公布日：2022.11.22
申請日：2022.08.01
分類(lèi)號：C02F11/15(2019.01)I;C02F101/30(2006.01)N
摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種基于等離子體放電的有機污泥脫水裝置及方法，包括：高壓脈沖電源、介質(zhì)阻擋放電反應器、機械壓濾裝置、污水回收裝置和泥餅回收裝置、泵氣系統等。具體過(guò)程是將待處理有機污泥加入到同軸式介質(zhì)阻擋放電反應器的管道內，同時(shí)在放電反應器的高壓電極上施加高電壓脈沖，使曝氣后的有機污泥中的微氣泡擊穿，產(chǎn)生含有高能電子、沖擊波的低溫等離子體，利用高能電子轟擊和沖擊波來(lái)轟擊菌膠團結構，使污泥中的絮狀膠體破裂，使細胞間隙水流出，同時(shí)還能高效殺滅污泥中的微生物。有機污泥經(jīng)過(guò)曝氣在流經(jīng)同軸管道式介質(zhì)阻擋放電反應器后，再經(jīng)過(guò)機械壓濾單元，即可被分離為含水率較低的泥餅和廢水。該有機污泥處理裝置具有耗時(shí)短、占地少、能耗低且無(wú)需藥劑等眾多優(yōu)點(diǎn)。
權利要求書(shū)
1.一種基于等離子體放電的有機污泥脫水裝置，其特征在于：包括高壓脈沖電源（1）、曝氣裝置、壓濾裝置（3）、污水回收裝置（4）、泥餅回收裝置（5）、以及多個(gè)介質(zhì)阻擋放電反應器；所述多個(gè)介質(zhì)阻擋放電反應器相互連通，用于輸送有機污泥，所述多個(gè)介質(zhì)阻擋放電反應器兩端與所述高壓脈沖電源（1）連接，末端的所述介質(zhì)阻擋放電反應器連接有所述壓濾裝置（3），所述壓濾裝置（3）輸出分別連接有污水回收裝置（4）、泥餅回收裝置（5）；所述曝氣裝置用于處理有機污泥并產(chǎn)生大量氣泡。
2.根據權利要求1所述的一種基于等離子體放電的有機污泥脫水裝置，其特征在于：所述高壓脈沖電源（1）是能產(chǎn)生具有快速脈沖前沿和后沿的高壓重頻方波脈沖。
3.根據權利要求1所述的一種基于等離子體放電的有機污泥脫水裝置，其特征在于：所述曝氣裝置采用鼓風(fēng)曝氣設備、潛水射流曝氣設備，布氣裝置優(yōu)選微孔曝氣裝置；或采用泵氣裝置和曝氣石。
4.根據權利要求1所述的一種基于等離子體放電的有機污泥脫水裝置，其特征在于：所述壓濾裝置（3）采用多孔濾布、壓濾機，如板框壓濾機、廂式壓濾機、立式壓濾機、帶式壓濾機、隔膜壓濾機。
5.根據權利要求1所述的一種基于等離子體放電的有機污泥脫水裝置，其特征在于：所述介質(zhì)阻擋放電反應器包括線(xiàn)-筒放電反應器、線(xiàn)-板式反應器、針-板式反應器、填充式反應器；采用單介質(zhì)阻擋放電電極，或者雙介質(zhì)阻擋放電電極。
6.根據權利要求1所述的一種基于等離子體放電的有機污泥脫水裝置，其特征在于：所述介質(zhì)阻擋放電反應器采用同軸管道式線(xiàn)-筒放電反應器；包括進(jìn)泥口（7）、出泥口（10）、金屬高壓電極（9）、內置介質(zhì)套管（14）以及外置介質(zhì)套管（8），所述外置介質(zhì)套管（8）兩端分別為進(jìn)泥口（7）和出泥口（10），所述金屬高壓電極（9）經(jīng)過(guò)絕緣介質(zhì)套管絕緣后固定在管道中心，所述外置介質(zhì)套管（8）導電材質(zhì)的地電極并安全接地，絕緣的內置介質(zhì)套管（14）和外置介質(zhì)套管（8）內壁構成介質(zhì)阻擋放電空間，對含有大量氣泡的污泥進(jìn)行等離子體放電處理。
7.根據權利要求6所述的一種基于等離子體放電的有機污泥脫水裝置，其特征在于：所述外置介質(zhì)套管（8）上連接有減壓閥（6）。
8.根據權利要求6所述的一種基于等離子體放電的有機污泥脫水裝置，其特征在于：所述進(jìn)泥口（7）的高度高于所述出泥口（10）。
