本发明涉及污水污泥处理技术领域，尤其涉及一种污泥脱水减量方法。
背景技术：
随着经济的发展，人口规模的不断的扩大，人们对水污染的控制的日益更新和法律法规的完善，污水处理所产生的污泥随之不断的增长。目前，活性污泥是应用最为广泛的污废水的生物处理方法，但活性污泥处理污水的方法最大的弊端就是系统需要不断的向外排外大量的污泥，且污泥的成分很复杂，污泥是由多种微生物种群及其吸附在菌胶团上的有机物和无机物构成，其含有极大量的水分，还存在难生物降解的有机物，重金属、其它盐类及少量病原寄生虫卵和微生物等。如果处理不当将会造成二次污染，对环境构成严重的威胁。
传统的污泥脱水减量工艺一般采用石灰稳定法、化学调质和机械压滤脱水、焚烧技术、热干化技术、厌氧消化处理、超声波、微波破膜、臭氧及化学品氧化溶胞法、高温高压污泥热水解、碱处理技术等。对于石灰稳定法，石灰调质脱水中石灰的投加率为20％至30％，石灰投加量大导致污泥增重大和污泥体积较大，且泥饼和滤液是碱性，滤液还需调节ph值处理，设备的防腐要求较高，运行费用较高。对于化学调质加机械压滤脱水技术，使用化学药剂对污泥进行调理改性，改善了污泥菌胶团的沉降性能，并未对污泥进行本质上的改变，污泥的含水率只能降到50％～60％，且调理剂的总添加量占污泥干基比达到20％以上，污泥增容问题较严重，实际上并未实现污泥的减量化。热干化技术由于污泥含水率较高，污泥热值不能维持自身污泥干化运行，需要额外增加外源能源，能耗较大，运行成本很高。对于焚烧技术，能使有机物全部碳化，杀死病原体，可最大限度地减少污泥体积，但是处理设施一次性投资大、工艺复杂、运行管理要求高和处理费用高等问题，并且存在着干泥氯离子含量高和对焚烧炉、水泥窑等腐蚀严重的问题。综上所述，传统污泥处理处置方法主要存在以下问题：
(1)干固增加量多，干固增加量为30～50％，使得运输与处置成本高；
(2)调理剂成本高、用量大、调理工艺复杂、设备投资和运行成本过高，并未实现污泥减量化，容易影响污泥的后续利用，环境效益差。
(3)大量投加石灰和药剂会造成泥饼的ph值过高，增加堆肥难度，并且降低了有机质在肥料中的比例，降低肥效。过量施用含石灰和药剂的有机肥还会造成土壤酸碱性增强以及酸和盐碱化严重的问题。
(4)干泥焚烧耗能严重，需要外补能源，且氯离子的含量较高，对焚烧炉和水泥窑等腐蚀严重。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种污泥脱水减量方法，旨在解决传统的污泥脱水减量工艺存在的干固增加量多、成本高、后续利用效果差、耗能严重和环境效益差等问题。
本发明实施例提供了污泥脱水减量方法，包括如下步骤：
s01.向剩余污泥内加入电解质，进行混合处理；
s02.对混合有电解质的剩余污泥同时进行第一次电解和超声波处理，第一次电解产生的气体托动第一次电解和超声波处理后的剩余污泥上浮；
s03.将上浮后的剩余污泥进行压滤处理。
进一步的，在所述s01步骤中，对混合有电解质的剩余污泥进行水力空化处理。
进一步的，所述水力空化处理时流量为10m3/h至18m3/h。
进一步的，在所述s02步骤后对上浮后的剩余污泥进行第二次电解和超声波处理，第二次电解产生的气体托动第二次电解和超声波处理后的剩余污泥上浮。
进一步的，所述第一次电解和所述第二次电解时的工作电压为6v至24v，电流密度为150a/㎡至500a/㎡，异极间距为2cm至3cm。
进一步的，所述第一次电解和所述第二次电解时阳极采用以钛为基体的网状或者板装的电极且表面涂覆有钌铱氧化物涂层，阴极采用网状或者板状的以钛或者不锈钢为基体电极。
进一步的，在所述s01步骤中的剩余污泥来自于对污水处理单元生化处理后的沉淀池中的污泥。
进一步的，所述沉淀池、所述s02步骤和所述s03步骤中产生的污水均回收至所述污水处理单元。
进一步的，所述电解质选用氯化钠、氢氧化钠、碳酸氢钠、三氯化铁、盐酸和氯化物的任意一种或两种以上的混合物。
进一步的，在所述s01步骤中，所述电解质的质量占所述剩余污泥总质量的0.1％～1％。
