B加药箱，调理段后至少连接两个压滤机。

粗滤网篮2的网孔宽度为1-3cm，细滤网板的网孔为5-10目。

管式电脱水器的管径100-300mm，阴极网板采用不锈钢或金属钛，阳极网板采用石墨或活性涂层钛，阴极网板和阳极网板的孔径均为2-10mm，阴极网板和阳极网板的间距为100-300mm，阴极网板和阳极网板与管式电脱水器的管壁之间均通过法兰连接。

压滤机采用高压隔膜压滤机。

细滤网板竖向设于过滤池内，粗滤网篮通过挂钩挂于过滤池一侧侧壁和细滤网板之间。

一种河湖淤泥高效脱水系统的脱水方法，包括以下步骤：

(1)将淤泥送入过滤池进行两道过滤，先经粗滤网篮去除其中的大块物料，再经细滤网板滤去细小颗粒杂物；粗滤腔中细小颗粒累积到一定程度时，关闭系统停止过滤，打开粗虑腔底部的排渣阀，将细滤渣排空后即可继续作业；

(2)泥浆泵将细滤后的泥浆泵入超声波处理槽中进行超声波处理，超声波发生器的频率为20-80kHz，处理时间为1-5min，泥浆在超声空化作用下破解污泥絮体，淤泥中的结合水转化为自由水，同时过程中释放的部分有机物被超声氧化而降解；

(3)将超声波处理后的淤泥输入管式电脱水器进行电脱水处理，电流密度为50-100mA/cm²，处理时间为1-5min，淤泥中带电荷难沉降的胶体颗粒、超声未破解的部分结合水以及自由水受到管式电脱水器中各正、负电极的作用，脱稳和脱水，同时释放于水中的有机物被阳极网板表面产生的自由基氧化降解；

(4)A加药箱内装有过氧化钙，B加药箱内装有阳离子型PAM，电脱水后的淤泥流经调理段时分别加入过氧化钙和阳离子型PAM进行污染控制和淤泥调理，过氧化钙溶于水，生成的钙离子和氢氧根离子分别可以固定淤泥脱水过程释放的磷酸根离子和重金属离子，控制二次污染；高分子絮凝剂PAM吸附淤泥颗粒形成相对致密网状絮体结构；

(5)最后将淤泥输入压滤机进行压滤脱水，两台及以上压滤机切换并连续作业。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：1、利用超声波空化作用破解淤泥虚体，提高了脱水效果；2、管式电脱水器既实现了淤泥在管道流动中的电脱水，节省了脱水时间，还可将淤泥脱水过程释放的有机污染物、氨氮等氧化降解；3、管式电脱水器末端加入过氧化钙，能迅速溶解于水中，既能氧化有机物，同时生成的钙离子、氢氧根离子可分别固定其中的磷酸根离子和重金属离子，达到对脱水过程中控制二次污染的作用；4、采用高压隔膜压滤处理淤泥，可进一步降低脱水淤泥的含水率。

附图说明

图1为本发明的工艺流程图；

图2为本发明的河湖淤泥高效脱水系统的结构示意图。

其中，1-过滤池、2-粗滤网篮、3-细滤网板、4-排渣阀、5-泥浆泵、6-超声波处理槽、7-超声震板、8-超声波发生器、9-进泥管、10-管式电脱水器、11-阴极网板、12-阳极网板、13-电源、14-A加药箱、15-B加药箱、16-压滤机。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，显然，此处所描述的优选实例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

为了进一步提高淤泥脱水率，同时强化淤泥脱水过程中污染物释放带来的二次污染，本发明将超声和电脱水技术耦合，同时结合淤泥的调理及强化脱水技术，用于淤泥的脱水及脱水过程的二次污染控制，形成了一种河湖淤泥高效的脱水系统与方法。

如图2所示，该系统包括过滤池1、粗滤网篮2、细滤网板3、排渣阀4、泥浆泵5、超声波处理槽6、超声震板7、超声波发生器8、进泥管9、管式电脱水器10、阴极网板11、阳极网板12、电源13、A加药箱14、B加药箱15和压滤机16。其中淤泥前处理在过滤池1完成，池内设有两道过滤，分别为粗滤网篮2和细滤网板3，淤泥直接从河道抽置过滤池1的粗滤网篮2进行粗滤，粗滤网篮2的网孔宽度为1-3cm，将淤泥中掺杂的石块、树枝、塑料、纸张等拦截，粗滤网篮2以挂钩挂于过滤池1一侧侧壁和细滤网板3之间，可定期取下并清除其中的截留杂物；粗滤后的淤泥流入细滤网板3左侧，该细滤网板的网孔为5-10目，淤泥自然流动到细滤网板3右侧的过程中，将小块颗粒物拦截去除，完成淤泥的细滤过程；经细滤后的淤泥由池边的泥浆泵5连续输送至超声波处理槽6中；当细滤网板3左侧细小颗粒累积到一定程度，则系统停止过滤，打开过滤池1底部的排渣阀4，将细滤渣排空后即可继续作业。