9.根據權利要求1-8任意一項所述的一種基于等離子體放電的有機污泥脫水裝置的脫水方法，其特征在于：包括：首先運行高壓脈沖電源，產(chǎn)生高壓作用在金屬高壓電極上，在所有反應器的進(jìn)泥口處，反應腔底部都裝有曝氣石，緊接著(zhù)運行曝氣系統中的泵氣裝置，使各個(gè)反應腔的曝氣石工作；然后有機污泥從同軸式的放電反應器的進(jìn)泥口進(jìn)入，通過(guò)曝氣石產(chǎn)生大量的氣泡，同時(shí)靜止放電反應腔的金屬電極上產(chǎn)生的高壓作用于氣泡，使氣泡擊穿，激發(fā)產(chǎn)生大量的低溫等離子體，低溫等離子體中的高能電子和沖擊波轟擊、電穿孔效應在外置介質(zhì)套管內進(jìn)行；曝氣后的有機污泥中的微氣泡擊穿，產(chǎn)生含有高能電子、沖擊波的低溫等離子體，利用高能電子轟擊和沖擊波來(lái)轟擊菌膠團結構，使污泥中的絮狀膠體破裂，使細胞間隙水流出，同時(shí)還能高效殺滅污泥中的微生物；隨著(zhù)污泥數量的不斷增加，有機污泥通過(guò)管道式的運輸通道，以及同軸式的反應腔動(dòng)態(tài)流動(dòng)，使有機污泥反應更充分，最后污泥從出泥口流出，進(jìn)行壓濾等后續工作。
發(fā)明內容
發(fā)明目的：是針對國內廢水處理“重水輕泥”的現狀，結合低溫等離子體這種新興技術(shù)，提供了一套基于等離子體放電的有機物污泥脫水裝置。以實(shí)現有機污泥深度脫水，利用該裝置處理有機污泥，不添加任何藥劑、在數分鐘內可顯著(zhù)增強污泥的脫水性能，放電處理后機械壓濾得到的泥餅含水率可低于60%。該技術(shù)可顯著(zhù)縮短污泥處理時(shí)間、降低處置成本、提高其資源利用價(jià)值，有望帶來(lái)污泥處理的技術(shù)突破，扭轉有機污泥處理的窘境。
技術(shù)方案：本發(fā)明所述的一種基于等離子體放電的有機污泥脫水裝置，包括高壓脈沖電源、曝氣裝置、壓濾裝置、污水回收裝置、泥餅回收裝置、以及多個(gè)介質(zhì)阻擋放電反應器；所述多個(gè)介質(zhì)阻擋放電反應器相互連通，用于輸送有機污泥，所述多個(gè)介質(zhì)阻擋放電反應器兩端與所述高壓脈沖電源連接，末端的所述介質(zhì)阻擋放電反應器連接有所述壓濾裝置，所述壓濾裝置輸出分別連接有污水回收裝置、泥餅回收裝置；所述曝氣裝置用于處理有機污泥并產(chǎn)生大量氣泡。
進(jìn)一步的，所述高壓脈沖電源是能產(chǎn)生具有快速脈沖前沿和后沿的高壓重頻方波脈沖。
進(jìn)一步的，所述曝氣裝置采用鼓風(fēng)曝氣設備、潛水射流曝氣設備，布氣裝置優(yōu)選微孔曝氣裝置；或采用泵氣裝置和曝氣石。
進(jìn)一步的，所述壓濾裝置采用多孔濾布、壓濾機，如板框壓濾機、廂式壓濾機、立式壓濾機、帶式壓濾機、隔膜壓濾機。
進(jìn)一步的，所述介質(zhì)阻擋放電反應器包括線(xiàn)-筒放電反應器、線(xiàn)-板式反應器、針-板式反應器、填充式反應器；采用單介質(zhì)阻擋放電電極，或者雙介質(zhì)阻擋放電電極。
進(jìn)一步的，所述介質(zhì)阻擋放電反應器采用同軸管道式線(xiàn)-筒放電反應器；包括進(jìn)泥口、出泥口、金屬高壓電極、內置介質(zhì)套管以及外置介質(zhì)套管，所述外置介質(zhì)套管兩端分別為進(jìn)泥口和出泥口，所述金屬高壓電極經(jīng)過(guò)絕緣介質(zhì)套管絕緣后固定在管道中心，所述外置介質(zhì)套管導電材質(zhì)的地電極并安全接地，絕緣的內置介質(zhì)套管和外置介質(zhì)套管內壁構成介質(zhì)阻擋放電空間，對含有大量氣泡的污泥進(jìn)行等離子體放電處理。
進(jìn)一步的，所述外置介質(zhì)套管上連接有減壓閥。
進(jìn)一步的，所述進(jìn)泥口的高度高于所述出泥口。
