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、燒結有導電的保護層。該工藝包括：加工得鈦金屬板，堿洗酸蝕備用，配制錫銻復合溶液，在鈦金屬板表面涂覆燒結保護層，拼裝。本發(fā)明陽極加工難度小，利于提高制造效率，耐化學腐蝕性能優(yōu)良;制造工藝步驟簡單，采用現(xiàn)有常規(guī)設備即可實現(xiàn)，利于大規(guī)模推廣應用。
權利要求書
1.一種電滲透污泥脫水設備用陽極，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、燒結有導電的保護層。
2.根據(jù)權利要求1所述的電滲透污泥脫水設備用陽極，其特征是，所述 保護層的材質是由二氧化錫和三氧化二銻組成的復合金屬氧化物，錫元素與 銻元素的摩爾比為15-20：1。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的電滲透污泥脫水設備用陽極，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)權利要求1或2所述的電滲透污泥脫水設備用陽極，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)權利要求1或2所述的電滲透污泥脫水設備用陽極，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定的弧形件或長條件，得鈦金屬板; 轉至第二步;
第二步、將鈦金屬板堿洗、酸蝕后備用;轉至第三步;
第三步、配制由四氯化錫和三氯化銻組成的錫銻復合溶液，錫元素與銻 元素的摩爾比為15-20：1;轉至第四步;
第四步、先將錫銻復合溶液涂覆至鈦金屬板表面，再于100℃-120℃下烘 干，接著在450℃-500℃下高溫燒結，在鈦金屬板表面形成導電的保護層;轉 至第五步;
第五步、重復第四步6-10次;轉至第六步;
第六步、將若干第五步所得鈦金屬板導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備用陽極。
7.根據(jù)權利要求6所述的電滲透污泥脫水設備用陽極制造工藝，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行 涂覆，烘干時采用加熱爐，高溫燒結時采用高溫爐，所得保護層的材質是由 二氧化錫和三氧化二銻組成的復合金屬氧化物;第六步，當鈦金屬板為弧形 件時所得陽極呈圓筒狀，當鈦金屬板為長條件時所得陽極呈履帶環(huán)狀。
8.一種含有權利要求1至5任一項所述陽極的電滲透污泥脫水設備，其 特征是，包括至少兩個輥筒、與輥筒一一對應的弧形陰極板，所述各輥筒周 向設有圓筒狀陽極，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。
9.一種含有權利要求1至5任一項所述陽極的電滲透污泥脫水設備，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)權利要9所述陽極的電滲透污泥脫水設備，其特征是，所述陰極 由若干不銹鋼板相互導電連接而成，所述不銹鋼板具有一組透水孔。
說明書
電滲透污泥脫水設備用陽極及其制造工藝
技術領域
本發(fā)明涉及一種電滲透污泥脫水設備用陽極及其制造工藝，適用于以電 滲透技術對污水處理廠生物污泥進行深度脫水處理的設備，屬于電化學技術 污水污泥技術領域。
背景技術
據(jù)申請人了解，當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，結合水占70～75%，間隙水占20～25%，還有少量的自由水與毛 細管水;傳統(tǒng)的機械壓濾工藝只能脫除污泥的間隙水，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。
基于此現(xiàn)狀，業(yè)內提出了污泥深度脫水處理，其目的是使污泥減量化; 目標是將含水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(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
自然干化工藝利用自然熱源(如太陽能)對污泥進行脫水干化處理，該工藝 需要龐大的干化場，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，因此該工藝的應用受到限制。
熱干化工藝通過對污泥加熱，使細胞破壁、脫水干化。該工藝耗能大， 去除每千克水的熱能能耗為3000～4000kJ，設備復雜，投資和運行成本也非常 高，難以應用推廣。
(二)化學調理結合高壓壓濾的工藝
化學調理結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，使污泥的結構、成分、性質發(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。
電滲透脫水工藝基于電化學機理，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，細胞破壁后其胞內水向 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備一般基于帶式壓濾機的技術原理，采用輥筒 濾帶壓榨方式;設備以輥筒為陽極，輔以履帶式結構的陰極，陰陽極外均設 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行壓榨脫水。 此外，有的設備其陰陽極均采用平行履帶式結構或其他異形結構。
以上電滲透污泥脫水設備遇到的最大問題是：陽極電化學腐蝕問題。
電滲透污泥脫水過程電極反應原理如下：
陽極反應：2H2O→4H++O2+4e-
陰極反應：2H2O+2e-→4OH-+H2
基于該反應機理，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 電化學腐蝕十分嚴重。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備不能正常連續(xù)工作、不能應用推廣的原因。 然而，至今尚無能可靠解決電滲透污泥脫水設備陽極腐蝕問題的技術手段。
發(fā)明內容
本發(fā)明所要解決的技術問題是：克服現(xiàn)有技術存在的問題，提供一種電 滲透污泥脫水設備用陽極，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)明進一步要解決的技術問題是：提供耐化學腐蝕性能優(yōu)良的陽極。
本發(fā)明解決上述技術問題的技術方案如下：
一種電滲透污泥脫水設備用陽極，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、燒結有導電的保護層。
本發(fā)明陽極進一步完善的技術方案如下：
優(yōu)選地，所述保護層的材質是由二氧化錫和三氧化二銻組成的復合金屬 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定的弧形件或長條件，得鈦金屬板; 轉至第二步;
第二步、將鈦金屬板堿洗、酸蝕后備用;轉至第三步;
第三步、配制由四氯化錫和三氯化銻組成的錫銻復合溶液，錫元素與銻 元素的摩爾比為15-20：1;轉至第四步;
第四步、先將錫銻復合溶液涂覆至鈦金屬板表面，再于100℃-120℃下烘 干，接著在450℃-500℃下高溫燒結，在鈦金屬板表面形成導電的保護層;轉 至第五步;
第五步、重復第四步6-10次;轉至第六步;
第六步、將若干第五步所得鈦金屬板導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備用陽極。
本發(fā)明工藝進一步完善的技術方案如下：
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 漬法進行涂覆，烘干時采用加熱爐，高溫燒結時采用高溫爐，所得保護層的 材質是由二氧化錫和三氧化二銻組成的復合金屬氧化物;第六步，當鈦金屬 板為弧形件時所得陽極呈圓筒狀，當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備，其特征是，包括至少兩個輥 筒、與輥筒一一對應的弧形陰極板，所述各輥筒周向設有圓筒狀陽極，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電連接而成，所述不銹鋼板具 有一組透水孔。
與現(xiàn)有技術相比，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、燒結保護 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.陽極的保護層采用Sn、Sb摩爾比為15～20:1的SnO2、Sb2O3復合金屬 氧化物，克服現(xiàn)有保護層燒結性能差、易剝落的缺陷;大大降低保護層電阻， 并提高陽極導電率(是純鈦陽極的5倍);保護層穩(wěn)定性好，具有優(yōu)良的耐電 化學腐蝕性能，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，保護層導電率、晶體結構、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構，也可用于履帶回轉式壓濾結構， 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)設備即可實現(xiàn)，利于大規(guī)模推 廣應用。
