一種真空電滲固化給水廠污泥裝置及其使用方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種真空電滲固化給水廠污泥裝置及其使用方法，該裝置的直流電源的正負極分別連接至污泥槽內(nèi)的陰極金屬和陽極金屬；陰極金屬和陽極金屬的另一端分別通過排水管連接至真空槽，排水管上設(shè)置真空泵和閥門，真空泵均連接至定時開關(guān)。該方法先固化后電滲，并用定時開關(guān)控制真空泵的開啟。本發(fā)明對給水污泥固化效果好，去除金屬離子后的污泥達到了國家土壤再利用排放標準，運行費用較傳統(tǒng)真空聯(lián)合電滲裝置低。
【專利說明】一種真空電滲固化給水廠污泥裝置及其使用方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種給水污泥固化的裝置，尤其涉及一種真空電滲固化給水廠污泥裝置及其使用方法。

【背景技術(shù)】
[0002]城市污泥分為給水廠污泥、污水廠污泥和化工污泥，但是從產(chǎn)量上分的話，給水廠污泥和污水廠污泥產(chǎn)量大，收集方便能集中化處理。這兩類污泥具有以下特征:
(I)含水率高，污泥含水率高達97%，污泥中水分分為自由水、間隙水、表面結(jié)合水和分子結(jié)合水。一般通過風華自由水就可以蒸發(fā)掉，間隙水通過混凝離心去除，但是結(jié)合水很難去除。
[0003](2)給水廠污泥不僅具有Al和Fe鹽嚴重超標，并且不容易直接進行壓濾脫水，污水廠污泥生物活性高，如果不立即脫水處理很快就會發(fā)臭，滋生蠅蟲。不論壓濾的污水廠濾餅還是給水廠直接外排的排泥水都因為金屬離子超標不能資源化利用。
[0004]現(xiàn)階段，我國水廠污泥的處理處置方式主要是天然干化、真空過濾、加壓過濾、冰凍過濾、離心機脫、造粒脫水，其中天然干化占26%，離心機脫達到47%。但是天然干化耗時長，占地面積大，這對于當今土地緊缺的城市來說不適宜，離心機脫水不僅電耗大，而且脫水率低，一般機脫后含水率還在80%以上，這部分污泥不僅增加了污泥的電廠的焚燒費用，還遠沒有達到《城鎮(zhèn)污水處理廠污泥處置-農(nóng)用泥質(zhì)》(CJ/T309-2009)對于填埋和農(nóng)用時含水率降低到60%的規(guī)定和重金屬含量降低的要求。
[0005]真空-電滲技術(shù)就是通過直流電場的電滲作用力來達到水的電滲遷移到陰極，然后通過真空力抽濾排出，提高了污泥的脫水效果和處理時間，解決了污泥空間含水率不均勻問題。真空和電滲聯(lián)合起來處理給水污泥同樣也存在難點，一是電極兩端會發(fā)生水的電解作用，這不僅使局部的PH值改變，導致污泥中自由狀態(tài)下的金屬離子重新絡(luò)合沉淀，并且電解的氫離子和氫氧根離子會在電場力作用下無法湮滅成水分子，降低了脫水速率和效率。二是電滲過程中真空抽濾一般都是通過真空泵的開啟達到的，但是電滲作用比較緩慢，一般一個電滲脫水在2天左右，電滲力對水分的遷移是一個漸進的過程，如果一直開啟真空泵或者人工手動開啟會導致電力資源和人力資源的浪費。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]為了克服現(xiàn)有技術(shù)真空電滲過程中的不足，本發(fā)明提供了一種真空電滲固化給水廠污泥裝置及其使用方法，該裝置在減少能耗的同時，又能避免電滲過程PH值變化降低污泥脫水效率和去除金屬離子效果。
[0007]本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:
一種真空電滲固化給水廠污泥裝置，包括直流電源、污泥槽、真空槽和單刀雙擲開關(guān)，單刀雙擲開關(guān)設(shè)在直流電源和污泥槽之間；直流電源的正負極分別連接至污泥槽內(nèi)的陰極金屬和陽極金屬；陰極金屬和陽極金屬的另一端分別通過排水管連接至真空槽，排水管上設(shè)置真空泵和閥門，真空泵均連接至定時開關(guān)。
[0008]本發(fā)明通過調(diào)整電滲和抽濾的作用時間，陰極和陽極可以相互轉(zhuǎn)換，避免溶液的酸堿變化過大引起金屬離子重新絡(luò)合，提高脫水效果。
