横向电渗透污泥深度脱水实验装置及其实验方法与流程

本发明属于污泥处理技术领域，尤其涉及一种横向电渗透污泥深度脱水实验装置及其实验方法。

背景技术：

随着我国环境的恶化，大量的污水处理厂投入运行，污水净化过程中会产生体积庞大、含水率高且难以处理的污泥，导致了污水处理费用十分昂贵；污泥难以处理的原因是污泥的成分非常复杂，是一种混合了有机物、无机离子、有毒有害物的聚合体，这些组分会吸附、结合大量的水分，形成大量易流动的液态污泥，不便于运输和后续处置。

目前，我国污水处理厂处理污泥的方法多数为，添加絮凝剂PAM（聚丙烯酰胺）、PAC（聚合氯化铝），辅以机械脱水设备（离心脱水、板框压滤、带式压滤等）将含水率98％-99％的生污泥脱水至含水率80％-85％左右，再进行后续处理；然而随着国家对于环境治理方面的逐渐重视，十三五计划中提到用于后续处置的污泥应符合各项规定，即用于混合填埋或农用的污泥含水率应在60％以下，用于垃圾覆土的污泥含水率应在45％以下，直接焚烧处理时污泥含水率应小于30％，而现在的大多数污水厂的污泥脱水工艺远不能到达这些标准；因此，为到达污泥卫生、安全处置或资源化再利用的目标，污泥的深度脱水成为了一项亟待解决的技术问题。

中国专利文献《一种改善城市污泥脱水性能的方法》（公开号CN105502882A）公布了一种污泥深度脱水的方法，具体为在含水率为98-99%的污泥中添加过硫酸盐，并使用亚铁盐对其进行活化后配合其他无机调理剂（普通硅酸盐水泥和生石灰）对污泥进行深度脱水，最终获得含水率为50-55%的脱水污泥。我国现有污水处理厂的污泥来源基本为将机械脱水后的污泥，这种方法需要将干污泥稀释后才能处理，处理对象有很大的局限性，且投加过多的无机调理剂会使增大污泥体积，这与减量化原则不符；

电渗透脱水是给污泥施加一定的直流电压，利用污泥粒子和水分子相互向相反的极性方向分离移动的现象进行脱水的新兴技术。传统的电渗透技术虽然能够将污泥的含水率降低到国家标准要求以下，实际上很容易发现深度脱水后的污泥靠近阴极侧的一部分含水率仍然高于处理标准，这种处理后的污泥无法直接进行后续的处置环节，这是由于，传统电渗透系统中，水分整体向阴极移动，当阳极侧污泥中的水分完全流向阴极，在恒压状态时电阻变大、脱水速率迅速降低，因此阴极侧污泥无法得到很好的处理；

中国专利文献《序批式电渗透污泥深度脱水设备及方法》（公开号CN104671632A）公布了一种电渗透深度脱水工艺，具体为将含水率80～85％的污泥经传动件置于电渗透设备中，通电后进行深度脱水，处理后获得含水率55～60％的脱水污泥；该污泥脱水工艺有较大的局限性：1）处理对象为单一状态的污泥，即只能处理含水率在80～85％的污泥；2）处理效果一般，且容易导致脱除水分水质异常，通常需要建立单独的回流处理单元；3）需要高压进行电渗透，所以对深度脱水设备材料的耐受性要求较高；

中国专利文献《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》（公开号CN104098250A）公布了一种污泥电渗透复合深度脱水的工艺，具体为通过向含水率为97％左右的浓缩污泥投加复合调理剂，初步脱水后污泥含水率降低至70～85％，提高后续电渗透脱水能力后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％。该工艺添加了大量的无机调理剂，步骤繁复，在实际应用上需要对污水处理厂的整体工艺进行改进，难以实现；

