[发明专利]一种基于微波电解催化氧化的污泥脱水方法及系统

说明书

本发明公开了一种基于微波电解催化氧化的污泥脱水方法及系统，属于污泥处理领域，包括储泥池进泥、微波催化氧化预处理、高低压进泥、压榨、卸料五个步骤，该方法采用中间相沥青基碳纤维复合高导电的增强相碳源作为阳极材料，以及采用微波电解和微纳米气泡，使得电导率增加，对有机质的氧化速率提高，污泥的含水量达到50%以下，实现了低能耗、高效率的污泥脱水方法。

技术领域

本发明属于污泥处理领域，具体涉及一种基于微波电解催化氧化的污泥脱水方法及系统。

背景技术

活性污泥法、生物膜法等传统的生物处理方法通过微生物生化反应过程实现有机物的高效去除，同时为维持反应体系稳定的生物量而排放出大量的剩余污泥。近年来，随着经济的快速发展和城市化进程的加快，污水处理设施日益完善，污水排放量急剧增加，污水处理厂产生大量剩余污泥。

污泥脱水的难点包括：（1）EPS和胶体都具有高度的水合作用、带电荷的表面特性，它们悬浮于水中，相互排斥，难以凝聚沉降，故不利于污泥脱水；（2）污泥絮体有机质含量高，具有高压缩性，在过滤后期会堵塞滤饼的孔隙，导致机械脱水效率较低。为了提高污泥脱水效率，需采取一系列预处理措施调理污泥，如破坏污泥 EPS，改变其表面特性；增大污泥颗粒粒径，促使其脱稳聚集沉降等。当前污泥脱水技术主要包括物理调理、化学调理、生物调理以及联合调理。

目前污泥脱水主流工艺是药剂调理+板框压滤，药剂一般采用PAC+PAM组合，含水量可以做到60%，但污泥臭味重，后续运输和最终处置费高。而电解氧化法是在外加电场作用下阳极可以直接或间接产生具有强氧化活性的（—OH）。这种方法的优点是：（1）电子转移只在电极及废水组份间进行，产生的自由基无选择地直接与废水中的有机污染物反应将其降解，不需另外添加氧化还原剂，避免了由另外添加药剂而引起的二次污染问题；（2）可以通过改变外加电压随时调节反应条件，可控制性较强；（3）反应条件温和，电化学过程一般在常温常压下就可进行；（4）作为一种清洁工艺，其设备占地面积小，基本无二次污染，符合环保的要求。但是，由于受到电极材料的限制，该方法降解处理有机污染物的电流效率低，能耗大，因而较少直接应用于实际污泥处理中。

目前，研究微波与化学反应系统的相互作用已成为国际上一门新型的交叉科学，这些研究大体分为两大类：（1）从电磁场与分子和化学键之间的相互作用来研究微波加快化学反应机理；（2）从宏观等效系统来研究电磁波与化学反应非平衡系统的相互作用。化学反应是一个非平衡系统，在微波辐射下，化学反应系统吸收微波能量转化为热能引起系统温度升高，温升会改变化学反应速率，系统中物质成分的变化与温度的升高都会引起物质电磁特性的变化，从而导致物质介质复介电系数的变化，而物质介质复介电系数的变化反过来又影响电磁波的吸收和发射。因此，微波与化学反应系统的相互作用必须考虑这一复杂性。当然，此处的相互作用主要是热效应，不可否认，微波这一非平衡非线性系统相互作用往往产生特殊效应，当然也有理论认为微波与化学反应体系存在着直接作用，也就是非热效应。对于高含水量的污泥电解溶液来说，整个体系如果温升很快，能耗会大大增加，成本增加，所以微波与化学反应体系主要体现在非热效应上。

本发明创新一种微波电解催化氧化污泥脱水方法，其创新内容是从两方面考虑：

（1）从电解质溶液电导方面考虑

要想降低污泥电解溶液的能耗，可以降低极间电解液欧姆电压降，要想降低极间电解液欧姆电压，必须增大两极板之间的电导率。而影响电解质溶液电导率的因素包括：浓度、温度、外场频率、外场强。微波正好是外场强的一种。

微波能够导致电导率增加，包括两大理论：维恩效应和电解质溶液Onsager理论。

根据维恩效应：高电场强度与高频率会显著影响电解质溶液的电导率（电泳效应，松弛效应），微波场的场强达到104V.m^-1时，微波能会部分转化为团簇里分子间势能，电导率会增加。