CN109264947A - 一种污泥处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及污泥处理技术领域，公开了一种污泥处理方法。所述污泥处理方法首先对污泥施加机械压力，使污泥成型，所述机械压力大于预设的压力值，以保证电极能够与污泥紧密接触，然后通过电极对成型后的污泥的两端施加直流电压，对污泥进行电渗透脱水，能够实现对污泥的深度脱水，有效地降低污泥含水率，并且成本低、操作方便。

Description

一种污泥处理方法

技术领域

本发明涉及污泥处理技术领域，特别是涉及一种污泥处理方法。

背景技术

污泥是污水处理厂和污水处理后的必然产物，现阶段我国城市污水处理厂普遍采用活性污泥法，但在过程中会产生庞大数量的剩余污泥，一般的传统活性污泥脱水方法产生的剩余污泥含水率通常超过95％。近年来，随着污水处理率的不断提高，污泥产量也逐渐增加，污泥的处理问题也越来越突出。

现有技术中，污泥的脱水方法包括：自然干化、机械若水、酸性环境脱水、超声波脱水等，不管使用哪一种脱水方法，获得的泥饼最终的含水率都高于60％，所以还需要深度脱水。

发明内容

本发明提供一种污泥处理方法，用以实现对污泥的深度脱水。

为解决上述技术问题，本发明实施例中提供一种污泥处理方法，包括：

对待处理的污泥施加机械压力，使污泥成型，所述机械压力大于预设的压力值，以保证电极能够与污泥紧密接触；

通过所述电极对成型后的污泥的两端施加直流电压，通电时间为t，t大于预设时间，以保证污泥的脱水率。

可选的，在对成型后的污泥的两端施加直流电压的步骤之前，还包括：

在成型后的污泥中加入助凝剂，以增加污泥的脱水率。

可选的，所述助凝剂包括木屑，所述助凝剂中所述木屑的质量分数为10％～20％。

可选的，所述助凝剂中所述木屑的质量分数为20％。

可选的，在对成型后的污泥的两端施加直流电压的步骤之前，还包括：

在成型后的污泥中加入碱性溶质或溶液，以增加污泥的脱水率。

可选的，在对成型后的污泥的两端施加直流电压的步骤之前，还包括：

在成型后的污泥中加入电解质，以增加污泥的脱水率。

可选的，所述电解质为NaCl溶液。

可选的，通过阴极和阳极对成型后的污泥的两端施加直流电压，其中，阳极的材料为Al。

可选的，在对成型后的污泥的两端施加直流电压的步骤之后，还包括：

对污泥进行干化处理，以减小污泥的含水率。

可选的，具体将污泥打散后晾干。

本发明的上述技术方案的有益效果如下：

上述技术方案中，首先对污泥施加机械压力，使污泥成型，所述机械压力大于预设的压力值，以保证电极能够与污泥紧密接触，然后通过电极对成型后的污泥的两端施加直流电压，对污泥进行电渗透脱水，能够实现对污泥的深度脱水，有效地降低污泥含水率，并且成本低、操作方便。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1表示本发明实施例中没有经过预处理的污泥在通电进行电渗透脱水过程中的电流变化曲线图；

图2表示本发明实施例中使用碱性溶质、PAM絮凝剂对污泥进行预处理后，在通电进行电渗透脱水过程中的电流变化曲线图；

图3表示本发明实施例中使用电解质NaCl对污泥进行预处理后，在通电进行电渗透脱水过程中的电流变化曲线图；

图4表示本发明实施例中使用包括木屑的对污泥进行预处理后，在通电进行电渗透脱水过程中的电流变化曲线图。

具体实施方式

下面将结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

本发明提供一种污泥处理方法，包括：

对待处理的污泥施加机械压力，使污泥成型，电极能够与污泥紧密接触，所述机械压力大于预设的压力值，以保证污泥的脱水率；

通过所述电极对成型后的污泥的两端施加直流电压，通电时间为t，t大于预设时间，以保证污泥的脱水率。

上述污泥处理方法首先对污泥施加机械压力，使污泥成型，电极能够与污泥紧密接触，然后通过所述电极对成型后的污泥的两端施加直流电压，对污泥进行电渗透脱水，能够实现对污泥的深度脱水，有效地降低污泥含水率，并且成本低、操作方便。

