污水污泥氧化電滲透機械壓濾協(xié)同脫水方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種污水污泥氧化電滲透機械壓濾協(xié)同脫水方法，初級重力脫水階段：高含水率的污水污泥進入螺旋脫水裝置的前端，實現(xiàn)重力脫水；螺旋脫水階段：在螺旋葉片推動下，不斷去除水分；氧化階段：經(jīng)步驟處理后的污水污泥從螺旋脫水裝置中輸出，進入氧化筒體，在氧化筒體中通入臭氧，所述的污水污泥與臭氧混合反應(yīng)；電滲透機械壓濾耦合脫水階段：經(jīng)步驟處理后的污水污泥從氧化筒體中輸出，進入到電滲透筒體進行電滲透脫水，并施加陽極板與陰極板之間的壓力，使得電滲透出的水分從電滲透筒體中流出。本發(fā)明可直接處理高含水率污泥，多種方式協(xié)同的脫水方式大大降低了脫水的能耗，經(jīng)本發(fā)明處理后的污泥含水率低。
【專利說明】
污水污泥氧化電滲透機械壓濾協(xié)同脫水方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及污水污泥處理領(lǐng)域，具體地說是一種污水污泥氧化電滲透機械壓濾協(xié) 同脫水方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 污泥高含水率是制約著污泥處理處置的瓶頸，含水率高的污泥不僅體積龐大，而 且所含的大量有機質(zhì)、重金屬和有害微生物也容易腐化或釋放到環(huán)境中，引起二次污染，對 于污泥后續(xù)的填埋、焚燒、資源化利用等都造成不利的影響。因此，污泥深度脫水減量化是 污泥處理首要目的，減量化是實現(xiàn)污泥其它"三化"的基礎(chǔ)，污泥越干，后續(xù)處理處置越有 利。
[0003] 污泥中含有4種形態(tài)水分，即自由水、吸附水、毛細水和內(nèi)部水。吸附水、毛細水和 內(nèi)部水雖然只占污泥水分的小部分，但其總含量還是遠超干污泥的質(zhì)量，采用常規(guī)方法不 易除去，污泥含水率難以進一步降低。污泥特殊的絮體結(jié)構(gòu)是影響污泥深度脫水的主要因 素，它主要由高度水合的胞外聚合物(EPS)包裹吸附水中的懸浮顆粒而形成，具有特殊的雙 電層結(jié)構(gòu)，導致污泥沉降性能和脫水性能很差。要實現(xiàn)污泥的深度脫水，必須首先破壞污泥 的特殊絮體結(jié)構(gòu)，釋放被束縛的水分，減弱污泥表面親水性。在高壓分解污泥、熱處理、超聲 氧化和臭氧氧化分解細胞等方法中，臭氧氧化是效能最高的方法。這是因為臭氧的氧化電 位很高，是一種強氧化劑，在水中分解能產(chǎn)生另一種更強氧化劑-羥基自由基0H-，可以破 壞污泥絮狀結(jié)構(gòu)，使微生物細胞破裂釋放出胞內(nèi)物質(zhì)達到污泥減量及易于脫水的目的。此 外，臭氧氧化分解后生成氧氣，不會對環(huán)境造成危害。因此臭氧成為一種高效無二次污染的 高級水處理劑。
[0004] 臭氧氧化能有效的對污泥進行破壁，釋放出內(nèi)部水，但是處理后污泥顆粒變小、電 位降低以及黏度增加。所以，采用單一臭氧氧化處理后再進行電滲透脫水效果不理想，需要 采用一種綜合氧化技術(shù)即能實現(xiàn)污泥破壁又使得污泥電位增加及顆粒粒徑增大。
