申請日2014.02.24
公開(公告)日2014.05.14
IPC分類號C02F11/12
摘要
本發(fā)明涉及一種電滲透污泥脫水設(shè)備用陽極及其制造工藝,該陽極整體首尾相接呈環(huán)狀,陽極由若干鈦金屬板相互導(dǎo)電連接而成;鈦金屬板為弧形件或長條件;鈦金屬板表面還涂覆、燒結(jié)有導(dǎo)電的保護(hù)層。該工藝包括:加工得鈦金屬板,堿洗酸蝕備用,配制錫銻復(fù)合溶液,在鈦金屬板表面涂覆燒結(jié)保護(hù)層,拼裝。本發(fā)明陽極加工難度小,利于提高制造效率,耐化學(xué)腐蝕性能優(yōu)良;制造工藝步驟簡單,采用現(xiàn)有常規(guī)設(shè)備即可實現(xiàn),利于大規(guī)模推廣應(yīng)用。
權(quán)利要求書
1.一種電滲透污泥脫水設(shè)備用陽極,其特征是,所述陽極整體首尾相接 呈環(huán)狀,所述陽極由若干鈦金屬板相互導(dǎo)電連接而成;所述鈦金屬板為弧形 件或長條件;所述鈦金屬板表面還涂覆、燒結(jié)有導(dǎo)電的保護(hù)層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電滲透污泥脫水設(shè)備用陽極,其特征是,所述 保護(hù)層的材質(zhì)是由二氧化錫和三氧化二銻組成的復(fù)合金屬氧化物,錫元素與 銻元素的摩爾比為15-20:1。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的電滲透污泥脫水設(shè)備用陽極,其特征是, 所述鈦金屬板為弧形件,所述陽極呈圓筒狀,圓筒直徑為0.5-2.5米。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的電滲透污泥脫水設(shè)備用陽極,其特征是, 所述鈦金屬板為長條件,所述陽極呈履帶環(huán)狀;所述各鈦金屬板的長度為 0.5-2.5米。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的電滲透污泥脫水設(shè)備用陽極,其特征是, 所述鈦金屬板具有一組透氣孔。
6.一種電滲透污泥脫水設(shè)備用陽極制造工藝,其特征是,包括以下步驟:
第一步、將鈦金屬基材加工制成預(yù)定的弧形件或長條件,得鈦金屬板; 轉(zhuǎn)至第二步;
第二步、將鈦金屬板堿洗、酸蝕后備用;轉(zhuǎn)至第三步;
第三步、配制由四氯化錫和三氯化銻組成的錫銻復(fù)合溶液,錫元素與銻 元素的摩爾比為15-20:1;轉(zhuǎn)至第四步;
第四步、先將錫銻復(fù)合溶液涂覆至鈦金屬板表面,再于100℃-120℃下烘 干,接著在450℃-500℃下高溫?zé)Y(jié),在鈦金屬板表面形成導(dǎo)電的保護(hù)層;轉(zhuǎn) 至第五步;
第五步、重復(fù)第四步6-10次;轉(zhuǎn)至第六步;
第六步、將若干第五步所得鈦金屬板導(dǎo)電連接并拼裝成整體首尾相接呈 環(huán)狀的電滲透污泥脫水設(shè)備用陽極。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的電滲透污泥脫水設(shè)備用陽極制造工藝,其特征 是,第二步采用草酸對鈦金屬板酸蝕;第三步錫銻復(fù)合溶液中,四氯化錫濃 度為0.5mol/L,三氯化銻濃度為0.03mol/L;第四步采用刷涂法或浸漬法進(jìn)行 涂覆,烘干時采用加熱爐,高溫?zé)Y(jié)時采用高溫爐,所得保護(hù)層的材質(zhì)是由 二氧化錫和三氧化二銻組成的復(fù)合金屬氧化物;第六步,當(dāng)鈦金屬板為弧形 件時所得陽極呈圓筒狀,當(dāng)鈦金屬板為長條件時所得陽極呈履帶環(huán)狀。
