CN108423951A

CN108423951A - 一种微电解促进污泥自由基调理-压力垂直电场脱水的方法及装置

Info

Publication number: CN108423951A
Application number: CN201810246843.8A
Authority: CN
Inventors: 王毅力; 樊晓阳
Original assignee: Beijing Forestry University
Current assignee: Beijing Forestry University
Priority date: 2018-03-23
Filing date: 2018-03-23
Publication date: 2018-08-21

Abstract

本发明公开了一种污泥微电解促进污泥自由基调理‑压力垂直电场脱水的方法及装置，该方法的主要步骤如下：对污泥进行搅拌并施加直流电场，投加铁粉和调理剂进行调理；使污泥进入压力‑垂直电场脱水装置进行脱水。该方法通过电场强化铁粉感应电极的微电解过程，促进Fe²⁺的产生，实现过硫酸盐的活化，生成硫酸根自由基和高价铁离子，对污泥进行电解‑氧化‑絮凝协同调理，发挥污泥结构破解、束缚水分释放和絮体重构作用，增强调理污泥在压力‑垂直电场下的脱水效果。本发明脱水效率高，可使污泥的含水率降至50％以下，有效地降低了污泥的含水率；此外，还具有反应时间短，操作简单，适用范围广等优点。

Description

一种微电解促进污泥自由基调理-压力垂直电场脱水的方法及装置

技术领域

一种污泥微电场调理-压力垂直电场脱水的方法及装置，属于污泥处理处置领域。

背景技术

在我国，随着社会、经济和城镇化的快速发展，废水的排放总量和处理总量在逐年增加，导致大量污泥产生，如得不到妥善处理会给环境造成新的污染，这是人们亟需面对和解决的问题。2015年我国颁布的《水污染防治行动计划》针对污泥特别提出需要推进污泥处理处置，污水处理设施产生的污泥应进行减量化、稳定化、无害化和资源化处理处置，污泥的减量化是其进行后续处理的前提，而在减量化过程中，污泥脱水是一种主要的途径。

污泥的脱水性能与其污泥絮体的成分、特征、微观结构和性质有关，如污泥颗粒的粒径分布、表面电荷与胞外聚合物的数量等，都影响污泥的脱水性能。为了达到降低污泥含水率和提高污泥脱水性能的目的，污泥调理是其中重要的一个部分。剩余污泥的调理依据其调理机制可将其分为物理法，化学法，生物法。

(1)物理法主要采用外加能量或应力的方法来改变污泥絮体的性状，通过破坏污泥絮体和微生物细胞的结构，释放被束缚的内部水、表面水和间隙水提升污泥的脱水性能，降低机械脱水后泥饼的含水率。

(2)化学法指通过向污泥中加入适当的化学药剂，通过中和污泥絮体表面电荷等方式降低污泥絮体间的斥力，压缩双电层从而提升污泥絮体的团聚、沉降作用。同时，大分子无机物的加入可以起到给污泥絮体架桥连接作用，降低污泥絮体的比表面积，减少了表面水的含量，从而提升污泥的脱水性能。

(3)生物法指在污泥中加入特定的活性物质，它可以水解EPS与污泥中的微生物，释放原本被束缚的水分，改善污泥的脱水性能，通常生物法耗时较长。

在以上方法中，化学法由于反应快、操作简单、效果好等优点，在污泥调理中应用比较广泛。其中，电化学方法可以通过电中和及桥接作用去除污泥絮体中的部分结合水，提高污泥的脱水性能，但是，在降解EPS和破坏细胞结构方面能力有限。而自由基能够有效的降解EPS，释放部分表面结合水及污泥细胞内部水。

