CN204490709U - 序批式电渗透污泥深度脱水设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及序批式电渗透污泥深度脱水设备。该设备包括密闭的框架，框架内安置有阳极组件和阴极组件；阴极组件包括支撑于框架下部的传动轮组，传动轮组上套设有首尾相接呈环状的阴极滤布，阴极滤布内侧设有阴极板；阳极组件包括一组与阴极板相对的阳极板、支撑于框架上部的固定座，阳极板分别经传动件支撑于固定座上；阳极板背离传动件的一侧设有阳极滤布；阳极板与阴极板之间形成污泥处理空间；阳极板表面依次设有中间层和表面活性层。本实用新型能延长阳极使用寿命，并降低电能消耗；可将含水率80～85％的生化污泥脱水至含水率55～60％。

Description

序批式电渗透污泥深度脱水设备

技术领域

本实用新型涉及一种序批式电渗透污泥深度脱水设备，利用电渗透技术对污水处理厂的生化污泥进行深度脱水处理，属于电化学技术与污水污泥处理技术领域。

背景技术

据申请人了解，当前城镇生活污水处理主要采用生物氧化工艺，利用微生物代谢作用将污水中的有机污染物转化为稳定的无害物质。该工艺在处理过程中会产生大量生化污泥，若对污泥处理处置不善，将给环境带来极大危害。污泥处理处置要求达到“减量化、稳定化、无害化、资源化”要求，在“四化”中减量化是基础，减量化就是污泥脱水干化过程，任一种污泥的最终处理处置方案都是以污泥深度脱水为前提的。

生化污泥不同于一般自然界泥沙状的污泥，其构成主要是失去生命的微生物及其载体。生化污泥的脱水干化与一般化工工艺过程的脱水干化有较大差异，这是因为生化污泥中水分存在的结构形式与需干燥的常规化工产品有所不同。生化污泥中水分以4种形态存在，其中结合水占70～75％，间隙水占20～25％，还有少量的自由水与毛细管水。结合水存在于污泥的微生物细胞内，只有将细胞破壁后才能被进一步脱除。传统的机械压滤工艺只能脱除污泥中的间隙水，将污泥含水率降至80～85％。进一步，将污泥含水率从80～85％降至55～60％以下的处理过程即为生化污泥的深度脱水。污泥深度脱水处理的目的是污泥减量化，为后续的污泥处置打下基础和创造条件。

生化污泥深度脱水的关键在于脱除污泥絮体中的结合水，而脱除结合水的关键在于微生物细胞破壁。现有的生化污泥深度脱水处理工艺主要是自然干化工艺、热干化工艺和化学调质加高压压榨工艺。

自然干化工艺利用自然热源(太阳能)对污泥进行脱水干化处理，该工艺需要庞大的干化场，依赖气候条件，处理时间过长，同时处理过程中恶臭气体挥发，易带来二次污染，因此该工艺的应用受到限制。热干化工艺耗能大，且设备复杂，投资和运行成本也非常高。化学调质加高压压榨工艺由于添加了大量石灰、铁盐等无机盐类做污泥调理剂，增加了绝干污泥的量，同时使脱水后污泥的结构、成分、性质发生了变化，给后续的污泥处置带来诸多问题。

电渗透脱水工艺基于电化学原理，生物污泥带有负电荷，为平衡这些电荷，污泥颗粒表面会吸附介质中带相反电荷的离子构成双电层。在外电场作用下，双电层中的带电粒子相对于电极表面做定向移动。生物细胞破壁后，污泥向阳极移动，其胞内水向阴极移动，透过阴极被排出脱除，这一现象即为电渗透脱水。

电渗透污泥脱水过程电极反应原理如下：

阳极反应：2H₂O→4H⁺+O₂+4e^-

阴极反应：2H₂O+2e^-→4OH^-+H₂

电渗透脱水工艺是对生化污泥深度脱水干化的新型、高效技术。

该工艺脱水速度快，一般在6～12分钟内即可实现污泥量减半，泥饼含水率脱至60％以下。影响电渗透污泥脱水的主要因素有：电场强度、压强、处理时间、污泥层厚度。

电渗透脱水工艺是一种已见的、公知的脱水方式，但其工业化应用还存在诸多问题。

现有的电渗透污泥脱水设备主要有二种结构形式。一类是基于带式压滤机技术原理，采用辊筒压榨方式。设备阴阳极为辊筒，阴阳极间有滤带，滤带间夹持污泥，在阴阳极施加电场的条件下进行压榨脱水。另一类是阴阳极均采用平行履带输送机的结构形式，阳极履带在上部，阴极履带在下部，上下履带输送机同步运行，通电加压脱水。现有设备的共同特点是阴阳极同时相对运动，其工作过程是连续的。

