CN109867427A - 双氧化协同电渗透污泥横向深度脱水系统及方法 - Google Patents
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Abstract
双氧化协同电渗透污泥横向深度脱水系统，包括电源、污泥反应室、阴极排水装置、阳极活塞和电动推杆，污泥反应室包括沿左右方向水平设置的圆筒体，圆筒体顶部设置有加泥孔，圆筒体的左端和右端分别固定设置有左支板和右支板，阴极排水装置设置在圆筒体左端口处的左支板上，阳极活塞同轴向滑动密封连接圆筒体内，阳极活塞右端面同轴向连接有驱动杆，电动推杆的动力驱动端与驱动杆的右端同轴线连接，电源的正极和负极通过导线分别与阳极活塞和阴极排水装置连接。本发明还公开了双氧化协同电渗透污泥横向深度脱水系统的脱水方法。本发明设计合理，结构简单，便于操作污泥脱水，且对污泥有机质破坏能力强，水分去除率高，不产生二次污染。
Description
技术领域
本发明属于污水污泥处理技术领域，具体涉及一种双氧化协同电渗透污泥横向深度脱水系统及方法。
背景技术
我国每年产生的污泥随着污水排放量的增大而日益增多。污泥是以胞外聚合物(EPS) 为主体的亲水性有机聚集体，成分复杂，含有大量的水分，并且存在难以降解的有机物、重金属、和少量的微生物以及病原寄生虫卵。如果对污泥不进行有效妥善的处理，我国的生态环境会受到巨大的威胁。
目前市政污水处理厂通过机械脱水后，仅能将含水率降至70%~80%左右，无法满足《城镇污水处理厂污泥处置混合填埋泥质》(CJ/T249-2007) 中要求的污泥混合填埋含水率≤60％。 也无法满足国家环境保护部办公厅环办[2010]157 号文件要求“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，为提高污泥脱水性能，污泥机械脱水前一般需对污泥进行物理化学调理，使结合水转化为自由水，改善污泥 EPS的亲水结构，从而提高污泥脱水效率。
中国专利文献《污泥脱水用调理剂及调理方法》(公开号CN102001814A) 公开了一种污泥脱水用调理剂及调理方法，但该技术中机械占地面积较大，投资费用多，且板框压滤机脱水效率较低；另外投加大量的无机调理剂，泥饼增容增重，加大了后续处置的成本；调理剂中的生石灰，会造成滤液pH达到12以上，影响滤液的后续处理。
发明内容
本发明为了解决现有技术中的不足之处，提供一种便于操作、成本低、污泥水分脱除率高的双氧化协同电渗透污泥横向深度脱水系统及方法。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：双氧化协同电渗透污泥横向深度脱水系统，包括电源、污泥反应室、阴极排水装置、阳极活塞和电动推杆，污泥反应室包括沿左右方向水平设置的圆筒体，圆筒体顶部设置有加泥孔，圆筒体的左端和右端分别固定设置有左支板和右支板，阴极排水装置设置在圆筒体左端口处的左支板上，阳极活塞同轴向滑动密封连接圆筒体内，阳极活塞右端面同轴向连接有驱动杆，电动推杆的动力驱动端与驱动杆的右端同轴线连接，电源的正极和负极通过导线分别与阳极活塞和阴极排水装置连接。
驱动杆外部套设有导套，导套上设置有支撑板。
阴极排水装置包括左夹板和右夹板，右夹板右侧面与左支板左侧面接触，左夹板右侧面和右夹板左侧面接触，左夹板、右夹板和左支板通过至少三条螺栓连接为一体，右夹板上开设有与圆筒体的左端口对应连通的圆孔，右夹板下部开设有排水槽，排水槽上端与圆孔下部通透，右夹板和左支板之间夹持有阴极碳片、滤布和左密封圈，阴极碳片位于滤布右侧，阴极碳片上均匀打孔，滤布为300目尼龙滤布，电源的负极通过导线阴极碳片连接。