现有的污泥脱水方法大致可分为自然干燥、热干化、机械脱水和电脱水四类。自然干燥法方法简单，但占地面积大，处理周期长，卫生条件差，并且受气候因素影响。热干化能脱除污泥内部难以去除的表面水和水合态水，可以使污泥最大化减量，但工艺设备复杂，操作要求及能耗高。机械脱水如压缩过滤、重力沉降、离心作用等可有效去除污泥的自由水，但间隙水、表面水、水合态水却难以去除。在脱水过程中，随着自由水的脱除，颗粒会堆积在过滤介质上导致介质的堵塞，影响脱水的进一步进行；机械压力的施加，也会对过滤介质造成破坏。电脱水是利用外加电场增强污泥脱水性能的方法，水的脱除发生在每一个絮凝体颗粒的内、外表面，间隙水和自由水同时被脱除，颗粒密度均匀地增大。电脱水与机械脱水相结合即压力-电场复合脱水技术，能把单用机械脱水法不能脱除的部分水分去除，进一步提高脱水效率。污泥电脱水技术具有脱水效果好、操作稳定、运行及设备成本低等优势，为污水处理厂污泥的处理处置提供了一个安全、经济的实施方案，也为污泥的减量化、无害化处理及资源化应用提供了一个广阔的市场。

公开号为CN205295104U的中国专利申请公开了一种污泥调理机用脉冲高电压发生器。此专利用+500V的直流电源给Marx发生器中的电容充电，在Marx发生器的输出端可以得到+800V的脉冲。Marx发生器产生的脉冲经过脉冲变压器升压后被加到电极棒上。管壁与脉冲变压器的公共端相连，这样就在电极和管壁之间得到稍不均匀电场，用于污泥处理，有利于提高污泥细胞的破壁率。但是，此方法电压较高，能源消耗较大，且较为危险。

公开号为CN107200450A的中国专利申请公开了一种提高污泥脱水性的氧化调理装置及污泥调理方法。此专利利用反应器内部的零价铁部件对调理剂的催化作用，产生自由基，对污泥进行氧化，从而在一个反应***中提高污泥的脱水性能。但是，在使用此方法调理污泥之前，需要对污泥进行酸化处理，不利于污泥的后续处理，且易对设备造成腐蚀。

公开号为CN106242211A的中国专利申请公开了一种污泥调理-水平交流电场脱水的方法及装置。此专利在调理脱水一体化装置中完成，通过交流电场破解和自由基氧化的协同作用，使污泥发生均质破解，分解胞外有机物，部分结合水转化为自由水，然后在水平交流电场的电渗作用下，自由水和部分结合水得以均匀脱除。但是，水平电场脱水技术在一定程度上能脱除一部分束缚水，但是其效果不佳，且脱水效率有限。

因此，本发明旨在针对现有技术存在的问题提供一种操作简单、反应时间短、经济成本低、脱水效果好的脱水方法及装置。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术存在的问题提供一种污泥调理脱水的方法及装置，通过电场强化铁粉感应电极的微电解过程，促进Fe²⁺的产生，实现过硫酸盐的活化，生成硫酸根自由基和高价铁离子，对污泥进行电解-氧化-絮凝协同调理，发挥污泥结构破解、束缚水分释放和絮体重构作用，增强调理污泥在压力-垂直电场下的脱水效果。该方法可以降低污泥的含水率，大大减小污泥的体积，便于污泥的减量化和稳定化，且操作简单、反应时间短、经济成本低、适用范围广。

该污泥调理脱水装置包括调理池、脱水池、电源、机械搅拌器、加压装置、污泥输送泵及阀门。

为了达到上述目的，本发明通过以下方案来实现：

(1)将污泥输入至调理池，打开调理池的直流电源并调节电压，同时投加一定量的调理剂，并使用机械搅拌器进行搅拌，转速设置为200～800r/min；

(2)将经过步骤(1)调理后的污泥进行重力沉降，排出上清液，之后输入到脱水池；

(3)打开脱水池的加压装置和直流电源，调节压力和电压，对污泥进行脱水。

其中，调理脱水装置如图1所示。

尤其是，步骤中所述的待调理脱水污泥为城市污水处理厂的剩余活性污泥、消化污泥中的一种或其混合污泥，含水率为97.00～99.99％，优选为97.00～98.00％，污泥负荷控制在2.0～6.0kg·m^-2之间，优选为3.0～5.0kg·m^-2。