电渗透脱水设备亦会有其他结构形式，但不管什么结构形式，都会遇到了阳极使用寿命短和电渗透电耗大的两个技术难题，致使该技术的工业应用难以实现，设备不能长期可靠运行。

经检索发现，专利号201420024155.4授权公告号CN203728697U的中国实用新型专利公开了一种电渗透脱水机，该电渗透脱水机的滤布通过安装在机架最右端的滤布驱动装置驱动，滤布驱动装置与清洗装置相连接；滤布上方的机架上安装有阴极板，阴极板上方是安装在阳极板支撑上的阳极板，阳极板支撑的上方安装有多个阳极油压及提升装置；机架最左端的滤布上方安装有布泥装置，布泥装置左端安装有进泥装置。该专利主要解决了泥饼布置不均匀，泥饼宽度不能调节，施压渗透时两侧跑泥，滤液槽积泥等问题。

申请号201310737708.0申请公布号CN104098250A的中国实用新型专利申请公开了一种市政污泥化学调理强化初步机械脱水联合电渗透两级深度脱水方法，通过投加占污泥干基重量3-30％的复合调理剂，对生活污水处理厂含水率为97％左右的浓缩污泥进行调理改性，提高污泥初步机械脱水及后续电渗透脱水能力；调理改性污泥经过初步脱水后污泥含水率降低至70-85％；初步脱水污泥直接进入电渗透脱水设备进行深度脱水，污泥含水率降低至40-60％；脱水后污泥可直接进行填埋处置、热转化、建材利用等处理、处置与资源化利用。该方法可实现污泥脱水的连续运行，处理效率高；可有效降低污泥中的结合水含量，脱水效果好，深度脱水泥饼含水率低。既适用于新建的污水处理厂；又适合于现有污水处理厂污泥脱水处理的改建，扩建及应急预案的设计要求。

但是，以上述两件专利文献为代表的现有技术仍然无法解决阳极使用寿命短和电渗透电耗大的两个技术难题。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是：克服现有技术存在的问题，提供一种序批式电渗透污泥深度脱水设备，能延长阳极使用寿命，并降低电能消耗。

本实用新型解决上述技术问题的技术方案如下：

一种序批式电渗透污泥深度脱水设备，包括密闭的框架，框架内安置有阳极组件和阴极组件；阴极组件包括支撑于框架下部的传动轮组，传动轮组上套设有首尾相接呈环状的阴极滤布，阴极滤布内侧设有阴极板；阳极组件包括一组与阴极板相对的阳极板、支撑于框架上部的固定座，阳极板分别经传动件支撑于固定座上；阳极板背离传动件的一侧设有阳极滤布；阳极板与阴极板之间形成污泥处理空间；阳极板的材质为钛金属材料，阳极板表面设有表面活性层，表面活性层的材质为MnO₂材料。

该结构中，阳极板、阴极板外侧分别设有阳极滤布和阴极滤布，处理时污泥夹持在阳极滤布和阴极滤布之间，不会与阳极板直接接触，降低阳极板涂层磨损的几率，从而延长阳极板使用寿命。同时，电渗透的阳极反应是一个析氧反应，降低电极的析氧电位和提高极板的导电性能有利于节省电能消耗，而表面活性层采用的MnO₂材料不仅具有良好的导电性能，更是析氧反应的高活性催化剂，其析氧过电位很低，这样即可获得显著的节电效果。

本实用新型设备进一步完善的技术方案如下：

优选地，阳极板朝向传动件的另一侧依次固连有中间绝缘板和外层绝缘板，外层绝缘板与传动件末端固连；阳极板具有透水孔，外层绝缘板具有进水孔，中间绝缘板具有布水孔槽和排气槽。

更优选地，阳极板、中间绝缘板、外层绝缘板分别呈矩形；中间绝缘板的布水孔槽包括主进水槽、支路水槽以及落水孔；主进水槽、支路水槽分别具有槽底且位于中间绝缘板背离阳极板的一侧，落水孔位于支路水槽内且贯穿中间绝缘板；主进水槽呈圆环状，支路水槽有一组且呈长条状，支路水槽与主进水槽圆环的半径重合，支路水槽的一端位于主进水槽圆环内、另一端位于主进水槽圆环外；支路水槽分布成以主进水槽圆环圆心为中心的中心对称图形，支路水槽分别与主进水槽相连通，支路水槽相互之间不直接连通。

