转换电极式电渗透高级氧化污泥脱水系统及其脱水方法与流程

本发明属于污泥脱水技术领域，具体涉及一种转换电极式电渗透高级氧化污泥脱水系统及其脱水方法。

背景技术：

污泥是污水厂活性污泥处理废水后产生的一种极易溶于水的固体物质，其中含有大量的有机物、有毒有害物质及一些无机物碎片。

污泥具有产量大、含水率高、处理难度大等特点，不处置或不妥当地处理污泥都有可能导致二次污染并危害土地、水源、居民与牲畜的健康。经研究发现，污泥的安全处置甚至二次利用的前提是有效地去除污泥中的水分，从而降低处置环节的难度。

污水处理厂经常使用的处理方式是利用板框压滤机、离心脱水机或带式压滤机，通过挤压或离心等物理方式对污泥进行浅层处理。上述工艺处理后的污泥基本无法满足我国日益严格的污泥处理处置标准。

鉴于上述原因，深度脱水技术逐渐成为污泥脱水的新途径。高级氧化体系因其高效的脱水能力及简单的操作方式曾成为研究的特点，但由于诸多实际限制无法广泛应用，例如高级氧化体系仅针对含水率95％-99％的液体污泥，大量添加无机药剂所处理后的污泥无法直接利用，脱除的滤液也必须进行复杂的处理后才能回流。

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）公布了一种高级氧化深度脱水的工艺，具体为通过向含水率为98％-99％左右的城市污泥投加亚铁盐和过硫酸盐进行搅拌反应，再加入生石灰与硅酸盐水泥进行调理，抽滤脱水后获得含水率50％-55％的泥饼，该工艺添加了大量的无机调理剂，处理后的滤液呈强碱性；在实际应用中，已使用机械脱水的污水处理厂需改造整体工艺，否则难以实现。

电渗透技术作为一种清洁、高效的深度脱水技术已经开始小范围应用于污泥的干化处理环节。然而传统电渗透技术也存在限制其应用的缺点，例如：仅使用电渗透技术进行脱水时，处理后的污泥靠近阳极侧含水率比阴极侧低15％-20％左右；电渗透过程中阳极的金属电极腐蚀的速率极快，腐蚀后产生的重金属离子进入污泥和滤液中会造成重金属污染。

电渗透联合脱水技术已成为环境行业的研究主流。中国专利文献《一种用于市政污泥深度脱水的脱水系统》（公开号CN204111556U）公布了一种电渗透添加复合调理剂的深度脱水方式。具体为，先添加复合调理剂搅拌后将污泥脱水至70％-85％，随后进行电渗透脱水，将含水率降低至50％-55％，该工艺流程复杂，而且需要添加大量的无机药剂，电渗透后的泥饼均匀性差，无法直接进行后续的污泥处置。

技术实现要素：

本发明为了解决现有技术中的不足之处，提供一种无需添加大量的高级氧化剂、不会因产生电极板的过度腐蚀造成重金属污染、工艺流程简单的转换电极式电渗透高级氧化污泥脱水系统及其脱水方法。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：转换电极式电渗透高级氧化污泥脱水系统，包括电源、正负极转换器和底架，底架上方设有安装架，底架上安装有位于安装架下方的电渗液收集仓，安装架上安装有外形为长方体的电渗透反应器，安装架上通过绳线连接有加药注射装置，以电渗透反应器的长度方向为左右水平方向，电渗液收集仓的宽度和长度均大于电渗透反应器的宽度和长度，电渗透反应器的左侧和右侧均敞口，电渗透反应器的顶部开设有污泥口，污泥口处后侧通过合页铰接有盖板，盖板前侧通过搭扣与电渗透反应器的顶壁连接；电渗透反应器的内壁设有滤布，电渗透反应器的前侧壁、后侧壁和底部均开设有若干透水孔，电渗透反应器的前侧壁和滤布上对应开设有加药孔，加药孔至少设有两个，加药孔处设有堵头；电渗透反应器的左侧和右侧分别设有一组电极组，两组电极组关于电渗透反应器的中线左右对称设置，位于左侧的电极组包括液压缸和铁电极板，液压缸的缸体固定在安装架的左侧且其轴线沿左右水平方向设置，铁电极板滑动连接在电渗透反应器内，铁电极板的外侧壁与电渗透反应器的内壁密封配合，液压缸的活塞杆连接在铁电极板的左侧面；电源、正负极转换器和两块铁电极板通过导线连接；

