CN1948193A - 电场协同污泥脱水方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明是电场协同作用下的污泥脱水的方法及装置。脱水方法是在泥饼的两侧布置阴极与阳极的导电体形成电场，在阴极与阳极的导电体之间施加机械压力，在阴极导电体侧析出水分通过透水材料脱离污泥。脱水方法的装置，是在泥饼1的两侧设置有阴极导电体4和阳极导电体3，在阴极侧设置有机械压力装置5，在阴极导电体侧设置有透水材料层2。利用此方法可以克服传统机械脱水方式脱水率低的困难，快速而高效的脱出污泥多余水分，有利于污泥减量化，对污泥的后续运输与处置创造了便捷条件。

Description

电场协同污泥脱水方法及装置

                                技术领域

本发明属于污泥脱水技术，特别涉及一种电场协同作用下的污泥脱水的方法及装置。

                                背景技术

污泥包括含城市污水厂污泥、给水厂污泥、排水沟道污泥、水体疏浚淤泥等，其量远大于城市生活垃圾量，而且城市污泥含有较高的污染物含量。其中城市污水厂剩余污泥的有机质含量为城市污水的10倍，污水厂脱水污泥饼中的致病微生物含量比城市生活垃圾高几个数量级。此外，各种污泥中还可能含有重金属、剧毒有机物等污染物质。因此，城市污泥对环境可能造成的危害是严重的。

污泥因其液-固相混合物的浆态特征而成为一类与液态和固态废弃物均有区别的废弃物。它不仅在产生时有浆态物的特征，而且其液、固混合状态具有一定的稳定性，通常仅在施加极大的外加作用力(物理、化学)时才能固、液分离，因此，其管理与处理技术体系均有不同于其他废弃物的特征。

在污泥的物流特性中，含水率高是一个最显著的特征。城市污水厂产生的污泥含水率可为95％(初沉污泥)～99％(二沉污泥)；城市给水污泥的含水率在90％～95％范围；城市排水沟道污泥的含水率为60％～90％；城市水体疏浚淤泥(水力法)的含水率高达85％以上。污泥的高含水率特征不仅会因污泥体积、造成后续物流输送困难、处理设备容量大、经济性差等问题，而且绝大部分的污泥最终处理与利用过程也与过高含水率的物流不相容。因此，污泥处理中污泥的脱水占有非常重要的地位。

污泥中水分的脱除与其内部水分的存在形式有很大关系。分布有下列一些形式：(a)自由水分：没有附着在污泥颗粒上，可以通过重力沉降除去；(b)间隙水：被絮状固体捕获或存在于脱水泥饼中的毛细管中，可以通过强机械力去除；(c)表面吸附水：吸附或粘附在污泥颗粒表面上；(d)细胞水和化学结合水。各种水分的去除量取决于脱水过程，也取决于污泥中水的结合形式。自由水分包括真正的自由水、间隙水和部分表面水分，边界水分包括化学结合水和部分表面水分。机械脱水通常只能去除自由水分，而剩余水分被看作为“边界水分”，边界水分是机械脱水的理论极限。

机械脱水是通过透水介质两面的压力差作为推动力，使污泥水分被强制通过透水介质，形成滤液，而固体颗粒被截留在介质上，形成滤饼，从而达到脱水的目的。常用的方式有压滤脱水、真空吸率滤脱水、离心脱水等。受污泥内部水分的结合形式和脱水原理所限，机械脱水仅能去除污泥中的自由水分、间隙水分和部分表面水分，经机械脱水后的污泥含水率仍高达75～85％。如此高的含水对于污泥后续处理产生了很大困难和较高的经济成本，如焚烧、填埋等，而污泥干燥则需要消耗很大的热能，其成本更高。因此，污泥处理领域非常需要开发新的污泥脱水方法，经济、快速地脱出多余水分，降低污泥含水量。

                                发明内容

本发明提出了一种电场与压力协同作用下的污泥脱水方法，在电场与机械压力的共同作用下可以更加快速、高效地脱除污泥中的水分，进一步减少污泥体积，减少污泥焚烧、填埋等后续处理的成本。

本发明的电场协同污泥脱水方法，是在泥饼的两侧布置阴极与阳极的导电体形成电场，在阴极与阳极的导电体之间施加机械压力，在阴极导电体侧析出水分通过透水材料脱离污泥。

本发明的电场协同污泥脱水方法的装置，是在泥饼1的两侧设置有阴极导电体4和阳极导电体3，在阴极侧设置有机械压力装置5，在阴极导电体侧设置有透水材料层2。

污泥在脱水过程中将在泥饼的两侧分别布置导电体，可为网状金属或金属平板，分别与直流电源的负输出端连接形成阴极，与电源的正极相连接形成阳极。在阴极与阳极之间将形成电场，电场中充满待脱水的污泥介质并与电极紧密接触。由于活性污泥中的粒子带有负电，与水中的离子一起在表面会形成电气二重层，包括固定离子层和扩散离子层。在电场作用下，粒子表面的电气二重层将会发生相对滑动，带负电的粒子或离子(污泥颗粒)向阳极移动，带正电的粒子或离子向阴极移动。污泥的移动有时候会受到拘束，而污泥中的毛细管残留水分则在正离子带动下向阴极发生移动。阴极附近聚集的水分脱离阴极和污泥后就实现了脱水。