[0009]作為對本發(fā)明的進一步改進，陰極金屬和陽極金屬是上端和下端均開口的鍍鋅鋼管，鋼管表面打孔，鍍鋅鋼管直徑是4cm，孔的直徑在5_，鋼管外面包裹有土工布。
[0010]下端開口封上土工布是為了在含水率大時增大抽水面積，上端開口是因為要鏈接塑料軟管，水通過上端被抽出，所以要開口。
[0011]作為對本發(fā)明的進一步改進，定時開關(guān)上連接有交流電源。利用交流電源控制定時開關(guān)，調(diào)節(jié)真空泵的開啟時間，減少能源浪費。
[0012]作為對本發(fā)明的進一步改進，排水管為塑料軟管。
[0013]作為對本發(fā)明的進一步改進，真空槽上設(shè)有真空表。真空表用于觀察真空槽內(nèi)的真空壓力。
[0014]作為對本發(fā)明的進一步改進，真空槽的底部設(shè)有泄水管。
[0015]本發(fā)明提供一種真空電滲固化給水廠污泥裝置的使用方法，該方法能夠有效脫水和去除金屬離子，包括以下步驟:
第一步，開啟真空泵，調(diào)節(jié)閥門，使真空槽內(nèi)的真空壓力在0.05MPa，關(guān)閉閥門，向污泥槽內(nèi)添加給水廠污泥，打開閥門，進行抽濾；
第二步，當排水管中出現(xiàn)氣泡柱時，開啟直流電源，調(diào)節(jié)電壓，以陰極金屬作為陰極、陽極金屬作為陽極，開始電滲；
第三步，當污泥槽內(nèi)污泥表面出現(xiàn)裂縫時，反應結(jié)束。
[0016]在電滲過程中，根據(jù)污泥槽和真空槽的體積設(shè)置定時開關(guān)的啟閉時間，調(diào)整變換單刀雙擲開關(guān)方向的時間。
[0017]上述過程中，第一步過大真空壓不僅不會增大抽水速度，反而損壞塑料軟管，因此第一步采用0.05MPa的真空壓。污泥中的自由水不斷被抽濾到真空槽內(nèi)，當排水管中出現(xiàn)氣泡柱時說明自由水基本已經(jīng)排除完了，此時可以進行電滲。
[0018]第二步的電滲過程中切換單刀雙擲開關(guān)的方向后，可以改變電極的正負極性，使陽極金屬變?yōu)殛帢O，陰極金屬變?yōu)殛枠O。
[0019]作為對本發(fā)明的進一步改進，污泥槽的體積是4500cm3，真空槽的體積為6000cm3。最好是污泥槽的長、寬、高分別為20cm、15cm、15cm。
[0020]作為進一步的改進，對于上述體積的污泥槽和真空槽，定時開關(guān)的啟閉間隔時間是4小時，每次運行15min，每隔12h切換單刀雙擲開關(guān)的方向。
[0021]作為對本發(fā)明的進一步改進，對于體積為4500cm3的污泥槽，每次加污泥1800cm3。
[0022]作為對本發(fā)明的進一步改進，電滲前調(diào)節(jié)電壓為20V，使電勢梯度在7.5V/cm。
[0023]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點:
I)本發(fā)明通過真空抽濾和電滲兩種方式將給水污泥中的自由水、間隙水和表面結(jié)合水排出，達到污泥快速脫水的目標；而且本發(fā)明是在真空抽濾后增加電滲的，因此降低了電滲時間，同時通過定時開關(guān)減少了真空泵的使用時間，降低了污泥固化去除金屬離子的能耗。
[0024]2)利用電滲作用達到了污泥脫水以及金屬離子在電場力作用下向陰極遷移隨著水流被真空抽濾排出污泥的特點，達到了污泥脫水和去除金屬離子的目標。
[0025]3)電滲過程中，陰極和陽極發(fā)生水的電解作用產(chǎn)生了 H+和0H_離子會降低了污泥的脫水和金屬的去除效果，本發(fā)明通過轉(zhuǎn)變電流方向達到了電極極性的交替并且達到了陰陽電極同時抽濾脫水，這樣就解決了水的電解帶來的脫水速率慢的問題以及陰陽電極同時脫水增快了脫水速率，減少了污泥區(qū)域脫水不均勻問題。
[0026]4)電滲過程中產(chǎn)生的氣泡帶來的裂縫增加了界面電阻，間斷的真空抽濾能及時地排出陰陽電極產(chǎn)生的氣泡，使電極和污泥結(jié)合處電阻不會增加，增大了電流密度，提高了固化效果。