开启超声波发生器8开关，设置超声频率为20-80kHz，泥浆在超声空化作用能破解污泥絮体，淤泥中结合水转化为自由水，同时过程中释放的部分有机物还可被超声氧化而降解，控制淤泥超声处理过程的时间在1-5min；

泥浆从超声波发生器排泥口通过进泥管9流入管式电脱水器10，开启电源13开关进行电脱水，淤泥依次流经各阴极网板11和阳极网板12，淤泥中带电荷难沉降的胶体颗粒、超声未破解的部分结合水以及自由水受到管道中各正负电极的作用，脱稳和脱水，同时释放于水中的有机物被活性涂层钛阳极表面产生的自由基氧化降解；淤泥沿着电脱水管道流动，当流出最后一块极板后，进入电脱水装置的淤泥调理段，分别由A加药箱14、B加药箱15加入过氧化钙和阳离子型PAM，过氧化钙溶于水，生成的钙离子和氢氧根离子分别可以固定淤泥脱水过程释放的磷酸根离子和重金属离子，从而实现了二次污染的控制；高分子絮凝剂PAM具有较大的比表面积，能有效吸附淤泥颗粒，有利于形成相对较大的致密网状絮体结构，提高淤泥脱水性能。

经调理后的淤泥从电脱水装置流入高压隔膜压滤机，进行压滤脱水，压滤机设置两台及以上，便于切换并连续作业。

本发明并不局限于一种河湖淤泥高效脱水系统及其脱水方法与实施例所描述的情形，它的描述是非限制性的。本发明的权限由权力要求所限定，本技术领域人员依据本发明通过变化、重组等方法得到的与本发明相关的技术都在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种河湖淤泥高效脱水系统，其特征在于：包括依次衔接的过滤池、泥浆泵、超声波处理槽、管式电脱水器和压滤机；过滤池内设有粗滤网篮和细滤网板，细滤网板将过滤池分隔为粗滤腔和细滤腔，粗滤网篮设于粗滤腔上方，粗滤腔下设有排渣阀；泥浆泵将细滤腔中的淤泥吸入超声波处理槽内，超声波处理槽内设有超声震板，超声震板与超声波发生器连接，进泥管将超声波处理槽内的淤泥输至管式电脱水器中，管式电脱水器分为电解段和调理段，电解段内相间设有阴极网板和阳极网板，阴极网板和阳极网板分别与直流电源或高频开关电源的负极和正极相连接，调理段上设有A加药箱和B加药箱，调理段后至少连接两个压滤机。

2.根据权利要求1所述的一种河湖淤泥高效脱水系统，其特征在于：粗滤网篮2的网孔宽度为1-3cm，细滤网板的网孔为5-10目。

3.根据权利要求1所述的一种河湖淤泥高效脱水系统，其特征在于：管式电脱水器的管径100-300mm，阴极网板采用不锈钢或金属钛，阳极网板采用石墨或活性涂层钛，阴极网板和阳极网板的孔径均为2-10mm，阴极网板和阳极网板的间距为100-300mm，阴极网板和阳极网板与管式电脱水器的管壁之间均通过法兰连接。

4.根据权利要求1所述的一种河湖淤泥高效脱水系统，其特征在于：压滤机采用高压隔膜压滤机。

5.根据权利要求1所述的一种河湖淤泥高效脱水系统，其特征在于：细滤网板竖向设于过滤池内，粗滤网篮通过挂钩挂于过滤池一侧侧壁和细滤网板之间。

6.根据权利要求1所述的一种河湖淤泥高效脱水系统的脱水方法，其特征在于：

包括以下步骤：

(1)将淤泥送入过滤池进行两道过滤，先经粗滤网篮去除其中的大块物料，再经细滤网板滤去细小颗粒杂物；粗滤腔中细小颗粒累积到一定程度时，关闭系统停止过滤，打开粗虑腔底部的排渣阀，将细滤渣排空后即可继续作业；

(2)泥浆泵将细滤后的泥浆泵入超声波处理槽中进行超声波处理，超声波发生器的频率为20-80kHz，处理时间为1-5min，泥浆在超声空化作用下破解污泥絮体，淤泥中的结合水转化为自由水，同时过程中释放的部分有机物被超声氧化而降解；

(3)将超声波处理后的淤泥输入管式电脱水器进行电脱水处理，电流密度为50-100mA/cm²，处理时间为1-5min，淤泥中带电荷难沉降的胶体颗粒、超声未破解的部分结合水以及自由水受到管式电脱水器中各正、负电极的作用，脱稳和脱水，同时释放于水中的有机物被阳极网板表面产生的自由基氧化降解；

(4)A加药箱内装有过氧化钙，B加药箱内装有阳离子型PAM，电脱水后的淤泥流经调理段时分别加入过氧化钙和阳离子型PAM进行污染控制和淤泥调理，过氧化钙溶于水，生成的钙离子和氢氧根离子分别可以固定淤泥脱水过程释放的磷酸根离子和重金属离子，控制二次污染；高分子絮凝剂PAM吸附淤泥颗粒形成相对致密网状絮体结构；

(5)最后将淤泥输入压滤机进行压滤脱水，两台及以上压滤机切换并连续作业。