采用上述优选方案，在电渗透反应后段、阳极端污泥形成具有高阻抗的薄壳层时，可在外层绝缘板上加碱性电导液，碱性电导液经外层绝缘板的进水孔依次进入中间绝缘板的主进水槽、支路水槽以及落水孔实现均匀分布，最终通过阳极板的透水孔进入污泥薄壳层，缓释污泥结壳现象，以减小污泥电阻，这样在后续的持续脱水过程中不需要提高电压、增加电能消耗，有利于节能；此外，中间绝缘板的排气槽可引导阳极板处产生的气体排出。

优选地，还包括滤布回转轮组和张紧轮；阳极滤布首尾相接呈环状，阳极滤布套设于滤布回转轮组上，张紧轮与阳极滤布相接触，张紧轮具有向靠近阳极滤布的方向运动使阳极滤布张紧的第一状态，以及向远离阳极滤布的方向运动使阳极滤布松弛的第二状态。

采用该优选方案，在电渗透脱水时，阳极滤布松弛为阳极板的运动提供空间，在脱水处理结束时，阳极滤布张紧并随传动轮组运动，将阳极滤布的干净部分移至工作区供下一次处理，同时将阳极滤布的带污泥部分移出工作区供清洗。

优选地，还包括污泥布料组件；污泥布料组件包括具有进泥口和出泥口的污泥泵、管道和污泥布料器；污泥泵的出泥口与管道一端连通，管道另一端与污泥布料器连通，污泥布料器位于阴极滤布的上方；污泥布料器具有呈扁平喇叭状的开口，污泥布料器的开口宽度小于或等于阴极滤布的宽度。

采用该优选方案，可将待处理污泥均匀布料于阴极滤布表面，有利于确保处理效果。

优选地，阴极板有一组，阴极板呈条状，阴极板经电气连接和机械连接后构成套设于传动轮组的阴极链排，阴极链排位于阴极滤布与传动轮组之间；阴极板具有透水孔。

优选地，还包括废气处理单元和引风机；废气处理单元具有进气口和出气口，进气口与框架内部连通，出气口经引风机通向外界。

优选地，阳极板、阴极板分别与直流电源电连接。

优选地，阳极板表面和表面活性层之间还设有中间层，中间层的材质为SnO₂-Sb₂O_x-La₂O₃复合材料。采用SnO₂-Sb₂O_x-La₂O₃复合材料的中间层可有利于阻挡表面新生氧向钛基扩散，从而降低钛基钝化的风险；表面活性层MnO₂和中间层SnO₂-Sb₂O_x-La₂O₃能形成很好的固溶体，使涂层密实，增加了涂层的机械强度及与钛基材的结合力，有利于延长涂层电极的使用寿命，避免其在工作过程中被极化、钝化和腐蚀失效。

本实用新型能延长阳极使用寿命，并降低电能消耗；适用于对污水处理厂产生的生活污泥进行处理，全程不需添加任何污泥调理剂、絮凝剂、混凝剂、助凝剂，可将含水率80～85％的生化污泥脱水至55～60％。

附图说明

图1为本实用新型实施例的结构示意图。

图2为图1实施例阳极组件的结构示意图。

图3为图1实施例中间绝缘板的孔槽分布示意图。

图4为图1实施例污泥布料组件与阴极组件配合的示意图。

图5、图6分别为图1实施例污泥布料器的主视图和仰视图。

具体实施方式

下面参照附图并结合实施例对本实用新型作进一步详细描述。但是本实用新型不限于所给出的例子。

实施例

如图1所示，本实施例序批式电渗透污泥深度脱水设备包括密闭的框架1，框架1内安置有阳极组件和阴极组件；阴极组件包括支撑于框架1下部的传动轮组2，传动轮组2上套设有首尾相接呈环状的阴极滤布3，阴极滤布3内侧设有阴极板4；阳极组件包括一组与阴极板4相对的阳极板5、支撑于框架1上部的固定座6，阳极板5分别经传动件8支撑于固定座6上；阳极板5背离传动件8的一侧设有阳极滤布7；阳极板5与阴极板4之间形成污泥处理空间；阳极板5的材质为钛金属材料，阳极板5表面依次设有中间层和表面活性层，中间层的材质为SnO₂-Sb₂O_x-La₂O₃复合材料，表面活性层的材质为MnO₂材料(未在图中示出)。