加药注射装置包括推杆和注射筒，注射筒的一端封堵且另一端敞口，注射筒的封堵端开设有圆孔，推杆滑动插设在圆孔内并伸入到注射筒内，伸入到注射筒内的推杆的一端固定有活塞，推杆的另一端设有位于注射筒外部的手柄，活塞外缘与注射筒内壁滑动并密封配合，活塞的侧面固定有转轴，转轴与注射筒同轴线设置；注射筒的敞口端设有搅拌喷射机构。

注射筒的敞口端部的内侧开设有内螺纹，搅拌喷射机构包括锥筒结构的喷射头，喷射头侧壁上均匀开设有若干喷射孔，喷射头上同轴线固定有圆筒形的安装台，安装台外侧开设有外螺纹，安装台螺纹连接在注射筒的敞口端部，安装台内固定有固定架，固定架上固定有固定轴，固定轴与注射筒同轴线设置，固定轴上转动连接有扇叶，扇叶的旋进方向朝向喷射头。

注射筒的敞口端面与喷射头的对接处设有橡胶密封垫圈。

盖板的外周与电渗透反应器的对接处设有密封条。

转换电极式电渗透高级氧化污泥脱水系统的脱水方法，包括以下步骤：

（1）、配制药剂；根据所选高级氧化剂与污泥的比例配制相应浓度的药剂，所选高级氧化剂为过氧化氢、过氧化钠、过氧化钙、过硫酸钠、过硫酸钾或过硫酸铵；

（2）、装入污泥；开启搭扣，打开盖板，通过污泥口向电渗透反应器内装入污泥，关闭盖板，锁上搭扣；

（3）、通过加药注射装置向电渗透反应器内注入药剂；

（4）电渗透脱水；打开电源，两块铁电极板得电，与此同时启动两个液压缸，两个液压缸推动两块铁电极板相向移动，两块铁电极板开始对电渗透反应器内的污泥进行电渗透并挤压，其中在正负极转换器的作用下，两块铁电极板经一定频率时间变换电极，最终污泥在药剂、电渗透以及挤压力的作用下脱出水并产生气体，产生的气体挥发散掉，脱出的水透过滤布从透水孔处流出，最终流至电渗液收集仓内；

（5）收集泥饼；电渗透脱水后，污泥形成泥饼，关闭电源以及两个液压缸，开启搭扣并打开盖板，使用夹持工具将电渗透反应器内的泥饼夹出。

步骤（3）中通过加药注射装置向电渗透反应器内注入药剂的具体方法为：将喷射头插入已配制好的药剂内，接着向上拉取手柄，手柄通过推杆拉动活塞向上移动，从而在活塞的作用下药剂从喷射孔吸入注射筒内，注射筒内吸满药剂后，拔出加药孔处的堵头，然后将注射筒插入电渗透反应器的污泥内，注射筒插入污泥内的同时推动手柄，使活塞将注射筒内的药剂从喷射头的喷射孔喷出，由于药剂沿注射筒的轴向方向流动，扇叶在受到药剂流动的冲击下转动，从而对通过扇叶的药剂进行搅拌，由于药剂通过扇叶具有旋转力，药剂进入到喷射头进一步混合，另外喷射头为锥筒结构，喷射孔设置在喷射头的侧壁上，所以药剂从喷射头喷出时会向四周散开，最后均匀地喷射在污泥内，在推动推杆注药过程中，注射筒在电渗透反应器内沿前后方向往复移动，达到更加均匀注射的效果，在一个加药孔内注射完药剂后，再选择另外一个加药孔重复以上注药过程；注入药剂后，拔出注射筒并将堵头重新塞回在加药孔处。

采用上述技术方案，本发明具有以下有益效果：

（1）本发明的工艺采用电渗透技术联合高级氧化脱水，能够对含水率75％-99％的液态或半固态污泥进行处理，有效地降低了污泥的含水率，而且处理后的污泥可直接用于后续的污泥处置；