8.一種含有權(quán)利要求1至5任一項所述陽極的電滲透污泥脫水設(shè)備,其 特征是,包括至少兩個輥筒、與輥筒一一對應(yīng)的弧形陰極板,所述各輥筒周 向設(shè)有圓筒狀陽極,所述陽極的鈦金屬板為弧形件;所述陽極與陰極板之間 依次設(shè)有陽極濾布和陰極濾布;所述陽極濾布和陰極濾布之間形成污泥挾持 空間。
9.一種含有權(quán)利要求1至5任一項所述陽極的電滲透污泥脫水設(shè)備,其 特征是,包括兩陰極傳動輪、兩陽極傳動輪,所述兩陽極傳動輪上套有履帶 環(huán)狀陽極,所述陽極的鈦金屬板為長條件;所述兩陰極傳動輪上套有履帶環(huán) 狀陰極;所述陽極與陰極之間依次設(shè)有陽極濾布和陰極濾布;所述陽極濾布 和陰極濾布之間形成污泥挾持空間。
10.根據(jù)權(quán)利要9所述陽極的電滲透污泥脫水設(shè)備,其特征是,所述陰極 由若干不銹鋼板相互導(dǎo)電連接而成,所述不銹鋼板具有一組透水孔。
說明書
電滲透污泥脫水設(shè)備用陽極及其制造工藝
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明涉及一種電滲透污泥脫水設(shè)備用陽極及其制造工藝,適用于以電 滲透技術(shù)對污水處理廠生物污泥進(jìn)行深度脫水處理的設(shè)備,屬于電化學(xué)技術(shù) 污水污泥技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)
據(jù)申請人了解,當(dāng)前污水處理主要采用生物氧化處理工藝,該工藝在處 理過程中會產(chǎn)生大量生化污泥,這些污泥的含水率在95~99%以上,需要進(jìn)行 污泥脫水處理。通常,污水處理廠采用傳統(tǒng)的機械壓濾工藝來處理生化污泥, 但是,該傳統(tǒng)工藝只能將污泥含水率降至80~85%,其主要原因為:生化污泥 絮體水分中,結(jié)合水占70~75%,間隙水占20~25%,還有少量的自由水與毛 細(xì)管水;傳統(tǒng)的機械壓濾工藝只能脫除污泥的間隙水,結(jié)合水存在于污泥的 微生物細(xì)胞內(nèi),只有將細(xì)胞破壁后才能被進(jìn)一步脫除。
基于此現(xiàn)狀,業(yè)內(nèi)提出了污泥深度脫水處理,其目的是使污泥減量化; 目標(biāo)是將含水80~85%的污泥脫水至含水率60%以下,污泥體積減小50%以 上,以便于后續(xù)的污泥處置;污泥深度脫水的關(guān)鍵在于脫除污泥絮體中的結(jié) 合水,而脫除結(jié)合水的關(guān)鍵在于微生物細(xì)胞破壁。
現(xiàn)有的生化污泥深度脫水處理工藝如下:
(一)、自然干化工藝和熱干化工藝
自然干化工藝?yán)米匀粺嵩?如太陽能)對污泥進(jìn)行脫水干化處理,該工藝 需要龐大的干化場,主要依賴氣候條件,處理時間過長,處理過程中惡臭氣 體揮發(fā),易帶來二次污染,因此該工藝的應(yīng)用受到限制。
熱干化工藝通過對污泥加熱,使細(xì)胞破壁、脫水干化。該工藝耗能大, 去除每千克水的熱能能耗為3000~4000kJ,設(shè)備復(fù)雜,投資和運行成本也非常 高,難以應(yīng)用推廣。
(二)化學(xué)調(diào)理結(jié)合高壓壓濾的工藝
