垂直加压联合电渗透技术的污泥脱水方法及实现设备与流程

本发明涉及污泥处理设备技术领域，更具体地，涉及一种垂直加压联合电渗透技术的污泥脱水方法及实现设备。

背景技术：

随着我国污水治理力度的加大，我国城市生活污水处理厂生产的污泥量急剧增加。据广州日报报道，2014年广州市日产含水率为80%的污泥量约为2700吨。目前污泥经过污水处理厂机械脱水后含水率只能达到80%，而根据国家现行的标准规定，进行污泥处理处置的最低要求是含水率低于65%。为了达到标准，必须对污泥进一步深度脱水。

目前深度脱水方法主要有：机械脱水、自然干化、热干化和电渗透脱水。但是机械脱水中化学调理会引起二次污染，物理调理和生物调理成本高，技术性强，自然干化处理周期长，热干化的能耗太高。作为新兴的深度脱水方法，电渗透脱水因脱水效果好、成本低、无需加入絮凝剂等优点而具有较大的发展前景。

但目前单一的电渗透技术脱水能耗仍旧较高，联合其他脱水手段同时进行污泥脱水，是一直以来受到学者重视并深入研究的问题之一。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是针对现有单一的电渗透脱水技术能耗高的技术缺陷，以及现有压力施加方式下压力不能持续可控的技术缺陷，提供一种垂直加压联合电渗透技术的污泥脱水设备。

本发明的目的通过以下技术方案予以实现：

提供一种垂直加压联合电渗透技术的污泥脱水方法，是使污泥处于垂直加压的电场中，污泥中的水分在压力和电场的双重作用下流出，压力、电场力和水份重力的方向一致，实现污泥深度脱水。

优选地，所述垂直加压的电场是自上而下设置阳极和阴极，泥饼置于阳极和阴极之间，所述垂直加压是将压力施加于阳极。

优选地，所述压力的调节通过千斤顶实现。进一步优选地，所述阳极板上设置有压力感应装置。

本发明施加的压力和电压可通过压力施加器和外接电源进行调节。

本发明处理污泥的厚度通过阳极板和阴极板之间的间距进行调节。进一步优选地，阴阳两极的间距的调节范围为0cm～3cm。

优选地，所述污泥为含水的污泥饼。

优选地，本发明所述污泥脱水方法的最佳工艺参数组合为：所述垂直加压的机械压力为14.6～15.0kPa、电渗透时间为58.7～70.0min、电压梯度为15.1～16.1V/cm。

优选地，在上述最佳工艺参数条件下，每次处理的污泥厚度为0.50cm。

本发明同时提供一种实现本发明方法的设备，包括自上而下设置的压力施加器、阳极板、阴极板、引流装置和储水装置，还包括外接电源；所述阳极板和阴极板分别连接外接电源；所述阳极板和阴极板水平相对安置，阳极板置于阴极板之上，阳极板与阴极板之间的空间构成污泥填充的空间（填泥槽），所述阴极板设置有若干孔洞供污泥水份流出。

优选地，本发明设备还包括压力显示器，所述压力显示器连接压力施加器。

优选地，所述阳极板与阴极板之间的空间设置有滤布，进一步防止小颗粒污泥掉落阴极板。进一步优选地，所述滤布可以铺于阴极板上。滤布可以通过水分但截留污泥颗粒即可。

优选地，所述设备还包括计量装置，所述计量装置连接储水装置，用以计量污泥脱水量。

优选地，所述引流装置为漏斗。

优选地，所述计量装置为电子天平。

优选地，所述阳极板和阴极板均采用不锈钢平板。

本发明施加的压力和电压可通过压力施加器和外接电源进行调节。所述阳极板上可以装有压力传感器。所述压力施加器优选采用千斤顶，采用千斤顶进行压力施加，相比于以往的重物施压法，具有一定范围内压力连续可控的特点。进一步辅以压力显示器的设置，很好地实现压力的有效控制实施。外接电源与阳极和阴极的连接方法参照现有常规技术。

