申请日2011.12.06
公开(公告)日2012.12.19
IPC分类号C02F101/20; C02F11/00
摘要
本实用新型涉及一种耦合膜分离技术与动电技术的污泥重金属去除装置，包括电源、电极室、污泥室、膜分离系统和电解液更换系统，污泥室(4)两侧设置阳极室(2)和阴极室(3)，并通过滤网(7)将污泥室与电极室隔开;电极室内阳极(5)采用钛钌网，阴极(6)采用钛网;阳极室(2)和阴极室(3)内设置离子选择性膜;通过导线将阴极和阳极与电源连接;利用电解液更换系统控制阴极室与阳极室的pH。本实用新型将动电修复技术应用在污泥处理上，同时利用膜技术解决污泥pH在处理过程中变化的问题，操作方便，且有利于污泥的后续资源化利用。
权利要求书
1.一种耦合膜分离技术与动电技术的污泥重金属去除装置，包括电源、电极室、污泥室、膜分离系统和电解液更换系统，其特征在于：污泥室(4)两侧设置阳极室(2)和阴极室(3)，并通过滤网(7)将污泥室与电极室隔开;电极室内阳极(5)采用钛钌网，阴极(6)采用钛网;阳极室(2)和阴极室(3)内设置离子选择性膜;通过导线将阴极和阳极与电源连接;利用电解液更换系统控制阴极室与阳极室的pH。
2.根据权利要求书1所述的一种耦合膜分离技术与动电技术的污泥重金属去除装置，其特征在于阳极室(2)与污泥室(4)之间设置阴离子选择性膜(8)，阴极室(3)和污泥室(4)之间设置阳离子选择性膜(9)。
3.根据权利要求书1所述的一种耦合膜分离技术与动电技术的污泥重金属去除装置，其特征在于阳极(5)采用钛钌网，阴极(6)采用钛网，极网孔径为4mm×10mm。
4.根据权利要求书1所述的一种耦合膜分离技术与动电技术的污泥重金属去除装置，电源采用直流电源，电压梯度为1～3V/cm。
说明书
一种耦合膜分离技术与动电技术的污泥重金属去除装置
技术领域
本实用新型属于环境保护领域，特别是涉及一种污泥动电处理装置，适用于城市污水厂污泥中重金属的去除。
背景技术
近些年来，随着我国经济的迅速发展、城市化进程的加快以及人们对环保要求的提高，我国的城市排水和污水处理能力也取得较快发展。预计到2015年，我国城市污水处理厂的数量将达到2000座以上，污水处理能力将达到每天处理污水2亿多吨，污水处理率将达到80%以上。在城市污水处理工程中，产生的污泥约占处理污水量的0.3%～0.5%;如果进行深度处理，污泥量还可能增加0.5～1.0倍。2010年排放的湿污泥将达到约1700×104t/a(脱水后含水率按80%计)。污泥中含有大量的有机物、丰富的氮磷等营养物、重金属以及致病菌和病原菌等。其中重金属具有不可降解性和毒性，这极大的限制了污泥的资源化利用，
污泥中重金属的处理方法主要包括：(1)物理法，通过添加一定的钝化剂或化学制剂改变城市污泥中重金属的存在形态。通常有以下几种方法：水泥固化法、石灰固化法、热塑固化法、玻璃化技术、自胶结固化技术等，此方法并不能使重金属从污泥中去除，而随环境条件的改变，重金属也有再溶解的可能;(2)化学法，向污泥中添加化学药剂，通过氯化作用、离子交换作用、酸化作用、鳌合剂和表面活性剂的络合作用，使难溶态重金属化合物形成可溶解的重金属离子或络合物。化学法在使用过程中要消耗大量的酸，中和淋出液中的酸又要消耗大量的石灰，残留的药剂会降低污泥的肥料价值。(3)生物法，通过细菌对污泥中铁和硫的氧化作用，使污泥中氧的还原电位升高pH值降低，从而使重金属发生溶解，然后采用直接或间接淋滤法将溶解的重金属淋滤出来，从 而降低重金属含量，生物法受到细菌的生存限制、硫酸盐污染、处理后污泥的酸度等条件的限制;(4)植物提取法，利用专性植物的根系超量吸收一种或几种污染物，特别是有毒重金属，并将其转移到植物茎叶，然后收割茎叶，异地处理。植物法受到植物种类，农艺性状，病虫害防治等方面的限制。
