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电化学强化污泥浓缩并同步脱除重金属方法
浏览: 发布日期:2020-01-08

  本创造公开了一种电化学强化污泥浓缩并同步脱除重金属的办法及设备,即先将含水率高的污泥通入电化学强化浓缩池中进行电化学处理,通过改动电化学条件完结污泥的强化浓缩及重金属的去除;经处理的污泥再通过干化设备进行处理,终究得到无害化且低含水率的污泥;本创造处理了传统污泥处理办法中污泥浓缩作用差、重金属含量高的问题,处理后的污泥可完结无害化排放、资源化运用。

  权利要求书

  1.一种电化学强化污泥浓缩并同步脱除重金属的办法,其特征在于,进程如下:

  (1)电化学强化处理进程:将含水率97%~99%的污泥通入浓缩池中,在污泥中添加无机酸,在间歇拌和、电场存在条件下,通过电极对污泥进行电解,经处理后的污泥含水率为40~60%,总的重金属去除率到达85%以上;

  (2)污泥干化处理:将含水率为40~60%的污水经污泥泵送入至干化设备的污泥散布器中,污泥被均匀散布在干化设备中的污泥传送带上,运用电加热器加热设备内空气,对污泥进行低温100℃~150℃干化处理,在干化加热时刻与翻开空气阀的时刻比为6:1~8:1,干化处理30min以上,将含水率5~20%的干泥从干化设备底部排出。

  2.依据权利要求1所述的电化学强化污泥浓缩并同步脱除重金属的办法,其特征在于:无机酸为H2SO4、HNO3或HCl,添加量为污泥质量的10%~30%。

  3.依据权利要求1所述的电化学强化污泥浓缩并同步脱除重金属的办法,其特征在于:电极施加的电流强度为1~2 A,电压不超越15V。

  4.依据权利要求1所述的电化学强化污泥浓缩并同步脱除重金属的办法,其特征在于:间歇拌和间隔时刻为15min,拌和时刻为10min,转速为0.1cm/s~1cm/s。

  5.完结权利要求1~4中任一项所述的电化学强化污泥浓缩并同步脱除重金属的办法的设备,其特征在于:包含浓缩池和干化设备,其间浓缩池包含驱动设备(1)、DC电源(2)、进泥管(3)、稳流筒(4)、阴电极(5)、阳电极(6)、拌和器、溢流堰(8)、集泥槽(10)、出泥管(11)、污泥泵(12)、无机酸添加口(18)、池体(19),拌和器包含主轴(7)、刮板(9)、拌和支架(20),拌和支架(20)固定在主轴(7)上,多个刮板(9)固定在拌和支架(20)底部并与池体(19)底部触摸;稳流筒(4)固定在主轴(7)上并坐落拌和支架上方,驱动设备(1)和DC电源(2)设置在池体(19)顶部,驱动设备的输出轴与主轴衔接,阴电极(5)、阳电极(6)替换设置在拌和支架(20)内且与DC电源的正负极衔接,进泥管(3)一端连通至稳流筒(4)内,溢流堰(8)设置在池体(19)内上部,池体(19)上开有无机酸添加口(18),池体(19)底部为集泥槽(10),集泥槽(10)通过出泥管(11)与污泥泵(12)连通;

  干化设备包含壳体(21)、污泥散布器(13)、电加热器(14)、污泥传送带(15)、干泥出口(16)、空气阀(17);污泥散布器(13)设置在壳体(21)顶部并与壳体连通,污泥泵(12)与污泥散布器(13)连通,多个污泥传送带(15)交织设置在壳体内壁上,污泥散布器(13)出口坐落污泥传送带(15)上方,电加热器(14)和空气阀(17)设置在壳体上部,空气阀与壳体连通,干泥出口(16)设置在壳体底部。

