一种固定平板电极推送式电脱水净化装置的制作方法

本发明涉及污泥脱水技术领域，特别是涉及一种固定平板电极推送式电脱水净化装置。

背景技术：

我国城市化的进程在逐年加快，城市污水厂的污泥产量也在急剧增加。由于污泥的产量巨大，同时污泥中含有大量的水分，致使污泥的运输和处理花费极大。数据显示，城市污水处理厂每天产生的污泥数量约占处理水量的0.3％～0.5％(以含水率97％计)，而其处理费用却与污水的处理费用大致相当。降低污泥含水率可以有效地减小污泥体积，从而降低污泥的处理费用，所以进一步降低污泥的含水率是降低污水处理厂运行成本的重要一环。

污泥的脱水率与污泥内部水分的存在形式有很大关系。根据与污泥颗粒结合方式的不同，将污泥中的水分分为四类，分别为自由水、孔隙水、表面水和结合水。自由水为包裹在污泥颗粒表层的水分，与污泥颗粒之间没有作用力关系。这类水分约占污泥总含水量的70％～75％，去除这类水分通常使用浓缩和机械脱水的方法。孔隙水为靠毛细管力吸附在污泥絮体之间，或包裹在絮体结构内部的水分。由于其结构的原因，普通的机械方法不能将其脱出，一般可通过电渗透脱水或超声波脱水的方法去除，这类水分约占污泥总含水量的约20％。表面水为依靠氢键作用力，逐层紧紧地吸附在污泥颗粒表面的水分，不能通过机械方法脱出，可以通过热干化作用去除。这类水分约占污泥总含水量的7％左右。结合水为依靠化学结合力包裹在污泥颗粒内部的水分，约占污泥总含水量的3％左右，只有利用热化学作用破坏污泥颗粒结构才能去除这类水分。当孔隙水、表面水和结合水难以去除时，可以考虑将其转化为自由水，这样通过简单的机械方法即可去除。

目前，世界各国普遍采用的脱水方法是机械脱水，例如板框脱水、带式压滤、离心脱水等，污泥中水分的脱除与其内部水分的存在形式有很大关系。常规的机械脱水通常只能去除部分自由水分，而剩余水分被看作为“边界水分”，经机械脱水后的污泥含水量仍高达75～85％。如此高的含水使得污泥后续处理，如焚烧、填埋等，产生了很大困难和较高的经济成本，而污泥干燥则需要消耗很大的热能，其成本更高。

除热干燥外，电脱水(又称电场脱水或电渗透脱水)是一种可以实现深度脱水的技术方法。该方法是基于电场下固体颗粒表面产生的电渗流而进行的固-液分离过程，即利用外加直流电场增强物料的脱水能力。由于脱水作用直接发生在污泥颗粒的内、外表面，同时可以脱出自由水分、间隙水分和部分表面结合水分，因此可以实现深度脱水。然而现有的电脱水技术多局限于实验室研究，工业应用设备很少，其应用的困难主要是电场形式及与机械压力的结合方式，目前应用的电场多为双滚筒电场、履带式电场和板式平行电场。在应用中，双滚筒电场存在电脱水时间偏短和脱水效率偏低的问题，履带式电场和板式平行电场则存在电场稳定性差、容易击穿和压力分布不均等问题。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种固定平板电极推送式电脱水净化装置，提高脱水效率，增强电场稳定性。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种固定平板电极推送式电脱水净化装置，包括：平板电极、进泥室和活塞；所述平板电极的阴极为金属网状电极，金属网状电极水平放置；平板电极的阳极为金属板状电极，金属板状电极在金属网状电极的正上方；金属板状电极和金属网状电极之间为电场空间，所述电场空间的两侧竖向设置有挡板，平板电极与挡板形成脱水电场腔体；脱水电场腔体的一端为进泥端，另一端为出泥端；进泥端与进泥室的出泥口连接；泥口位于进泥室的底部一侧，泥室底部的另一侧与活塞相连；污泥通过进泥室顶部的进泥口进入进泥室，在活塞的机械压力下将进泥室里的污泥推压到所述平板电极内。

