序批式電滲透污泥深度脫水設備及方法
【技術領域】
[ooou 本發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] 據申請人了解，當前城鎮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定的無害物質。該工藝在處理過程中會產生大量生化 污泥，若對污泥處理處置不善，將給環境帶來極大危害。污泥處理處置要求達到"減量化、穩 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化工產品有所不同。生化污泥中水分W4種形態 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，只有將細胞破壁后才能被進一步脫除。傳統的機械壓濾工 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，為后續的污泥處置打下基礎和創造條件。
[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。現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，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。化學調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、性質發生了變化，給后續的污泥處置帶來 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，其胞內水向陰極移動， 透過陰極被排出脫除，該一現象即為電滲透脫水。
[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分鐘內即可實現污泥量減半，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，但其工業化應用還存在諸多問 題。
[0013] 現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。現有設備的共同 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，致使該技術的工業應用難W實現，設備不能長 期可靠運行。
[0015] 經檢索發現，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，泥餅寬度不能調節，施壓滲透時兩側跑泥，濾液槽積泥等問題。
[0016] 申請號201310737708. 0申請公布號CN104098250A的中國發明專利申請公開了一 種市政污泥化學調理強化初步機械脫水聯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理 改性，提高污泥初步機械脫水及后續電滲透脫水能力；調理改性污泥經過初步脫水后污泥 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。該方法可實現污泥脫水的連續運行，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。

【發明內容】

[001引本發明所要解決的技術問題是；克服現有技術存在的問題，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 狀的陰極濾布，陰極濾布內側設有陰極板；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電效果。
[0022] 本發明設備進一步完善的技術方案如下：
[0023] 優選地，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且貫穿中間絕緣板；主進水槽呈圓環狀，支路水 槽有一組且呈長條狀，支路水槽與主進水槽圓環的半徑重合，支路水槽的一端位于主進水 槽圓環內、另一端位于主進水槽圓環外；支路水槽分布成W主進水槽圓環圓屯、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，緩釋污泥結殼現象，W減小污泥電阻，該樣在后續的持續脫水過程中不需要提高電壓、 增加電能消耗，有利于節能；此外，中間絕緣板的排氣槽可引導陽極板處產生的氣體排出。
[0026] 優選地，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，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。
[0027] 采用該優選方案，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供下 一次處理，同時將陽極濾布的帶污泥部分移出工作區供清洗。
[002引優選地，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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