阳极活塞的左端面设置有阳极碳片，电源的正极通过导线与阳极碳片连接，阳极活塞的外圆周设置有与圆筒体内壁滑动密封配合的右密封圈。
双氧化协同电渗透污泥横向深度脱水系统的脱水方法，包括以下步骤，
（1）向污泥中加入高级氧化剂，高级氧化剂采用过氧化钙和过硫酸铵，均匀混合；
（2）把阴极碳片卡在圆筒体的左端口，在左支板的左侧面铺设滤布和左密封圈，滤布夹持在阴极碳片和右夹板之间，使用螺栓将左夹板、右夹板和左支板连接并拧紧；启动电动推杆，电动推杆通过驱动杆向左推动阳极活塞伸入到圆筒体的右端口处；
（3）将加入过氧化钙和过硫酸铵的污泥从加泥孔倒入圆筒体内；
（4）接通电源，阳极碳片和阴极碳片均通电，阳极碳片和阴极碳片之间形成的电场均匀地作用于圆筒体中的污泥，开始对污泥进行双氧化协同电渗透反应；
（5）根据实验进行的阶段，启动电动推杆推动阳极活塞向左移动，减少阳极碳片和阴极碳片的间距，加速脱水反应。
步骤（1）中的污泥含水率为98wt％～ 99.8wt％。
步骤（1）中过氧化钙和过硫酸铵的投加量均为污泥干基的2~20%。
步骤（4）中污泥脱水的过程为：在污泥中发生的高级氧化反应主要原理为：
通过控制投药量，电场强度以及阳极碳片和阴极碳片的间距可以控制硫酸根自由基和羟基自由基的生成速率实现污泥脱水的进程；
高级氧化体系的硫酸根自由基和羟基自由基的生成需要通过下面二种方式得以实现，
A、过硫酸铵在外加电场的作用下，通过电催化反应生成大量硫酸根自由基；
B、过硫酸铵和过氧化钙释放出的过氧化氢在外加电场的作用下，通过电催化反应生成羟基自由基。
步骤（4）中污泥脱水的条件为直流电场或者通过正负极转换器施加交变电场。
步骤（5）中水量脱除的原因来自于电动力学和高级氧化两部分，过硫酸铵和过氧化钙在体系中反应生成S2O8 2-、H2O2、OH-。在电场力的作用下，污泥中的水分从阳极向阴极移动，电流的增大引起温度的快速升高，高温产生的热量可以使S2O8 2-转换为SO4 -·，使H2O2转换为·OH，可以破坏污泥中的EPS有机成分，同时电解水在阴、阳极形成的OH-和H+也可以有效破坏污泥颗粒，使结合水转化为自由水；CaO2生成的Ca2+有助于混凝作用，其在氧化过程中产生的强碱——Ca(OH)2可以提高污泥的水解效率，并且在强碱性条件下，(NH4)2S2O8能进一步诱导S2O8 2-产生SO4 -·，同时SO4 -·能与体系中的OH-反应生成·OH，对有机物具有更强的破坏作用，提高污泥的脱水性能。
采用上述技术方案，本发明具有以下技术效果：
（1）、本发明的工艺采用电渗透高级氧化协同污泥横向深度脱水技术对污泥进行脱水，能够有效地使污泥中的结合水转化为自由水并脱除；
（2）、本发明的工艺采用的高级氧化剂为过氧化钙和过硫酸铵，过氧化钙在污泥中反应生成过氧化氢，在电场的作用下转化为氧化性很强的羟基自由基（·OH）；过硫酸铵在污泥中受到电场的活化生成氧化性与·OH相近的硫酸根自由基（SO4-·），过硫酸铵反应剧烈，实验过程中反应温度过高，对装置材料有着较高的要求，加入过氧化钙可以利用过多产生的热能，生成的Ca2+对污泥也起到了混凝的作用，并且两种氧化剂可以起到互相促进的作用；
（3）、本发明可以直接处理含水率高达99%的污泥，不需要加水稀释就能令添加的高级氧化剂与污泥均匀混合；