所述阳极和所述阴极通过导线连接在直流电源上，通过所述直流电源控制供电方式和供电电压。

通过空压机或液压机控制所述活塞的工作频率和机械压力。

所述进泥室为两个，分别为第一进泥室和第二进泥室；所述活塞为两个，分别为第一活塞和第二活塞；所述第一活塞安装在所述第一进泥室上；所述第二活塞安装在所述第二进泥室上；所述第一活塞和所述第二活塞交替运动。

所述第一进泥室的第一进泥口处设置有第一进泥开关；所述第二进泥室的第二进泥口处设置有第二进泥开关；所述第一进泥开关和所述第二进泥开关用于允许或阻止所述污泥进入所述进泥室。

所述第一进泥室的第一出泥口处设置有第一出泥开关；所述第二进泥室的第二出泥口处设置有第二出泥开关；所述第一出泥口和所述第二出泥口均与所述平板电极的进泥端连通，所述第一出泥开关和所述第二出泥开关用于允许或阻止所述污泥进入所述进泥端。

所述金属网状电极和所述金属板状电极相互平行。

所述金属网状电极和所述金属板状电极呈梯形布置，阳极和阴极在所述进泥端处的距离大于阳极和所述阴极在出泥端处的距离。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：本发明的技术方案中，活塞直接作用在污泥上，所施加的压力的损耗小，从而保证了机械挤压的程度，使脱水效果更佳；通过活塞施加压力，可以使压力分布均匀，也保证了污泥在电场内的均匀分布；污泥在电场间的均匀连续分布，可使电场间的距离稳定，从而保证了电场的稳定性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的固定平板电极推送式电脱水净化装置的第一实施例的装置结构图；

图2为本发明的固定平板电极推送式电脱水净化装置的第一实施例的俯视结构图；

图3为本发明的固定平板电极推送式电脱水净化装置的第二实施例的装置结构图；

图4为本发明的固定平板电极推送式电脱水净化装置的第三实施例的装置结构图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种固定平板电极推送式电脱水净化装置。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1为本发明的固定平板电极推送式电脱水净化装置的第一实施例的装置结构图。

参见图1，该装置包括平板电极1、进泥室2和活塞3；所述平板电极1的阴极102为金属网状电极，所述金属网状电极水平放置；所述平板电极1的阳极101为金属板状电极，所述金属板状电极在所述金属网状电极的正上方；所述金属网状电极和所述金属板状电极相互平行；所述金属板状电极和所述金属网状电极之间为电场空间，所述电场空间的两侧竖向设置有挡板，所述平板电极1与挡板形成脱水电场腔体；所述脱水电场腔体的一端为进泥端，另一端为出泥端；所述进泥端与所述进泥室2的出泥口6连接；所述进泥端与所述进泥室2的出泥口6的形状均为管状；所述出泥口6位于所述进泥室2的底部一侧，所述进泥室2底部的另一侧与所述活塞3相连；污泥4通过所述进泥室2顶部的进泥口5进入所述进泥室2，在所述活塞3的机械压力下将所述进泥室2里的污泥推压到所述平板电极1内。

所述进泥室2的进泥口5处设置有进泥开关7，所述进泥室2的出泥口6处设置有出泥开关8。

所述阳极101和所述阴极102通过导线连接在直流电源9上，通过所述直流电源9控制供电方式和供电电压。

通过空压机或液压机控制所述活塞3的工作频率和机械压力。

所述进泥室2为不锈钢材质。

图2为本发明的固定平板电极推送式电脱水净化装置的第一实施例的俯视结构图。

所述进泥室2为两个，分别为第一进泥室201和第二进泥室202；所述活塞为两个，分别为第一活塞301和第二活塞302；所述第一活塞301安装在所述第一进泥室201上；所述第二活塞302安装在所述第二进泥室202上；所述装置呈Y型，所述第一进泥室201和所述第一活塞301构成Y型的一个分支，所述第二进泥室202和所述第二活塞302构成Y型的另一个分支；所述第一活塞301和所述第二活塞302交替运动。