本发明在脱水过程中，泥饼两电极间施加一定强度的机械压力，通过机械形式，或者真空抽吸、压缩空气等气压差形式实现。通过泥饼两侧压力减少污泥颗粒间的间隙，使得容纳水分减少，析出水分透过污泥饼阴极侧表面的透水材料脱离污泥，达到脱水目的。

本发明中采用的电极要求具有导电功能，可以为平板状，或者为网状，或者为连接在一起的条状。如果电极不具备透水功能，即不能将水分与污泥颗粒进行分离，则需要在电极与污泥之间设置透水材料，尤其是阴极部分。可以采用具有导电功能的滤布兼作电极，如将金属丝网植入滤布中，也可以将带有孔隙的电极与滤布压制在一起实现导电与透水的功能。

在电场与机械压力的共同作用下，污泥内部水分运动并聚集在阴极侧和透水介质表面，借助于水分的重力可以脱离透水介质而实现分离作用，或者通过机械振动分离聚集水分，或者采用气流吹拂聚集水分而实现分离作用，或者采用吸水材料吸去移动而来的水分。

本发明用于转移阴极附近移动而来的水分的吸水材料为弹性海绵状物质，其材料可以为聚乙烯醇(PVA)、聚胺酯(polyurethane)等，但又不仅限于该类物质。

本发明所用电场由直流电源或脉冲式电源提供，其供给方式是连续方式或间歇方式。电源除直流供电方式外，也可以是脉冲式供电方式。各种方式中的脉冲供电方式可以以最简单的商业电源作电源，脉冲波形无特别要求，占空比可依具体情况调节。当然，也可以用直流电间隔通断的方式来实现间歇式通电，即在某一时间段通电，某一时间段断电的方式。

本发明中污泥泥饼的厚度在2mm～50mm之间，根据脱水需要时间、污泥特性、产品含水率要求等决定。泥饼厚度较大将增加脱水时间，如缩短脱水时间则产品含水率将增加。电场的电压控制在5～100V之间，较高的电压可以增加污泥内部水分的运动动力，缩短脱水时间，降低产品含水率，但同时也增加了电场电能的消耗。本发明中污泥脱水需要电场与压力协同作用完成，施加在泥饼两侧的机械压力差值控制在1000Pa～0.3MPa之间。

具体的操作方法是将待脱水污泥放置在两个导电电极之间，如果电极不具备透水功能则需要在污泥与电极之间布置透水材料，将直流电源的电压调在设定值位置，并将电源正极与平板电极连接，负极与网状电极连接。当脱水开始时，施加机械压力到一定值，同时或延后1～10秒打开电源为电场连续或间歇地输出设定电压。移动到阴极并透过透水材料的水分借助重力或者振动，或者气流吹拂，或者采用弹性海绵状吸水材料吸水作用与污泥分离，完成脱水过程。

利用此方法可以克服传统机械脱水方式脱水率低的困难，快速而高效的脱出污泥多余水分，有利于污泥减量化，对污泥的后续运输与处置创造了便捷条件。

                                附图说明

图1：实施例1示意图；

图2：实施例2示意图；

图3：实施例3示意图；

图4：实施例4示意图。

                              具体实施方式

实施例1：

如图1所示，待脱水泥饼1随透水材料层2的滤布的移动首先进入机械压力作用区，泥饼厚度为2mm，前进2秒种后进入电场与压力协同脱水区间，该区间污泥上侧、滤布外侧布置有金属板状阳极导电体3，并与直流电源6的正极连接；污泥下侧、滤布外侧布置有金属网状阴极导电体4，并与直流电源6的负极连接。导电体均可以随滤布和污泥的移动而同步移动。在阳极导电体3的上侧由机械压力装置5的液压设备，施加推力以保证电极与滤布和污泥的紧密接触，并提供5000Pa机械压力。直流电源供电采用连续稳压方式，供电电压为5～10V。污泥中的水分通过滤布和阴极导电体4后借助重力由此脱离后完成脱水过程，脱水后的污泥随滤布的移动被排出。此例中还可以设置振动装置、或采用气流吹拂等手段加强移动出的水分脱离阴极导电体4的能力。