  6.依据权利要求5所述的设备,其特征在于:阴电极(5)、阳电极(6)均为高纯石墨电极,阴电极和阳电极之间的距离为20cm~40cm。

  7.依据权利要求5所述的设备,其特征在于:空气阀上设置有滤布。

  说明书

  电化学强化污泥浓缩并同步脱除重金属的办法及设备

  技能领域

  本创造触及污泥处理技能领域,特别触及一种电化学强化污泥浓缩并同步脱除重金属的办法及设备。

  布景技能

  污水污泥是指污水处理厂在净化污水进程中发作的沉积物,它尽管含有很多的有机质及氮、磷等植物营养,但也富集了污水中50%至80%的重金属,据报道,我国大都城市污泥每千克中重金属含量可达数百至数千毫克,并且含水率在99%左右。现在,污泥的处置办法首要有填埋、燃烧、投海和土地运用等。依据处置费用和废物资源化视点考虑,污泥农业运用被认为是最具吸引力的、可继续的污泥处置办法。可是,污泥含水率直接影响污泥处理处置工作量,然后影响处理本钱;并且污泥中较多重金属始终是污泥安全农用的约束因子,假如不能合理安全地处理处置这些重金属,会对咱们的生存环境形成严峻的污染。因而,削减污泥体积、下降或去除污泥中的重金属显得非常重要,不只能下降后续构筑物规划或处理单元的压力,还能带来必定的环境效益、经济效益。

  在传统的处理办法中,重金属元素会经由细菌的吸收、矿藏颗粒外表的吸附、以及一些无机盐的共沉积作用等被固定下来,进入产出的污泥之中。其间,Hg、Pb、As的安稳形状含量相对较高,简直都以残渣态办法存在,而Ni、Cd、Zn、Cr的不安稳形状相对较高。这些存在于污泥中的重金属具有很强的毒性、环境持久性、广泛搬迁性,部分具有内分泌搅扰特性,且难以降解,可发作生物积蓄以及通过大气、水和迁徙物种作跨境搬迁并沉积在远离其排放地址的区域,之后在搬迁点的陆地、水域生态系统中积蓄起来并发作损害。运用无机酸或有机络合剂如H2SO4、HNO3、HCl、EDTA等处理污泥以溶解和浸提重金属的化学浸提法,虽能在短时刻内大幅度去除重金属,但耗酸量大、处理费用高、操作不便利,使其难以付诸于工程实践。

  污泥的浓缩技能首要分为重力浓缩、机械浓缩和气浮浓缩三大类,经浓缩后含水率较高,为95%~98%。尽管重力浓缩工艺技能、结构和运转办理办法较简略,但存在停留时刻较长、不进行曝气拌和时污泥简略糜烂发臭、浓缩功率相对较低。机械浓缩包含离心浓缩、带式浓缩机浓缩和转鼓、螺压浓缩机浓缩等,相较于重力浓缩工艺,机械浓缩工艺占地面积小,卫生条件好,造价低;但仍具有运转费用的机械修理费用高,经济性差等下风。依据发作气泡办法的不同气浮工艺可分为压力溶气气浮、生物溶气气浮和涡凹气浮,与重力浓缩工艺比较,浓缩速度快,占地少,刮泥较便利;可是基建和操作费用较高,办理较杂乱,并且适用于密度差比较小的絮状污泥。

  因而,需求一种可以强化污泥浓缩并有用脱除污泥中的重金属的办法,完结污泥浓缩的高效无害化处理。

  创造内容

  针对现有污泥浓缩技能和处理污泥中重金属技能的局限性,即现有的污泥浓缩及去除重金属时功率低,起效慢的问题,本创造供给了一种电化学强化污泥浓缩并同步脱除重金属的办法,行将高含水率及含重金属的污泥通过电化学法进行浓缩和重金属的去除,对无机酸从污泥中强化脱除的重金属施加电搬迁作用,使与水分子相结合的重金属向电场阴极区搬迁,然后完结重金属与污泥的别离,水在阳极、阴极区发作电解,污泥外表的双电层结构发作改动,然后完结空隙水、吸附水和毛细水与污泥的别离,使污泥、重金属及空隙水、吸附水和毛细水得到别离;之后将污泥送入干化设备进行处理,终究得到含水率低且无害化的污泥,更好的完结其资源化运用;详细包含以下进程:

