序批式電滲透污泥深度脫水設備及方法
【技術領域】
[ooou 本發(fā)明設及一種序批式電滲透污泥深度脫水設備及方法，利用電滲透技術對污水 處理廠的生化污泥進行深度脫水處理，屬于電化學技術與污水污泥處理技術領域。
【背景技術】
[0002] 據(jù)申請人了解，當前城鎮(zhèn)生活污水處理主要采用生物氧化工藝，利用微生物代謝 作用將污水中的有機污染物轉化為穩(wěn)定的無害物質。該工藝在處理過程中會產(chǎn)生大量生化 污泥，若對污泥處理處置不善，將給環(huán)境帶來極大危害。污泥處理處置要求達到"減量化、穩(wěn) 定化、無害化、資源化"要求，在"四化"中減量化是基礎，減量化就是污泥脫水干化過程，任 一種污泥的最終處理處置方案都是W污泥深度脫水為前提的。
[0003] 生化污泥不同于一般自然界泥沙狀的污泥，其構成主要是失去生命的微生物及其 載體。生化污泥的脫水干化與一般化工工藝過程的脫水干化有較大差異，該是因為生化污 泥中水分存在的結構形式與需干燥的常規(guī)化工產(chǎn)品有所不同。生化污泥中水分W4種形態(tài) 存在，其中結合水占70~75 %，間隙水占20~25%，還有少量的自由水與毛細管水。結合 水存在于污泥的微生物細胞內(nèi)，只有將細胞破壁后才能被進一步脫除。傳統(tǒng)的機械壓濾工 藝只能脫除污泥中的間隙水，將污泥含水率降至80~85%。進一步，將污泥含水率從80~ 85%降至55~60% W下的處理過程即為生化污泥的深度脫水。污泥深度脫水處理的目的 是污泥減量化，為后續(xù)的污泥處置打下基礎和創(chuàng)造條件。
[0004] 生化污泥深度脫水的關鍵在于脫除污泥絮體中的結合水，而脫除結合水的關鍵在 于微生物細胞破壁?，F(xiàn)有的生化污泥深度脫水處理工藝主要是自然干化工藝、熱干化工藝 和化學調(diào)質加高壓壓棒工藝。
[0005] 自然干化工藝利用自然熱源（太陽能）對污泥進行脫水干化處理，該工藝需要龐 大的干化場，依賴氣候條件，處理時間過長，同時處理過程中惡臭氣體揮發(fā)，易帶來二次污 染，因此該工藝的應用受到限制。熱干化工藝耗能大，且設備復雜，投資和運行成本也非常 高?；瘜W調(diào)質加高壓壓棒工藝由于添加了大量石灰、鐵鹽等無機鹽類做污泥調(diào)理劑，增加了 絕干污泥的量，同時使脫水后污泥的結構、成分、性質發(fā)生了變化，給后續(xù)的污泥處置帶來 諸多問題。
[0006] 電滲透脫水工藝基于電化學原理，生物污泥帶有負電荷，為平衡該些電荷，污泥顆 粒表面會吸附介質中帶相反電荷的離子構成雙電層。在外電場作用下，雙電層中的帶電粒 子相對于電極表面做定向移動。生物細胞破壁后，污泥向陽極移動，其胞內(nèi)水向陰極移動， 透過陰極被排出脫除，該一現(xiàn)象即為電滲透脫水。
[0007] 電滲透污泥脫水過程電極反應原理如下：
[000引 陽極反應；2&0 - 4H++02+4e
[0009] 陰極反應；2H2〇+2e-- 40H -+&
[0010] 電滲透脫水工藝是對生化污泥深度脫水干化的新型、高效技術。
[0011] 該工藝脫水速度快，一般在6~12分鐘內(nèi)即可實現(xiàn)污泥量減半，泥餅含水率脫至 60%W下。影響電滲透污泥脫水的主要因素有：電場強度、壓強、處理時間、污泥層厚度。
[0012] 電滲透脫水工藝是一種已見的、公知的脫水方式，但其工業(yè)化應用還存在諸多問 題。