基于上述技术方案与现有技术相比，本发明实施例提出的污泥脱水减量方法，先在剩余污泥内投入电解质，能够使电解的过程中协同催化氧化活性污泥，然后进行第一次电解和超声波处理，第一次电解产生的气体使得干燥的污泥上浮，从而实现污泥和水的分离，超声波将部分细胞进行破膜处理，增强污泥的流变性和脱水性能，最后通过机械压滤进行机械脱水。整个过程中，干固量不会增加，且并没有整个过程中ph值过高的现象不会降低肥效，且不会对装置产生腐蚀，具有效率高、运行费用低、稳定可靠、设备操作简单和占地小等优点。
附图说明
图1为本发明实施例污泥脱水减量方法的工艺流程示意图；
图2为本发明实施例污泥脱水减量方法的流程框图；
图3为本发明实施例污泥脱水减量方法的流程示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或可能同时存在居中元件。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。
另外，还需要说明的是，本发明实施例中的左、右、上、下等方位用语，仅是互为相对概念或是以产品的正常使用状态为参考的，而不应该认为是具有限制性的。以下结合具体实施例对本发明的实现进行详细的描述。
如图1至图3所示，本发明实施例提出了污泥脱水减量方法，包括如下步骤：
s01.向剩余污泥内加入电解质，进行混合处理；
s02.对混合有电解质的剩余污泥同时进行第一次电解和超声波处理，第一次电解产生的气体托动第一次电解和超声波处理后的剩余污泥上浮；
s03.将上浮后的剩余污泥进行压滤处理。
先在剩余污泥内投入电解质，能够使电解的过程中协同催化氧化活性污泥，然后进行第一次电解和超声波处理，第一次电解产生的气体使得干燥的污泥上浮，从而实现污泥和水的分离，超声波将部分细胞进行破膜处理，增强污泥的流变性和脱水性能，最后通过机械压滤进行机械脱水。整个过程中，干固量不会增加，并没有整个过程中ph值过高的现象不会降低肥效，且不会对装置产生腐蚀，具有效率高、运行费用低、稳定可靠、设备操作简单和占地小等优点。
具体的，本发明实施例中污泥脱水减量方法结合装置后的流程如下：
s01.将剩余污泥移送至水力空化预处理装置1，并向水力空化预处理装置1内通过调质装置11自动投入电解质，进行混合处理；
s02.将混合有电解质的剩余污泥移送至一级电解槽2的底部，其中一级电解槽2的内部设置有第一次超声波发生器21，采用第一次电解和超声波对混合有电解质的剩余污泥进行第一次电解破膜处理，同时产生气体，气体托动电解破膜后的剩余污泥上浮至电解槽的顶部，然后将气浮后的剩余污泥通过刮泥装置22刮至中转缸3内；
s03.将储泥缸5内污泥移送至压滤装置6进行压滤，压滤完成后出泥。
其中，在本发明实施例中：
s01步骤中，在剩余污泥内投入电解质能够使电解的过程中产生高电位的oh·自由基等，还有大量的活性氯产生，协同电解催化氧化活性污泥，加速溶解细胞的作用，并能起到降低用电成本的效果。
s02步骤中，在第一次电解催化氧化的过程中形成的强氧化性的羟基自由基基团或者其它强氧化性的活性物质共同作用可以：分解污泥絮体，从而增加参与反应的总有效表面积；渗透进入微生物细胞，导致其死亡，释放胞内物质；提高溶解度，从而转化溶解性化合物和颗粒物质；将难以生物降解的有机物转化成易于生物降解的物质；在一定程度上，通过氧化作用将有机物转化成co2、h2o、nh3；改善污泥的沉降及脱水能力，达到了体积减量和质量减量，使污泥更容易压滤脱水，压滤后的污泥含水率更低。
利用超声波对剩余污泥进行处理，可以破坏剩余污泥的结构，即改变污泥的絮体结构和污泥的活性，将其内部结合水释放成为比较容易的去除的自由水。同时，微生物细胞在强大的剪切力作用下也被破坏，部分细胞结合水被释放出来，增强污泥的流变性和脱水性能。
s03步骤中，将经过第一次电解和超声波处理装置氧化破膜后进入压滤装置6进行压滤，可以使剩余污泥的含水率由94％以上一次性降至40％以下，该方式省去了污水处理厂使用袋式压滤将含水率97％以上污泥压滤到含水80％的过程，在处理过程中减少绝干污泥21％以上，体积减小93％，处理成本降低50％以上。