本发明处理污泥的厚度通过阳极板和阴极板之间的间距进行调节。所述阳极板和阴极板之间的间距可调节，通过改变阴阳两极间距可改变填充污泥的厚度，调节范围进一步优选为0cm～3cm，但不等于零，进一步优选为0.1～3cm。

本发明所述垂直加压联合电渗透技术的污泥脱水设备中，将阳极板和阴极板水平相对安置，阳极板置于阴极板之上，所产生的电场为垂直电场，与置于阳极板与阴极板之间的空间中的污泥（泥饼）中的水流方向一致；将压力施加器设置于阳极板之上。本发明装置通电后，污泥中水分在压力和电场同方向的双重作用下向阴极板运动，通过阴极板上的小孔经由引流装置流至储水装置中，从而实现污泥深度脱水。由于本发明中压力、电场力和水份重力的方向一致，可取得较好的脱水效果。

进一步地，本发明还提供了一种支架，紧凑、科学地集成本发明所述装置的各部件，形成完整统一的一体化装置。

优选地，所述支架设置为上、中、下三层，上层放置压力显示器，中层固定压力施加器、阳极板、阴极板；下层固定引流装置。

进一步地，所述支架包括两块横板和若干竖杆，所述横板和竖杆构成上中下三层空间的支架结构。

进一步优选地，所述的横板采用木板，所述竖杆采用金属材料。

本发明的有益效果如下：

本发明提供了一种垂直加压联合电渗透技术的污泥脱水方法，是使污泥处于垂直加压的电场中，污泥中的水分在压力和电场的双重作用下流出，压力、电场力和水份重力的方向一致，实现污泥深度脱水，简单易行地实现了垂直加压联合电渗透技术在污泥脱水方面的良好应用。所述的垂直加压联合电渗透技术的污泥脱水方法，克服了单一电渗透脱水过程中水分的流失导致污泥泥饼体积减少从而使得电板与泥饼贴合不紧密，电阻增大的技术难题，获得意想不到的技术效果，脱水效果好。

本发明同时提供了一种实现本发明方法的设备，具有压力在一定范围内连续可调的特点，结构简单，紧凑，易操作，生产效率高，成本低廉易维护。

附图说明

图1为本发明污泥脱水设备结构示意图。

图2为本发明污泥脱水设备阴极板结构示意图。

1.压力显示器；2.外接电源；3.压力施加器；4.阳极板；5.阴极板；6.引流装置（引流漏斗）；7.储水装置和电子天平；8.阴极板上的孔洞。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步说明，除非特别说明，本发明采用的原料及设备或方法为本技术领域常规的原料及设备或方法。

实施例1：

如附图1所示，本实施例提供一种垂直加压联合电渗透技术的污泥脱水设备，包括自上而下设置的压力施加器3、阳极板4、阴极板5、引流装置6和储水装置7，还包括外接电源2；所述阳极板和阴极板分别连接外接电源2（连接方式参照现有供电阳极、阴极接电方式）；所述阳极板4和阴极板5水平相对安置，阳极板4置于阴极板5之上，所述阳极板4与阴极板5之间的空间作为置填污泥的位置，所述阴极板5设置有若干孔洞8供污泥中水份流出。孔洞8的数目和孔径不做严格限定，适合水份流出即可。

在阴极5上铺300目的滤布，填充1.5cm厚度的污泥，调节压力施加器3使阳极4刚好接触到污泥而又不产生压力后继续调节，分别使得压力显示器1上显示的压力值为0kPa、10kPa、20kPa、30kPa，接通外加电源2，调节电压梯度为15V/cm，连续通电60min后关闭电源2，取消压力。在通电过程中可观察到水流顺着引流漏斗6流至储水烧杯7中。四组施加压力值下，污泥经脱水后含水率大小顺序为10kPa＜20kPa＜30kPa＜0kPa，脱水能耗大小顺序为0kPa＞30kPa＞20kPa＞10kPa。