[0013] 現(xiàn)有的電滲透污泥脫水設備主要有二種結構形式。一類是基于帶式壓濾機技術原 理，采用漉筒壓棒方式。設備陰陽極為漉筒，陰陽極間有濾帶，濾帶間夾持污泥，在陰陽極施 加電場的條件下進行壓棒脫水。另一類是陰陽極均采用平行履帶輸送機的結構形式，陽極 履帶在上部，陰極履帶在下部，上下履帶輸送機同步運行，通電加壓脫水?，F(xiàn)有設備的共同 特點是陰陽極同時相對運動，其工作過程是連續(xù)的。
[0014] 電滲透脫水設備亦會有其他結構形式，但不管什么結構形式，都會遇到了陽極使 用壽命短和電滲透電耗大的兩個技術難題，致使該技術的工業(yè)應用難W實現(xiàn)，設備不能長 期可靠運行。
[0015] 經(jīng)檢索發(fā)現(xiàn)，專利號201420024155. 4授權公告號CN203728697U的中國實用新型 專利公開了一種電滲透脫水機，該電滲透脫水機的濾布通過安裝在機架最右端的濾布驅動 裝置驅動，濾布驅動裝置與清洗裝置相連接；濾布上方的機架上安裝有陰極板，陰極板上方 是安裝在陽極板支撐上的陽極板，陽極板支撐的上方安裝有多個陽極油壓及提升裝置；機 架最左端的濾布上方安裝有布泥裝置，布泥裝置左端安裝有進泥裝置。該專利主要解決了 泥餅布置不均勻，泥餅寬度不能調(diào)節(jié)，施壓滲透時兩側跑泥，濾液槽積泥等問題。
[0016] 申請?zhí)?01310737708. 0申請公布號CN104098250A的中國發(fā)明專利申請公開了一 種市政污泥化學調(diào)理強化初步機械脫水聯(lián)合電滲透兩級深度脫水方法，通過投加占污泥干 基重量3-30%的復合調(diào)理劑，對生活污水處理廠含水率為97%左右的濃縮污泥進行調(diào)理 改性，提高污泥初步機械脫水及后續(xù)電滲透脫水能力；調(diào)理改性污泥經(jīng)過初步脫水后污泥 含水率降低至70-85% ;初步脫水污泥直接進入電滲透脫水設備進行深度脫水，污泥含水率 降低至40-60% ;脫水后污泥可直接進行填埋處置、熱轉化、建材利用等處理、處置與資源化 利用。該方法可實現(xiàn)污泥脫水的連續(xù)運行，處理效率高；可有效降低污泥中的結合水含量， 脫水效果好，深度脫水泥餅含水率低。既適用于新建的污水處理廠；又適合于現(xiàn)有污水處理 廠污泥脫水處理的改建，擴建及應急預案的設計要求。
[0017] 但是，W上述兩件專利文獻為代表的現(xiàn)有技術仍然無法解決陽極使用壽命短和電 滲透電耗大的兩個技術難題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[001引本發(fā)明所要解決的技術問題是；克服現(xiàn)有技術存在的問題，提供一種序批式電滲 透污泥深度脫水設備及采用該設備的方法，能延長陽極使用壽命，并降低電能消耗。
[0019] 本發(fā)明解決上述技術問題的技術方案如下：
[0020] 一種序批式電滲透污泥深度脫水設備，包括密閉的框架，框架內(nèi)安置有陽極組件 和陰極組件；陰極組件包括支撐于框架下部的傳動輪組，傳動輪組上套設有首尾相接呈環(huán) 狀的陰極濾布，陰極濾布內(nèi)側設有陰極板；陽極組件包括一組與陰極板相對的陽極板、支撐 于框架上部的固定座，陽極板分別經(jīng)傳動件支撐于固定座上；陽極板背離傳動件的一側設 有陽極濾布；陽極板與陰極板之間形成污泥處理空間；陽極板的材質為鐵金屬材料，陽極 板表面依次設有中間層和表面活性層，中間層的材質為Sn〇2-Sb2〇,-La2化復合材料，表面活 性層的材質為Mn〇2材料。
