电化学协同超声改善污泥脱水性能的方法与流程

本发明涉及污泥处理领域，特指电化学协同超声波改善污泥脱水性能的方法。

背景技术：

1、随着我国经济的快速发展，城镇化和工业化的快速提高，城镇污水和工业废水的排放量快速增加，污泥的产量随着污水处理量的大幅增加而逐年上涨。2017年我国市政污泥(以含水率80％计)产量增加到7436万吨。2020年市政污泥的产量将增加至6000～9000万吨。时至今日，污泥减量化技术已发展成为制约污水处理行业快速发展的关键因素。

2、目前对污泥进行处理的方法有物理处理、化学处理，微生物处理和电化学处理，其中物理处理有热处理、超声处理、冻融技术，化学处理有投加混凝剂、酸/碱处理、臭氧处理等。

3、超声波是由发生器产生的高频振荡信号，通过换能器转换成高频机械振荡而传播到介质中。声波依照正弦传递，产生大量小气泡，对污泥产生破胞作用，降低污泥的粒径，增加污泥的比表面积，此外还能产生杀菌消毒作用。

4、电化学污泥处理的核心为电极，而传统电化学方法在处理污泥过程中存在电极污染、能耗高、效率低下等问题。主要原因是，电化学在反应过程中，存在电极逐渐污染的现象，导致反应效率降低，能耗增加。

5、专利申请号为cn109179934a的发明专利公开了一种电化学高级氧化反应处理剩余污泥的方法，将剩余污泥处理方法采用酸处理、电化学氧化以及fenton氧化同时对污泥破解产生作用,以促进污泥溶胞，改善污泥的脱水性能，以达到剩余污泥中大分子物质水解效果明显，污泥絮体结构分解明显，泥水分离效果好，污泥臭味消除，污泥中有机物溶出效果较好的目的，实现了污泥处理的减量化，可对污水处理厂剩余污泥的预处理提供技术选择。上述方法中没有考虑污泥/污染物对电极污染产生的影响。

6、专利申请号为cn108503153a的发明专利公开了一种利用超声波和芬顿反应处理剩余污泥的方法，该发明采用“剩余污泥超声波预处理+芬顿氧化+反硝化脱氮消解”工艺处理乘余污泥。通过超声波对剩余污泥进行有效分散和裂解,降低剩余污泥颗粒的粒径,剩余污泥比表面积变大，提高了剩余污泥芬顿氧化时的反应效率；芬顿氧化产生自由基强氧化基团，与裂解的剩余污泥充分反应，消解污泥并促进剩余污泥的融胞作用；同时芬顿氧化后的剩余污泥回流至反硝化池中,可以作为反硝化过程中的投加碳源，实现剩余污泥的减量化。该方法的缺点是芬顿氧化过程中会产生大量的污泥fe(oh)3，增加污泥量。

技术实现思路

1、本发明针对现有电化学污泥减量化技术的不足之处，提供一种电化学协同超声波改善污泥脱水性能的方法。

2、具体的，一种电化学协同超声改善污泥脱水性能的方法，按照先后顺序对污泥依次进行超声波预处理、电化学处理、超声波处理，包括以下步骤：

3、步骤(1)、超声波预处理：用超声波处理污泥，超声功率密度为0.2～0.8w/ml，超声处理时间为2～10min，超声频率为26～30khz；污泥量800ml；