还包括滤布回转轮组14和张紧轮15；阳极滤布7首尾相接呈环状，阳极滤布7套设于滤布回转轮组14上，张紧轮15与阳极滤布7相接触，张紧轮15具有向靠近阳极滤布7的方向运动使阳极滤布7张紧的第一状态，以及向远离阳极滤布7的方向运动使阳极滤布7松弛的第二状态。

阴极板4有一组，阴极板4呈条状，阴极板4经电气连接和机械连接后构成套设于传动轮组2的阴极链排，阴极链排位于阴极滤布3与传动轮组2之间；阴极板4具有透水孔(未在图中示出)。

还包括废气处理单元19和引风机20；废气处理单元19具有进气口和出气口，进气口与框架1内部连通，出气口经引风机20通向外界。

阳极板5、阴极板4分别与直流电源电连接(未在图中示出)；传动件8为液压传动件或机械传动件。

如图2、图3所示，阳极板5朝向传动件8的另一侧依次固连有中间绝缘板9和外层绝缘板10，外层绝缘板10与传动件8末端固连；阳极板5具有透水孔(未在图中示出)，外层绝缘板10具有进水孔(未在图中示出)，中间绝缘板9具有布水孔槽和排气槽(未在图中示出)。阳极板5、中间绝缘板9、外层绝缘板10分别呈矩形；中间绝缘板9的布水孔槽包括主进水槽11、支路水槽12以及落水孔13；主进水槽11、支路水槽12分别具有槽底且位于中间绝缘板9背离阳极板5的一侧，落水孔13位于支路水槽12内且贯穿中间绝缘板9；主进水槽11呈圆环状，支路水槽12有一组且呈长条状，支路水槽12与主进水槽11圆环的半径重合，支路水槽12的一端位于主进水槽11圆环内、另一端位于主进水槽11圆环外，支路水槽12分布成以主进水槽11圆环圆心为中心的中心对称图形(本实施例为“米字形”)，支路水槽12分别与主进水槽11相连通，支路水槽12相互之间不直接连通。

如图4至图6所示，还包括污泥布料组件；污泥布料组件包括具有进泥口和出泥口的污泥泵16、管道17和污泥布料器18；污泥泵16的出泥口与管道17一端连通，管道17另一端与污泥布料器18连通，污泥布料器18位于阴极滤布3的上方；污泥布料器18具有呈扁平喇叭状的开口，污泥布料器18的开口宽度小于或等于阴极滤布3的宽度。

本实施例采用前述设备的序批式电渗透污泥深度脱水方法，包括：

第一步、启动阶段，顺序执行S1至S5：

S1.以污泥泵16向阴极滤布3的进泥端布泥，同时传动轮组2驱动阴极链排和阴极滤布3同步回转运动，使待处理污泥21平铺在位于污泥处理空间内的阴极滤布3上；之后，污泥泵16和传动轮组2均停止运转；

S2.将阳极滤布7松弛，阳极板5在传动件8带动下以第一速率向阴极板4移动；

S3.当阳极板5与阴极板4的间距达到预设值时，将阳极板5和阴极板4与直流电源接通，且阳极板5以第二速率向阴极板4移动使阳极板5和阴极板4之间的工作压强逐步加大，同时通过调节直流电源逐步加大阳极板5和阴极板4之间的电场强度；第一速率大于第二速率；

S4.当工作压强达到预设最大压强值、且电场强度达到预设最大强度值时，阳极板5停止移动，保持当前工作压强和电场强度，同时向阳极板5附近形成的污泥薄壳层加碱性电导液、浸渍污泥薄壳层；

S5.判断是否结束当前的脱水处理，若否，则保持当前工作压强和电场强度，并转至S5；若是，则关闭直流电源，阳极板5在传动件8带动下回复至初始位置，并转至第二步；

第二步、正常循环工作阶段，顺序执行T1至T3：

T1.传动轮组2驱动阴极链排和阴极滤布3同步回转运动，进行出泥操作，将已处理污泥排出设备，并由清洗设备对出泥后的阴极滤布3进行清洗；同时以污泥泵16继续向阴极滤布3的进泥端布泥，使待处理污泥平铺在位于污泥处理空间内的阴极滤布3上，之后污泥泵16和传动轮组2均停止运转；在阴极滤布3出泥、布泥的过程中，将阳极滤布7张紧，回转转动阳极滤布7，使干净的阳极滤布7处于污泥处理空间内，并由清洗设备对粘有污泥的阳极滤布7进行清洗；当阴极滤布3布泥结束时，停止清洗阳极滤布7和阴极滤布3；