（2）本发明可针对两种目前存在形式较广泛的污泥进行脱水处理（即含水率较高的呈液态的稀污泥和含水率较低的呈固态的一次脱水污泥）；

（3）本发明工艺仅需添加少量的高级氧化剂，所处理的电渗液简单处理后即可回流；

（4）本发明的装置使用正负极转换器去改变两块铁电极板的得电情况，不仅提升了泥饼的均匀性，还一定程度上减缓了阳极板的腐蚀程度；

（5）本发明的装置使用的电极板为铁电极板，铁电极板经腐蚀后产生的Fe²⁺可以对加入的高级氧化剂进行活化，提升污泥的深度脱水效果，避免了以往采用其他金属电极产生的二次污染现象；

（6）本发明的装置在电渗透反应器的左右两端加装了液压装置，有效地提升了脱水速率，脱水效果也得到了显著的提高；

（7）本发明的装置在电渗透反应器的外壁开设有透水孔，该结构能够将产生的气体以及渗透液快速排出，从而大幅度提高了脱水速率，缩短了脱水时间；

（8）本发明采用了电渗透复合高级氧化技术处理污泥，而该复合技术的使用可以有效地提升脱水能力，还能一定程度的降低药剂的用量，从而避免二次污染的发生，这是由于高级氧化剂在污泥处理过程中只改变污泥的性质，破坏污泥束缚水分的结构，而电渗透过程负责脱除污泥中的水分，因此无需添加大量无机絮凝剂；

（9）本发明工艺在电渗透过程中通过正负极转换器改变两块铁电极板的得电情况（在脱水一段时间后，铁电极板的正极变负极，另一块铁电极板的负极变正极）对于污泥处理效果有很大的改善，首先，电渗透技术的阳极腐蚀是很难以避免的，而现今研究出的抗腐蚀材料也大多无法量产，因此使用正负极可变电源可以有效地减缓阳极腐蚀速率，其次，电渗透处理过程中，污泥中的水分从阳极向阴极大量移动，处理过程结束时，阴极侧污泥经常会由于处理不完全残留大量的水分，使用正负极可变电源令阴极侧残留水分的污泥进行再次被处理，从而提升处理效果；

（10）本发明的系统提供一种注射加药装置，该注射加药装置通过绳线连接在安装架上，防止其在经常使用时丢失；另外通过该注射加药装置对电渗透反应器内的污泥进行加药，使得污泥能够充分接收到药剂，其中由于药剂沿注射筒的轴向方向流动，扇叶在受到药剂流动的冲击下转动，从而对通过扇叶的药剂进行搅拌，由于药剂通过扇叶具有旋转力，药剂进入到喷射头进一步混合，其搅拌的原理是：根据风扇的驱动空气产生空气轴向流动的原理，反过来，流体轴向移动通过扇叶时，会驱动扇叶旋转；另外喷射头为锥筒结构，喷射孔设置在喷射头的侧壁上，所以药剂从喷射头喷出时会向四周散开，最后均匀地喷射在污泥内，在推动推杆注药过程中，注射筒在电渗透反应器的前后方向往复移动，达到更加均匀注射的效果；喷射头通过安装台螺纹连接在注射筒的端部，这样便于安装和维修扇叶。

附图说明

图1是电渗透氧化脱水反应装置的结构示意图；

图2是图1的俯视图；

图3是加药注射装置的结构示意图；

图4是图3中I处的放大图；

图5是扇叶安装在安装台上的结构示意图。

具体实施方式

如图1-5所示，本发明的转换电极式电渗透高级氧化污泥脱水系统，包括电源、正负极转换器和底架6（电源和正负极转换器为现有常规技术，图中未示出），底架6上方设有安装架7，底架6上安装有位于安装架7下方的电渗液收集仓8，安装架7上安装有外形为长方体的电渗透反应器9，安装架7上通过绳线连接有加药注射装置24，以电渗透反应器9的长度方向为左右水平方向，电渗液收集仓8的宽度和长度均大于电渗透反应器9的宽度和长度，电渗透反应器9的左侧和右侧均敞口，电渗透反应器9的顶部开设有污泥口，污泥口处后侧通过合页10铰接有盖板11，盖板11的前侧通过搭扣12与电渗透反应器9的顶壁连接；电渗透反应器9的内壁设有滤布，电渗透反应器9的前侧壁、后侧壁和底部均开设有若干透水孔13，电渗透反应器9的前侧壁和滤布上对应开设有加药孔，加药孔至少设有两个，加药孔处设有堵头14；电渗透反应器9的左侧和右侧分别设有一组电极组，两组电极组关于电渗透反应器9的中线左右对称设置，位于左侧的电极组包括液压缸15和铁电极板16，液压缸15的缸体固定在安装架7的左侧且其轴线沿左右水平方向设置，铁电极板16滑动连接在电渗透反应器9内，铁电极板16的外侧壁与电渗透反应器9的内壁密封配合，液压缸15的活塞4杆连接在铁电极板16的左侧面；电源、正负极转换器和两块铁电极板16通过导线连接。