其中，对污泥进行电渗透深度脱水的原理为：

因为污泥的颗粒表面的胞外聚合物中有硫酸根、羧基等带负电的官能团，所以为了使这些电荷达到平衡，颗粒表面就会吸附一些阳离子，这就构成了污泥的双电层系统。通过对污泥的两端施加直流电压，在电场的作用下，带负电荷的污泥颗粒便向阳极方向移动，而水分子因为带有部分的正电荷，在电压的作用下向阴极移动，从而实现了污泥脱水的目的。

本实施例中，在对成型后的污泥的两端施加直流电压的步骤之前，即，在对污泥进行电渗透深度脱水之前，还可以对污泥进行预处理，以增加污泥的脱水率。

所述预处理包括：

在成型后的污泥中加入助凝剂，增加污泥的脱水效率；

在成型后的污泥中加入碱性溶质或溶液，以调节污泥的PH值，使其PH值升高，增加污泥的脱水效率；

在成型后的污泥中加入电解质，以调节污泥的PH值，使其PH值升高，增加污泥的脱水率。

具体可以在成型后的污泥中加入一定质量的石灰，由于污泥中含有水，石灰极易溶于水，形成CaOH溶液，使污泥的PH值升高，增加污泥的脱水效率。

其中，电解质可以为NaCl溶液，NaCl与水发生电解反映，产生NaOH，使污泥的PH值升高，增加污泥的脱水效率。其中，NaCl溶液中NaCl的质量分数可以为3％。

本实施例中，在成型后的污泥中加入的助凝剂可以木屑，通过包含木屑的助凝剂对污泥进行预处理，增加污泥的脱水效率。由于木屑的主要成分为纤维素，不会对环境造成污染。其中，所述助凝剂中木屑的质量分数为10％～20％，因为当木屑比例低于10％时，预处理后污泥的含水率下降得不明显，高于20％时，增加成本，而且会造成污泥体积增加过大。

优选的，所述助凝剂中木屑的质量百分含量为20％。

当木屑的质量百分含量较小时，为了提升预处理效果，还可以添加固结剂，即，所述助凝剂还包括固结剂。例如：所述污泥处理药剂中木屑和固结剂的质量百分含量均为10％，需要说明的是，在此仅是举例说明，木屑和固结剂的质量百分含量并不局限于为10％，两者的质量百分含量也可以不同，以达到更好的预处理效果为目的。

当然，也可以设置所述助凝剂还包括除木屑以外的其它药剂，例如：聚硅酸铝铁，以增加污泥的脱水率。

由于木屑对污泥的预处理效果更好，因此，助凝剂中可以仅少量添加聚硅酸铝铁等其它药剂。例如：所述助凝剂中木屑的质量分数为19％，聚硅酸铝铁的质量分数为1％，需要说明的是，在此仅是举例说明，木屑和聚硅酸铝铁的质量分数并不局限于此，以达到更好的预处理效果为目的。

