橫向電滲透污泥深度脫水實(shí)驗(yàn)裝置及其實(shí)驗(yàn)方法與流程

本發(fā)明屬于污泥處理技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種橫向電滲透污泥深度脫水實(shí)驗(yàn)裝置及其實(shí)驗(yàn)方法。

背景技術(shù)：

隨著我國(guó)環(huán)境的惡化，大量的污水處理廠投入運(yùn)行，污水凈化過程中會(huì)產(chǎn)生體積龐大、含水率高且難以處理的污泥，導(dǎo)致了污水處理費(fèi)用十分昂貴；污泥難以處理的原因是污泥的成分非常復(fù)雜，是一種混合了有機(jī)物、無機(jī)離子、有毒有害物的聚合體，這些組分會(huì)吸附、結(jié)合大量的水分，形成大量易流動(dòng)的液態(tài)污泥，不便于運(yùn)輸和后續(xù)處置。

目前，我國(guó)污水處理廠處理污泥的方法多數(shù)為，添加絮凝劑PAM（聚丙烯酰胺）、PAC（聚合氯化鋁），輔以機(jī)械脫水設(shè)備（離心脫水、板框壓濾、帶式壓濾等）將含水率98％-99％的生污泥脫水至含水率80％-85％左右，再進(jìn)行后續(xù)處理；然而隨著國(guó)家對(duì)于環(huán)境治理方面的逐漸重視，十三五計(jì)劃中提到用于后續(xù)處置的污泥應(yīng)符合各項(xiàng)規(guī)定，即用于混合填埋或農(nóng)用的污泥含水率應(yīng)在60％以下，用于垃圾覆土的污泥含水率應(yīng)在45％以下，直接焚燒處理時(shí)污泥含水率應(yīng)小于30％，而現(xiàn)在的大多數(shù)污水廠的污泥脫水工藝遠(yuǎn)不能到達(dá)這些標(biāo)準(zhǔn)；因此，為到達(dá)污泥衛(wèi)生、安全處置或資源化再利用的目標(biāo)，污泥的深度脫水成為了一項(xiàng)亟待解決的技術(shù)問題。

中國(guó)專利文獻(xiàn)《一種改善城市污泥脫水性能的方法》（公開號(hào)CN105502882A）公布了一種污泥深度脫水的方法，具體為在含水率為98-99%的污泥中添加過硫酸鹽，并使用亞鐵鹽對(duì)其進(jìn)行活化后配合其他無機(jī)調(diào)理劑（普通硅酸鹽水泥和生石灰）對(duì)污泥進(jìn)行深度脫水，最終獲得含水率為50-55%的脫水污泥。我國(guó)現(xiàn)有污水處理廠的污泥來源基本為將機(jī)械脫水后的污泥，這種方法需要將干污泥稀釋后才能處理，處理對(duì)象有很大的局限性，且投加過多的無機(jī)調(diào)理劑會(huì)使增大污泥體積，這與減量化原則不符；

電滲透脫水是給污泥施加一定的直流電壓，利用污泥粒子和水分子相互向相反的極性方向分離移動(dòng)的現(xiàn)象進(jìn)行脫水的新興技術(shù)。傳統(tǒng)的電滲透技術(shù)雖然能夠?qū)⑽勰嗟暮式档偷絿?guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求以下，實(shí)際上很容易發(fā)現(xiàn)深度脫水后的污泥靠近陰極側(cè)的一部分含水率仍然高于處理標(biāo)準(zhǔn)，這種處理后的污泥無法直接進(jìn)行后續(xù)的處置環(huán)節(jié)，這是由于，傳統(tǒng)電滲透系統(tǒng)中，水分整體向陰極移動(dòng)，當(dāng)陽(yáng)極側(cè)污泥中的水分完全流向陰極，在恒壓狀態(tài)時(shí)電阻變大、脫水速率迅速降低，因此陰極側(cè)污泥無法得到很好的處理；

中國(guó)專利文獻(xiàn)《序批式電滲透污泥深度脫水設(shè)備及方法》（公開號(hào)CN104671632A）公布了一種電滲透深度脫水工藝，具體為將含水率80～85％的污泥經(jīng)傳動(dòng)件置于電滲透設(shè)備中，通電后進(jìn)行深度脫水，處理后獲得含水率55～60％的脫水污泥；該污泥脫水工藝有較大的局限性：1）處理對(duì)象為單一狀態(tài)的污泥，即只能處理含水率在80～85％的污泥；2）處理效果一般，且容易導(dǎo)致脫除水分水質(zhì)異常，通常需要建立單獨(dú)的回流處理單元；3）需要高壓進(jìn)行電滲透，所以對(duì)深度脫水設(shè)備材料的耐受性要求較高；