通过依次相连接的水力空化预处理装置1、一级电解槽2、储泥缸5和压滤装置6结合超声波对污泥进行处理。调质装置11调质后的污泥从一级电解槽2的底部进入一级电解槽2内，然后在一级电解槽2内发生气浮使得污泥浮起后由刮泥装置22刮至储泥缸5内，由下至上的方式输送污泥，再通过第一次内循环泵23将一级电解槽2顶部的污泥重新输送回一级电解槽2的底部，有效的加长了污泥在一级电解槽2内的停留时间，使得污泥的第一次电解和超声波处理的更加充分，在较少的装置内实现多次电解，有效的节省了占地面积。
进一步的，在s01步骤中，对混合有电解质的剩余污泥进行水力空化处理。水力空化是指在液流中由于压力的突然变化而产生气泡的爆发和溃灭，达到水力空化效应最常用的装置为超声波水力空化和多孔孔板水力空化，在本发明实施例中采用多孔孔板水力空化，其中孔板的开孔直径在2至3mm，孔板厚度5至8mm，开孔数30至50个。当然，根据实际情况和具体需求，在本发明的其他实施例中，水力空化还可以采用超声波水力空化装置，此处不作唯一限定。
进一步的，水力空化处理时流量为10m3/h至18m3/h。具体的，水力空化为电解前的预处理，剩余污泥能够在水力空化的作用下将少量的污泥进行溶解，改变部分剩余污泥的絮体结构，方便使得s02步骤中法对剩余污泥的电解进行的更加完全。当然，水力空化处理时的流速是根据实际情况和具体需求而确定的，在本发明的其他实施例中，随着孔板的开孔直径、孔板厚度和开孔数等发生改变时，流量也随之发生改变，此处不作唯一限定。
进一步的，在s02步骤后对上浮后的剩余污泥进行第二次电解和超声波处理，第二次电解产生的气体托动第二次电解和超声波处理后的剩余污泥上浮。具体的，对第二次电解和超声波气浮处理后的剩余污泥进行第二次电解和超声波气浮处理。气浮后的污泥通过刮泥装置42刮至储泥缸5内，储泥缸5内的污泥输送至二级电解槽4的底部，经第二次电解和超声波的二次处理后产生气体，二级电解槽4的内部设置有第二次超声波发生器41，二次处理后产生的气体带动第二次电解和超声波处理后的污泥上浮至二级电解槽4的顶部，并将气浮后的污泥通过刮泥装置42刮至储泥缸5内，最后通过压滤装置6对储泥缸5内污泥进行机械压滤，最后将污泥运送至堆肥或下一操作中。
工作流程：第一次电解和超声波处理后的污泥经刮泥装置22刮至中转缸3内，中转缸3内的污泥从底部进入二级电解槽4的底部，然后在二级电解槽4内发生气浮使得污泥浮起后由刮泥装置42刮至储泥缸5内，由下至上的方式输送污泥，再通过第二次内循环泵43将二级电解槽4顶部的污泥重新输送回二级电解槽4的底部，有效的加长了污泥在二级电解槽4内的停留时间，使得污泥的第二次电解和超声波处理的更加充分，在较少的装置内实现多次电解，有效的节省了占地面积。
在整个过程中，剩余污泥经水力空化预处理装置1的调制处理和沉淀池7进行浓缩沉淀处理，经泵抽至水力空化预处理装置1内同时进行水力空化和电解质调质后，剩余污泥的含水率为92％～99％，浓度(mlss)为10000mg/l至35000mg/l；剩余污泥进行第一次电解和超声波处理后进入中转缸3，此时气浮的剩余污泥的含水率为90％～95％，分离水层的含水率为99.6％～99.8％，其中气浮的剩余污泥的含水量与未处理前剩余污泥的含水率相关；剩余污泥进行第二次电解和超声波处理后进入储泥缸5，此时储泥缸5内的剩余污泥含水率在90-92％；通过压滤装置6压滤后的剩余污泥的含水率为40％～55％。
进一步的，第一次电解和二次电解时工作电压为6v至24v，电流密度为150a/㎡至500a/㎡，异极间距为2cm至3cm。具体的，将经过调质装置11调质处理的剩余污泥以下进上出的方式输送入一级电解槽2内，能够有效的加长污泥在电解单元内的停留时间。预处理时加入电解质，能够使得电解过程中不仅能产生高电位的oh·自由基等，还有大量的活性氯产生，能够协同电解催化氧化活性污泥，加速溶解细胞的作用，并能起到降低用电成本的效果。调质装置11将电解质的投加量控制在约占污泥总质量的0.5％～0.75％，其中第一次电解和二次电解时的时间均为5至15分钟，此时不会有氯气等污染气体逸出。
进一步的，第一次电解和第二次电解时阳极采用以钛为基体的网状或者板装的电极且表面涂覆有钌铱氧化物涂层，阴极采用网状或者板状的以钛或者不锈钢为基体电极。具体的，阳极采用涂覆有钌铱氧化物涂层的钛基体电极，阴极采用不锈钢或者钛基体电极。当然，根据实际情况和具体需求，在本发明的其他实施例中，阳极还可以采用以钛为基体的网状电极且表面涂覆有钌铱钽氧化物涂层，此处不作唯一限定。
