申请日2014.02.24
公开(公告)日2014.05.14
IPC分类号C02F11/12
摘要
本发明涉及一种电渗透污泥脱水设备用阳极及其制造工艺，该阳极整体首尾相接呈环状，阳极由若干钛金属板相互导电连接而成;钛金属板为弧形件或长条件;钛金属板表面还涂覆、烧结有导电的保护层。该工艺包括：加工得钛金属板，碱洗酸蚀备用，配制锡锑复合溶液，在钛金属板表面涂覆烧结保护层，拼装。本发明阳极加工难度小，利于提高制造效率，耐化学腐蚀性能优良;制造工艺步骤简单，采用现有常规设备即可实现，利于大规模推广应用。
权利要求书
1.一种电渗透污泥脱水设备用阳极，其特征是，所述阳极整体首尾相接 呈环状，所述阳极由若干钛金属板相互导电连接而成;所述钛金属板为弧形 件或长条件;所述钛金属板表面还涂覆、烧结有导电的保护层。
2.根据权利要求1所述的电渗透污泥脱水设备用阳极，其特征是，所述 保护层的材质是由二氧化锡和三氧化二锑组成的复合金属氧化物，锡元素与 锑元素的摩尔比为15-20：1。
3.根据权利要求1或2所述的电渗透污泥脱水设备用阳极，其特征是， 所述钛金属板为弧形件，所述阳极呈圆筒状，圆筒直径为0.5-2.5米。
4.根据权利要求1或2所述的电渗透污泥脱水设备用阳极，其特征是， 所述钛金属板为长条件，所述阳极呈履带环状;所述各钛金属板的长度为 0.5-2.5米。
5.根据权利要求1或2所述的电渗透污泥脱水设备用阳极，其特征是， 所述钛金属板具有一组透气孔。
6.一种电渗透污泥脱水设备用阳极制造工艺，其特征是，包括以下步骤：
第一步、将钛金属基材加工制成预定的弧形件或长条件，得钛金属板; 转至第二步;
第二步、将钛金属板碱洗、酸蚀后备用;转至第三步;
第三步、配制由四氯化锡和三氯化锑组成的锡锑复合溶液，锡元素与锑 元素的摩尔比为15-20：1;转至第四步;
第四步、先将锡锑复合溶液涂覆至钛金属板表面，再于100℃-120℃下烘 干，接着在450℃-500℃下高温烧结，在钛金属板表面形成导电的保护层;转 至第五步;
第五步、重复第四步6-10次;转至第六步;
第六步、将若干第五步所得钛金属板导电连接并拼装成整体首尾相接呈 环状的电渗透污泥脱水设备用阳极。
7.根据权利要求6所述的电渗透污泥脱水设备用阳极制造工艺，其特征 是，第二步采用草酸对钛金属板酸蚀;第三步锡锑复合溶液中，四氯化锡浓 度为0.5mol/L，三氯化锑浓度为0.03mol/L;第四步采用刷涂法或浸渍法进行 涂覆，烘干时采用加热炉，高温烧结时采用高温炉，所得保护层的材质是由 二氧化锡和三氧化二锑组成的复合金属氧化物;第六步，当钛金属板为弧形 件时所得阳极呈圆筒状，当钛金属板为长条件时所得阳极呈履带环状。
8.一种含有权利要求1至5任一项所述阳极的电渗透污泥脱水设备，其 特征是，包括至少两个辊筒、与辊筒一一对应的弧形阴极板，所述各辊筒周 向设有圆筒状阳极，所述阳极的钛金属板为弧形件;所述阳极与阴极板之间 依次设有阳极滤布和阴极滤布;所述阳极滤布和阴极滤布之间形成污泥挟持 空间。
9.一种含有权利要求1至5任一项所述阳极的电渗透污泥脱水设备，其 特征是，包括两阴极传动轮、两阳极传动轮，所述两阳极传动轮上套有履带 环状阳极，所述阳极的钛金属板为长条件;所述两阴极传动轮上套有履带环 状阴极;所述阳极与阴极之间依次设有阳极滤布和阴极滤布;所述阳极滤布 和阴极滤布之间形成污泥挟持空间。
10.根据权利要9所述阳极的电渗透污泥脱水设备，其特征是，所述阴极 由若干不锈钢板相互导电连接而成，所述不锈钢板具有一组透水孔。
说明书
电渗透污泥脱水设备用阳极及其制造工艺
技术领域