中國(guó)專利文獻(xiàn)《一種市政污泥化學(xué)調(diào)理強(qiáng)化初步機(jī)械脫水聯(lián)合電滲透兩級(jí)深度脫水方法》（公開號(hào)CN104098250A）公布了一種污泥電滲透復(fù)合深度脫水的工藝，具體為通過向含水率為97％左右的濃縮污泥投加復(fù)合調(diào)理劑，初步脫水后污泥含水率降低至70～85％，提高后續(xù)電滲透脫水能力后進(jìn)入電滲透脫水設(shè)備進(jìn)行深度脫水,污泥含水率降低至40～60％。該工藝添加了大量的無機(jī)調(diào)理劑，步驟繁復(fù)，在實(shí)際應(yīng)用上需要對(duì)污水處理廠的整體工藝進(jìn)行改進(jìn)，難以實(shí)現(xiàn)；

另外，電滲透脫水實(shí)驗(yàn)中不同材料制成的陰極板、污泥在脫水過程中受到的壓力等因素也會(huì)對(duì)污泥電滲透脫水造成影響。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明為了解決現(xiàn)有技術(shù)中的不足之處，提供一種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理、電滲透脫水效果好、能夠研究不同壓力、不同陰極板對(duì)電滲透脫水的影響的橫向電滲透污泥深度脫水實(shí)驗(yàn)裝置及其實(shí)驗(yàn)方法。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：橫向電滲透污泥深度脫水實(shí)驗(yàn)裝置，包括液壓缸、電源、陽(yáng)極板、無紙記錄儀和反應(yīng)器，反應(yīng)器外形呈長(zhǎng)方體且反應(yīng)器的長(zhǎng)度方向沿左右水平設(shè)置，反應(yīng)器內(nèi)沿長(zhǎng)度方向開設(shè)有左右通透的圓柱孔，圓柱孔的中心線與反應(yīng)器的中心線重合，液壓缸水平設(shè)置在圓柱孔內(nèi)，液壓缸的缸體端部通過固定架固定在反應(yīng)器左端的內(nèi)部，陽(yáng)極板位于圓柱孔內(nèi)，陽(yáng)極板的外緣滑動(dòng)密封連接在圓柱孔的孔壁上，液壓缸的活塞桿向右連接在陽(yáng)極板的左側(cè)面，反應(yīng)器的中部設(shè)有投藥口和進(jìn)泥口，投藥口處設(shè)有位于投藥口外側(cè)的聚藥斗，聚藥斗上設(shè)有密封板，進(jìn)泥口處設(shè)有封蓋，反應(yīng)器的中部?jī)?nèi)壁內(nèi)設(shè)有紫外線燈，反應(yīng)器的中部上側(cè)設(shè)有三排電極組，每排電極組包括三個(gè)開設(shè)在反應(yīng)器上的電極插孔，電極插孔的中心線沿圓柱孔的徑向方向設(shè)置，每個(gè)電極插孔內(nèi)均插設(shè)有一根電極，反應(yīng)器的右端部設(shè)有三個(gè)頂部敞口的陰極板插槽，三個(gè)陰極板插槽自左向右依次插設(shè)有第一陰極板、第二陰極板和第三陰極板，第一陰極板、第二陰極板、第三陰極板和陽(yáng)極板平行設(shè)置，第一陰極板、第二陰極板和第三陰極板上均設(shè)有透水孔，第三陰極板與陽(yáng)極板之間形成反應(yīng)腔室，反應(yīng)器的右端設(shè)有封堵圓柱孔的堵板，堵板下部設(shè)有出水口；