实施例2：

如图2所示，待脱水泥饼1随透水材料层的滤布2的移动首先进入机械压力作用区，泥饼厚度为5mm，前进5秒种后进入电场与压力协同脱水区间。该区间污泥上侧、滤布外侧布置有金属板状阳极导电体3，并与直流电源6的正极连接；污泥下侧、滤布外侧布置有金属网状阴极导电体4，并与直流电源6的负极连接。导电体均可以随滤布和污泥的移动而同步移动。在阳极导电体3的上侧由预压弹簧机械设备的机械压力装置5施加推力以保证电极与滤布和污泥的紧密接触，并提供3000Pa机械压力。直流电源采用脉冲供电方式，供电电压为10～20V，每个供电周期供电时间占80％。污泥中的水分通过滤布和阴极导电体4后被吸水材料7吸收完成脱水过程，污泥移动出电场后泥饼底部和滤布均含有较多水分，仍然使吸脱水材料7吸收，脱水后的污泥随滤布的移动被排出。本例中的吸水材料采用聚乙烯醇(PVA)制作成弹性海绵状物质。

实施例3：

如图3所示。泥饼1被放置在金属板的阳极导电体3和表面带有凹槽的金属板状阴极导电体4之间，初始泥饼厚度为50mm，并在阴极导电体4和泥饼1之间隔有滤布2。阳极导电体3与直流电源6的正极连接，阴极导电体4与直流电源6的负极连接。直流电源采用连续供电方式，供电电压为60～80V。10000Pa机械压力由液压装置5提供。污泥脱水时，首先施加机械压力10秒时间，然后接通电源开关。在电场和机械压力协同作用下，污泥中的水分移动到阴极导电体4后顺表面凹槽流出，完成脱水过程。脱水完成后，去除机械压力，取出脱水泥饼。此例中的阴极导电体4还可以设置成网状金属电极。

实施例4：

如图4所示。待脱水泥饼1随滤布导电体的移动而先后进入两个电场与压力协同脱水区间，初始泥饼厚度为10mm，阳极导电体3内含有金属丝网，具有滤水和导电功能，并与直流电源6的正极连接；阴极导电体4为滤布内也含有金属丝网，具有滤水和导电功能，并与直流电源6的负极连接。在作为阳极的电极3的上侧由液压机械设备5施加推力以保证滤布和污泥的紧密接触，并提供3000Pa机械压力。直流电源供电采用连续稳压方式，供电电压为30～40V。污泥中的水分通过电极4后借助重力脱离后完成脱水过程，脱水后的污泥随滤布的移动被排出。偏心振动装置8将对滤布和污泥产生振动，以增强水分脱离阴极导电体4的能力。

以上实施例对本发明是进一步的详细说明，并不是对本发明的限定，本发明的的保护范围不受这些实施例的限制，本发明的保护范围以权利要求为准。

Claims (10)

1.一种电场协同污泥脱水方法，其特征是，在泥饼的两侧布置阴极与阳极的导电体形成电场，在阴极与阳极的导电体之间施加机械压力，在阴极导电体侧析出水分通过透水的材料脱离污泥。

2.如权利要求1所述的电场协同污泥脱水方法，其特征是，所述的机械压力是通过机械形式，真空抽吸或压缩空气的气压差形式实现。

3.如权利要求1所述的电场协同污泥脱水方法，其特征是，所述的电场由直流电源或脉冲式电源提供，其供给方式是连续方式或间歇方式或直流电间隔通断的方式来实现间歇式通电。

4.如权利要求1所述的电场协同污泥脱水方法，其特征是，所述的电场的电压在5～100V之间，机械压力差值在1000Pa～0.3MPa之间，污泥的厚度在2mm～50mm之间。

5.如权利要求1所述的电场协同污泥脱水方法，其特征是，所述的污泥脱水方法是起始阶段先施以机械压力2～10秒后，再施加电场作用。

6.如权利要求1所述的电场协同污泥脱水方法的装置，其特征是，在泥饼(1)的两侧设置有阴极导电体(4)和阳极导电体(3)，在阴极侧设置有机械压力装置(5)，在阴极导电体侧设置有透水材料层(2)。

7.如权利要求6所述的电场协同污泥脱水的装置，其特征是，所述的导电体为平板状，或者为网状，或者为连接在一起的条状的金属板或金属网，或将金属丝网植入滤布中，或将带有孔隙的电极与滤布压制在一起实现导电与透水的功能。

8.如权利要求7所述的电场协同污泥脱水的装置，其特征是，设置有与所述的透水材料层紧密接触的弹性海绵状吸水材料(7)。

9.如权利要求7所述的电场协同污泥脱水的装置，其特征是，所述的弹性海绵状的吸水材料为聚乙烯醇或聚胺酯。

10.如权利要求6或7所述的电场协同污泥脱水的装置，其特征是，所述的透水材料层上设置有振动装置(8)。

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