  (1)电化学强化处理进程:将含水率97%~99%的污泥通入浓缩池中,在污泥中添加无机酸,在间歇拌和、电场存在条件下,通过电极对污泥进行电解,一起无机酸处理污泥中重金属、空隙水、毛细水和吸附水;经处理后的污泥含水率为40~60%,总的重金属去除率到达85%以上;

  (2)污泥干化处理:将含水率为40~60%的污泥经污泥泵送入至干化设备的污泥散布器中,污泥被均匀散布在干化设备中的污泥传送带上,运用电加热器加热设备内空气,对污泥进行低温100℃~150℃干化处理,在干化加热时刻与翻开空气阀的时刻比为6:1~8:1,干化处理30min以上,将含水率5~20%的干泥从干化设备底部排出。

  所述无机酸为H2SO4、HNO3、HCl等,添加量为污泥质量的10%~30%。

  所述去除重金属及结合水的机理,污泥由于无机酸的腐蚀性使分子外表或污泥内部的结合水脱离出来,一起使污泥中的重金属脱离出来,完结结合水、空隙水和重金属与污泥的别离,由于无机酸酸的通性,脱离出来的重金属与无机酸反响生成可溶性的金属盐。

  所述电极施加的电流强度为1~2 A,电压不超越15V,由于阴极发作的H2气泡掩盖在电极外表,发作活化极化,会使电的有用运用率下降,然后下降剩下污泥中重金属去除率。

  所述间歇拌和间隔时刻为15min,拌和时刻为10min,转速为0.1cm/s~1cm/s。

  所述电极在电化学强化处理进程完毕后,将阴极电极取出将并将电极上的重金属铲除,电极可重复运用。

  本创造另一意图是供给完结上述办法的设备,其包含浓缩池和干化设备,其间浓缩池包含驱动设备、DC电源、进泥管、稳流筒、阴电极、阳电极、拌和器、溢流堰、集泥槽、出泥管、污泥泵、无机酸添加口、池体,拌和器包含主轴、刮板、拌和支架,拌和支架固定在主轴上,多个刮板固定在拌和支架底部并与池体底部触摸;稳流筒固定在主轴上并坐落拌和支架上方,驱动设备和DC电源设置在池体顶部,驱动设备的输出轴与主轴衔接,阴电极、阳电极替换设置在拌和支架内且与DC电源的正负极衔接,进泥管一端连通至稳流筒内,溢流堰设置在池体内上部,池体上开有无机酸添加口,池体底部为集泥槽,集泥槽通过出泥管与污泥泵连通;

  干化设备包含壳体、污泥散布器、电加热器、污泥传送带、干泥出口、空气阀;污泥散布器设置在壳体顶部并与壳体连通,污泥泵与污泥散布器连通,多个污泥传送带平行交织设置在壳体内壁上,污泥散布器出口坐落污泥传送带上方,电加热器和空气阀设置在壳体上部,空气阀与壳体连通,干泥出口设置在壳体底部。

  所述阴电极、阳电极均为高纯石墨电极,阴电极和阳电极之间的距离为20cm~40cm。

  所述驱动设备为电机。

  所述污泥传送带在干化设备中平行替换设置,每个污泥传送带包含两个传送轮和一条带,两个传送轮通过带衔接且两个传送轮带动带定向循环运动,相邻两个污泥传送带的运动方向相反。

  所述空气阀是为了排放干化设备中的水蒸气;别的一个意图是为了平衡气压,由于在干化进程中内部水分气化,致使内部气压增大。

  所述空气阀上还设有滤布,孔径为0.1~1mm;由于干化进程中细微的污泥会跟着气化的水分排出。

  本创造运用电化学法完结对污泥的浓缩及污泥中重金属的去除,详细作用分为两部分:将高含水率及含重金属的污泥参加浓缩池,翻开供给直流电压的DC电源及驱动设备,电化学作用一般由设置在拌和器上的电极完结,一方面在翻开供给直流电压的DC电源时,在电场作用下,阳极发作氧化反响,阴极发作复原反响,所以带正电的重金属离子则在电场作用下向着阴极方向移动,并且发作复原反响附着在阴极上,然后完结重金属与污泥的别离;另一方面由于阴极、阳极电极均发作化学反响---水的电解,翻开驱动设备使设置在拌和器上的电极将不同区域的空隙水、毛细水和吸附水电解,电解进程中污泥外表的双电层结构发作改动,导致污泥外表带电荷发作改动,污泥距离离削减,然后使污泥与水相别离,处理后的污泥由污泥泵将其从排泥口送入干化设备。