其中，机械搅拌转速设定为为200～800r/min，优选为200～400r/min，搅拌时间为10～30min，优选为10～20min。

特别是，步骤中所述的调理剂为铁粉和调理剂，铁粉尺寸处于微米或纳米范围，优选为400nm～100μm，投加量为0.35～3.5g/g VSS，优选为0.5～2.5g/g VSS；调理剂为过氧化氢、过硫酸盐或者过硫酸氢盐，投加量为0.4～4.0g/g VSS，优选为0.6～3.0g/g VSS，调理时电压设置范围为20～60V，优选为30～50V。

尤其是，压力-垂直电场脱水的机械加压压力设定为10～1000kPa，优选为100～700kPa，电源电压设定为10～100V，优选为30～60V。

特别是，污泥水平电场脱水时间设置在0.5～5h，优选为2～3h。

本发明的污泥脱水方法及装置具有如下优点：

1、本发明的污泥脱水方法结合了污泥预处理和压力-垂直电场联合脱水，充分发挥了两者的优势。首先，电场调理可以通过电中和及桥接作用，降低污泥的Zeta电位，污泥絮体增大，同时可以去除污泥絮体中的部分结合水，提高污泥的脱水性能。其次，通过电场强化铁粉感应电极的微电解过程，促进Fe²⁺的产生，实现过硫酸盐的活化，生成硫酸根自由基和高价铁离子，对污泥进行电解-氧化-絮凝协同调理，发挥污泥结构破解、束缚水分释放和絮体重构作用，提高污泥的脱水性能。另外，调理剂的投加可以增加污泥的电导率，能强化电场调理的效果，以及在电场脱水时，加快污泥脱水速率，提高污泥脱水效率。在施加垂直压力的条件下，能大大加快脱水速率，提高脱水效果。

2、本发明的污泥脱水方法主要包括污泥预处理和压力-垂直电场脱水两个部分，进行一次完整的过程所需时间短，而且操作方便，时间及人力成本低。

3、本发明的污泥预处理部分所用材料价格低廉，性质稳定，方便储存。此外，铁粉在经过脱水后，还可对其进行回收重复利用，降低了药剂成本。

4、本发明的污泥预处理部分所用药剂为固体药剂，投加时直接投入固体粉末即可，无需配成溶液，简单方便。

5、本发明的污泥脱水部分所用反应器如附图所示，结构简单，操作方便，可长期使用且维护成本低。

6、本发明的污泥脱水方法效果好，污泥最终含水率下降至50％以下，污泥体积大大减小，很大程度上降低了交通运输的难度以及存放的占地面积。

7、本发明的脱水方法装置结构紧凑、占地面积小、运行成本低、操作简便，缩短了污泥脱水时间，提高了污泥脱水效率。并且清洁、安全、高效，药剂可回收，使一种绿色环保的污泥脱水方法。

附图说明

图1是本发明调理脱水装置示意图。

图1附图标记说明：①电源、②污泥输送泵、③阀门、④电极、⑤调理池、⑥脱水池、⑦机械搅拌器、⑧滤布、⑨加压装置

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明：

实施实例1：

待脱水污泥采集于某市的污水处理厂，该污水处理厂采用传统活性污泥法工艺对市政污水进行处理。活性污泥采集点位于二沉池至曝气池回流路段上某处。污泥浓度(MLSS)达到20.4g/L，含水率为97.63％，pH值为6.84。

1)将活性污泥置于调理池中；

2)打开机械搅拌器，对污泥进行搅拌，搅拌强度为200r/min，打开直流电源，将电压有效值设定为30V，同时向污泥中投加0.8g/g VSS的铁粉和0.8g/g VSS的调理剂，然后持续搅拌20min；