[0005] 電滲透脫水技術(shù)正是利用污泥存在的一種特殊雙電層結(jié)構(gòu)而實現(xiàn)脫水。污泥污泥 顆粒帶負電，而水分子帶正電，在電場力作用下，帶負電的污泥顆粒往陽極板運動，而帶正 電水分子往陰極板運動。作為一種新型、綠色、高效的固液分離技術(shù)，電滲透脫水技術(shù)由于 具有良好的脫水性能、靈活性高、無污染、可控性強等優(yōu)點，近年來受到廣泛關(guān)注，越來越多 的研究人員將其應(yīng)用于污泥脫水當中，以期達到對污泥進行深度脫水的目的。
[0006] 與現(xiàn)有污泥深度脫水技術(shù)(熱干化、化學調(diào)理+高壓壓榨方法等)相比，電滲透脫水 技術(shù)具有一系列獨特的優(yōu)點，具體表現(xiàn)為：良好的脫水效果，電滲透脫水過程中，在電化學 反應(yīng)作用下，污泥細胞受電刺激，電解水定向強力移動產(chǎn)生布朗運動，細胞內(nèi)的溫度升高、 壓力增大，使得細胞膜破裂，部分膜內(nèi)水流出，電滲透脫水可除去傳統(tǒng)機械脫水所不能夠脫 除的部分水分，經(jīng)過電滲透脫水，污泥的含水率可降低至60%以下；與熱干化相比具有一定 的節(jié)能優(yōu)勢，降低了污泥深度處理干化的費用；只是對污泥減量化脫水，不改變污泥的性 質(zhì)、成分，不增加新的物質(zhì)，對后續(xù)的任一種污泥處置方式無影響;處理過程清潔，無二次污 染。
[0007] 如果將含水率很高的污泥直接進入電滲透，需要脫除大量的水分，將大幅度提高 電滲透的能耗，必須在電滲透脫水之前，采用機械脫水的方法對污泥進行初步脫水，使得污 泥含水率達到一定的程度后再進入電滲透脫水，達到最佳的節(jié)能效果。
[0008] 然而，電滲透脫水技術(shù)作為一門新興的污泥脫水技術(shù)，目前還存在著以下主要問 題：（1)脫水后污泥最終含水率仍有50%_60%，很難突破50%，難以形成污泥電滲透高干度脫 水技術(shù)；（2)電滲透過程中，陽極附近污泥的含水率快速降低，而且電化學反應(yīng)氣體的產(chǎn)生 及污泥泥餅中出現(xiàn)裂縫，污泥泥餅與電極板之間的接觸面積減小，導致污泥電阻增大，電流 下降，脫水效果變差；（3)脫水過程中，電場產(chǎn)生電流會有電能轉(zhuǎn)換成熱能，使污泥溫度升 高，實際上存在著能耗偏大問題；（4)泥餅在厚度方向上的含水率分布不均，陽極層污泥含 水率較低，水分子積聚在陰極層而導致陰極板附近污泥含水率較高。
[0009] 當前也有采用交變電場降低污泥干化對脫水效果的影響，以部分解決上述技術(shù)問 題。交變電場就是電滲透一定時間后，電極反接，相反電流流過物料層，可降低物料層內(nèi)的 電阻和減輕電極的電化學反應(yīng)，同時促使水分回流解決當前陽極層污泥干化問題。通過對 豆腐渣實驗發(fā)現(xiàn)，采用電極反接比連續(xù)工作，電滲透流量可提高40%以上。用白色粘土進行 交流實驗，交流比直流最終脫水量增加，但頻率較高時，脫水效率反而降低，采用交變電場 能耗較高，而且頻率較難控制?？梢?，采用交變電場無法從根本上解決上述電滲透脫水技術(shù) 存在的技術(shù)問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010] 有鑒于此，本發(fā)明針對上述現(xiàn)有技術(shù)存在的電滲透過程中陽極層污泥快速干化， 電阻迅速增加、電流迅速降低，同時電化學過程產(chǎn)生的氣體阻礙電流等導致脫水效果差、能 耗高、含水率不均等問題，提出一種可直接處理高含水率污泥、能耗低、脫水后含水率低的 污水污泥氧化電滲透機械壓濾協(xié)同脫水方法。