本發(fā)明還公開(kāi)了上述一種基于等離子體放電的有機污泥脫水裝置的脫水方法，包括：首先運行高壓脈沖電源，產(chǎn)生高壓作用在金屬高壓電極上，在所有反應器的進(jìn)泥口處，反應腔底部都裝有曝氣石，緊接著(zhù)運行曝氣系統中的泵氣裝置，使各個(gè)反應腔的曝氣石工作；然后有機污泥從同軸式的放電反應器的進(jìn)泥口進(jìn)入，通過(guò)曝氣石產(chǎn)生大量的氣泡，同時(shí)靜止放電反應腔的金屬電極上產(chǎn)生的高壓作用于氣泡，使氣泡擊穿，激發(fā)產(chǎn)生大量的低溫等離子體，低溫等離子體中的高能電子和沖擊波轟擊、電穿孔效應在外置介質(zhì)套管內進(jìn)行；曝氣后的有機污泥中的微氣泡擊穿，產(chǎn)生含有高能電子、沖擊波的低溫等離子體，利用高能電子轟擊和沖擊波來(lái)轟擊菌膠團結構，使污泥中的絮狀膠體破裂，使細胞間隙水流出，同時(shí)還能高效殺滅污泥中的微生物；隨著(zhù)污泥數量的不斷增加，有機污泥通過(guò)管道式的運輸通道，以及同軸式的反應腔動(dòng)態(tài)流動(dòng)，使有機污泥反應更充分，最后污泥從出泥口流出，進(jìn)行壓濾等后續工作。
有益效果：本發(fā)明的有益效果如下：
（1）高壓方波脈沖是目前激發(fā)低溫等離子體效果最好的方式，本發(fā)明采用重頻高電壓脈沖加在同軸結構的介質(zhì)擋放電反應腔內，對含有大量氣泡的有機污泥進(jìn)行放電，將污泥水中的微氣泡擊穿產(chǎn)生大量的低溫等離子體和沖擊波，來(lái)破壞有機污泥的菌膠團的物理和化學(xué)結構，短時(shí)間內顯著(zhù)提升其脫水性能；
（2）同軸式放電介質(zhì)阻擋放電結構可作為一個(gè)可拆卸的模塊插入到現有的污泥運輸管道中，進(jìn)行流動(dòng)式動(dòng)態(tài)處理，直接在污水處理廠(chǎng)現場(chǎng)對污泥進(jìn)行脫水、滅菌處理，通過(guò)低溫等離子體和脈沖電場(chǎng)的高能電子與沖擊波轟擊、電穿孔效應，迅速破壞有機污泥中的絮狀膠團結構，結合普通的機械壓濾即可顯著(zhù)提高污泥脫水性能、高效殺滅所有病菌、并對細胞造成不可逆電穿孔釋放出更多有機物質(zhì)，提高濾餅和廢水的回收利用價(jià)值；
（3）高壓脈沖電源產(chǎn)生重復頻率的高電壓脈沖，用于產(chǎn)生低溫等離子體，低溫等離子體都具備優(yōu)良的滅菌效果，又通過(guò)調節脈沖參數來(lái)適當調控脈沖電場(chǎng)強度和電子密度與能量，可以精準控制絮狀膠體被破壞的程度、細胞壁的不可逆電穿孔的孔徑，提高污泥脫水率的同時(shí)保留了微生物的細胞壁基本結構，降低了壓濾過(guò)程中固體物的流失，還可殺滅污泥中的病原體微生物，顯著(zhù)提升泥餅和回收廢水的資源利用價(jià)值，并降低對生態(tài)環(huán)境的二次污染；（3）同軸管道式放電反應腔包括：金屬電極和介質(zhì)套管等，采用介質(zhì)套管輸送有機污泥的同時(shí)利用金屬電極對有機污泥進(jìn)行脈沖放電低溫等離子體處理，可拆卸的模塊可在污水處理廠(chǎng)、污泥廠(chǎng)現場(chǎng)對有機污泥進(jìn)行流動(dòng)式動(dòng)態(tài)處理，直接省去存儲、轉運、調理、生物穩定和填滿(mǎn)或焚燒處置等環(huán)節，顯著(zhù)縮短處理周期、顯著(zhù)降低占地、藥劑和能耗等經(jīng)濟成本，大幅簡(jiǎn)化處理工藝；
（4）本發(fā)明能夠實(shí)現有機污泥的深度處理，用低溫等離子體對曝氣的有機污泥處理一分鐘并簡(jiǎn)單壓濾而得的泥餅含水率已低于60%，達填滿(mǎn)標準，其耗時(shí)短、占地少、能耗低且無(wú)需藥劑；
（5）低溫等離子體處理有機污泥技術(shù)是一種純物理方法，不僅顯著(zhù)提高污泥脫水性能、高效滅菌，還可在污水處理廠(chǎng)實(shí)現流動(dòng)式動(dòng)態(tài)處理，省去了污泥的濃縮、調理、穩定和處置等環(huán)節，將污泥處理周期從數十天顯著(zhù)縮短到數十分鐘、大幅降低污泥處理成本、變廢為寶，對現有污泥處理技術(shù)提供全新的處理技術(shù)。
（發(fā)明人：姚明暉;張迪;李東升）