本发明涉及一种电渗透污泥脱水设备用阳极及其制造工艺，适用于以电 渗透技术对污水处理厂生物污泥进行深度脱水处理的设备，属于电化学技术 污水污泥技术领域。
背景技术
据申请人了解，当前污水处理主要采用生物氧化处理工艺，该工艺在处 理过程中会产生大量生化污泥，这些污泥的含水率在95～99%以上，需要进行 污泥脱水处理。通常，污水处理厂采用传统的机械压滤工艺来处理生化污泥， 但是，该传统工艺只能将污泥含水率降至80～85%，其主要原因为：生化污泥 絮体水分中，结合水占70～75%，间隙水占20～25%，还有少量的自由水与毛 细管水;传统的机械压滤工艺只能脱除污泥的间隙水，结合水存在于污泥的 微生物细胞内，只有将细胞破壁后才能被进一步脱除。
基于此现状，业内提出了污泥深度脱水处理，其目的是使污泥减量化; 目标是将含水80～85%的污泥脱水至含水率60%以下，污泥体积减小50%以 上，以便于后续的污泥处置;污泥深度脱水的关键在于脱除污泥絮体中的结 合水，而脱除结合水的关键在于微生物细胞破壁。
现有的生化污泥深度脱水处理工艺如下：
(一)、自然干化工艺和热干化工艺
自然干化工艺利用自然热源(如太阳能)对污泥进行脱水干化处理，该工艺 需要庞大的干化场，主要依赖气候条件，处理时间过长，处理过程中恶臭气 体挥发，易带来二次污染，因此该工艺的应用受到限制。
热干化工艺通过对污泥加热，使细胞破壁、脱水干化。该工艺耗能大， 去除每千克水的热能能耗为3000～4000kJ，设备复杂，投资和运行成本也非常 高，难以应用推广。
(二)化学调理结合高压压滤的工艺
化学调理结合高压压滤的工艺主要是先添加石灰、铁盐等，以改变污泥 分子电荷极性，增加颗粒孔隙、改善压滤特性，然后再施加5MPa以上的高压， 压滤脱水。该工艺需额外添加物质，使污泥的结构、成分、性质发生了变化， 给后续的污泥处置带来诸多问题，同时添加物加入量较大，也增加了干污泥 量。
(三)电渗透脱水工艺
电渗透脱水工艺是将生化污泥深度脱水干化的新型、高效技术。
电渗透脱水工艺基于电化学机理，在外电场作用下，污泥中的颗粒固体、 液体相对于电极表面作定向运动，污泥向阳极移动，细胞破壁后其胞内水向 阴极移动，透过阴极被排出脱除。在对污泥施加电场的同时，需要保持一定 的压强，压强在10～100kPa。
该工艺脱水速度快，一般在5～15分钟内即可实现污泥量减半，泥饼含水 率脱至60%以下的要求。影响电渗透污泥脱水的主要因素有：电场强度、压 强、处理时间、污泥层厚度。
现有的电渗透污泥脱水设备一般基于带式压滤机的技术原理，采用辊筒 滤带压榨方式;设备以辊筒为阳极，辅以履带式结构的阴极，阴阳极外均设 有滤带，污泥在阴阳极滤带间，在阴阳极施加电场的条件下进行压榨脱水。 此外，有的设备其阴阳极均采用平行履带式结构或其他异形结构。
以上电渗透污泥脱水设备遇到的最大问题是：阳极电化学腐蚀问题。
电渗透污泥脱水过程电极反应原理如下：
阳极反应：2H2O→4H++O2+4e-
阴极反应：2H2O+2e-→4OH-+H2
基于该反应机理，从阴极脱除的水pH值为12～13;而氢离子在阳极聚集， 致使阳极表面与污泥的接触面pH为1～2，在这样强酸性工作环境下，阳极的 电化学腐蚀十分严重。采用现有的金属材料做阳极，腐蚀损坏速度极快，而 这正是目前电渗透污泥脱水设备不能正常连续工作、不能应用推广的原因。 然而，至今尚无能可靠解决电渗透污泥脱水设备阳极腐蚀问题的技术手段。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：克服现有技术存在的问题，提供一种电 渗透污泥脱水设备用阳极，加工难度小，利于提高制造效率。此外，还提供 以上阳极的制造工艺。