[0027]5)本發(fā)明裝置簡便，污泥槽深度很大，深達15cm，可以連續(xù)的倒入給水污泥，同時真空槽可以在下部打開閥門排放掉水體，這樣可以達到連續(xù)運行的目的。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0028]圖1為本發(fā)明真空電滲固化給水廠污泥裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0029]圖2為本發(fā)明真空電滲固化給水廠污泥裝置的電極結(jié)構(gòu)示意圖。
[0030]圖3為本發(fā)明真空電滲固化給水廠污泥裝置的真空槽結(jié)構(gòu)示意圖。
[0031]圖中:1、直流電源；2、陰極金屬；3、陽極金屬；4、污泥槽；5、真空泵；6、單刀雙擲開關(guān)；7、排水管；8、真空槽；9、真空表；10、閥門；11、交流電源；12、定時開關(guān)；13、泄水管；14、土工布。

【具體實施方式】
[0032]下面結(jié)合附圖及實施例對本發(fā)明做進一步詳細描述。
[0033]實施例1
如圖1?3所示，一種真空電滲固化給水廠污泥裝置，包括直流電源1、污泥槽4、定時開關(guān)12、真空槽8和單刀雙擲開關(guān)6，單刀雙擲開關(guān)6通過導線和直流電源I連接，通過改變單刀雙擲開關(guān)6的接觸方式可以轉(zhuǎn)換直流電源I的電流方向可以切換陰陽電極。真空泵5均連接到定時開關(guān)12，交流電源11連接并控制定時開關(guān)12的啟閉，定時開關(guān)12用來控制真空泵5的開啟時間以及兩次開啟的時間間隔，以排出富集的水分。真空槽8上方設(shè)有真空表9，真空槽8底部均設(shè)有泄水管13。
[0034]污泥槽4內(nèi)設(shè)有陰極金屬2和陽極金屬3，陰極金屬2和陽極金屬3的上端分別通過導線和直流電源I連接，下端通過排水管7和真空槽8連接，排水管7上設(shè)有真空泵5和閥門10，閥門10位于真空泵5和真空槽8之間。
[0035]陰極金屬2是上端和下端均開口的鍍鋅鋼管，鋼管表面打孔，鍍鋅鋼管直徑是4cm,孔的直徑在5mm,鋼管外面包裹有土工布14 ;陽極金屬3亦是如此。
[0036]排水管7均為塑料軟管。
[0037]真空槽8均為有機玻璃制成的圓柱體。
[0038]一種真空電滲固化給水廠污泥裝置的使用方法，該方法能夠有效脫水和去除金屬離子，包括以下步驟:
第一步，開啟真空泵5，調(diào)節(jié)閥門10使真空槽8的真空壓力在0.05MPa，靜止觀察真空表是不是穩(wěn)定，這可以檢測裝置的氣密性，關(guān)閉閥門10，將污泥加入污泥槽4內(nèi)，打開閥門10，進行抽濾；污泥中自由水在真空吸力作用下排出污泥，一般此過程在15min之內(nèi)就能完成。
[0039]第二步，當排水管7有很多氣泡時說明自由水基本去除完畢，這時開啟直流電源1，直流電源的正負極分別連接至陰極金屬和陽極金屬，調(diào)節(jié)電壓為20V，使電勢梯度在7.5V/cm，設(shè)定定時開關(guān)，開始電滲，每隔12h切換單刀雙擲開關(guān)6，使電流的方向改變，調(diào)整電極的極性；
本實施例中污泥槽4的體積是4500cm3，真空槽8的體積為6000cm3，對于這樣的體積，定時開關(guān)12的啟閉間隔時間是4小時，每次運行15min。
[0040]運行結(jié)果發(fā)現(xiàn)污泥每6h加一次污泥，6h后污泥體積只有原來的一半，因此每次添加1800cm3污泥，總共處理的污泥量為18000cm3。本發(fā)明使污泥分次加入污泥槽，因為隨著固化電滲的進行，污泥的體積慢慢減小，慢慢加入污泥不僅可以增大污泥的處理量而且新加入的污泥有利于防止脫水過程中污泥開裂導致電滲變?nèi)酢?br> [0041]第三步，運行三天后，污泥槽4內(nèi)污泥表面出現(xiàn)裂縫時，停止裝置運行，先關(guān)閉直流電源，然后關(guān)閉真空泵，最后關(guān)閉所有閥門，運行結(jié)束。