T2.顺序执行S2、S3、S4；

T3.判断是否结束当前的脱水处理，若否，则保持当前工作压强和电场强度，并转至T3；若是，则关闭直流电源，阳极板5在传动件8带动下回复至初始位置，并判断污泥泵16处是否还有未处理的污泥，若有则转至T1，若无则转至第三步；

第三步、结束阶段：

传动轮组2驱动阴极链排和阴极滤布3同步回转运动，进行出泥操作，将已处理污泥排出设备，并由清洗设备对出泥后的阴极滤布3进行清洗；在阴极滤布3出泥过程中，将阳极滤布7张紧，回转转动阳极滤布7，并由清洗设备对粘有污泥的阳极滤布7进行清洗；清洗结束后，关闭全部电源，整个方法结束。

在整个方法运行过程中，由废气处理单元19和引风机20持续工作，将电渗透脱水产生的废气处理并排出设备；清洗设备包括机械毛刷和高压气水喷射装置(未在图中示出)。

本实施例的主要技术构思如下：

基于电渗透脱水的反应机理和实验测试结果，从阴极脱除的水pH值大于13，而氢离子在阳极聚集，致使阳极端的污泥pH为1～2。在这样强酸性工作环境下，不仅导致阳极极板极易产生极化现象而失效，还会使阳极的电化学腐蚀十分严重，电极使用寿命极短。这是目前电渗透污泥脱水设备不能正常连续工作、不能进入实际应用的第一大难题。

针对电渗透脱水工艺中阳极板易产生极化现象和电化学腐蚀损坏的难题，本实施例采用阳极涂层技术、阴阳极双层滤布结构，并辅以序批式工作方式的三重解决方案。

第一，在阳极板表面烧结制作涂层是抗电化学腐蚀和极板极化的有效方法。本实施例设计的阳极是钛基涂层阳极，即DSA(Dimensional Stable Anode)阳极，因其不被腐蚀而导致改变尺寸，亦称为形稳阳极。本实施例阳极板基材选用纯度为99.9％的优质钛板，在钛板表面上涂覆烧结SnO₂-Sb₂O_x-La₂O₃作中间层和MnO₂作表面活性层的金属氧化物。电极极化是电解过程中氧与钛反应形成氧化钛而引起的，SnO₂-Sb₂O_x-La₂O₃复合涂层作中间层有利于阻挡表面新生氧向钛基扩散，从而降低钛基钝化的风险。同时，表面层MnO₂和SnO₂-Sb₂O_x-La₂O₃能形成很好的固溶体，使涂层密实，增加了涂层的机械强度及与钛基材的结合力，有利于延长涂层电极的使用寿命，避免其在工作过程中被极化、钝化和腐蚀失效。

第二，在阴阳极间分别安装滤布，待处理的污泥被夹持在双层滤布间，不与电极板直接接触，从而减少了阳极涂层破损的几率。

第三，现有的电渗透污泥脱水设备工作方式多为连续工作的，阴阳极同时相对运动。这一工作方式遇到的问题是污泥中混杂的坚硬微粒在运动中对阳极表面涂层的磨损严重，一旦涂层局部破损，将迅速导致极板电化学腐蚀损坏失效。本实施例采用序批式工作方式，即按时间顺序分段，每个时间段内设备完成特定的工作任务为一工序。工作特征是有序和间歇操作，周而复始，循环工作。在电渗透工作段，回转式阴极是静止的，阴极滤布上的待处理污泥也是静止的，仅是阳极板向下运动，对污泥施加电场和压力，实现脱水。这种工作方式下没有运动污泥对阳极表面涂层的磨损，延续了阳极寿命。

电渗透脱水设备运行的第二个难题和关键是如何降低能耗。设备最大能耗来源于电渗透工作时阴阳极二端施加的电场，所需的电场强度是与污泥电阻与极板导电性能相关的。实验研究表明，电渗透脱水工艺中随着工作时间的延续、污泥中水分的排出，污泥阻抗呈不断增大，导致能耗上升，脱水效率下降。进一步实验分析得知，污泥层阻抗形成的特点是阳极端污泥阻抗远高于阴极端，特别是工作后期紧贴阳极端的污泥中的电解液损失殆尽，形成一层密实的干污泥薄壳，该薄壳层的高电阻致使电耗剧增，脱水效果下降。