需要说明的是助凝剂的其它成分可以根据需要来添加，在此不作限定和具体的说明。

在对污泥进行上述预处理之后，还可以在污泥中加入絮凝剂进行进一步脱水处理，最后再对污泥的两端施加直流电压，进行电渗透深度脱水，使得污泥的含水率更低。

其中，絮凝剂的种类有四种：有机，无机，非离子型和两性型。种类不同的絮凝剂对于污泥的脱水效果都会有所不同。絮凝剂加入到污泥后会产生压缩双电层，能让污泥里悬浮微粒变得不稳定，胶体颗粒会凝聚一起使颗粒变大，形成絮凝体。当絮凝体达到一定大小的体积后，会在重力作用下发生沉降，与水相分离，达到处理的效果。例如：絮凝沉淀法是用混合的无机絮凝剂和有机絮凝剂配成溶液加到污泥中。无机絮凝剂解离出阳离子，有机絮凝剂为阴离子型的聚丙烯酰胺(PAM)，产生的压缩双电层，会中和污泥内部的电荷的效果，大大减少微粒间的排斥力，让固体颗粒结合，使其体积变大，当颗粒到了一定大小会从污泥中分离出来，形成絮凝体。随着絮凝体的体积达到一定程度时，会在重力作用下脱离水相沉淀，从而实现污泥中的水和泥分离。

本实施例中，采用PAM絮凝剂对预处理后的污泥进行进一步脱水处理。

为了进一步增加污泥的脱水效果，还可以在对成型后的污泥的两端施加直流电压的步骤之后，对污泥进行干化处理，以减小污泥的含水率。

具体将可以污泥打散后晾干，相对于整块晾干，其脱水效果更好。可以在自然通风环境中晾干，也可以在强制通风环境中晾干。显然，在强制通风环境中晾干的脱水效果会更好。

本实施例中，直流电压通过阴极和阳极施加在成型后的污泥的两端，其中，阳极的材料为Al，污泥的含水率变化更大。当在污泥中加入电解质时，电渗透脱水更是使污泥的含水率平稳下降。

本发明通过施加直流电压对污泥进行电渗透深度脱水，在电渗透脱水的过程中，还会发生电化学反应和电迁移两种动力学现象。

电化学反应是因为电渗透脱水系统是类似一个电化学的反应器，当对污泥施加直流电压时，电极附近的水分子就会发生电解反应，在阳极附近生成氢离子，在阴极附近生成氢氧根离子。除此之外，阳极中的金属单质可能会因为失去电子生成金属离子，金属离子也可能会在阴极附近得到电子生成了金属单质。不过，这些反应的发生受到电极材料和电解质中离子组成的影响。

电迁移是当对污泥施加直流电压时，污泥中的金属离子、氨根离子等阳离子会向阴极进行移动，而氯离子、硫酸根离子等阴离子向阳极移动，每种离子的移动都会受到自身的迁移速率影响。在电解水的反应中，阳极附近会产生氢离子，阴极附近会产生氢氧根离子，而在电场的作用下，氢离子和氢氧根离子会发生定向迁移，从而使阳极附近的污泥pH值降低，阴极附近的污泥pH值升高。因此，阴极附近的污泥电渗透脱水速率升高，而阳极附近的污泥电渗透脱水速率降低。

因此，影响电渗透深度脱水的因素有污泥的性质、电渗透的条件。

污泥的性质包括含水率，在电渗透脱水过程中，污泥相当于一个电阻，污泥含水率是电阻较小、电路畅通的一定保证。而污泥电渗透脱水过程中，由于水分会由阳极向阴极进行移动，因此，阳极周围污泥的含水率下降较快，电阻快速升高，导致了电流迅速降低，使得电渗透脱水速率也相对应降低，在电流接近零的时候，电渗透对污泥就起不了脱水作用，由此可见，一定的含水率是污泥电渗透脱水的必要条件。还有污泥电导率虽然对电渗透脱水的效果、速率没有特别明显的影响，但对能耗产生较大的影响。而一般来说，污泥的pH值也会改变电渗透脱水的效果。污泥电渗透脱水的过程中，由于水分子电解反应，阴极周围的污泥pH值会升高，阳极的污泥pH会降低，因此，阴极附近的污泥电渗透脱水速率升高，而阳极附近的污泥电渗透脱水速率降低。污泥的zeta电位减小也会抑制电渗透脱水效果，而zeta电位增大会促进电渗透脱水效果。