3)关闭直流电源，将调理后的污泥进行重力沉降，然后排出上清液；

4)将浓缩后污泥置于脱水池中；

5)打开直流电源，将脱水电压有效值设定为40V，打开压力控制装置，设定压力有效值为200kPa，控制脱水时间为2h。收集反应结束后脱水池中污泥，用重量法测定其含水率。

测定结果如表1所示。

实施实例2：

待脱水污泥采集于某市的污水处理厂，该污水处理厂采用传统活性污泥法工艺对市政污水进行处理。活性污泥采集点位于二沉池至曝气池回流路段上某处。污泥浓度(MLSS)达到20.6g/L，含水率为97.58％，pH值为6.67。

1)将活性污泥置于调理池中；

2)打开机械搅拌器，对污泥进行搅拌，搅拌强度为400r/min，打开直流电源，将电压有效值设定为50V，同时向污泥中投加0.8g/g VSS的铁粉和0.8g/g VSS的调理剂，然后持续搅拌10min；

4)将浓缩后污泥置于脱水池中；

5)打开直流电源，将脱水电压有效值设定为40V，打开压力控制装置，设定压力有效值为400kPa，控制脱水时间为3h。收集反应结束后脱水池中污泥，用重量法测定其含水率。

测定结果如表1所示。

实施实例3：

待脱水污泥采集于某市的污水处理厂，该污水处理厂采用传统活性污泥法工艺对市政污水进行处理。活性污泥采集点位于二沉池至曝气池回流路段上某处。污泥浓度(MLSS)达到20.0g/L，含水率为97.97％，pH值为6.87。

1)将活性污泥置于调理池中；

2)打开机械搅拌器，对污泥进行搅拌，搅拌强度为300r/min，打开直流电源，将电压有效值设定为40V，同时向污泥中投加0.8g/g VSS的铁粉和0.8g/g VSS的调理剂，然后持续搅拌10min；

4)将浓缩后污泥置于脱水池中；

5)打开直流电源，将脱水电压有效值设定为50V，打开压力控制装置，设定压力有效值为400kPa，控制脱水时间为2h。收集反应结束后脱水池中污泥，用重量法测定其含水率。

测定结果如表1所示。

实施实例4：

待脱水污泥采集于某市的污水处理厂，该污水处理厂采用传统活性污泥法工艺对市政污水进行处理，并对活性污泥进行消化。消化污泥采集点位于消化池出口处。污泥浓度(MLSS)达到43.1g/L，含水率为95.46％，pH值为6.28。

1)将活性污泥置于调理池中；

2)打开机械搅拌器，对污泥进行搅拌，搅拌强度为200r/min，打开直流电源，将电压有效值设定为30V，同时向污泥中投加2.5g/g VSS的铁粉和2.5g/g VSS的调理剂，然后持续搅拌20min；

4)将浓缩后污泥置于脱水池中；

5)打开直流电源，将脱水电压有效值设定为40V，打开压力控制装置，设定压力有效值为400kPa，控制脱水时间为2h。收集反应结束后脱水池中污泥，用重量法测定其含水率。

测定结果如表1所示。

实施实例5：

待脱水污泥采集于某市的污水处理厂，该污水处理厂采用传统活性污泥法工艺对市政污水进行处理。活性污泥采集点位于二沉池至曝气池回流路段上某处。污泥浓度(MLSS)达到20.0g/L，含水率为97.95％，pH值为6.85。

1)将活性污泥置于调理池中；

2)打开机械搅拌器，对污泥进行搅拌，搅拌强度为300r/min，打开直流电源，将电压有效值设定为50V，同时向污泥中投加2.5g/g VSS的铁粉和2.5g/g VSS的调理剂，然后持续搅拌10min；

4)将浓缩后污泥置于脱水池中；

测定结果如表1所示。

实施实例6：

待脱水污泥采集于某市的污水处理厂，该污水处理厂采用传统活性污泥法工艺对市政污水进行处理。活性污泥采集点位于二沉池至曝气池回流路段上某处。污泥浓度(MLSS)达到21.0g/L，含水率为97.21％，pH值为6.58。

