季雪元

【摘 要】本文針對污泥電脫水技術發(fā)展過程中出現的各類電脫水反應器類型進行了綜述，發(fā)現污泥電脫水反應器的優(yōu)化重點是裝置內部的電場形式，通過變化施加電場方向來降低極板接觸電阻，提高脫水效率。其中，水平電場脫水裝置由于其結構簡單更易獲得推廣。

【關鍵詞】市政污泥；電脫水；反應器；研究進展

大量報道指出，脫水是污泥處置中費用最為昂貴的一步，已成為限制市政污水處理廠正常運營的關鍵步驟。高效而低成本的污泥脫水方法研究已成為水處理行業(yè)的熱點問題。在此種背景下，污泥電脫水技術逐漸得到研究人員的關注。國內外學者在污泥電脫水原理、電脫水工藝參數以及電極材料方面進行了大量深入的研究。隨著國內外學者對污泥電脫水技術的原理及存在問題的探討以及電極材料優(yōu)選，污泥電脫水反應裝置的重要性開始為研究人員所重視。

污泥電脫水技術通常以直流電場為驅動力進行脫水，在電脫水初始階段陽極附近污泥含水率迅速降低，脫水過程電極附近發(fā)生電化學反應而產生一些氣體（O2和H2），上述現象均會導致接觸電阻急劇增加，嚴重抑制污泥脫水效果的提高[1-2]。鑒于此，研究人員針對污泥脫水反應器的結構進行了各種嘗試，研發(fā)了包括多級電脫水裝置、簡短電脫水裝置、旋轉陽極電脫水裝置以及水平電場反應器在內的多種類型的電脫水裝置。本文擬對各類污泥電脫水裝置進行綜述，以期對未來污泥電脫水反應器的研發(fā)提供新的思路。

1 多級電脫水裝置

1993年Yoshida提出多級電脫水技術，即在反應裝置內按指定間隔垂直安置3個穿孔電極板，如圖1所示。在污泥電脫水初始階段，將陽極板（1）及陰極板聯入電路。隨著脫水反應進行，陽極板（1）附近污泥餅的電阻急劇增加，電壓幾乎全部降在陽極附近的脫水層，使脫水驅動力減少。利用旋轉開關斷開原有電路，將陽極板（2）聯入電路。待陽極板（2）附近污泥餅的電阻增加導致脫水驅動力減少后，再將陽極板（3）聯入電路。實驗結果表明通過多級電脫水技術可以降低系統(tǒng)能耗，提高污泥脫水效果[3]。2001年Watanabe提出在正極和負極中間插入第三個電極（柵極）模擬場效應晶體管進行污泥電脫水，該方法與Yoshida提出的多級脫水方法相類似。實驗過程中將陽極、陰極接入10V的直流電壓，柵極板外加-15V至15V電壓。實驗結果表明當柵極外加電壓為正時能提高裝置脫水能力，外加電壓為負時則抑制脫水能力[4]。

2 交變電場污泥脫水裝置

1999年Yoshida提出在交變電場條件下周期性改變電極方向的電脫水技術，其裝置如圖2所示。交變電場的應用，使電極間的水流方向周期性改變，減少了污泥床和電極板之間的接觸電阻；并且通過電極的電性交換，使陰陽電極處由電化學反應引起的pH變化量減?。ň蓧A性），污泥脫水系統(tǒng)更均衡。因此在消耗相同能耗的情況下，以交變電場為驅動力進行污泥脫水，污泥的脫水效率更高[5]。

3 間斷電場污泥脫水裝置

Rabie等人提出相同能耗下采用間斷電脫水技術能得到更高的脫水率。間斷電脫水的方式有開路間斷脫水和短路間斷脫水兩種。開路間斷脫水是指在污泥電脫水過程中斷開電源，短暫暫停電場應用[6]。開路間斷脫水可以節(jié)省能耗，但對提高污泥脫水效率沒有幫助。短路間斷脫水是指在斷開電源的情況下，在陰陽電極間接入一條導線，污泥床與電極板間產生與外加電場反向的電流，導致電極處的電化學反應倒置。并且由于污泥中含有金屬離子，可生成金屬氧化物沉淀，粘附于電極表面和過濾介質上，特別是呈堿性的陰極附近，不利于電脫水的進行。通過短路間斷脫水，短暫反轉交換電極的電性，電化學反應產生的酸性濾液可溶解去除沉淀 [7]。然而通過電極反轉不能恢復過濾介質的堵塞。特別是當污泥中含有鈣離子時會在短時間內堵塞過濾介質[8]。

4 旋轉陽極電脫水裝置

針對電脫水開始時接近陽極電極處的污泥含水率迅速降低，接觸電阻急劇升高，電壓幾乎全部降在陽極附近的脫水層，使陰極附近的脫水驅動力減少的問題[9]。Ho和Chen提出采用旋轉陽極可以抑制陽極處污泥餅的形成，從而降低該部分的電阻，增大電流，提高脫水能效（如圖3所示）。Ho和Chen的實驗結果表明采用旋轉陽極進行污泥電脫水可以提高70%的固體含量[10]。

5 水平電場污泥脫水裝置

電脫水技術常以垂直電場為驅動力進行污泥電脫水，并對陽極板施加壓力，形成壓力-電場聯合脫水過程。然而采用垂直電場進行電脫水，隨著脫水過程的進行，陽極附近的污泥含水率越來越低，電化學反應產生的氣體也將聚集在污泥與陽極之間。這兩個因素導致陽極附近的污泥餅的接觸電阻增大，并消耗大部分電壓降。周加祥等人采用水平方向電場為驅動力進行污泥脫水，這種電場施加方式降低了極板接觸電阻，提高了脫水效率，簡化了設備結構（如圖4所示）[11]。

6 結論

針對污泥電脫水反應器的結構，研究人員進行了大量有益的嘗試。總體而言，污泥電脫水反應器的優(yōu)化重點是裝置內部的電場形式，通過變化施加電場方向來降低極板接觸電阻，提高脫水效率。上述脫水設備針對不同污泥進行的固液分離，由于泥漿理化性質的差異，難以系統(tǒng)比較反應器結構的優(yōu)劣。但從目前應用來看，水平電場脫水裝置由于其簡化了設備結構，更易獲得推廣應用。

【參考文獻】

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[11]周加祥，余鵬，劉錚，等.水平電場污泥脫水過程[J].化工學報，2001，52（7）：635-638.

[責任編輯：湯靜]