所述第一进泥室201的第一进泥口501处设置有第一进泥开关701；所述第二进泥室202的第二进泥口502处设置有第二进泥开关702；所述第一进泥开关701和所述第二进泥开关702用于允许或阻止所述污泥4进入所述进泥室2。

所述第一进泥室201的第一出泥口601处设置有第一出泥开关801；所述第二进泥室202的第二出泥口602处设置有第二出泥开关802；所述第一出泥口和所述第二出泥口均与所述平板电极的进泥端连通，所述第一出泥开关801和所述第二出泥开关802用于允许或阻止所述污泥4进入所述进泥端。所述第一出泥口601和所述第二出泥口602均相对所述进泥端呈一定角度，并与所述进泥端连通，从而保证从所述第一出泥口601到达所述进泥端的污泥与从所述第二出泥口602到达所述进泥端的污泥受到的压力几乎相等，达到连续均匀进泥效果。

图3为本发明的固定平板电极推送式电脱水净化装置的第二实施例的装置结构图。

参见图3，在本发明的该实施例中，所述金属网状电极上方覆盖有滤布10。

图4为本发明的固定平板电极推送式电脱水净化装置的第三实施例的装置结构图。

所述金属网状电极和所述金属板状电极呈梯形布置，所述金属网状电极和所述金属板状电极在所述进泥端处的距离大于所述金属网状电极和所述金属板状电极在所述出泥端处的距离。

下面对本发明的装置的工作过程进行举例说明。

工作方式1：工作方式1为本发明第一实施例公开的装置的工作方式中的一种。参见图1和图2，金属网状电极和金属板状电极平行布置，间距为10mm，金属网状电极自身带有过滤功能；在进行脱水工作时，开启第一进泥开关701和第一出泥开关801，关闭第二进泥开关702和第二出泥开关802，污泥4由第一进泥口501进入第一进泥室201，在第一活塞301的机械压力下稳定地进入所述脱水电场腔体内；在所述第一活塞301反向运行时，开启第二进泥开关702和第二出泥开关802，关闭第一进泥开关701和第一出泥开关801，污泥4由第二进泥口502进入第二进泥室202，在第二活塞302的机械压力下稳定地进入所述脱水电场腔体内；所述第一活塞301和所述第二活塞302循环交替运行，实现污泥4的机械脱水和连续进泥。污泥4在平板电极1形成的电场的作用下进一步脱水，同时向平板电极1的出泥端移动；污泥4中的水分在自身重力的作用下通过阴极102离开该装置。在进泥过程中，第一活塞301和第二活塞302对污泥施加的机械压力为1000Pa，直流电源9采用连续稳压的供电方式，供电电压为10V。

工作方式2：工作方式2为本发明第一实施例公开的装置的工作方式中的一种。参见图1和图2，金属网状电极和金属板状电极平行布置，间距为20mm，金属网状电极自身带有过滤功能；在进行脱水工作时，开启第一进泥开关701和第一出泥开关801，关闭第二进泥开关702和第二出泥开关802，污泥4由第一进泥口501进入第一进泥室201，在第一活塞301的机械压力下稳定地进入所述脱水电场腔体内；在所述第一活塞301反向运行时，开启第二进泥开关702和第二出泥开关802，关闭第一进泥开关701和第一出泥开关801，污泥4由第二进泥口502进入第二进泥室202，在第二活塞302的机械压力下稳定地进入所述脱水电场腔体内；所述第一活塞301和所述第二活塞302循环交替运行，实现污泥4的机械脱水和连续进泥。污泥4在平板电极1形成的电场的作用下进一步脱水，同时向平板电极1的出泥端移动；污泥4中的水分在自身重力的作用下通过阴极102离开该装置。在进泥过程中，第一活塞301和第二活塞302对污泥施加的机械压力为0.3MPa，直流电源9采用脉冲供电的供电方式，供电电压为80～100V，在每个供电周期中，供电时间占供电周期的80％。