针对电渗透脱水工艺中降低能耗的难题，本实施例采取了三个针对性的措施，不仅实现大幅节能，同时提高了脱水效率。

第一个措施是提高阳极极板导电性能和降低析氧电位。电渗透的阳极反应是一个析氧反应，降低电极的析氧电位和提高极板的导电性能有利于节省电能消耗。本实施例钛基涂层阳极表面催化层烧结MnO₂，MnO₂不仅具有良好的导电性能，更是析氧反应的高活性催化剂，其析氧过电位低，这一措施可获得显著的节电效果。

第二个措施是在电渗透工作时序段嵌套序批式工作子程序，根据污泥阻抗递增的特点，极板间施加电场梯度和压强逐步增强。所述序批式工作：在S2中，阳极板从原位快速下移，到达污泥层，该时段极板间不施加电场；在S3中，阳板板移动减慢，持续缓速向下运动，对污泥施加压力，同时阳阴极间电场接通，对污泥施加的电场强度与工作压力随时间延续递增，直至预设最大值，以适应脱水过程中污泥阻抗递增的特性；在S4中，保持最大工作压力与电场强度，持续脱水；在S5中，脱水结束时，卸载电场与压力，阳极板向上运动复位；如此一来，在序批式工作过程中电场强度并不是持续保持最大值，而是有针对性的适时变化，可有效降低电能消耗。

第三个措施是在S4中，阳极端污泥形成具有高阻抗的薄壳层，加入碱性电导液浸渍污泥薄壳层，可缓释污泥结壳现象，以减小污泥电阻，这样在后续的持续脱水过程中不需要提高电压、增加电能消耗，有利于节能。

经实践验证，以上三项措施的综合效果，可将电能消耗降低1/3，节能效果显著。

除此之外，本实施例的设备结构设计创新主要有如下三项：

其一，本实施例阴极形式设计为链排式结构，间歇回转工作方式。阴极为若干个条状带孔不锈钢板，经电气与机械连接后形成的阴极链排。单片阴极条宽100mm，长度为1000～2000mm，开有直径Φ2～5mm的小孔，开孔率3～5％，电渗透脱除的水分从阴极孔流到下部接水盘排出。数百条阴极板组成的回转式阴极链排总长度6～12米，链排可实现回转式转动，其转动是间歇的、受控的。进泥布料时序段，链排匀速转动，位于上部的阴极链承接并均布污泥泵送来的待处理污泥。电渗透工作时序段，链排是静止的，与位于其上部的阳极板构成平行水平电场，对其间的污泥进行脱水操作。

其二，本实施例阳极组件为多层结构，组件由钛基涂层阳极板、中间绝缘板、上层绝缘板组成。阳极板开有Φ2～5mm的小孔，开孔率3～5％，中间绝缘板与阳极端接触面端开有扇形排气槽，电渗透工作时阳极端产生的气体经阳极板孔、中间绝缘板下端排气槽排出。中间绝缘板的孔槽分布：圆形主进水槽与支路水槽在中间绝缘板上端，落水孔分布在各支路水槽内，溶液经上层绝缘板的进水孔进入中间绝缘板上端的圆形主进水槽、支路水槽、滴水孔、阳极板的小孔进入污泥层。在电渗透反应后段，阳极端污泥产生高阻抗时，滴加碱性电导液，进入污泥薄壳层，以减小污泥电阻。由于电导液滴加量很少，且该溶液非细胞内水，易脱除，因此不会带来污泥中水分的增加。阳极组件连接液压传动件，控制极板上下动作，并对阴阳极间的污泥施加工作压力。设备阳极由5～10个组件并排连接构成。

其三，本实施例采用污泥泵输送与回转式阴极链排移动的双动协同自动步泥方式。污泥泵将待处理的污泥经输送管路送至扁平喇叭口状出口，出泥落到阴极滤布上，滤布在传动轮组驱动下平移，污泥均匀分布到阴极滤布上，协同工作，实现自动进泥布料。

本实施例污泥脱水设备可配置PLC控制系统，设备在PLC控制下全自动工作。每个时刻段工作时间可调整，电渗透段阴阳极板间对污泥施加的电压梯度、压强及污泥层厚度均可调整，以保证最佳工作条件和出泥含水率。