而对电渗透的条件，影响电渗透污泥脱水条件因素之一是电压梯度，根据H-S理论，当其他条件不会改变的情况下，增加电压梯度可以增强电渗透脱水效果；但电压梯度的增加有可能会加快阳极附近污泥干化，增加电阻，从而降低了通过污泥的电流，最后导致脱水效果变差。而另一因素是电流密度，电流密度越高，污泥脱水速率就越大，因此污泥的含水率就会愈低。但过度提高电流密度会增强电渗透脱水过程中的热损失，所以需要把能耗、脱水时间、脱水效果一起进行考虑选取相对较好的电流密度。对于稀污泥的电渗透脱水，脱水效果会随着机械压力的增大而提高。而对于进行机械脱水后污泥的电渗透脱水，机械压力只是为了保证电极与污泥的紧密接触。

下面通过改变电渗透脱水的通电时间、机械压力的大小，以及电渗透脱水之前是否对污泥进行预处理、预处理的方法、是否添加絮凝剂等条件，来测试污泥的脱水效果。

称取15份660g活性污泥并编号污泥1、污泥2、污泥3、污泥4、污泥5、污泥6、污泥7、污泥8、污泥9、污泥10、污泥11、污泥12、污泥13、污泥14、污泥15，再用水分自动测量仪分别测定每份污泥的原含水率。

在经过预处理或不经预处理后，将每份污泥分别置于容器里，并施加不同的机械压力将污泥压成10mm厚度，然后调节直流电源为60V，通电不同的时间后再用真空机抽气10s后测量污泥含水率，在通电时每5s记录一次电流值。没有经过预处理的污泥观察其在不同机械压力或不同通电时间的通电电流变化和含水率变化并记录数据。经过预处理的污泥观察其在不同的预处理条件下污泥含水率和通电电流随通电时间改变的变化并记录数据。

没有经过预处理的污泥经过电渗透脱水对含水率的影响

设定每份污泥的机械压力、通电时间、是否进行自然干化等条件因素，以观察污泥在电渗透深度脱水实验中通电电流和含水率变化，具体为：。

污泥1：机械压力为0.4kg/cm²，通电时间为5min，不进行晾干。

污泥2：机械压力为0.4kg/cm²，通电时间为3min，整块晾干12小时和24小时。

污泥3：机械压力为0.4kg/cm²，通电时间为10min，整块晾干12小时和24小时。

污泥4：机械压力为0.8kg/cm2，通电时间为3min，整块晾干12小时和24小时。

其中，污泥2和污泥3是研究通电时间不同下污泥含水率变化。污泥2和污泥4是研究不同机械压力下污泥含水率变化。污泥1和污泥2是研究是否进行自然干化下含水率变化。

图1表示4组污泥在通电过程中的电流变化曲线，图中的曲线1、2、3、4分别对应污泥1、2、3、4在通电过程中的电流变化曲线。

表1表示4组污泥的含水率变化情况。

表1

由表1和图1可知，污泥1的通电电流随着时间出现了两个峰值，第1个峰值是在脱水初始阶段，由于机械压力的作用，使污泥被压实，污泥内部的空隙被水分填满，污泥电阻就会降低，电渗透脱水过程中通过污泥的电流升高。另外，由于在电渗透脱水的过程中，阳极和阴极附近发生电解水。阳极附近产生氢离子和氧气，阴极附近产生氢氧根离子和氢气。因此，污泥的离子浓度升高。在电场作用下，氢离子会向阴极移动，氢氧根离子会向阳极移动，对电流产生一定影响，因此产生了第2个峰值。此后，污泥含水率降低，电阻增大，通过电流随着降低。含水率由85.32％降到66.38％，说明即使污泥不经预处理，电渗透还是能把污泥20％的水分脱去。