实施例2：

污泥脱水设备同实施例1。本实施例在阴极5上铺300目的滤布，填充1.5cm厚度的污泥，调节压力施加器3使阳极4刚好接触到污泥而又不产生压力后继续调节，使得压力显示器1上显示压力为10kPa，接通电源2，调节电压梯度为15V/cm，分别连续通电20min、40min、60min、80min后关闭电源2，取消压力。在通电过程中可观察到有水流顺着引流漏斗6流至储水烧杯7中。四组通电时间下，污泥经脱水后含水率大小顺序为80min＜60 min＜40 min＜20 min，脱水能耗大小顺序为80min＞60min＞40min＞20min。

实施例3：

污泥脱水设备结构同实施例1。本实施例在阴极5上铺300目的滤布，填充1.5cm厚度的污泥，调节压力施加器3使阳极4刚好接触到污泥而又不产生压力后继续调节，使得压力显示器1上显示压力为10kPa，接通电源2，分别调节电压梯度为0V/cm、5V/cm、10V/cm、15V/cm、20V/cm，连续通电60min后关闭电源2，取消压力。在通电过程中可观察到有水流顺着引流漏斗6流至储水烧杯7中。五组施加电压梯度值下，污泥经脱水后含水率大小顺序为0V/cm＞5V/cm＞10V/cm＞15V/cm＞20V/cm，脱水能耗大小顺序为0V/cm＜5V/cm＜10V/cm＜15V/cm＜20V/cm。

实施例4：

污泥脱水设备结构同实施例1。本实施例在阴极5上铺300目的滤布，分别填充0.75cm、1.50cm、2.25cm、3.00cm厚度的污泥，调节压力施加器3使阳极4刚好接触到污泥而又不产生压力后继续调节，使得压力显示器1上显示压力为10kPa，接通电源2，调节电压梯度为15V/cm，连续通电60min后关闭电源2，取消压力。在通电过程中可观察到有水流顺着引流漏斗6流至储水烧杯7中。四组污泥厚度值下，污泥经脱水后含水率大小顺序为0.75cm＜3.00cm＜2.25cm＜1.50cm，脱水能耗大小顺序为3.00cm＞2.25cm＞1.50cm＞0.75cm。

实施例5：

污泥脱水设备结构同实施例1。本实施例在阴极5上铺300目的滤布，填充0.5cm厚度的污泥，调节压力施加器3使阳极4刚好接触到污泥而又不产生压力后继续调节，使得压力显示器1上显示压力为14.6～15.0kPa，接通电源2，调节电压梯度为15.1～16.1V/cm，连续通电58.7～70.0min后关闭电源2，取消压力。在通电过程中可观察到有水流顺着引流漏斗6流至储水烧杯7中。污泥经脱水后含水率为56.23%～57.01%，脱水能耗为0.116～0.120kWh/kg水。

对比试验1

污泥脱水设备同实施例1。本实施例在阴极5上铺300目的滤布，填充0.5cm厚度的污泥，调节压力施加器3使阳极4刚好接触到污泥而又不产生压力后继续调节，使得压力显示器1上显示压力为15kPa，接通电源2，调节电压梯度为0V/cm，连续通电60min后关闭电源2，取消压力。在通电过程中可观察到有水流顺着引流漏斗6流至储水烧杯7中。污泥经脱水后含水率为83.24%，脱水能耗为0.000kWh/kg水。

对比试验2

污泥脱水设备同实施例1。本实施例在阴极5上铺300目的滤布，填充0.5cm厚度的污泥，调节压力施加器3使阳极4刚好接触到污泥而又不产生压力后继续调节，使得压力显示器1上显示的压力值为0kPa，接通外加电源2，调节电压梯度为15V/cm，连续通电60min后关闭电源2，取消压力。在通电过程中可观察到水流顺着引流漏斗6流至储水烧杯7中。污泥经脱水后含水率为77.43%，脱水能耗为0.361kWh/kg水。