[0011] 本發(fā)明的技術(shù)解決方案是，提供一種以下步驟的污水污泥氧化電滲透機械壓濾協(xié) 同脫水方法，包括以下步驟： ①初級重力脫水階段:高含水率的污水污泥進入螺旋脫水裝置的前端，在污水污泥的 重力作用下，實現(xiàn)重力脫水； 〈盈螺旋脫水階段:在螺旋葉片推動下，螺旋脫水裝置中的污水污泥往前推進，不斷去 除水分，同時污泥體積減小； _氧化階段:經(jīng)步驟_處理后的污水污泥從螺旋脫水裝置中輸出，進入氧化筒體，在 氧化筒體中通入臭氧，所述的污水污泥與臭氧混合反應(yīng)，污水污泥中的內(nèi)部水被釋放出成 為自由水，以利于進一步脫水； €)電滲透機械壓濾耦合脫水階段:經(jīng)步驟_處理后的污水污泥從氧化筒體中輸出，進 入到電滲透筒體進行電滲透脫水，在電場力作用下，污泥顆粒向陽極板運動，水分子向陰極 板運動，并施加陽極板與陰極板之間的壓力，使得電滲透出的水分從電滲透筒體中流出。
[0012] 采用以上步驟，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點：通過前三個階段的重力脫 水、螺旋脫水和氧化階段，將污泥內(nèi)部水分釋放出轉(zhuǎn)化為自由水，為后續(xù)高干度脫水做準 備;然后再進入電滲透脫水階段，通過采用機械壓濾與電滲透相結(jié)合，增大電極板與污泥接 觸緊密度，使電阻減小，電流增大，以提升脫水效果;本發(fā)明可直接處理高含水率污泥，多種 方式協(xié)同的脫水方式大大降低了脫水的能耗，經(jīng)本發(fā)明處理后的污泥含水率低。
[0013] 作為改進，所述的脫水方法還包括:?超高壓機械壓濾脫水階段:經(jīng)步驟@處理 后，陽極板的污泥含水率低，污泥干化，電阻急劇增加，電流減小，導致電滲透脫水效果變 差，則停止電滲透脫水，通過采用超高壓脫水，加大陽極板和陰極板之間的壓力，實現(xiàn)超高 壓機械壓濾脫水，使得兩極板間含水率均勻，進一步降低了污泥的含水率。
[0014] 作為改進，步驟^^中，機械壓濾所施加在陽極板與陰極板之間的壓力，由液壓系統(tǒng) 提供，所述液壓系統(tǒng)在步驟④對陽極板施加的壓力為0.05-0.5MPa。在脫水進行當中，由于 污水量減少，所以需要適當增加壓力，以保持電極板與污泥緊密接觸，降低污泥電阻以提高 電流。
[0015] 作為改進，所述的脫水方法采用交替變壓式脫水模式，完成步驟@后，兩極板間含 水率變得均勻，此時再次依序進入步驟④和這)，如此往復循環(huán)直至達到預期污泥含水率要 求。由于采用了交替變壓式脫水模式，步驟⑤使得陽極板污泥被重新補水，由開始的干污泥 變?yōu)闈裎勰啵挚芍匦禄謴偷诫姖B透和機械壓濾耦合脫水階段。
[0016] 作為改進，所述超高壓機械壓濾脫水的壓力也由液壓系統(tǒng)提供，其壓力為3-5MPa， 通過高低壓調(diào)節(jié)裝置實現(xiàn)液壓系統(tǒng)由低壓往高壓的切換。
[0017]作為改進，在陰極板下方設(shè)置海綿體，以吸收陰極板上積聚的水分，并通過輸送擠 壓裝置將海綿體輸送出，在輸送過程中對其進行擠壓，在此過程中，輸送擠壓裝置將另一海 綿體置于陰極板下方。通過這種方式，可以加速陰極板水分的流出，并通過自動化機構(gòu)進行 更換和擠壓，并循環(huán)使用。