加药注射装置24包括推杆1和注射筒2，注射筒2的一端封堵且另一端敞口，注射筒2的封堵端开设有圆孔3，推杆1滑动插设在圆孔3内并伸入到注射筒2内，伸入到注射筒2内的推杆1的一端固定有活塞4，推杆1的另一端设有位于注射筒2外部的手柄5，活塞4外缘与注射筒2内壁滑动并密封配合；注射筒2的敞口端设有搅拌喷射机构；

注射筒2的敞口端部的内侧开设有内螺纹，搅拌喷射机构包括锥筒结构的喷射头17，喷射头17侧壁上均匀开设有若干喷射孔18，喷射头17上同轴线固定有圆筒形的安装台19，安装台19外侧开设有外螺纹，安装台19螺纹连接在注射筒2的敞口端部，安装台19内固定有固定架23，固定架23上固定有固定轴20，固定轴20与注射筒2同轴线设置，固定轴20上转动连接有扇叶21，扇叶21的旋进方向朝向喷射头17。

注射筒2的敞口端面与喷射头17的对接处设有橡胶密封垫圈22。

盖板11的外周与电渗透反应器9的对接处设有密封条。

转换电极式电渗透高级氧化污泥脱水系统的脱水方法，包括以下步骤：

（1）、配制药剂；根据所选高级氧化剂与污泥的比例配制相应浓度的药剂，所选高级氧化剂为过氧化氢、过氧化钠、过氧化钙、过硫酸钠、过硫酸钾或过硫酸铵；（比如：控制污泥与过氧化氢的质量比为1:0.03,，或者过硫酸钠与污泥的质量比为0.02:1）

（2）、装入污泥；开启搭扣12，打开盖板11，通过污泥口向电渗透反应器9内装入污泥，关闭盖板11，锁上搭扣12；

（3）、通过加药注射装置24向电渗透反应器9内注入药剂；将喷射头17插入已配制好的药剂内，接着向上拉取手柄5，手柄5通过推杆1拉动活塞4向上移动，从而在活塞4的作用下药剂从喷射孔18吸入注射筒2内，注射筒2内吸满药剂后，拔出加药孔处的堵头14，然后将注射筒2插入电渗透反应器9的污泥内，注射筒2插入污泥内的同时推动手柄5，使活塞4将注射筒2内的药剂从喷射头17的喷射孔18喷出，由于药剂沿注射筒2的轴向方向流动，扇叶21在受到药剂流动的冲击下转动，从而对通过扇叶21的药剂进行搅拌，由于药剂通过扇叶21具有旋转力，药剂进入到喷射头17进一步混合，另外喷射头17为锥筒结构，喷射孔18设置在喷射头17的侧壁上，所以药剂从喷射头18喷出时会向四周散开，最后均匀地喷射在污泥内，在推动推杆1注药过程中，注射筒2在电渗透反应器9内沿前后方向往复移动，达到更加均匀注射的效果，在一个加药孔内注射完药剂后，再选择另外一个加药孔重复以上注药过程；注入药剂后，拔出注射筒2并将堵头14重新塞回在加药孔处；

（4）电渗透脱水；打开电源，两块铁电极板16得电，与此同时启动两个液压缸15，两个液压缸15推动两块铁电极板16相向移动，两块铁电极板16开始对电渗透反应器9内的污泥进行电渗透并挤压，其中在正负极转换器的作用下，两块铁电极板16经一定频率时间变换电极，最终污泥在药剂、电渗透以及挤压力的作用下脱出水并产生气体，产生的气体挥发散掉，脱出的水透过滤布从透水孔13处流出，最终流至电渗液收集仓8内；

（5）收集泥饼；电渗透脱水后，污泥形成泥饼，关闭电源以及两个液压缸15，开启搭扣12并打开盖板11，使用夹持工具将电渗透反应器9内的泥饼夹出。

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。