陽(yáng)極板、第一陰極板、第二陰極板、第三陰極板、無紙記錄儀和所有的電極分別通過電線與電源連接；所有的電極通過數(shù)據(jù)線與無紙記錄儀連接。

第一陰極板、第二陰極板和第三陰極板的右側(cè)均設(shè)有濾網(wǎng)。

橫向電滲透污泥深度脫水實(shí)驗(yàn)裝置的實(shí)驗(yàn)方法，包括以下步驟：

（1）配制高級(jí)氧化劑：將過硫酸鹽混合配制成濃度為5%-40%水溶液，其中過硫酸鹽由過硫酸銨、過硫酸鈉和過硫酸鉀的一種或兩種以上混合而成；

（2）打開封蓋，將污泥通過進(jìn)泥口裝入反應(yīng)器內(nèi)的反應(yīng)腔室，合上封蓋；

（3）打開密封板，將配制好的高級(jí)氧化劑依次通過聚藥斗、投藥口投入反應(yīng)器內(nèi)的反應(yīng)腔室，合上密封板；

（4）對(duì)污泥施加壓力：?jiǎn)?dòng)液壓缸，液壓缸的活塞桿推動(dòng)陽(yáng)極板沿圓柱孔向右移動(dòng)，陽(yáng)極板對(duì)反應(yīng)腔室內(nèi)的污泥施加壓力，達(dá)到預(yù)設(shè)壓力值后停止液壓缸；

（5）接通線路，開始對(duì)污泥進(jìn)行電滲透脫水：接通陽(yáng)極板、三個(gè)陰極板插槽內(nèi)的其中一塊陰極板以及電源之間的線路，接著開啟電極以及紫外線燈；

（6）反應(yīng)一定時(shí)間后，斷開電源，收集從出水口流出的脫水液，稱量脫水液的質(zhì)量，并計(jì)算出脫水速率。

采用上述技術(shù)方案，本發(fā)明具有以下有益效果：

（1）高級(jí)氧化劑在紫外線燈的照射下，發(fā)生反應(yīng)，紫外光照射后釋放的能量促進(jìn)過硫酸鹽的分解，使過硫酸鹽分解產(chǎn)生的硫酸根自由基污泥中的有機(jī)物被破壞，從而釋放出污泥絮體中結(jié)合的水分，再配合電滲透的高效脫水，從而達(dá)到降低污泥含水率的作用，最終使污泥內(nèi)的大分子難降解的有機(jī)物氧化成低毒或無毒的小分子物質(zhì)，而且本實(shí)驗(yàn)裝置無需將干污泥稀釋后處理，不需要投加過多的無機(jī)調(diào)理劑；

（2）本發(fā)明通過添加高級(jí)氧化劑使電滲透脫水效率提高，不會(huì)出現(xiàn)陰極板一側(cè)的污泥得不到處理的現(xiàn)象；

（3）本裝置可針對(duì)兩種目前存在形式較廣泛的污泥進(jìn)行脫水，其中可以處理濃縮池中含水率較高的濃縮污泥（含水率98％-99％），也可以對(duì)經(jīng)機(jī)械壓濾后的一次脫水污泥（含水率75％-85％）進(jìn)行深度脫水，處理過程中不需要高壓，因此減輕了深度脫水設(shè)備的耐受性壓力；

（4）本裝置在進(jìn)行電滲透脫水時(shí)水平放置，不同以往的垂直設(shè)置的電滲透脫水裝置，安全性能好，避免了由于機(jī)械壓力增加時(shí)裝置材料的耐受程度較差產(chǎn)生的解體問題帶來的操作危險(xiǎn)；

（5）本裝置上插設(shè)有9根電極，每排電極組插設(shè)有三個(gè)電極，電極可以為pH電極、溫度電極、氧化還原電極和電導(dǎo)率電極，可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)反應(yīng)器上不同位點(diǎn)污泥的pH、溫度、氧化還原電位、電導(dǎo)率；

（6）本裝置設(shè)有三塊陰極板，三塊陰極板可以分別由不同材料制成，例如鐵、銅、鋁等，當(dāng)需要研究不同陰極板對(duì)電滲透脫水效率影響時(shí)，只需要連通電源與該陰極板并斷開其它兩塊陰極板的線路即可；

（7）本裝置可以通過改變液壓缸的推力即可改變污泥所受到的壓力，從而研究不同壓力對(duì)污泥電滲透脫水的影響；

綜上所述，本發(fā)明結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理，既可以處理含水率較高的濃縮污泥（含水率98％-99％），也可以對(duì)經(jīng)機(jī)械壓濾后的一次脫水污泥（含水率75％-85％）進(jìn)行深度脫水，在高級(jí)氧化劑和紫外線燈的照射作用下，反應(yīng)器內(nèi)的污泥得到深度脫水，能夠研究不同壓力、不同陰極板對(duì)電滲透脫水的影響，而且該電滲透脫水方法精簡(jiǎn)，脫水效果好。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是液壓缸的安裝示意圖；