本实施例电渗透脱水设备是封闭的，设备上部备有出风口，出风口与废气处理装置、引风机连接，废气处理采用等离子体废气处理单元，高效处理工作过程中产生的废气。

本实施例的主要有益效果：

1.采用电渗透法对生物污泥生物絮体细胞破壁更为合理，所需能耗更低，与热干化法相比，节能显著。

2.深度脱水工作过程中，不添加任何药剂，对后续任一种污泥处置方式均无影响。

3.采用序批式工作方式，可方便地调节阴阳极间的电场强度、机械压力、持续时间等工作参数，利用电渗透工作优化，以适用不同性状的污泥脱水。

4.DSA阳极结构，其上涂覆烧结SnO₂-Sb₂O_x-La₂O₃作中间层和MnO₂作表面活性层的金属氧化物复合涂层，具有良好的导电性能和很强的耐电化学腐蚀性能，使用寿命长大大延长。

5.设备结构简单，操作方便，全自动工作，设备一次性投入低，运行成本低。

试验案例：

设备结构参数：回转式阴极链结构，宽1.1m，长6.5m，140组带孔长条型不锈钢条，电气连接，构成阴极链。阴极上方为5块钛基涂层阳极极板，极板开有一定数量小孔，极板表面涂覆烧结有SnO₂-Sb₂O_x-La₂O₃作中间层和MnO₂作表面活性层的金属氧化物复合涂层，单片阳极极板尺寸：1.0m×1.0m。5组液压传动单元与阳极板连接，控制阳极板的上下运动和调节在极板污泥间形成机械压力。

设备采用序批式工作方式。

首先设备进入启动程序：

第一步(T1时间段)，启动污泥泵与回转式阴极链排和阴极滤布，二者协同工作，污泥通过扁平喇叭口状的布料器吐落在回转的阴极滤布上端，阴极链和阴极滤布匀速平移，待处理的污泥均布在阴极表面滤布上，喇叭口宽度与极板等宽配合，保证布泥在极板工作区间。此处可采用位置传感器检测阴极链运动距离，控制加泥布料至阴极链排运动5米，关停污泥泵和回转式阴极链，完成进泥布料。布泥区域：5.0m×1.0m，布泥厚度20～30mm。

第二步(T2时间段)，阳极滤布松弛，工作分为3个子工作段。T21时刻段，阳极板在液压传动件控制下快速向下移动，控制阳极板运动至距离阴极链30mm距离处，接近污泥层。T22时刻段，阴阳极板间直流电源接通，阳极减速，以慢速向下运动，对极板滤布间的污泥施加电场和压力，进行电渗透脱水。随着污泥中水分脱除，污泥电阻逐步增大，这一时段，二极板间的电场强度和压强随时间同步增大，直至增至预设最大值，污泥生物絮体的细胞被破坏，胞内水被脱除，从阴极排出，被收集并送出设备外。T23时刻段，持续最大工作压强与电场强度，同时从阳极端滴加少量碱性电导液，电导液浸渍阳极端的污泥薄壳层，有效降低了污泥电阻，保证了电渗透脱水持续进行。阴阳极间的污泥被压缩脱水，泥层厚度降至10mm。

第三步(T3时间段)，关闭阴阳极间的电源，阳极在液压传动件控制下向上快速移动，离开阴极，停电泄压，阳极运动至初始位置点停止，设备启动程序完成。

紧接着，设备进入正常循环工作程序：

正常程序工作时，序批工作时段与启动程序相同，遵循：T1→T2(T21→T22→T23)→T3工作时序。不同的是，在T1时段阴极链排运动时，前端进泥，后端出泥，对出泥后的阴极滤布启动清洗；此时阳极滤布张紧并回转转动，阳极滤布清洗机构工作，直至进泥、出泥结束，阴阳极滤布清洗亦结束。机械毛刷在高压气水喷射下对滤布进行清洁冲洗。T2、T3时序段工作内容、工作时间相同。T1→T2→T3，周而复始，循环工作。

最后，当待处理污泥全部进入处理设备、并处理完毕后，设备进入结束工作程序：进入出泥操作，并清洗滤布，然后关闭所有电源，设备各部分复位，等待下一次启动工作。

废气处理单元与引风机始终保持工作。

各工作时序段：

工作时段	工作时间(分钟)
		T1	3
T21	1
		T22	6～8
T23	2～4
		T3	2

T22、T23的具体工作时间可根据污泥的特性与最终脱水要求设定。

T22时段，极板间的压强从0增加至25kPa，电场强度从0逐步增加至40V/cm。T23时段，压强持续保持25kPa。随着水分丢失，污泥层减薄，污泥阻抗增大，自动控制，调节电场强度保持40V/cm。

