利用直流电场对污泥进行脱水干化装置的应用研究开发的意义

【摘 要】 本文提出了利用直流电场对污泥进行脱水干化装置的应用研究方向。该技术具有泥饼含水率低，运行成本低，易维护保养，占地面积小，操作方便等优点。该理论成果的实际应用，可将污泥减量化和后续的资源化利用和无害化处置工作做到有机结合，有利于我国污泥处理行业建立循环发展经济产业链，大大提升我国污泥处理的健康良性发展步伐。

【关键词】 直流电场 污泥 脱水干化

污泥为污水处理的终端产物（即污水的浓缩污染源），是一种由有机残片、细菌菌体、无机颗粒、胶体等组成的极其复杂的非均质体，含水率高达80%，且易腐烂发臭。常规污泥热干化减量化技术成本很高，其他污泥干化减量技术在二次污染、投资、运行成本方面存在诸多弊端。因此，污泥干化减量是全世界公认的污泥治理领域的最大难题。

本研究方向解决的技术问题是提供一种泥饼含水率低，运行成本低，易维护保养，占地面积小，操作方便的电渗透污泥干化脱水装置的研究和发展提供帮助。

1 污泥脱水技术在国内外的现状与发展趋势

1.1 采用常规机械压力脱水的技术

目前污泥脱水工艺以机械脱水为主，主要有：真空吸滤法、离心法和压滤法。主要的机械设备有：转鼓式真空过滤机、离心机、厢式压滤、带式压滤脱水、螺旋压榨脱水等。这类型脱水机械脱去的仅是污泥中自由间隙水，虽经脱水，污泥水份仍有75%～85%左右。

1.2 采用热力脱水的技术

热力脱水一般采用蒸汽、烟气或其它热源，它不是一般意义的烘干。常用设备为浆叶机、套筒机或流化床等，也有以造粒或喷雾形式脱水必须依赖热源制热或余热利用，但由于存在使用蒸汽不经济，利用锅炉烟道气影响系统稳定，建设独立热源代价大，利用余热须改动原有工艺设施等因素，再者，干化后要资源化利用，且不能因脱水而破坏污泥原赋有的热值。

1.3 采用隔膜压滤机压滤脱水的技术

目前普通隔膜压滤机，隔膜压力可达1.2-1.6MPa，对污泥瞬间施压脱水，使污泥含水率有可能降低至70%-75%左右。如加大无机絮凝剂及粉末药剂的投加量，可是污泥的含水量降低至60%以下，但，污泥性质发生改变，增加了污泥中固体含量，增加了污泥中灰分，降低了污泥中的有机物含量和热值等。

1.4 采用厌氧消化技术

通过厌氧工艺将污泥中的大生物质分子分解为小生物质分子的过程，完成对污泥降解，达到污泥减容减量。但该项技术对于污泥的各项成分要求波动很小，在实际生产操作过程中难度大，而且投资大，目前在我国很难得到大面积的推广应用。

1.5 采用太阳能干化技术

该项技术运行成本较低，但是占地较大，而且受季节影响较大，生产过程中臭气释放量大，且难收集，净化难度大。

2 电渗透污泥干化脱水装置的应用研究

2.1 污泥中水分组成

污泥中所含水份大致分为四类：A、间隙水；B、毛细结合水；C、表面吸附水；D、内部水。这四种水除了间隙水可以以物理方式压滤以外，其它三种水表面具有强大的负电子包裹着，它不能以物理压滤析出。

污泥脱水的难易，除与水份在污泥中的存在形式有关外，还与污泥颗粒的大小，污泥比阻和有机物含量有关，污泥颗粒越细、有机物含量越高、污泥比阻越大，其脱水的难度就越大。 另外，由于污泥中含有大量的碳水化合物等高浓度有机物，导致污泥的粘度较大、含水率较高、固液分离性能差。

2.2 电渗透脱水机理及研究方法

（1）电渗透脱水法机理：在电场作用下，带电颗粒在分散介质中作定向移动，分散介质通过多孔性固体作定向移动产生电渗透，使得物料易于脱水。

（2）电渗透脱水法研究：电渗透脱水是给污泥施加一定的直流电压，利用污泥粒子和水分子相互向相反的极性方向分离移动的现象进行脱水，在脱水时没有必要施加高压力。电渗透脱水法中，水分的移动量与施加的电流量成正比。为了有效地使用电渗透力，将机械式脱水和电渗透脱水有机地结合起来。脱水机理过程见图1示：