另外，电渗透脱水实验中不同材料制成的阴极板、污泥在脱水过程中受到的压力等因素也会对污泥电渗透脱水造成影响。

技术实现要素：

本发明为了解决现有技术中的不足之处，提供一种结构设计合理、电渗透脱水效果好、能够研究不同压力、不同阴极板对电渗透脱水的影响的横向电渗透污泥深度脱水实验装置及其实验方法。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：横向电渗透污泥深度脱水实验装置，包括液压缸、电源、阳极板、无纸记录仪和反应器，反应器外形呈长方体且反应器的长度方向沿左右水平设置，反应器内沿长度方向开设有左右通透的圆柱孔，圆柱孔的中心线与反应器的中心线重合，液压缸水平设置在圆柱孔内，液压缸的缸体端部通过固定架固定在反应器左端的内部，阳极板位于圆柱孔内，阳极板的外缘滑动密封连接在圆柱孔的孔壁上，液压缸的活塞杆向右连接在阳极板的左侧面，反应器的中部设有投药口和进泥口，投药口处设有位于投药口外侧的聚药斗，聚药斗上设有密封板，进泥口处设有封盖，反应器的中部内壁内设有紫外线灯，反应器的中部上侧设有三排电极组，每排电极组包括三个开设在反应器上的电极插孔，电极插孔的中心线沿圆柱孔的径向方向设置，每个电极插孔内均插设有一根电极，反应器的右端部设有三个顶部敞口的阴极板插槽，三个阴极板插槽自左向右依次插设有第一阴极板、第二阴极板和第三阴极板，第一阴极板、第二阴极板、第三阴极板和阳极板平行设置，第一阴极板、第二阴极板和第三阴极板上均设有透水孔，第三阴极板与阳极板之间形成反应腔室，反应器的右端设有封堵圆柱孔的堵板，堵板下部设有出水口；

阳极板、第一阴极板、第二阴极板、第三阴极板、无纸记录仪和所有的电极分别通过电线与电源连接；所有的电极通过数据线与无纸记录仪连接。

第一阴极板、第二阴极板和第三阴极板的右侧均设有滤网。

横向电渗透污泥深度脱水实验装置的实验方法，包括以下步骤：

（1）配制高级氧化剂：将过硫酸盐混合配制成浓度为5%-40%水溶液，其中过硫酸盐由过硫酸铵、过硫酸钠和过硫酸钾的一种或两种以上混合而成；

（2）打开封盖，将污泥通过进泥口装入反应器内的反应腔室，合上封盖；

（3）打开密封板，将配制好的高级氧化剂依次通过聚药斗、投药口投入反应器内的反应腔室，合上密封板；

（4）对污泥施加压力：启动液压缸，液压缸的活塞杆推动阳极板沿圆柱孔向右移动，阳极板对反应腔室内的污泥施加压力，达到预设压力值后停止液压缸；

（5）接通线路，开始对污泥进行电渗透脱水：接通阳极板、三个阴极板插槽内的其中一块阴极板以及电源之间的线路，接着开启电极以及紫外线灯；

（6）反应一定时间后，断开电源，收集从出水口流出的脱水液，称量脱水液的质量，并计算出脱水速率。

采用上述技术方案，本发明具有以下有益效果：

（1）高级氧化剂在紫外线灯的照射下，发生反应，紫外光照射后释放的能量促进过硫酸盐的分解，使过硫酸盐分解产生的硫酸根自由基污泥中的有机物被破坏，从而释放出污泥絮体中结合的水分，再配合电渗透的高效脱水，从而达到降低污泥含水率的作用，最终使污泥内的大分子难降解的有机物氧化成低毒或无毒的小分子物质，而且本实验装置无需将干污泥稀释后处理，不需要投加过多的无机调理剂；

（2）本发明通过添加高级氧化剂使电渗透脱水效率提高，不会出现阴极板一侧的污泥得不到处理的现象；

（3）本装置可针对两种目前存在形式较广泛的污泥进行脱水，其中可以处理浓缩池中含水率较高的浓缩污泥（含水率98％-99％），也可以对经机械压滤后的一次脱水污泥（含水率75％-85％）进行深度脱水，处理过程中不需要高压，因此减轻了深度脱水设备的耐受性压力；

（4）本装置在进行电渗透脱水时水平放置，不同以往的垂直设置的电渗透脱水装置，安全性能好，避免了由于机械压力增加时装置材料的耐受程度较差产生的解体问题带来的操作危险；