  所述电极两头的化学反响---水的电解,其首要反响原理如下:

  阳极:H2O-2e→1/2O2+2H+

  阴极:2H2O+2e→H2+2OH-

  电极反响在阴、阳极别离发作了很多的OH-和H+,导致电极邻近的pH相应地下降和升高。在电场作用下,OH-和H+又将以电搬迁、电渗流、分散、水平对流等办法向阴、阳南北极移动,直到两者相遇且中和。在阴极区域,重金属离子简略生成沉积,然后约束污染物的去除功率。

  所述拌和器的别的一个作用是将阴极区域的污泥与阳极区域的污泥进行混合,意图是为了中和pH,防止阴极区域OH-1浓度升高影响重金属去除率的状况呈现,一起能进步浓缩作用。

  本创造所述干化设备运用电加热器加热设备内空气,对污泥进行低温干化处理:污泥经污泥泵送入至干化设备的污泥散布器,然后被均匀散布干化设备中的污泥传送带上,先敞开电加热器对设备内空气进行加热,当加热一段时刻后再翻开空气阀一段时刻,时刻比为8:1~6:1,处理后的干泥从干化设备底部排出。所述排出干泥的含水率为5~20%。

  运用时,先将高含水率及含重金属的污泥参加浓缩池中,再翻开供给直流电压的DC电源,一起参加无机酸,由设置在拌和器上的电极完结电化学作用,通过电化学处理一段时刻后翻开驱动设备以0.1cm/s~1cm/s的转速运转拌和设备10min,之后封闭驱动设备15min。一方面在翻开供给直流电压的DC电源时,在电场作用下,阳极发作氧化反响,阴极发作复原反响,所以带正电的重金属离子则在电场作用下向着阴极方向移动,并且发作复原反响附着在阴极上,然后完结重金属与污泥的别离;另一方面由于阴极、阳极电极均发作化学反响---水的电解,翻开驱动设备使设置在拌和器上的电极将不同区域的空隙水、毛细水和吸附水电解,电解进程中污泥外表的双电层结构发作改动,导致污泥外表带电荷发作改动,污泥距离离削减,然后使污泥与水相别离;处理后的污泥由设在浓缩池外部的污泥泵经污泥管抽出排入干化设备上设置的污泥散布器,污泥散布器将污泥均匀的散布在污泥传送带上,在干化完毕后由干泥出口排出,在干化时加热时刻与翻开空气阀的时刻比为8:1~6:1。

  本创造办法及设备的长处与作用如下:

  (1)本创造在传统重力浓缩的基础上,添加电化学处理,在强化污泥浓缩的一起对污泥中的重金属有较好的去除作用,经处理后污泥含水率为40~60%,重金属总去除率在85%以上;

  (2)本创造重金属的去除率随电化学处理时刻的添加而添加,处理时刻为24h时,交流态和碳酸盐结合态重金属去除率达100%,铁锰氧结合态、硫化物及有机结合态、残渣态去除率别离到达75.21%、47.74%和29.10%;处理时刻到达60h,交流态和碳酸盐结合态重金属去除率达100%,铁锰氧结合态、硫化物及有机结合态、残渣态去除率均到达50%以上;

  (3)本创造削减了污泥的后续处理工艺,大大下降了处理本钱,且操作简略,便于推广应用;

  (4)本创造原理明晰、结构简略、遍地理进程作用清楚、反响条件可控,处理了传统污泥处理办法中污泥浓缩作用差、重金属含量高的问题,处理后的粘性废物可完结无害化排放、资源化运用。(创造人瞿广飞;李江松;蔡营营;任南琪;宁平)