（3）电渗透脱水装备研究：本研究在传统的带式压滤机的基础上，将直流电场引入脱水过程，通过直流电发生装置产生直流电，通过旋转供电装置（中心集电器）将直流电引入正电极滚筒的正电极板和负电极履带板上的负电极板上，这样污泥在脱水过程中污泥中的水分发生电泳现象，污泥中的谁向负电极板移动，加上调整负极电极履带的涨力，来实现正极滚筒上的正电极板与负电极履带电极板之间的压力将污泥中的水分脱出，大大降低污泥的含水率。

本研究方向将直流电荷引入了污泥脱水过程，并在过滤压力上比以往的普通带式压滤机增大了很多，通过调整过滤带的运转速度、正负极的电压和正负极之间的压力，可以得到不同含水率的污泥滤饼。

2.3 电渗透污泥干化脱水装置技术特点

本研究方向解决的技术问题是提供一种泥饼含水率低，运行成本低，易维护保养，占地面积小，操作方便的污泥脱水技术，。该技术具有如下特点：（1）电渗透脱水的驱动力不同于机械过滤的压榨力，过滤介质不会受到严重的破坏和堵塞；（2）通过调整电渗透的电压和电流，很容易控制脱水的速度和效率；（3）胶体中的水分用电渗透具有较高的脱水效率；（4）电渗透脱水容易与机械脱水相结合，进一步提高脱水效率；（5）电渗透的应用受到物料电特性的影响因素小，适用范围广。

3 电渗透脱水干化装备研究发展的前景及意义

电渗透污泥干化脱水技术开辟了固体物料中水分脱除的新理念，让污泥脱水这个老大难不在依附于热量和药剂（目前所有污泥减量化技术均无法摆脱这两点束缚）。该理论成果的实际应用，可将污泥减量化和后续的资源化利用和无害化处置工作做到有机结合，有利于我国污泥处理行业建立了循环发展经济产业链，此技术的应用将大大提升我国污泥处理的健康良性发展步伐，使我国在污泥处理环保领域走到世界先进水平。

本技术的研发和应用的实施将会对我国水污染防治和固体废物治理带来如下效应：

（1）实现在污泥产生源头减少污泥产生总量50%—60%。按照我国目前年产3500万吨污泥产量计算，即可减少近2000万吨污泥排放。（2）减少污泥处理过程中巨额运输费用。按照目前污泥平均运输价格50元/吨，即每年可减少10亿元的污泥运输费用。（3）有利于整个污泥处理产业的健康良性发展。污泥处理处置过程中污泥干化脱水减量化工段，是全世界公认的老大难，在污泥产生源头进行消减，划清目前污泥处理领域责任不清，各地处理成本高低不平的局面。（4）为污泥处理循环经济产业链最为敏感的污泥减量化工段与资源化分开，在污泥产生源头进行污泥消减50-60%，减少污泥处理企业的负担。（5）大大降低目前污泥处理处置过程中污泥减量化工段产生的尾气二次污染。目前污泥处理项目中二次污染隐患最大在污泥减量化工段的尾气污染。（6）提高污泥资源化利用单位的运行积极性，该项目由于可在污水处理厂实现污泥的减量化工段，将使目前我国污泥处理在运行工程，甩掉因污泥减量化面临的高能耗、二次污染隐患大、运行成本高等问题，所引发污泥资源化利用企业积极性不高的情况。使污泥处理处置产业链进入良性发展，同时可提高目前污泥处理工程的运行的产能和效益。大大降低目前在运行项目的二次污染隐患。（7）减轻污水处理企业污泥出路所面临的困境和难题。当污泥经过该技术处理后，污泥的出路途径，大大拓宽，摆脱原有污泥出路单一的困境。（8）本项目由于不依靠外界热能和辅料，只采用清洁的电力能源作为基础条件，让污水处理厂实现污泥源头减量成为现实。

4 结语

随着我国经济的逐步发展和环保设施的不断投入运行，污泥处置市场已经从无到有，从小到大的模式在逐步发展，目前虽然各种技术均在污泥处置的大舞台上各显身手，但是随着人们环保意识的逐步加强，只有那些真正减量化、低能耗的好技术才可以被保留下来，相信电渗透脱水技术装备的研发和应用项目将掀开我国乃至全世界范围对目前污泥减量化技术的一次革新。电渗透污泥脱水干化技术的研发和应用，由于其工艺简单、二次污染小、运行成本低、总体投资小等优点，必将在污泥减量化的大舞台秀出自己亮丽的辉煌史篇。

参考文献：

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[2]付乐，水解酸化污水处理工艺研究，2011.

[3]张辰，谭学军.城镇污水处理厂升级改造问题探讨，2008.