污泥2刚开始电流过低可能是因为电极接触不良，而污泥的含水率经过整块晾干后污泥的含水率更是显著降低，一天后含水率降低到了42.82％，说明电渗透对污泥的脱水有显著影响，但如果经过电渗透后加上自然干化，污泥脱水效果更为显著。

污泥3相对于前两块污泥，通电时间变长，污泥的含水率也相对降低。说明通电时间越长，越有利于污泥脱水。而污泥3也进行了整块晾干，且晾干24小时后，含水率比污泥2更低，达到了29.96％，说明通电时间越长，电渗透脱水效果更好，脱水后经过自然干化，把污泥的水分由内到外蒸发掉从而达到了低含水率。

污泥4与污泥3不同的是改变了压力，且污泥4在通电过程中每两分钟就用真空机抽气，这就是为何图4中曲线4多次出现峰值的原因。因为真空抽气给污泥施加了机械压力，使电极与污泥紧密接触并使污泥内空隙被水分填满从而降低了电阻，电流密度增加，但又因电流密度增加使得污泥两极发生电解水，含水率也降低，所以电阻也随之降低，且使电极与污泥接触变差。虽然与污泥3同样通电10min，但10min后含水率反而比没有经过2min一次真空抽气的污泥3要稍微高一点，因为多次真空抽气，使污泥颗粒之间变得压实，增加了污泥内水分的迁移阻力，同时由于压力作用使颗粒堵塞了滤布，亦减弱了污泥内水分子的流动性。打散晾干的电渗透后的污泥含水率降低到20％以下，这是由于打散后的污泥不仅析出了间隙水，而且增大了其自然干化的接触面积从而促进了其干化。

使用碱性溶质、PAM絮凝剂对污泥进行预处理对含水率的影响

污泥5、6中加入石灰量不同时污泥pH值，测试不同PH值的污泥对污泥含水率的影响。

表2表示污泥5和污泥6在加入石灰进行预处理后，再加入PAM絮凝剂进行脱水的含水率变化情况。

表2

由表2可得，当污泥中加入石灰越多时，即污泥pH越高时，脱水效果越好。因为PAM为阳离子絮凝剂，碱性较强时，PAM的架桥作用发挥得更好，从而能够较好地降低污泥含水率。

污泥7、8在经过相同的预处理(包括加入相同质量的石灰和相同体积的絮凝剂)之后，再通电，进行电渗透脱水。

表3表示污泥7、8的含水率变化情况。图2表示污泥7、8在通电过程中的电流变化曲线，图中的曲线7、8分别对应污泥7、8在通电过程中的电流变化曲线。

表3

由图2可得，污泥7通电电流随着时间增加无明显的波动，但通电电流还是呈下降趋势，说明电阻随通电时间增加也随之增加，说明PAM絮凝剂利于降低污泥脱水。而污泥8随着通电时间的增加，通电电流出现明显的几个峰值，这是由于PAM使污泥细胞内的结合水间断地析出变为自由水，促使污泥干化。由表3可知，污泥8相对于污泥7，含水率差值明显增加，因为通电时间变长，污泥的含水率也相对降低。而经过12h的自然干化，污泥的含水率降低得更多，因为PAM的吸附架桥作用促进污泥细胞内结合水的析出，从而降低了污泥的含水率。

使用电解质NaCl对污泥进行预处理对含水率的影响

在污泥9、10、11中加入电解质NaCl之后，然后再通电，进行电渗透脱水。

图3表示污泥9、10、11在通电过程中的电流变化曲线，图中的曲线9、10、11分别对应污泥9、10、11在通电过程中的电流变化曲线。

表4表示污泥9、10、11的含水率变化情况。

表4

由图3可得，污泥9、10、11一开始电流立刻增大得非常快，因为电极发生了NaCl电解反应，促进电流的通过，但随着通电时间增加，NaCl电解反应使污泥处于一个碱性环境下，有利于污泥脱水，所以电流密度随时间降低。污泥10由于压力降低，使得多数水分子不能释出，致使通电电流变化不大，含水率变化不显著。污泥11由于通电时间的增加，最终含水率比上一个实验的含水率要低。说明通电时间越长，含水率越低。