1)将活性污泥置于调理池中；

2)打开机械搅拌器，对污泥进行搅拌，搅拌强度为400r/min，打开直流电源，将电压有效值设定为40V，同时向污泥中投加2.5g/g VSS的铁粉和2.5g/g VSS的调理剂，然后持续搅拌20min；

4)将浓缩后污泥置于脱水池中；

5)打开直流电源，将脱水电压有效值设定为30V，打开压力控制装置，设定压力有效值为600kPa，控制脱水时间为3h。收集反应结束后脱水池中污泥，用重量法测定其含水率。

测定结果如表1所示。

对照实例1：

除脱水时间设置为3h，其余与实施实例1相同。

对照实例2：

除脱水电压有效值设置为50V，其余与实施实例2相同。

对照实例3：

除调理过程电压有效值设置为50V，其余与实施实例3相同。

对照实例4：

除脱水电压有效值设置为50V，其余与实施实例4相同。

对照实例5：

除脱水时间设置为3h，其余与实施实例5相同。

对照实例6：

除调理过程电压有效值设置为50V，其余与实施实例6相同。

表1本发明污泥脱水效果

检测结果表明：

1、对污泥进行电解-氧化-絮凝协同调理，发挥污泥结构破解、束缚水分释放和絮体重构作用，增强了调理污泥在压力-垂直电场下的脱水效果。

2、增大调理污泥过程中的电压，提高了污泥脱水性能，对污泥脱水有利。

3、预处理过程中调理剂的投加量增加，脱水效果提高。

4、延长电场脱水时间对降低污泥含水率有利。

5、增大脱水电压对污泥脱水效果有利。

6、调理过程中搅拌强度对脱水效果有影响。

7、压力对污泥脱水效果起很大推动作用，且不同压力产生效果不尽相同。

Claims

1.一种污泥微电解促进污泥自由基调理-压力垂直电场脱水的方法及装置，其特征在于通过电场强化铁粉感应电极的微电解过程，促进Fe²⁺的产生，实现过硫酸盐的活化，生成硫酸根自由基和高价铁离子，对污泥进行电解-氧化-絮凝协同调理，发挥污泥结构破解、束缚水分释放和絮体重构作用，增强调理污泥在压力-垂直电场下的脱水效果。

2.如权利要求1所述的方法及装置，其特征在于污泥采用城市污水处理厂的剩余活性污泥、消化污泥中的一种或其混合污泥，含水率为97.00～99.99％，污泥浓度为18～25g/L。

3.如权利要求1所述的方法及装置，其特征在于调理过程中调理剂为铁粉和调理剂，铁粉采用微米或纳米级，投加量为0.35～3.5g/g VSS；所述调理剂为过氧化氢、过硫酸盐或者过硫酸氢盐，投加量为0.4～4.0g/g VSS。

4.如权利要求1所述的方法及装置，其特征在于调理过程使用直流电源进行微电解，电压为20～60V。

5.如权利要求1所述的方法及装置，其特征在于脱水过程采用压力垂直电场脱水，机械加压压力设定为10～1000kPa，电源电压设定为10～100V，脱水时间为0.5～5h。

6.一种污泥微电解促进污泥自由基调理-压力垂直电场脱水的方法及装置，其特征在于包括调理池⑤、脱水池⑥、电源①、机械搅拌器⑦、加压装置⑨、污泥输送泵②及阀门③；

装置中电极④在调理池⑤左右两侧和脱水池⑥上下两侧，搅拌桨设置在调理池中央，滤出液由脱水池底部排出。

7.如权利要求6所述的方法及装置，其特征在于包括如下步骤：

8.如权利要求6所述的调理-脱水装置，其特征在于可用磁铁对调理后的铁粉进行回收，该磁铁可选用永久磁铁或电磁铁。

9.如权利要求6所述的调理-脱水装置，其特征在于脱水后的污泥含水率可达20～50％。