化學(xué)調(diào)理結(jié)合高壓壓濾的工藝主要是先添加石灰、鐵鹽等,以改變污泥 分子電荷極性,增加顆粒孔隙、改善壓濾特性,然后再施加5MPa以上的高壓, 壓濾脫水。該工藝需額外添加物質(zhì),使污泥的結(jié)構(gòu)、成分、性質(zhì)發(fā)生了變化, 給后續(xù)的污泥處置帶來諸多問題,同時添加物加入量較大,也增加了干污泥 量。
(三)電滲透脫水工藝
電滲透脫水工藝是將生化污泥深度脫水干化的新型、高效技術(shù)。
電滲透脫水工藝基于電化學(xué)機理,在外電場作用下,污泥中的顆粒固體、 液體相對于電極表面作定向運動,污泥向陽極移動,細(xì)胞破壁后其胞內(nèi)水向 陰極移動,透過陰極被排出脫除。在對污泥施加電場的同時,需要保持一定 的壓強,壓強在10~100kPa。
該工藝脫水速度快,一般在5~15分鐘內(nèi)即可實現(xiàn)污泥量減半,泥餅含水 率脫至60%以下的要求。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。
現(xiàn)有的電滲透污泥脫水設(shè)備一般基于帶式壓濾機的技術(shù)原理,采用輥筒 濾帶壓榨方式;設(shè)備以輥筒為陽極,輔以履帶式結(jié)構(gòu)的陰極,陰陽極外均設(shè) 有濾帶,污泥在陰陽極濾帶間,在陰陽極施加電場的條件下進(jìn)行壓榨脫水。 此外,有的設(shè)備其陰陽極均采用平行履帶式結(jié)構(gòu)或其他異形結(jié)構(gòu)。
以上電滲透污泥脫水設(shè)備遇到的最大問題是:陽極電化學(xué)腐蝕問題。
電滲透污泥脫水過程電極反應(yīng)原理如下:
陽極反應(yīng):2H2O→4H++O2+4e-
陰極反應(yīng):2H2O+2e-→4OH-+H2
基于該反應(yīng)機理,從陰極脫除的水pH值為12~13;而氫離子在陽極聚集, 致使陽極表面與污泥的接觸面pH為1~2,在這樣強酸性工作環(huán)境下,陽極的 電化學(xué)腐蝕十分嚴(yán)重。采用現(xiàn)有的金屬材料做陽極,腐蝕損壞速度極快,而 這正是目前電滲透污泥脫水設(shè)備不能正常連續(xù)工作、不能應(yīng)用推廣的原因。 然而,至今尚無能可靠解決電滲透污泥脫水設(shè)備陽極腐蝕問題的技術(shù)手段。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是:克服現(xiàn)有技術(shù)存在的問題,提供一種電 滲透污泥脫水設(shè)備用陽極,加工難度小,利于提高制造效率。此外,還提供 以上陽極的制造工藝。
本發(fā)明進(jìn)一步要解決的技術(shù)問題是:提供耐化學(xué)腐蝕性能優(yōu)良的陽極。
本發(fā)明解決上述技術(shù)問題的技術(shù)方案如下:
一種電滲透污泥脫水設(shè)備用陽極,其特征是,所述陽極整體首尾相接呈 環(huán)狀,所述陽極由若干鈦金屬板相互導(dǎo)電連接而成;所述鈦金屬板為弧形件 或長條件;所述鈦金屬板表面還涂覆、燒結(jié)有導(dǎo)電的保護(hù)層。
本發(fā)明陽極進(jìn)一步完善的技術(shù)方案如下:
優(yōu)選地,所述保護(hù)層的材質(zhì)是由二氧化錫和三氧化二銻組成的復(fù)合金屬 氧化物,錫元素與銻元素的摩爾比為15-20:1。
優(yōu)選地,所述鈦金屬板為弧形件,所述陽極呈圓筒狀,圓筒直徑為0.5-2.5 米。
優(yōu)選地,所述鈦金屬板為長條件,所述陽極呈履帶環(huán)狀;所述各鈦金屬 板的長度為0.5-2.5米。
優(yōu)選地,所述鈦金屬板具有一組透氣孔。