[0018] 作為改進，在步驟和1中，在螺旋脫水裝置中加入誘導劑及復配型絮凝劑，臭氧 氣體通過氣體管道進入螺旋脫水裝置的螺旋軸的中空部分，進入到螺旋筒體內(nèi)，在螺旋葉 片及螺旋軸攪拌下，臭氧、誘導劑、復配型絮凝劑與污水污泥充分進行接觸，在誘導劑作用 下，臭氧對污泥進行氧化，破壞污泥的絮體結(jié)構(gòu)，釋放出內(nèi)部水，成為易于脫除的自由水。通 過添加藥劑的方式，能夠促進內(nèi)部水的析出。
[0019] 作為改進，所述的步驟馨的螺旋脫水階段，所述的螺旋軸為變徑設(shè)置，由前往后其 軸徑變大，所述的螺旋葉片為變螺距設(shè)置，由前往后其變螺距變大，螺旋葉片與螺旋筒體的 空間減小對污泥進行擠壓。
[0020] 作為改進，在螺旋軸的末端附近設(shè)置有背板，所述的背板通過彈簧安裝在螺旋筒 體的出口處。通過背板的壓力提高螺旋脫水的效果。
【附圖說明】
[0021] 圖1為本發(fā)明污水污泥氧化電滲透機械壓濾協(xié)同脫水方法的流程框圖。
【具體實施方式】
[0022]下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明作進一步說明。
[0023]本發(fā)明涵蓋任何在本發(fā)明的精髓和范圍上做的替代、修改、等效方法以及方案。為 了使公眾對本發(fā)明有徹底的了解，在以下本發(fā)明優(yōu)選實施例中詳細說明了具體的細節(jié)，而 對本領(lǐng)域技術(shù)人員來說沒有這些細節(jié)的描述也可以完全理解本發(fā)明。此外，本發(fā)明之附圖 中為了示意的需要，并沒有完全精確地按照實際比例繪制，在此予以說明。
[0024] 如圖1所示，本發(fā)明的一種污水污泥氧化電滲透機械壓濾協(xié)同脫水方法，包括以下 步驟： ①初級重力脫水階段:高含水率的污水污泥進入螺旋脫水裝置的前端，在污水污泥的 重力作用下，實現(xiàn)重力脫水； (I)螺旋脫水階段:在螺旋葉片推動下，螺旋脫水裝置中的污水污泥往前推進，不斷去 除水分，同時污泥體積減小； ③ 氧化階段:經(jīng)步驟@處理后的污水污泥從螺旋脫水裝置中輸出，進入氧化筒體，在 氧化筒體中通入臭氧，所述的污水污泥與臭氧混合反應(yīng)，污水污泥中的內(nèi)部水被釋放出成 為自由水，以利于進一步脫水； ④ :電滲透機械壓濾耦合脫水階段:經(jīng)步驟?處理后的污水污泥從氧化筒體中輸出，進 入到電滲透筒體進行電滲透脫水，在電場力作用下，污泥顆粒向陽極板運動，水分子向陰極 板運動，并施加陽極板與陰極板之間的壓力，使得電滲透出的水分從電滲透筒體中流出。
[0025] 所述的脫水方法還包括超高壓機械壓濾脫水階段:經(jīng)步驟@處理后，陽極板的 污泥含水率低，污泥干化，則停止電滲透脫水，并加大陽極板和陰極板之間的壓力，實現(xiàn)超 高壓機械壓濾脫水，使得兩極板間含水率均勻。經(jīng)過一段時間的機械壓濾電滲透耦合脫水 后，陽極板污泥含水率非常低，電阻急劇增加，電流減小，導致電滲透脫水效果變差，通過采 用超高壓脫水，進一步降低了污泥的含水率。本實施例中，涉及"含水率均勻"并非絕對的均 勻，而是指相對前一階段變得更均勻。
[0026] 步驟i中，機械壓濾所施加在陽極板與陰極板之間的壓力，由液壓系統(tǒng)提供，所述 液壓系統(tǒng)在步驟?對陽極板施加的壓力為0.05-0.5MPa。在脫水進行當中，由于污水量減 少，所以需要適當增加壓力，以保持電極板與污泥緊密接觸，降低污泥電阻以提高電流。
[0027] 所述的脫水方法采用交替變壓式脫水模式，完成步驟_^后，兩極板間含水率均勻 變得均勻，此時再次依序進入步驟i)和⑤，如此往復循環(huán)直至達到預期污泥含水率要求。由 于采用了交替變壓式脫水模式，步驟S使得陽極板污泥被重新補水，由開始的干污泥變?yōu)?濕污泥，又可重新恢復到電滲透和機械壓濾耦合脫水階段。交替變壓式脫水模式是指耦合 脫水和超高壓脫水的交替，二者所需的壓力不同，故稱為變壓。