动电技术是最有前途的去除污染物的方法之一，也可称为动电修复、动电恢复和电化学净化。动电技术的优势在于所需费用低，并且能对多种污染物进行修复，还具有试剂用量少、安装方便、操作简单、能耗低和修复彻底等优点。动电技术在净化重金属、有机物等污染的低渗透性土壤和污泥具有效益高、运行时间短的特点。
动电技术的基本原理是在固相/液相系统中插入电极，通过施加微弱直流电形成电场，利用直流电场产生的各种电动力学效应，使污染物发生迁移并富集于阴极区，从而将污染物去除。
发明内容
在动电修复过程中，电极反应在阳、阴极分别产生大量H+和OH-，在电场作用下OH-向阳极迁移，H+向阴极迁移，由于大部分重金属会与OH-发生沉淀反应，向阳极迁移的OH-会与向阴极迁移的重金属发生反应生成沉淀，从而影响了重金属的迁移性和去除率。同时，H+在向阴极迁移的过程中会导致污泥pH降低，污泥酸化，虽然此现象有助于污泥中重金属的溶出和迁移，但是污泥酸化会限制污泥的资源化利用。因此如何控制污泥的pH值是解决污泥动电修复技术和资源化利用的关键。
本实用新型的目的是提供一套适合于污泥重金属去除的动电处理装置，将动电修复技术和膜技术进行耦合，能够有效的去除污泥中的重金属。本实用新型的目的是这样实现的：
(1)本实用新型装置包括电源、电极室、污泥室、膜分离系统和电解液更换系统，其特征在于：污泥室(4)两侧设置阳极室(2)和阴极室(3)，并通过滤网(7)将污泥室与电极室隔开;电极室内阳极(5)采用钛钌网，阴极(6)采用钛网;阳极室(2)和阴极室(3)内设置离子选择性膜;通过导线将阴极和阳极与电源连接;利用电解液更换系统控制阴极室与阳极室的pH。钛钌网做为阳极(5)放置于阳极室(2)内，钛网做为阴极(6)放置于阴极室(3)内，极网孔径为4mm×10mm，通过导线与直流电源相连，钛钌网具有较高的稳定性和耐腐蚀性，电流效率高。污泥室(4)通过滤网(7)与阳极室和阴极室隔开，防止污泥进入到极室。通电后，电压梯度控制在1～3V/cm，可以有效的防止电压过高导致的污泥发热问题，同时又保证了重金属的迁移速度。在阳极室(2)与污泥室(4)间设置阴离子选择性膜(8)，阴离子可以通过这层膜，而H+则被限制在阳极室内，无法进入污泥室，防止污泥酸化;在阴极室(3)与污泥室(4)之间设置阳离子选择性膜(9)，阳离子可以通过，而OH-则被限制在阴极室，无法进入污泥室，防止重金属与OH-在污泥室内生产沉淀导致去除率下降。阳极液更换系统由储液池(13)，蠕动泵(10)和收集池(11)构成，在蠕动泵的作用下，纯水从下部进入阳极室，出水则从阳极室上部溢出流入收集室内，通过阳极液更换系统，可以避免阳极室的pH下降过快过低。阴极液更换系统是由储液池(14)，蠕动泵(10)和收集池(12)构成，纯水在蠕动泵的作用下从下部进入阴极室，出水以溢出的方式流入收集室，通过阴极液更换系统，可以避免阴极室的pH升高过快。
(2)本实用新型专利中的污泥室、电极室和膜分离系统采用模块化设计，即各个组分可以单独拆除清洗和调换，其中膜分离系统可通过拆除更换。
本实用新型具有以下特点：
(1)采用膜分离系统，克服了动电处理过程的弊端，避免了电解反应对污泥pH值的影响，有利于污泥资源化后续利用。
(2)模块化的设计有利于装置的运行和维护。
(3)采用钛钌网做为阳极，钛网做为阴极，提高了电流效率。
(4)采用纯水做为电解液，降低了成本。