（4）、本发明采用电动推杆横向驱动调节阳极碳片和阴极碳片的间距，避免了使用竖向驱动装置使污泥脱水受到重力的影响。同时本发明可以直接处理含水率高达99%的污泥，省去了机械脱水的步骤。
（5）、高级氧化技术与电动力学技术的联用，相比于单一技术的使用，极大程度地提高了污泥脱水的性能。电动力学的加入，加快了水分脱除的速率；高级氧化体系的加入，增强了对污泥有机质的破坏，极大地改善了单纯使用电动力脱除污泥的水分效率低的问题。
（6）、如使用正负极交换器将电动修复条件改为交变电场，可以改善阳极脱水速率过快，泥饼均匀性差的问题。同时，在交变电场中，·OH和SO4 -·因为电渗流和电泳的作用随水在污泥中来回迁移，加上·OH和SO4 -·无选择性氧化的特性，可以最大限度地破坏污泥颗粒，释放结合水。
（7）、本发明中阴极碳片上均匀打孔，便于气体和水分的排出，同时温度计也可以通过排水槽接触到污泥，进而测量污泥的温度。
（8）、采用左夹板和右夹板将滤布及阴极碳片夹持到左支板的左侧面，并通过四个螺栓连接，不仅连接牢固，密封性好，且便于安装和拆卸，左夹板起到阻挡污水，使污水沿排水槽向下排出的作用。
（9）导套起到导向驱动杆的作用，在阳极活塞脱离圆筒体后，避免由于阳极活塞较重，通过驱动杆对电动推杆产生向下的力，也确保阳极活塞与圆筒体的中心线始终保持重合。
综上所述，本发明设计合理，结构简单，便于操作污泥脱水，且对污泥有机质破坏能力强，水分去除率高，不产生二次污染。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是图1中阴极排水装置去掉左夹板后的左视图。
具体实施方式
如图1和图2所示，本发明的双氧化协同电渗透污泥横向深度脱水系统，包括电源（图中未示意）、污泥反应室、阴极排水装置、阳极活塞1和电动推杆2，污泥反应室包括沿左右方向水平设置的圆筒体3，圆筒体3顶部设置有加泥孔4，圆筒体3的左端和右端分别固定设置有左支板5和右支板6，阴极排水装置设置在圆筒体3左端口处的左支板5上，阳极活塞1同轴向滑动密封连接圆筒体3内，阳极活塞1右端面同轴向连接有驱动杆7，电动推杆2的动力驱动端与驱动杆7的右端同轴线连接，电源的正极和负极通过导线分别与阳极活塞1和阴极排水装置连接。
驱动杆7外部套设有导套8，导套8上设置有支撑板9。
阴极排水装置包括左夹板10和右夹板11，右夹板11右侧面与左支板5左侧面接触，左夹板10右侧面和右夹板11左侧面接触，左夹板10、右夹板11和左支板5通过至少三条螺栓12连接为一体，右夹板11上开设有与圆筒体3的左端口对应连通的圆孔13，右夹板11下部开设有排水槽14，排水槽14上端与圆孔13下部通透，右夹板11和左支板5之间夹持有阴极碳片15、滤布和左密封圈，阴极碳片15位于滤布右侧，阴极碳片15上均匀打孔，滤布为300目尼龙滤布，电源的负极通过导线阴极碳片15连接。
阳极活塞1的左端面设置有阳极碳片16，电源的正极通过导线与阳极碳片16连接，阳极活塞1的外圆周设置有与圆筒体3内壁滑动密封配合的右密封圈17。
双氧化协同电渗透污泥横向深度脱水系统的脱水方法，包括以下步骤，
（1）向污泥中加入高级氧化剂，高级氧化剂采用过氧化钙和过硫酸铵，均匀混合；
（2）把阴极碳片15卡在圆筒体3的左端口，在左支板5的左侧面铺设滤布和左密封圈，滤布夹持在阴极碳片15和右夹板11之间，使用螺栓12将左夹板10、右夹板11和左支板5连接并拧紧；启动电动推杆2，电动推杆2通过驱动杆7向左推动阳极活塞1伸入到圆筒体3的右端口处；
（3）将加入过氧化钙和过硫酸铵的污泥从加泥孔4倒入圆筒体3内；