使用包括木屑的对污泥进行预处理对含水率的影响

污泥12、13、14、15中加入包括不同木屑含量的助凝剂，然后再通电，进行电渗透脱水。

图4表示污泥12、13、14、15在通电过程中的电流变化曲线，图中的曲线12、13、14、15分别对应污泥12、13、14、15在通电过程中的电流变化曲线。

表5表示污泥12、13、14、15的含水率变化情况。

由图4可得，加入木屑能够使污泥含水率下降。而且通电时间越长，污泥结合水析出，绝干物能够吸收析出的水分，使得电渗透的脱水效果更佳。因为水是从高浓度到低浓度扩散，加入绝干物能够吸收污泥部分水分从而使得污泥含水率下降。

上述实验通过是否加入碱性溶质、电解质、木屑、絮凝剂进行预处理、改变机械压力的大小和通电时间、不同的金属电极来测试其对电渗透污泥脱水的影响。可得，在没有进行预处理时，通电时间越长，污泥含水率下降得越快，而增加机械压力，也能促进污泥脱水。在加入碱性溶质、电解质、木屑、絮凝进行预处理时，污泥电渗透脱水效果更佳，并且随着通电时间越长，含水率下降得越大。改变电极板时，发现金属铝作为电极时，含水率变化更大。而在环保角度，使用木屑不仅能够促进污泥脱水，而且还能降低污水处理后溶液的处理难度。综上所述，我们能够得到结论：污泥先加入絮凝剂、电解质进行预处理，接着加入包括木屑的助凝剂进行预处理，再用铝电极作为直流电源电极对污泥进行电解，对污泥施加0.8kg/cm2的机械压力，然后通电进行电渗透脱水，最后再将污泥打散晾干，污泥含水率下降得最好。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种污泥处理方法，其特征在于，包括：

对待处理的污泥施加机械压力，使污泥成型，所述机械压力大于预设的压力值，以保证电极能够与污泥紧密接触；

通过所述电极对成型后的污泥的两端施加直流电压，通电时间为t，t大于预设时间，以保证污泥的脱水率。

2.根据权利要求1所述的污泥处理方法，其特征在于，在对成型后的污泥的两端施加直流电压的步骤之前，还包括：

在成型后的污泥中加入助凝剂，以增加污泥的脱水率。

3.根据权利要求2所述的污泥处理方法，其特征在于，所述助凝剂包括木屑，所述助凝剂中所述木屑的质量分数为10％～20％。

4.根据权利要求3所述的污泥处理方法，其特征在于，所述助凝剂中所述木屑的质量分数为20％。

5.根据权利要求1所述的污泥处理方法，其特征在于，在对成型后的污泥的两端施加直流电压的步骤之前，还包括：

在成型后的污泥中加入碱性溶质或溶液，以增加污泥的脱水率。

6.根据权利要求1所述的污泥处理方法，其特征在于，在对成型后的污泥的两端施加直流电压的步骤之前，还包括：

在成型后的污泥中加入电解质，以增加污泥的脱水率。

7.根据权利要求6所述的污泥处理方法，其特征在于，所述电解质为NaCl溶液。

8.根据权利要求1-7任一项所述的污泥处理方法，其特征在于，通过阴极和阳极对成型后的污泥的两端施加直流电压，其中，阳极的材料为Al。

9.根据权利要求1-7任一项所述的污泥处理方法，其特征在于，在对成型后的污泥的两端施加直流电压的步骤之后，还包括：

对污泥进行干化处理，以减小污泥的含水率。

10.根据权利要求9所述的污泥处理方法，其特征在于，具体将污泥打散后晾干。