[0021] 該結構中，一方面，陽極板、陰極板外側分別設有陽極濾布和陰極濾布，處理時污 泥夾持在陽極濾布和陰極濾布之間，不會與陽極板直接接觸，降低陽極板涂層磨損的幾 率，從而延長陽極板使用壽命。另一方面，采用Sn〇2-Sb2〇,-La2〇3復合材料的中間層可有 利于阻擋表面新生氧向鐵基擴散，從而降低鐵基純化的風險；表面活性層Mn〇2和中間層 Sn〇2-Sb2〇x-La2化能形成很好的固溶體，使涂層密實，增加了涂層的機械強度及與鐵基材的 結合力，有利于延長涂層電極的使用壽命，避免其在工作過程中被極化、純化和腐蝕失效； 同時，電滲透的陽極反應是一個析氧反應，降低電極的析氧電位和提高極板的導電性能有 利于節(jié)省電能消耗，而表面活性層采用的Mn〇2材料不僅具有良好的導電性能，更是析氧反 應的高活性催化劑，其析氧過電位很低，該樣即可獲得顯著的節(jié)電效果。
[0022] 本發(fā)明設備進一步完善的技術方案如下：
[0023] 優(yōu)選地，陽極板朝向傳動件的另一側依次固連有中間絕緣板和外層絕緣板，外層 絕緣板與傳動件末端固連；陽極板具有透水孔，外層絕緣板具有進水孔，中間絕緣板具有布 水孔槽和排氣槽。
[0024] 更優(yōu)選地，陽極板、中間絕緣板、外層絕緣板分別呈矩形；中間絕緣板的布水孔槽 包括主進水槽、支路水槽W及落水孔；主進水槽、支路水槽分別具有槽底且位于中間絕緣板 背離陽極板的一側，落水孔位于支路水槽內(nèi)且貫穿中間絕緣板；主進水槽呈圓環(huán)狀，支路水 槽有一組且呈長條狀，支路水槽與主進水槽圓環(huán)的半徑重合，支路水槽的一端位于主進水 槽圓環(huán)內(nèi)、另一端位于主進水槽圓環(huán)外；支路水槽分布成W主進水槽圓環(huán)圓屯、為中屯、的中 屯、對稱圖形，支路水槽分別與主進水槽相連通，支路水槽相互之間不直接連通。
[0025] 采用上述優(yōu)選方案，在電滲透反應后段、陽極端污泥形成具有高阻抗的薄殼層時， 可在外層絕緣板上加堿性電導液，堿性電導液經(jīng)外層絕緣板的進水孔依次進入中間絕緣板 的主進水槽、支路水槽W及落水孔實現(xiàn)均勻分布，最終通過陽極板的透水孔進入污泥薄殼 層，緩釋污泥結殼現(xiàn)象，W減小污泥電阻，該樣在后續(xù)的持續(xù)脫水過程中不需要提高電壓、 增加電能消耗，有利于節(jié)能；此外，中間絕緣板的排氣槽可引導陽極板處產(chǎn)生的氣體排出。
[0026] 優(yōu)選地，還包括濾布回轉輪組和張緊輪；陽極濾布首尾相接呈環(huán)狀，陽極濾布套設 于濾布回轉輪組上，張緊輪與陽極濾布相接觸，張緊輪具有向靠近陽極濾布的方向運動使 陽極濾布張緊的第一狀態(tài)，W及向遠離陽極濾布的方向運動使陽極濾布松弛的第二狀態(tài)。
[0027] 采用該優(yōu)選方案，在電滲透脫水時，陽極濾布松弛為陽極板的運動提供空間，在脫 水處理結束時，陽極濾布張緊并隨傳動輪組運動，將陽極濾布的干凈部分移至工作區(qū)供下 一次處理，同時將陽極濾布的帶污泥部分移出工作區(qū)供清洗。
[002引優(yōu)選地，還包括污泥布料組件；污泥布料組件包括具有進泥口和出泥口的污泥累、 管道和污泥布料器；污泥累的出泥口與管道一端連通，管道另一端與污泥布料器連通，污泥 布料器位于陰極濾布的上方；污泥布料器具有呈扁平卿趴狀的開口，污泥布料器的開口寬 度小于或等于陰極濾布的寬度。
[0029] 采用該優(yōu)選方案，可將待處理污泥均勻布料于陰極濾布表面，有利于確保處理效 果。
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