（5）本装置上插设有9根电极，每排电极组插设有三个电极，电极可以为pH电极、温度电极、氧化还原电极和电导率电极，可以实时监测反应器上不同位点污泥的pH、温度、氧化还原电位、电导率；

（6）本装置设有三块阴极板，三块阴极板可以分别由不同材料制成，例如铁、铜、铝等，当需要研究不同阴极板对电渗透脱水效率影响时，只需要连通电源与该阴极板并断开其它两块阴极板的线路即可；

（7）本装置可以通过改变液压缸的推力即可改变污泥所受到的压力，从而研究不同压力对污泥电渗透脱水的影响；

综上所述，本发明结构设计合理，既可以处理含水率较高的浓缩污泥（含水率98％-99％），也可以对经机械压滤后的一次脱水污泥（含水率75％-85％）进行深度脱水，在高级氧化剂和紫外线灯的照射作用下，反应器内的污泥得到深度脱水，能够研究不同压力、不同阴极板对电渗透脱水的影响，而且该电渗透脱水方法精简，脱水效果好。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是液压缸的安装示意图；

图3是图1中A-A处的剖视图。

具体实施方式

如图1-3所示，本发明的横向电渗透污泥深度脱水实验装置，包括液压缸1、电源2、阳极板3、无纸记录仪和反应器4，反应器4外形呈长方体且反应器的长度方向沿左右水平设置，反应器4内沿长度方向开设有左右通透的圆柱孔5，圆柱孔5的中心线与反应器4的中心线重合，液压缸1水平设置在圆柱孔5内，液压缸1的缸体端部通过固定架6固定在反应器4左端的内部，阳极板3位于圆柱孔5内，阳极板3的外缘滑动密封连接在圆柱孔5的孔壁上，液压缸1的活塞杆向右连接在阳极板3的左侧面，反应器4的中部设有投药口7和进泥口8，反应器4上设有位于投药口7外侧的聚药斗21，聚药斗21上设有密封板9，进泥口8处设有封盖20，反应器4的中部内壁内设有紫外线灯10，反应器4的中部上侧设有三排电极组，每排电极组包括三个开设在反应器4上的电极插孔11，每个的电极插孔11内均插设有一根电极12，反应器4的右端部设有三个顶部敞口的阴极板插槽，三个阴极板插槽自左向右依次插设有第一阴极板14、第二阴极板15和第三阴极板16，第一阴极板14、第二阴极板15、第三阴极板16和阳极板3平行设置，第一阴极板14、第二阴极板15和第三阴极板16上均设有透水孔，第三阴极板16与阳极板3之间形成反应腔室17，反应器4的右端设有封堵圆柱孔5的堵板22，堵板22下部设有出水口18；

阳极板3、第一阴极板14、第二阴极板15、第三阴极板16、无纸记录仪和所有的电极12分别通过电线与电源2连接；所有的电极12通过数据线与无纸记录仪连接。

第一阴极板14、第二阴极板15和第三阴极板16的右侧均设有滤网19

横向电渗透污泥深度脱水实验装置的实验方法，包括以下步骤：

（1）配制高级氧化剂：将过硫酸盐混合配制成浓度为5%-40%水溶液，其中过硫酸盐由过硫酸铵、过硫酸钠和过硫酸钾的一种或两种以上混合而成；

（2）打开封盖20，将污泥通过进泥口8装入反应器4内的反应腔室17，合上封盖20；

（3）打开密封板9，将配制好的高级氧化剂依次通过聚药斗21、投药口7投入反应器4内的反应腔室17，合上密封板9；

（4）对污泥施加压力：启动液压缸1，液压缸1的活塞杆推动阳极板3沿圆柱孔5向右移动，阳极板3对反应腔室17内的污泥施加压力，达到预设压力值后停止液压缸1；

（5）接通线路，开始对污泥进行电渗透脱水：接通阳极板3、三个阴极板插槽内的其中一块阴极板以及电源2之间的线路，接着开启电极12以及紫外线灯10；

（6）反应一定时间后，断开电源2，收集从出水口18流出的脱水液，称量脱水液的质量，并计算出脱水速率。

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。