工作方式3：工作方式3为本发明第二实施例公开的装置的工作方式中的一种。参见图2和图3，金属网状电极和金属板状电极平行布置，间距为10mm，在金属网状电极的上方覆盖有滤布10；在进行脱水工作时，开启第一进泥开关701和第一出泥开关801，关闭第二进泥开关702和第二出泥开关802，污泥4由第一进泥口501进入第一进泥室201，在第一活塞301的机械压力下稳定地进入所述脱水电场腔体内；在所述第一活塞301反向运行时，开启第二进泥开关702和第二出泥开关802，关闭第一进泥开关701和第一出泥开关801，污泥4由第二进泥口502进入第二进泥室202，在第二活塞302的机械压力下稳定地进入所述脱水电场腔体内；所述第一活塞301和所述第二活塞302循环交替运行，实现污泥4的机械脱水和连续进泥。污泥4在平板电极1形成的电场的作用下进一步脱水，同时向平板电极1的出泥端移动；污泥4中的水分在自身重力的作用下通过阴极102离开该装置。在进泥过程中，第一活塞301和第二活塞302对污泥施加的机械压力为0.1MPa，直流电源9采用连续稳压的供电方式，供电电压为50V。

工作方式4：工作方式4为本发明第三实施例公开的装置的工作方式中的一种。参见图2和图4，金属网状电极和金属板状电极呈梯形布置，所述金属网状电极和所述金属板状电极在所述进泥端处之间的距离为20mm，金属板状电极相对金属网状电极的倾角为5°，金属网状电极自身带有过滤功能；在进行脱水工作时，开启第一进泥开关701和第一出泥开关801，关闭第二进泥开关702和第二出泥开关802，污泥4由第一进泥口501进入第一进泥室201，在第一活塞301的机械压力下稳定地进入所述脱水电场腔体内；在所述第一活塞301反向运行时，开启第二进泥开关702和第二出泥开关802，关闭第一进泥开关701和第一出泥开关801，污泥4由第二进泥口502进入第二进泥室202，在第二活塞302的机械压力下稳定地进入所述脱水电场腔体内；所述第一活塞301和所述第二活塞302循环交替运行，实现污泥4的机械脱水和连续进泥。污泥4在平板电极1形成的电场的作用下进一步脱水，同时向平板电极1的出泥端移动；污泥4中的水分在自身重力的作用下通过阴极102离开该装置。在进泥过程中，第一活塞301和第二活塞302对污泥施加的机械压力为1500Pa，直流电源9采用间隔通断的供电方式，每供电1分钟，断电30秒，以此循环；该供电方式的供电电压为40V。

工作方式5：工作方式5为本发明第三实施例公开的装置的工作方式中的一种。参见图2和图4，金属网状电极和金属板状电极呈梯形布置，所述金属网状电极和所述金属板状电极在所述进泥端处之间的距离为20mm，金属板状电极相对金属网状电极的倾角为2°，金属网状电极自身带有过滤功能；在进行脱水工作时，开启第一进泥开关701和第一出泥开关801，关闭第二进泥开关702和第二出泥开关802，污泥4由第一进泥口501进入第一进泥室201，在第一活塞301的机械压力下稳定地进入所述脱水电场腔体内；在所述第一活塞301反向运行时，开启第二进泥开关702和第二出泥开关802，关闭第一进泥开关701和第一出泥开关801，污泥4由第二进泥口502进入第二进泥室202，在第二活塞302的机械压力下稳定地进入所述脱水电场腔体内；所述第一活塞301和所述第二活塞302循环交替运行，实现污泥4的机械脱水和连续进泥。污泥4在平板电极1形成的电场的作用下进一步脱水，同时向平板电极1的出泥端移动；污泥4中的水分在自身重力的作用下通过阴极102离开该装置。在进泥过程中，第一活塞301和第二活塞302对污泥施加的机械压力为1500Pa，直流电源9采用连续稳压的供电方式；该供电方式的供电电压为40V。