4、步骤(2)、电化学处理：开启电化学电源，电流密度为5～60ma/cm2，电解时间38～42min，电极间距为1～6cm；

5、步骤(3)、超声波处理：超声功率密度为0.3～1.0w/cm2，超声处理时间为1～5min，超声频率为18～22khz；

6、上述任一方案中优选的是，步骤(1)中，所述超声波预处理时，超声功率密度为0.2～0.6w/ml，超声处理时间为2～8min，超声频率为28khz。

7、上述任一方案中优选的是，步骤(1)中，所述超声波预处理时，超声功率密度为0.2w/ml，超声频率为28khz。

8、上述任一方案中优选的是，步骤(1)中，所述超声波预处理时，超声功率密度为0.4w/ml，超声频率为28khz。

9、上述任一方案中优选的是，步骤(1)中，所述超声波预处理时，超声功率密度为0.6w/ml，超声频率为28khz。

10、上述任一方案中优选的是，步骤(1)中，所述超声波预处理时，超声功率密度为0.2w/ml，超声频率为26khz。

11、上述任一方案中优选的是，步骤(1)中，所述超声波预处理时，超声功率密度为0.4w/ml，超声频率为26khz。

12、上述任一方案中优选的是，步骤(1)中，所述超声波预处理时，超声功率密度为0.8w/ml，超声频率为30khz。

13、上述任一方案中优选的是，步骤(1)中，所述超声波预处理时，超声波反应腔为4～10个，电解槽壁至少有100个空化槽。

14、上述任一方案中优选的是，步骤(1)中，所述污泥为工业污泥，含水率为98％。

15、上述任一方案中优选的是，步骤(2)中，所述电化学处理时，电流密度为10～50ma/cm2，电解时间为40min，电极间距为1～4cm。

16、上述任一方案中优选的是，步骤(2)中，所述电化学处理时，电流密度为5ma/cm2，电解时间为38min，电极间距为1cm。

17、上述任一方案中优选的是，步骤(2)中，所述电化学处理时，电流密度为10ma/cm2，电解时间为40min，电极间距为2cm。

18、上述任一方案中优选的是，步骤(2)中，所述电化学处理时，电流密度为30ma/cm2，电解时间为40min，电极间距为3cm。

19、上述任一方案中优选的是，步骤(2)中，所述电化学处理时，电流密度为50ma/cm2，电解时间为40min，电极间距为4cm。

20、上述任一方案中优选的是，步骤(2)中，所述电化学处理时，电流密度为60ma/cm2，电解时间为42min，电极间距为6cm。

21、上述任一方案中优选的是，步骤(2)中，所述电化学处理时，阳极为ti/pbo2电极或ti/ruo2中的至少一种，阴极为ti电极或pt电极中的至少一种。

22、上述任一方案中优选的是，步骤(3)中，所述超声波处理时，超声功率密度为0.3～0.6w/cm2，超声处理时间为2～4min，超声频率为20khz。

23、上述任一方案中优选的是，步骤(3)中，所述超声波处理时，超声功率密度为0.3w/cm2，超声处理时间为2min，超声频率为18khz。

24、上述任一方案中优选的是，步骤(3)中，所述超声波处理时，超声功率密度为0.6w/cm2，超声处理时间为3min，超声频率为20khz。

25、上述任一方案中优选的是，步骤(3)中，所述超声波处理时，超声功率密度为1.0w/cm2，超声处理时间为5min，超声频率为22khz。

26、上述任一方案中优选的是，步骤(3)之后还包括步骤(4)对处理后的污泥脱水。

27、上述任一方案中优选的是，采用污泥减量化装置进行处理，污泥减量化装置包括阳极、阴极、电解槽、超声波换能器、电源、进泥口，排泥口，所述阳极和阴极交替固定于电解槽内部，超声波换能器固定于电解槽的底部，电源位于电解槽外部，进泥口开设于电解槽的上部位置，排泥口开设于电解槽的下部位置。

28、有益效果

29、本发明公开一种电化学协同超声改善污泥脱水性能的方法，按照先后顺序对污泥依次进行超声波预处理、电化学处理、超声波处理，包括以下步骤：步骤(1)、超声波预处理：用超声波处理污泥，超声功率密度为0.2～0.8w/ml，超声处理时间为2～10min，超声频率为26～30khz；步骤(2)、电化学处理：开启电化学电源，电流密度为5～60ma/cm2，电解时间38～42min，电极间距为1～6cm；步骤(3)、超声波处理：超声功率密度为0.3～1.0w/cm2，超声处理时间为1～5min，超声频率为18～22khz。

30、本发明公开一种电化学协同超声改善污泥脱水性能的方法，采用“超声+电化学+超声”的交替处理工艺，提高污泥的脱水性能。超声波预处理可以迅速降低污泥的粒径，提高污泥的比表面积；在电化学的电解过程中，会产生丰富的羟基自由基，羟基自由基与污泥充分反应促进污泥细胞破解，提高污泥的脱水性能；电解一段时候后，采用超声技术，通过超声波对电极表面的污染物/污泥进行清洗的同时，又能够有效分散和裂解污泥。该方法具有反应效率高，药剂使用少，能耗低，脱水性能好，占地面积小，应用前景广等优点。

31、本技术通过超声波对电极表面的污染物/污泥进行清洗的同时，又能够有效分散和裂解污泥，从而提高电催化性能，改善污泥脱水性能，减少药剂使用，降低能耗，且不另外增加设备占地面积，具有明显的社会和经济效益。