[0042]本裝置尤其適合水廠中含水率很高的給水污泥，對給水污泥固化效果好，去除金屬離子后的污泥達到了國家土壤再利用排放標準，運行費用較傳統(tǒng)真空聯(lián)合電滲裝置低。
【權(quán)利要求】
1.一種真空電滲固化給水廠污泥裝置，其特征在于，包括直流電源(1)、污泥槽(4)、真空槽(8)和單刀雙擲開關(guān)(6)，單刀雙擲開關(guān)(6)設(shè)在直流電源(1)和污泥槽(4)之間；直流電源(1)的正負極分別連接至污泥槽(4)內(nèi)的陰極金屬(3)和陽極金屬(2);陰極金屬(3)和陽極金屬(2 )的另一端分別通過排水管(7 )連接至真空槽(8 )，排水管(7 )上設(shè)置真空泵(5)和閥門(10)，真空泵(5)均連接至定時開關(guān)(12)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的真空電滲固化給水廠污泥裝置，其特征在于，陰極金屬(3)和陽極金屬(2)是上端和下端均開口的鍍鋅鋼管，鋼管表面打孔，鍍鋅鋼管直徑是4cm，孔的直徑為5mm,鋼管外面包裹有土工布(14)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的真空電滲固化給水廠污泥裝置，其特征在于，定時開關(guān)(12)上連接有交流電源(11)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的真空電滲固化給水廠污泥裝置，其特征在于，排水管(7)為塑料軟管。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的真空電滲固化給水廠污泥裝置，其特征在于，真空槽(8)上設(shè)有真空表(9)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或5所述的真空電滲固化給水廠污泥裝置，其特征在于，真空槽(8)的底部設(shè)有泄水管(13)。
7.基于權(quán)利要求1所述的真空電滲固化給水廠污泥裝置的使用方法，其特征在于，包括以下步驟:開啟真空泵(5)，調(diào)節(jié)閥門(10)，使真空槽(8)內(nèi)的真空壓力為0.05MPa，關(guān)閉閥門(10)，向污泥槽(4)內(nèi)添加給水廠污泥，打開閥門(10)，進行抽濾；當排水管(7)中出現(xiàn)氣泡柱時，開啟直流電源(1)，調(diào)節(jié)電壓，以陰極金屬(3)作為陰極、陽極金屬(2)作為陽極，開始電滲；當污泥槽(4)內(nèi)污泥表面出現(xiàn)裂縫時，反應結(jié)束；在電滲過程中，根據(jù)污泥槽(4)和真空槽(8)的體積設(shè)置定時開關(guān)(12)的啟閉時間，調(diào)整變換單刀雙擲開關(guān)(6)方向的時間。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的真空電滲固化給水廠污泥裝置的使用方法，其特征在于，污泥槽(4)的體積是4500cm3，真空槽(8)的體積為6000cm3。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的真空電滲固化給水廠污泥裝置的使用方法，其特征在于，定時開關(guān)(12)的啟閉間隔時間是4小時，每次運行15min，每隔12h切換單刀雙擲開關(guān)(6)的方向。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的真空電滲固化給水廠污泥裝置的使用方法，其特征在于，電滲前調(diào)節(jié)電壓為20V，使電勢梯度在7.5V/cm。
【文檔編號】C02F11/12GK104496149SQ201410800356
【公開日】2015年4月8日 申請日期:2014年12月22日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月22日
【發(fā)明者】許航, 丁同剛, 崔建峰, 申昆侖 申請人:河海大學