配套专用电源将380V交流电转化为电压电流可调的直流电源，供给阴阳极工作。PLC控制系统保证设备全自动工作。

本试验案例中，可将含水率80～85％的生化污泥脱水至含水率55～60％。

Claims (9)

1.一种序批式电渗透污泥深度脱水设备，包括密闭的框架，其特征是，所述框架内安置有阳极组件和阴极组件；所述阴极组件包括支撑于框架下部的传动轮组，所述传动轮组上套设有首尾相接呈环状的阴极滤布，所述阴极滤布内侧设有阴极板；所述阳极组件包括一组与阴极板相对的阳极板、支撑于框架上部的固定座，所述阳极板分别经传动件支撑于固定座上；所述阳极板背离传动件的一侧设有阳极滤布；所述阳极板与阴极板之间形成污泥处理空间；所述阳极板的材质为钛金属材料，所述阳极板表面设有表面活性层，所述表面活性层的材质为MnO₂材料。

2.根据权利要求1所述序批式电渗透污泥深度脱水设备，其特征是，所述阳极板朝向传动件的另一侧依次固连有中间绝缘板和外层绝缘板，所述外层绝缘板与传动件末端固连；所述阳极板具有透水孔，所述外层绝缘板具有进水孔，所述中间绝缘板具有布水孔槽和排气槽。

3.根据权利要求2所述序批式电渗透污泥深度脱水设备，其特征是，所述阳极板、中间绝缘板、外层绝缘板分别呈矩形；所述中间绝缘板的布水孔槽包括主进水槽、支路水槽以及落水孔；所述主进水槽、支路水槽分别具有槽底且位于中间绝缘板背离阳极板的一侧，所述落水孔位于支路水槽内且贯穿中间绝缘板；所述主进水槽呈圆环状，所述支路水槽有一组且呈长条状，所述支路水槽与主进水槽圆环的半径重合，所述支路水槽的一端位于主进水槽圆环内、另一端位于主进水槽圆环外；所述支路水槽分布成以主进水槽圆环圆心为中心的中心对称图形，所述支路水槽分别与主进水槽相连通，所述支路水槽相互之间不直接连通。

4.根据权利要求1所述序批式电渗透污泥深度脱水设备，其特征是，还包括滤布回转轮组和张紧轮；所述阳极滤布首尾相接呈环状，所述阳极滤布套设于滤布回转轮组上，所述张紧轮与阳极滤布相接触，所述张紧轮具有向靠近阳极滤布的方向运动使阳极滤布张紧的第一状态，以及向远离阳极滤布的方向运动使阳极滤布松弛的第二状态。

5.根据权利要求1至4任一项所述序批式电渗透污泥深度脱水设备，其特征是，还包括污泥布料组件；所述污泥布料组件包括具有进泥口和出泥口的污泥泵、管道和污泥布料器；所述污泥泵的出泥口与管道一端连通，所述管道另一端与污泥布料器连通，所述污泥布料器位于阴极滤布的上方；所述污泥布料器具有呈扁平喇叭状的开口，所述污泥布料器的开口宽度小于或等于阴极滤布的宽度。

6.根据权利要求1至4任一项所述序批式电渗透污泥深度脱水设备，其特征是，所述阴极板有一组，所述阴极板呈条状，所述阴极板经电气连接和机械连接后构成套设于传动轮组的阴极链排，所述阴极链排位于阴极滤布与传动轮组之间；所述阴极板具有透水孔。

7.根据权利要求1至4任一项所述序批式电渗透污泥深度脱水设备，其特征是，还包括废气处理单元和引风机；所述废气处理单元具有进气口和出气口，所述进气口与框架内部连通，所述出气口经引风机通向外界。

8.根据权利要求1至4任一项所述序批式电渗透污泥深度脱水设备，其特征是，所述阳极板、阴极板分别与直流电源电连接。

9.根据权利要求1至4任一项所述序批式电渗透污泥深度脱水设备，其特征是，所述阳极板表面和表面活性层之间还设有中间层，所述中间层的材质为SnO₂-Sb₂O_x-La₂O₃复合材料。