本發(fā)明還提供:一種電滲透污泥脫水設(shè)備用陽極制造工藝,其特征是, 包括以下步驟:
第一步、將鈦金屬基材加工制成預(yù)定的弧形件或長條件,得鈦金屬板; 轉(zhuǎn)至第二步;
第二步、將鈦金屬板堿洗、酸蝕后備用;轉(zhuǎn)至第三步;
第三步、配制由四氯化錫和三氯化銻組成的錫銻復(fù)合溶液,錫元素與銻 元素的摩爾比為15-20:1;轉(zhuǎn)至第四步;
第四步、先將錫銻復(fù)合溶液涂覆至鈦金屬板表面,再于100℃-120℃下烘 干,接著在450℃-500℃下高溫?zé)Y(jié),在鈦金屬板表面形成導(dǎo)電的保護(hù)層;轉(zhuǎn) 至第五步;
第五步、重復(fù)第四步6-10次;轉(zhuǎn)至第六步;
第六步、將若干第五步所得鈦金屬板導(dǎo)電連接并拼裝成整體首尾相接呈 環(huán)狀的電滲透污泥脫水設(shè)備用陽極。
本發(fā)明工藝進(jìn)一步完善的技術(shù)方案如下:
優(yōu)選地,第二步采用草酸對鈦金屬板酸蝕;第三步錫銻復(fù)合溶液中,四 氯化錫濃度為0.5mol/L,三氯化銻濃度為0.03mol/L;第四步采用刷涂法或浸 漬法進(jìn)行涂覆,烘干時采用加熱爐,高溫?zé)Y(jié)時采用高溫爐,所得保護(hù)層的 材質(zhì)是由二氧化錫和三氧化二銻組成的復(fù)合金屬氧化物;第六步,當(dāng)鈦金屬 板為弧形件時所得陽極呈圓筒狀,當(dāng)鈦金屬板為長條件時所得陽極呈履帶環(huán) 狀。
本發(fā)明還提供:
一種含有前述陽極的電滲透污泥脫水設(shè)備,其特征是,包括至少兩個輥 筒、與輥筒一一對應(yīng)的弧形陰極板,所述各輥筒周向設(shè)有圓筒狀陽極,所述 陽極的鈦金屬板為弧形件;所述陽極與陰極板之間依次設(shè)有陽極濾布和陰極 濾布;所述陽極濾布和陰極濾布之間形成污泥挾持空間。
一種含有前述陽極的電滲透污泥脫水設(shè)備,其特征是,包括兩陰極傳動 輪、兩陽極傳動輪,所述兩陽極傳動輪上套有履帶環(huán)狀陽極,所述陽極的鈦 金屬板為長條件;所述兩陰極傳動輪上套有履帶環(huán)狀陰極;所述陽極與陰極 之間依次設(shè)有陽極濾布和陰極濾布;所述陽極濾布和陰極濾布之間形成污泥 挾持空間。
優(yōu)選地,所述陰極由若干不銹鋼板相互導(dǎo)電連接而成,所述不銹鋼板具 有一組透水孔。
與現(xiàn)有技術(shù)相比,本發(fā)明的主要有益效果如下:
1.將整個陽極分為若干小板塊,這樣可對各小板塊表面涂覆、燒結(jié)保護(hù) 層,然后再拼裝得陽極整體,從而大幅減小加工難度,提高制造效率,尤其 易于制造大尺寸圓筒狀或履帶環(huán)狀陽極。
2.陽極的保護(hù)層采用Sn、Sb摩爾比為15~20:1的SnO2、Sb2O3復(fù)合金屬 氧化物,克服現(xiàn)有保護(hù)層燒結(jié)性能差、易剝落的缺陷;大大降低保護(hù)層電阻, 并提高陽極導(dǎo)電率(是純鈦陽極的5倍);保護(hù)層穩(wěn)定性好,具有優(yōu)良的耐電 化學(xué)腐蝕性能,使用壽命長,是常規(guī)不銹鋼陽極的10倍以上;同時在該Sb 摻雜量下,保護(hù)層導(dǎo)電率、晶體結(jié)構(gòu)、電極性能可實現(xiàn)最優(yōu)化。
3.該陽極即可用于輥筒帶式壓榨結(jié)構(gòu),也可用于履帶回轉(zhuǎn)式壓濾結(jié)構(gòu), 適用范圍廣泛。
4.陽極制造工藝步驟簡單,采用現(xiàn)有常規(guī)設(shè)備即可實現(xiàn),利于大規(guī)模推 廣應(yīng)用。