本发明进一步要解决的技术问题是：提供耐化学腐蚀性能优良的阳极。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：
一种电渗透污泥脱水设备用阳极，其特征是，所述阳极整体首尾相接呈 环状，所述阳极由若干钛金属板相互导电连接而成;所述钛金属板为弧形件 或长条件;所述钛金属板表面还涂覆、烧结有导电的保护层。
本发明阳极进一步完善的技术方案如下：
优选地，所述保护层的材质是由二氧化锡和三氧化二锑组成的复合金属 氧化物，锡元素与锑元素的摩尔比为15-20：1。
优选地，所述钛金属板为弧形件，所述阳极呈圆筒状，圆筒直径为0.5-2.5 米。
优选地，所述钛金属板为长条件，所述阳极呈履带环状;所述各钛金属 板的长度为0.5-2.5米。
优选地，所述钛金属板具有一组透气孔。
本发明还提供：一种电渗透污泥脱水设备用阳极制造工艺，其特征是， 包括以下步骤：
第一步、将钛金属基材加工制成预定的弧形件或长条件，得钛金属板; 转至第二步;
第二步、将钛金属板碱洗、酸蚀后备用;转至第三步;
第三步、配制由四氯化锡和三氯化锑组成的锡锑复合溶液，锡元素与锑 元素的摩尔比为15-20：1;转至第四步;
第四步、先将锡锑复合溶液涂覆至钛金属板表面，再于100℃-120℃下烘 干，接着在450℃-500℃下高温烧结，在钛金属板表面形成导电的保护层;转 至第五步;
第五步、重复第四步6-10次;转至第六步;
第六步、将若干第五步所得钛金属板导电连接并拼装成整体首尾相接呈 环状的电渗透污泥脱水设备用阳极。
本发明工艺进一步完善的技术方案如下：
优选地，第二步采用草酸对钛金属板酸蚀;第三步锡锑复合溶液中，四 氯化锡浓度为0.5mol/L，三氯化锑浓度为0.03mol/L;第四步采用刷涂法或浸 渍法进行涂覆，烘干时采用加热炉，高温烧结时采用高温炉，所得保护层的 材质是由二氧化锡和三氧化二锑组成的复合金属氧化物;第六步，当钛金属 板为弧形件时所得阳极呈圆筒状，当钛金属板为长条件时所得阳极呈履带环 状。
本发明还提供：
一种含有前述阳极的电渗透污泥脱水设备，其特征是，包括至少两个辊 筒、与辊筒一一对应的弧形阴极板，所述各辊筒周向设有圆筒状阳极，所述 阳极的钛金属板为弧形件;所述阳极与阴极板之间依次设有阳极滤布和阴极 滤布;所述阳极滤布和阴极滤布之间形成污泥挟持空间。
一种含有前述阳极的电渗透污泥脱水设备，其特征是，包括两阴极传动 轮、两阳极传动轮，所述两阳极传动轮上套有履带环状阳极，所述阳极的钛 金属板为长条件;所述两阴极传动轮上套有履带环状阴极;所述阳极与阴极 之间依次设有阳极滤布和阴极滤布;所述阳极滤布和阴极滤布之间形成污泥 挟持空间。
优选地，所述阴极由若干不锈钢板相互导电连接而成，所述不锈钢板具 有一组透水孔。
与现有技术相比，本发明的主要有益效果如下：
1.将整个阳极分为若干小板块，这样可对各小板块表面涂覆、烧结保护 层，然后再拼装得阳极整体，从而大幅减小加工难度，提高制造效率，尤其 易于制造大尺寸圆筒状或履带环状阳极。
2.阳极的保护层采用Sn、Sb摩尔比为15～20:1的SnO2、Sb2O3复合金属 氧化物，克服现有保护层烧结性能差、易剥落的缺陷;大大降低保护层电阻， 并提高阳极导电率(是纯钛阳极的5倍);保护层稳定性好，具有优良的耐电 化学腐蚀性能，使用寿命长，是常规不锈钢阳极的10倍以上;同时在该Sb 掺杂量下，保护层导电率、晶体结构、电极性能可实现最优化。
3.该阳极即可用于辊筒带式压榨结构，也可用于履带回转式压滤结构， 适用范围广泛。
4.阳极制造工艺步骤简单，采用现有常规设备即可实现，利于大规模推 广应用。