本发明公开的固定平板电极推送式电脱水净化装置在电场与压力协同作用下可以实现污泥连续电脱水及污泥净化功能，本发明公开的装置通过第一活塞和第二活塞构成双柱活塞，在双柱活塞交替运作下，保证污泥的连续加压进泥；在进泥的同时机械压力直接作用在污泥上，保证脱水电场腔体内压力分布均匀；本发明公开的装置使用了金属网状电极结构，使得阴极自身带有过滤功能，从而可以取消使用滤布，即便使用滤布，所使用的滤布也很薄，从而减少水分运动阻力，在电场与机械压力的共同作用下可以更加快速、高效地脱除污泥中的水分。污泥在电场作用下进行脱水的过程中，阳极附近会发生电化学反应，该电化学反应具有酸化和氧化特性，从而对污泥中的重金属有一定淋洗作用，使得重金属随着污泥水分的脱出一起去除，同时对污泥中其他污染物也有一定的分解作用，因此该装置对污泥有一定的净化作用。

本发明的双柱活塞与平板电极构成Y型结构，Y型结构的两个分支处均设有控制进出泥方向的开关，保证各分支的独立性与稳定性，同一分支处的进泥开关和出泥开关同时开或闭，保证两个活塞交替连动运行，使污泥到达所述平板电极的进泥端时，从两个进泥室出来的污泥所受到的压力较为均衡，从而保证污泥能够连续均匀地被推送进入平板电极形成的电场中。

在电场脱水(或电渗透脱水)过程中，在平板电极形成的电场中充满待脱水的污泥，所述污泥平板电极紧密接触。由于活性污泥中的粒子(污泥颗粒)带有负电，水中的离子会在粒子的表面形成电气二重层，包括固定离子层和扩散离子层。在电场作用下，粒子表面的电气二重层将会发生相对滑动，带负电的粒子或离子向阳极移动，带正电的粒子或离子向阴极移动，而污泥中的毛细管残留水分(主要为孔隙水)则在带正电的粒子或离子的带动下向阴极移动。阴极附近聚集的水分脱离阴极和污泥后就实现了脱水，水分借助自身的重力脱离装置，实现分离作用。

在脱水过程中，阳极附近产生的酸性条件在电场的作用下可使污泥中的重金属形态发生转变，使重金属由稳定态(硫化物及有机结合态、残渣态)转化为不稳定态(水溶性/可交换态、碳酸盐结合态)，不稳定态大多为溶解态，可以溶解在水中，进而随着污泥中的水分一同被分离。因此本发明的装置对重金属有一定的淋洗效果。同时在发生电化学反应的过程中，阳极的氧化环境可以分解污泥中的有机物，在氧化条件下，平板电极表面产生的强氧化活性物质可以使污泥中的有机物发生氧化分解，将大分子的污染物分解为小分子物质，或者直接生成二氧化碳和水。所以该装置对污泥中有害物质的去除也有一定作用。

本发明中采用的平板电极要求具有导电功能，阳极为金属平板结构，阴极为金属网状结构。本发明的金属网状电极和金属板状电极可以梯形布置，即阴极板保持水平，沿着污泥前进方向，金属网状电极和金属板状电极之间的距离越来越小，金属网状电极和金属板状电极之间的夹角控制在2-8°之间。从进泥端到出泥端，断面面积变小，可有效缓解污泥因含水率降低而导致的电流降低问题，保证污泥有较为稳定的脱水率。

本发明中污泥泥饼的厚度在10mm-20mm之间，根据脱水需要时间、污泥特性、产品含水率要求等决定。污泥厚度较大将增加脱水时间，如缩短脱水时间则产品含水率将增加。电场的电压控制在10～100V之间，较高的电压可以增加污泥内部水分的运动动力，缩短脱水时间，降低产品含水率，但同时也增加了电场电能的消耗。本发明中污泥脱水需要在电场与机械压力的协同作用下完成，施加于污泥的机械压力值控制在1000Pa～0.3MPa之间，对一定厚度的污泥和一定的电场电压而言，机械压力值存在一个最佳值，小于或者大于这个最佳值都会影响污泥脱水的时间和效果，本发明提供的机械压力值保证了污泥脱水的时间和效果。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。