（4）接通电源，阳极碳片16和阴极碳片15均通电，阳极碳片16和阴极碳片15之间形成的电场均匀地作用于圆筒体3中的污泥，开始对污泥进行高级氧化协同电渗透反应；
（5）根据实验进行的阶段，启动电动推杆2推动阳极活塞1向左移动，减少阳极碳片16和阴极碳片15的间距，加速脱水反应。
步骤（1）中的污泥含水率为98wt％～ 99.8wt％。
步骤（1）中过氧化钙和过硫酸铵的投加量均为污泥干基的2~20%。
步骤（4）中污泥脱水的过程为：在污泥中发生的高级氧化反应主要原理为：
通过控制投药量，电场强度以及阳极碳片16和阴极碳片15的间距可以控制硫酸根自由基和羟基自由基的生成速率实现污泥脱水的进程；
高级氧化体系的硫酸根自由基和羟基自由基的生成需要通过下面两种方式得以实现，
A、过硫酸铵在外加电场的作用下，通过电催化反应生成大量硫酸根自由基；
B、过硫酸铵和过氧化钙释放出的过氧化氢在外加电场的作用下，通过电催化反应生成羟基自由基。
步骤（4）中污泥脱水的条件为直流电场或者通过正负极转换器施加交变电场。
步骤（5）中水量脱除的原因来自于电动力学和高级氧化两部分，过硫酸铵和过氧化钙在体系中反应生成S2O8 2-、H2O2、OH-。在电场力的作用下，污泥中的水分从阳极向阴极移动，电流的增大引起温度的快速升高，高温产生的热量可以使S2O8 2-转换为SO4 -·，使H2O2转换为·OH，可以破坏污泥中的EPS有机成分，同时电解水在阴、阳极形成的OH-和H+也可以有效破坏污泥颗粒，使结合水转化为自由水，过硫酸铵反应剧烈，实验过程中反应温度过高，对装置材料有着较高的要求，加入过氧化钙可以利用过多产生的热能，生成的Ca2+对污泥也起到了混凝的作用，并且两种氧化剂可以起到互相促进的作用；提高污泥的脱水性能。
实施例1
称取含水率为99.2%的稀污泥，投加100 mg-1·g·DS的过氧化钙，80 mg-1·g·DS的过硫酸铵，搅拌均匀后倒入污泥反应室1。在50 V电压下通电，水分从阴极脱水区2脱除。经过电渗透深度脱水后污泥含水率降为 55.22％。
实施例2
称取含水率为99.07%的稀污泥，投加100 mg-1·g·DS的过氧化钙，160 mg-1·g·DS的过硫酸铵，搅拌均匀后倒入污泥反应室1。在50 V电压下通电，水分从阴极脱水区2脱除。经过电渗透深度脱水后污泥含水率降为 55.5％。
本实施例并非对本发明的形状、材料、结构等作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。
Claims (10)
1.双氧化协同电渗透污泥横向深度脱水系统，其特征在于：包括电源、污泥反应室、阴极排水装置、阳极活塞和电动推杆，污泥反应室包括沿左右方向水平设置的圆筒体，圆筒体顶部设置有加泥孔，圆筒体的左端和右端分别固定设置有左支板和右支板，阴极排水装置设置在圆筒体左端口处的左支板上，阳极活塞同轴向滑动密封连接圆筒体内，阳极活塞右端面同轴向连接有驱动杆，电动推杆的动力驱动端与驱动杆的右端同轴线连接，电源的正极和负极通过导线分别与阳极活塞和阴极排水装置连接。
2.根据权利要求1所述的双氧化协同电渗透污泥横向深度脱水系统，其特征在于：驱动杆外部套设有导套，导套上设置有支撑板。