圖3是圖1中A-A處的剖視圖。

具體實(shí)施方式

如圖1-3所示，本發(fā)明的橫向電滲透污泥深度脫水實(shí)驗(yàn)裝置，包括液壓缸1、電源2、陽(yáng)極板3、無紙記錄儀和反應(yīng)器4，反應(yīng)器4外形呈長(zhǎng)方體且反應(yīng)器的長(zhǎng)度方向沿左右水平設(shè)置，反應(yīng)器4內(nèi)沿長(zhǎng)度方向開設(shè)有左右通透的圓柱孔5，圓柱孔5的中心線與反應(yīng)器4的中心線重合，液壓缸1水平設(shè)置在圓柱孔5內(nèi)，液壓缸1的缸體端部通過固定架6固定在反應(yīng)器4左端的內(nèi)部，陽(yáng)極板3位于圓柱孔5內(nèi)，陽(yáng)極板3的外緣滑動(dòng)密封連接在圓柱孔5的孔壁上，液壓缸1的活塞桿向右連接在陽(yáng)極板3的左側(cè)面，反應(yīng)器4的中部設(shè)有投藥口7和進(jìn)泥口8，反應(yīng)器4上設(shè)有位于投藥口7外側(cè)的聚藥斗21，聚藥斗21上設(shè)有密封板9，進(jìn)泥口8處設(shè)有封蓋20，反應(yīng)器4的中部?jī)?nèi)壁內(nèi)設(shè)有紫外線燈10，反應(yīng)器4的中部上側(cè)設(shè)有三排電極組，每排電極組包括三個(gè)開設(shè)在反應(yīng)器4上的電極插孔11，每個(gè)的電極插孔11內(nèi)均插設(shè)有一根電極12，反應(yīng)器4的右端部設(shè)有三個(gè)頂部敞口的陰極板插槽，三個(gè)陰極板插槽自左向右依次插設(shè)有第一陰極板14、第二陰極板15和第三陰極板16，第一陰極板14、第二陰極板15、第三陰極板16和陽(yáng)極板3平行設(shè)置，第一陰極板14、第二陰極板15和第三陰極板16上均設(shè)有透水孔，第三陰極板16與陽(yáng)極板3之間形成反應(yīng)腔室17，反應(yīng)器4的右端設(shè)有封堵圓柱孔5的堵板22，堵板22下部設(shè)有出水口18；

陽(yáng)極板3、第一陰極板14、第二陰極板15、第三陰極板16、無紙記錄儀和所有的電極12分別通過電線與電源2連接；所有的電極12通過數(shù)據(jù)線與無紙記錄儀連接。

第一陰極板14、第二陰極板15和第三陰極板16的右側(cè)均設(shè)有濾網(wǎng)19

橫向電滲透污泥深度脫水實(shí)驗(yàn)裝置的實(shí)驗(yàn)方法，包括以下步驟：

（1）配制高級(jí)氧化劑：將過硫酸鹽混合配制成濃度為5%-40%水溶液，其中過硫酸鹽由過硫酸銨、過硫酸鈉和過硫酸鉀的一種或兩種以上混合而成；

（2）打開封蓋20，將污泥通過進(jìn)泥口8裝入反應(yīng)器4內(nèi)的反應(yīng)腔室17，合上封蓋20；

（3）打開密封板9，將配制好的高級(jí)氧化劑依次通過聚藥斗21、投藥口7投入反應(yīng)器4內(nèi)的反應(yīng)腔室17，合上密封板9；

（4）對(duì)污泥施加壓力：?jiǎn)?dòng)液壓缸1，液壓缸1的活塞桿推動(dòng)陽(yáng)極板3沿圓柱孔5向右移動(dòng)，陽(yáng)極板3對(duì)反應(yīng)腔室17內(nèi)的污泥施加壓力，達(dá)到預(yù)設(shè)壓力值后停止液壓缸1；

（5）接通線路，開始對(duì)污泥進(jìn)行電滲透脫水：接通陽(yáng)極板3、三個(gè)陰極板插槽內(nèi)的其中一塊陰極板以及電源2之間的線路，接著開啟電極12以及紫外線燈10；

（6）反應(yīng)一定時(shí)間后，斷開電源2，收集從出水口18流出的脫水液，稱量脫水液的質(zhì)量，并計(jì)算出脫水速率。

本實(shí)施例并非對(duì)本發(fā)明的形狀、材料、結(jié)構(gòu)等作任何形式上的限制，凡是依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)施例所作的任何簡(jiǎn)單修改、等同變化與修飾，均屬于本發(fā)明技術(shù)方案的保護(hù)范圍。