[0028]所述超高壓機械壓濾脫水的壓力也由液壓系統(tǒng)提供，其壓力為3_5MPa，通過高低 壓調(diào)節(jié)裝置實現(xiàn)液壓系統(tǒng)由低壓往高壓的切換。
[0029] 在陰極板下方設(shè)置海綿體，以吸收陰極板上積聚的水分，并通過輸送擠壓裝置將 海綿體輸送出，在輸送過程中對其進行擠壓，在此過程中，輸送擠壓裝置將另一海綿體置于 陰極板下方。通過這種方式，可以加速陰極板水分的流出，并通過自動化機構(gòu)進行更換和擠 壓，并循環(huán)使用。
[0030] 在步驟和②中，在螺旋脫水裝置中加入誘導劑及復配型絮凝劑，臭氧氣體通過 氣體管道進入螺旋脫水裝置的螺旋軸的中空部分，進入到螺旋筒體內(nèi)，在螺旋葉片及螺旋 軸攪拌下，臭氧、誘導劑、復配型絮凝劑與污水污泥充分進行接觸，在誘導劑作用下，臭氧對 污泥進行氧化，破壞污泥的絮體結(jié)構(gòu)，釋放出內(nèi)部水，成為易于脫除的自由水。通過添加藥 劑的方式，能夠促進內(nèi)部水的析出。
[0031] 所述的步驟€:的螺旋脫水階段，所述的螺旋軸為變徑設(shè)置，由前往后其軸徑變大， 所述的螺旋葉片為變螺距設(shè)置，由前往后其變螺距變大，螺旋葉片與螺旋筒體的空間減小 對污泥進行擠壓。
[0032] 在螺旋軸的末端附近設(shè)置有背板，所述的背板通過彈簧安裝在螺旋筒體的出口 處。通過背板的壓力提高螺旋脫水的效果。
[0033] 如圖1所示，含水率90%_99%的污水污泥經(jīng)過?初級重力脫水階段和@螺旋脫水階 段處理后的含水率大約為80%左右，由于氧化階段一般不進行脫水，故⑩氧化階段處理后的 污水污泥含水率為78%~80%左右，經(jīng)電滲透機械壓濾耦合脫水階段后的含水率為50%~ 80%，采用超高壓脫水，以及交替變壓式脫水模式處理后的污泥含水率可控制在50%以下。
[0034] 以上僅就本發(fā)明較佳的實施例作了說明，但不能理解為是對權(quán)利要求的限制。本 發(fā)明不僅局限于以上實施例，其具體結(jié)構(gòu)允許有變化?？傊?，凡在本發(fā)明獨立權(quán)利要求的保 護范圍內(nèi)所作的各種變化均在本發(fā)明的保護范圍內(nèi)。
【主權(quán)項】
1. 一種污水污泥氧化電滲透機械壓濾協(xié)同脫水方法，其特征在于:包括W下步驟： 靈初級重力脫水階段:高含水率的污水污泥進入螺旋脫水裝置的前端，在污水污泥的重 力作用下，實現(xiàn)重力脫水； :螺旋脫水階段:在螺旋葉片推動下，螺旋脫水裝置中的污水污泥往前推進，不斷去除 水分，同時污泥體積減??； 番氧化階段:經(jīng)步驟遂處理后的污水污泥從螺旋脫水裝置中輸出，進入氧化筒體，在氧 化筒體中通入臭氧，所述的污水污泥與臭氧混合反應(yīng)，污水污泥中的內(nèi)部水被釋放出成為 自由水，W利于進一步脫水； 蛋電滲透機械壓濾禪合脫水階段:經(jīng)步驟墓處理后的污水污泥從氧化筒體中輸出，進入 到電滲透筒體進行電滲透脫水，在電場力作用下，污泥顆粒向陽極板運動，水分子向陰極板 運動，并施加陽極板與陰極板之間的壓力，使得電滲透出的水分從電滲透筒體中流出。