3.根据权利要求2所述的双氧化协同电渗透污泥横向深度脱水系统，其特征在于：阴极排水装置包括左夹板和右夹板，右夹板右侧面与左支板左侧面接触，左夹板右侧面和右夹板左侧面接触，左夹板、右夹板和左支板通过至少三条螺栓连接为一体，右夹板上开设有与圆筒体的左端口对应连通的圆孔，右夹板下部开设有排水槽，排水槽上端与圆孔下部通透，右夹板和左支板之间夹持有阴极碳片、滤布和左密封圈，阴极碳片位于滤布右侧，阴极碳片上均匀打孔，滤布为300目尼龙滤布，电源的负极通过导线阴极碳片连接。
4.根据权利要求3所述的双氧化协同电渗透污泥横向深度脱水系统，其特征在于：阳极活塞的左端面设置有阳极碳片，电源的正极通过导线与阳极碳片连接，阳极活塞的外圆周设置有与圆筒体内壁滑动密封配合的右密封圈。
5.根据权利要求4所述的双氧化协同电渗透污泥横向深度脱水系统的脱水方法，其特征在于：包括以下步骤，
（1）向污泥中加入高级氧化剂，高级氧化剂采用过氧化钙和过硫酸铵，均匀混合；
（2）把阴极碳片卡在圆筒体的左端口，在左支板的左侧面铺设滤布和左密封圈，滤布夹持在阴极碳片和右夹板之间，使用螺栓将左夹板、右夹板和左支板连接并拧紧；启动电动推杆，电动推杆通过驱动杆向左推动阳极活塞伸入到圆筒体的右端口处；
（3）将加入过氧化钙和过硫酸铵的污泥从加泥孔倒入圆筒体内；
（4）接通电源，阳极碳片和阴极碳片均通电，阳极碳片和阴极碳片之间形成的电场均匀地作用于圆筒体中的污泥，开始对污泥进行双氧化协同电渗透反应；
（5）根据实验进行的阶段，启动电动推杆推动阳极活塞向左移动，减少阳极碳片和阴极碳片的间距，加速脱水反应。
6.根据权利要求5所述的双氧化协同电渗透污泥横向深度脱水系统的脱水方法，其特征在于：步骤（1）中的污泥含水率为98wt％～ 99.8wt％。
7.根据权利要求5所述的双氧化协同电渗透污泥横向深度脱水系统的脱水方法，其特征在于：步骤（1）中过氧化钙和过硫酸铵的投加量均为污泥干基的2~20%。
8.根据权利要求5所述的双氧化协同电渗透污泥横向深度脱水系统的脱水方法，其特征在于：步骤（4）中污泥脱水的过程为：在污泥中发生的高级氧化反应主要原理为：
通过控制投药量，电场强度以及阳极碳片和阴极碳片的间距可以控制硫酸根自由基和羟基自由基的生成速率实现污泥脱水的进程；
高级氧化体系的硫酸根自由基和羟基自由基的生成需要通过下面二种方式得以实现，
A、过硫酸铵在外加电场的作用下，通过电催化反应生成大量硫酸根自由基；
B、过硫酸铵和过氧化钙释放出的过氧化氢在外加电场的作用下，通过电催化反应生成羟基自由基。
9.根据权利要求5所述的双氧化协同电渗透污泥横向深度脱水系统的脱水方法，其特征在于：步骤（4）中污泥脱水的条件为直流电场或者通过正负极转换器施加交变电场。
10.根据权利要求5所述的双氧化协同电渗透污泥横向深度脱水系统的脱水方法，其特征在于：步骤（5）中水量脱除的原因来自于电动力学和高级氧化两部分，过硫酸铵和过氧化钙在体系中反应生成S2O8 2-、H2O2、OH-；
在电场力的作用下，污泥中的水分从阳极向阴极移动，电流的增大引起温度的快速升高，高温产生的热量可以使S2O8 2-转换为SO4 -·，使H2O2转换为·OH，可以破坏污泥中的EPS有机成分，同时电解水在阴、阳极形成的OH-和H+也可以有效破坏污泥颗粒，使结合水转化为自由水；CaO2生成的Ca2+有助于混凝作用，其在氧化过程中产生的强碱——Ca(OH)2可以提高污泥的水解效率，并且在强碱性条件下，(NH4)2S2O8能进一步诱导S2O8 2-产生SO4 -·，同时SO4 -·能与体系中的OH-反应生成·OH，对有机物具有更强的破坏作用，提高污泥的脱水性能。
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