优选的，第一次超声波处理和第二次超声波处理的频率为20hz至30hz。在第一次超声波处理和第二次超声波处理剩余污泥的过程中采用低频的超声波破坏剩余污泥的结构，即改变剩余污泥的絮体结构和剩余污泥的活性，将剩余污泥内部的结合水释放成为比较容易的去除的自由水。同时，微生物的细胞在强大的超声波的剪切力作用下也被破坏，部分细胞内部的结合水也被释放出来，有效的增强污泥的流变性和脱水性能。
进一步的，在s01步骤中的剩余污泥来自于对污水处理单元8生化处理后的沉淀池7中的污泥，具体的，剩余污泥来自于污水处理中的污泥，即其大部分是来自二沉池中再次进行沉淀池进行沉淀处理的活性污泥，主要是由生物反应池中的各种细菌、原生动物和藻类等组成，其除了自身是有机物外，还是污水中可溶解有机物的载体。对从污水处理单元8中出来的污泥转移至沉淀池7进行沉淀处理，能够初步的对剩余污泥进行脱水处理，使得剩余污泥的含水率为92％～99％。
进一步的，沉淀池7、s02步骤和s03步骤中产生的污水均回收至污水处理单元8。具体的，沉淀池7进行沉淀处理中的上清液、第一次电解和超声波处理时的电解分离水、第二次电解和超声波处理时的电解分离水和压滤处理中压滤产生的滤液均回收至污水处理单元8进行回收再处理，成为活性污泥的营养源，被微生物合成利用或者直接被分解成水和二氧化碳，污泥在处理设施内被处理，使污泥产量降低，甚至能达到零排放。
优选的，采用机械压滤进行压滤处理后，机械压滤装置6优选的采用高压鼓膜压滤装置6，其压力大于20mpa，能够使剩余污泥的含水率由94％以上一次性降至40％以下。
进一步的，电解质选用氯化钠、氢氧化钠、碳酸氢钠、三氯化铁、盐酸和氯化物的任意一种或两种以上的混合物。具体的，电解质的选择有多种，即为nacl、naoh、nahco3、fecl3、hcl和氯化物的任意一种或两种以上的混合物。例如：电解质可以单独为nacl，也可以为nacl和hcl的混合物。由于整个装置未投入会造成土壤酸碱性增强以及酸和盐碱化严重的物质，因此处理后的污泥可用于复合肥制备、建材、燃煤替代物等综合利用，真正实现了污泥处理的减量化、稳定化、无害化、资源化。
进一步的，电解质的浓度占剩余污泥总质量的0.5％～0.75％。具体的，电解质的投加量的控制能够使电解过程中不仅能产生高电位的oh·自由基等，还有大量的活性氯产生，协同催化氧化活性污泥，加速溶胞作用并能起到降低用电成本的效果。将电解质的浓度控制在占剩余污泥总质量的0.5％～0.75％，能够在电解过程中不会有氯气等污染气体产生，导致污染空气。例如，例剩余污泥的重量为1吨，此时需加入5kg氯化钠，或者加入2.5kg氯化钠和2.5kg盐酸，其中盐酸的浓度为36％。
实施例1
s01.此时剩余污泥的化学需氧量cod(chemicaloxygendemand)即为48mg/l，含水率为96.9％，向剩余污泥内加入占剩余污泥总质量的0.5％的电解质，电解质选用氯化钠、硫酸钠、氢氧化钠、碳酸氢钠、三氯化铁、氯化氢和硫酸的任意一种或两种以上的混合物，进行混合处理，同时对混合有电解质的剩余污泥进行水力空化处理；
s02.对混合有电解质的剩余污泥同时进行第一次电解和超声波处理，第一次电解产生的气体托动第一次电解和超声波处理后的剩余污泥上浮，然后再对上浮后的剩余污泥进行第二次电解和超声波处理，第二次电解产生的气体托动第二次电解和超声波处理后的剩余污泥上浮，第一次电解和二次电解时工作电流为100a电解时间为8min，电解后剩余污泥的cod为880mg/l；
s03.将上浮后的剩余污泥进行压滤处理，压滤后剩余污泥的含水率为44.5％，此时污泥减量率为8.0％。
下表为污泥的减量率在电流、电压、药剂浓度和电解时间等的影响下含水率的变化和污泥减量率的变化：
以上实施例，仅为本发明具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改、替换和改进等等，这些修改、替换和改进都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。