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的污水污泥氧化電滲透機械壓濾協(xié)同脫水方法，其特征在于:所 述的脫水方法還包括:霞超高壓機械壓濾脫水階段:經(jīng)步驟5:處理后，陽極板的污泥含水率 低，污泥干化，則停止電滲透脫水，通過采用超高壓脫水，加大陽極板和陰極板之間的壓力， 實現(xiàn)超高壓機械壓濾脫水，使得兩極板間含水率均勻。3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的污水污泥氧化電滲透機械壓濾協(xié)同脫水方法，其特征在 于:步驟S中，機械壓濾所施加在陽極板與陰極板之間的壓力，由液壓系統(tǒng)提供，所述液壓 系統(tǒng)在步驟寒對陽極板施加的壓力為0.05-0.5MPa。4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的污水污泥氧化電滲透機械壓濾協(xié)同脫水方法，其特征在于:所 述的脫水方法采用交替變壓式脫水模式，完成步驟蠻后，兩極板間含水率均勻變得均勻，此 時再次依序進入步驟蠻和蠻，如此往復循環(huán)直至達到預期污泥含水率要求。5. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的污水污泥氧化電滲透機械壓濾協(xié)同脫水方法，其特征在于:所 述超高壓機械壓濾脫水的壓力也由液壓系統(tǒng)提供，其壓力為3-5MPa，通過高低壓調(diào)節(jié)裝置 實現(xiàn)液壓系統(tǒng)由低壓往高壓的切換。6. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的污水污泥氧化電滲透機械壓濾協(xié)同脫水方法，其特征在 于:在陰極板下方設(shè)置海綿體，W吸收陰極板上積聚的水分，并通過輸送擠壓裝置將海綿體 輸送出，在輸送過程中對其進行擠壓，在此過程中，輸送擠壓裝置將另一海綿體置于陰極板 下方。7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的污水污泥氧化電滲透機械壓濾協(xié)同脫水方法，其特征在于:在 步驟索和蠻中，在螺旋脫水裝置中加入誘導劑及復配型絮凝劑，臭氧氣體通過氣體管道進 入螺旋脫水裝置的螺旋軸的中空部分，進入到螺旋筒體內(nèi)，在螺旋葉片及螺旋軸攬拌下，臭 氧、誘導劑、復配型絮凝劑與污水污泥充分進行接觸，在誘導劑作用下，臭氧對污泥進行氧 化，破壞污泥的絮體結(jié)構(gòu)，釋放出內(nèi)部水，成為易于脫除的自由水。8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的污水污泥氧化電滲透機械壓濾協(xié)同脫水方法，其特征在于:所 述的步驟藻的螺旋脫水階段，所述的螺旋軸為變徑設(shè)置，由前往后其軸徑變大，所述的螺旋 葉片為變螺距設(shè)置，由前往后其變螺距變大，螺旋葉片與螺旋筒體的空間減小對污泥進行 擠壓。9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的污水污泥氧化電滲透機械壓濾協(xié)同脫水方法，其特征在于:在 螺旋軸的末端附近設(shè)置有背板，所述的背板通過彈黃安裝在螺旋筒體的出口處。
【文檔編號】C02F11/06GK105967485SQ201610358501
【公開日】2016年9月28日
【申請日】2016年5月26日
【發(fā)明人】饒賓期, 盧錫龍, 趙子愷, 萬延見, 沈靖康, 汪龍
【申請人】饒賓期