公布日：2022.11.22

申請日：2022.08.01

分類號：C02F11/15(2019.01)I;C02F101/30(2006.01)N

摘要

本發(fā)明公開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(yīng)器、機械壓濾裝置、污水回收裝置和泥餅回收裝置、泵氣系統(tǒng)等。具體過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(yīng)器的管道內(nèi)，同時在放電反應(yīng)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轟擊菌膠團結(jié)構(gòu)，使污泥中的絮狀膠體破裂，使細(xì)胞間隙水流出，同時還能高效殺滅污泥中的微生物。有機污泥經(jīng)過曝氣在流經(jīng)同軸管道式介質(zhì)阻擋放電反應(yīng)器后，再經(jīng)過機械壓濾單元，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短、占地少、能耗低且無需藥劑等眾多優(yōu)點。

權(quán)利要求書

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）、以及多個介質(zhì)阻擋放電反應(yīng)器；所述多個介質(zhì)阻擋放電反應(yīng)器相互連通，用于輸送有機污泥，所述多個介質(zhì)阻擋放電反應(yīng)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(yīng)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(jù)權(quán)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(jù)權(quán)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(shè)備、潛水射流曝氣設(shè)備，布?xì)庋b置優(yōu)選微孔曝氣裝置；或采用泵氣裝置和曝氣石。

4.根據(jù)權(quán)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(jù)權(quán)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(yīng)器包括線-筒放電反應(yīng)器、線-板式反應(yīng)器、針-板式反應(yīng)器、填充式反應(yīng)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(jù)權(quán)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(yīng)器采用同軸管道式線-筒放電反應(yīng)器；包括進(jìn)泥口（7）、出泥口（10）、金屬高壓電極（9）、內(nèi)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(dǎo)電材質(zhì)的地電極并安全接地，絕緣的內(nèi)置介質(zhì)套管（14）和外置介質(zhì)套管（8）內(nèi)壁構(gòu)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(jù)權(quán)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(jù)權(quán)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(jù)權(quán)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(yīng)器的進(jìn)泥口處，反應(yīng)腔底部都裝有曝氣石，緊接著運行曝氣系統(tǒng)中的泵氣裝置，使各個反應(yīng)腔的曝氣石工作；然后有機污泥從同軸式的放電反應(yīng)器的進(jìn)泥口進(jìn)入，通過曝氣石產(chǎn)生大量的氣泡，同時靜止放電反應(yīng)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(yīng)在外置介質(zhì)套管內(nèi)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轟擊菌膠團結(jié)構(gòu)，使污泥中的絮狀膠體破裂，使細(xì)胞間隙水流出，同時還能高效殺滅污泥中的微生物；隨著污泥數(shù)量的不斷增加，有機污泥通過管道式的運輸通道，以及同軸式的反應(yīng)腔動態(tài)流動，使有機污泥反應(yīng)更充分，最后污泥從出泥口流出，進(jìn)行壓濾等后續(xù)工作。

發(fā)明內(nèi)容

發(fā)明目的：是針對國內(nèi)廢水處理“重水輕泥”的現(xiàn)狀，結(jié)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。以實現(xiàn)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(shù)分鐘內(nèi)可顯著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)可顯著縮短污泥處理時間、降低處置成本、提高其資源利用價值，有望帶來污泥處理的技術(shù)突破，扭轉(zhuǎn)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、以及多個介質(zhì)阻擋放電反應(yīng)器；所述多個介質(zhì)阻擋放電反應(yīng)器相互連通，用于輸送有機污泥，所述多個介質(zhì)阻擋放電反應(yīng)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(yīng)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(shè)備、潛水射流曝氣設(shè)備，布?xì)庋b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(yīng)器包括線-筒放電反應(yīng)器、線-板式反應(yīng)器、針-板式反應(yīng)器、填充式反應(yīng)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(yīng)器采用同軸管道式線-筒放電反應(yīng)器；包括進(jìn)泥口、出泥口、金屬高壓電極、內(nèi)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(dǎo)電材質(zhì)的地電極并安全接地，絕緣的內(nèi)置介質(zhì)套管和外置介質(zhì)套管內(nèi)壁構(gòu)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(yīng)器的進(jìn)泥口處，反應(yīng)腔底部都裝有曝氣石，緊接著運行曝氣系統(tǒng)中的泵氣裝置，使各個反應(yīng)腔的曝氣石工作；然后有機污泥從同軸式的放電反應(yīng)器的進(jìn)泥口進(jìn)入，通過曝氣石產(chǎn)生大量的氣泡，同時靜止放電反應(yīng)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(yīng)在外置介質(zhì)套管內(nèi)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轟擊菌膠團結(jié)構(gòu)，使污泥中的絮狀膠體破裂，使細(xì)胞間隙水流出，同時還能高效殺滅污泥中的微生物；隨著污泥數(shù)量的不斷增加，有機污泥通過管道式的運輸通道，以及同軸式的反應(yīng)腔動態(tài)流動，使有機污泥反應(yīng)更充分，最后污泥從出泥口流出，進(jìn)行壓濾等后續(xù)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(jié)構(gòu)的介質(zhì)擋放電反應(yīng)腔內(nèi)，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，來破壞有機污泥的菌膠團的物理和化學(xué)結(jié)構(gòu)，短時間內(nèi)顯著提升其脫水性能；

（2）同軸式放電介質(zhì)阻擋放電結(jié)構(gòu)可作為一個可拆卸的模塊插入到現(xiàn)有的污泥運輸管道中，進(jìn)行流動式動態(tài)處理，直接在污水處理廠現(xiàn)場對污泥進(jìn)行脫水、滅菌處理，通過低溫等離子體和脈沖電場的高能電子與沖擊波轟擊、電穿孔效應(yīng)，迅速破壞有機污泥中的絮狀膠團結(jié)構(gòu)，結(jié)合普通的機械壓濾即可顯著提高污泥脫水性能、高效殺滅所有病菌、并對細(xì)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值；

（3）高壓脈沖電源產(chǎn)生重復(fù)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，又通過調(diào)節(jié)脈沖參數(shù)來適當(dāng)調(diào)控脈沖電場強度和電子密度與能量，可以精準(zhǔn)控制絮狀膠體被破壞的程度、細(xì)胞壁的不可逆電穿孔的孔徑，提高污泥脫水率的同時保留了微生物的細(xì)胞壁基本結(jié)構(gòu)，降低了壓濾過程中固體物的流失，還可殺滅污泥中的病原體微生物，顯著提升泥餅和回收廢水的資源利用價值，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(yīng)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、污泥廠現(xiàn)場對有機污泥進(jìn)行流動式動態(tài)處理，直接省去存儲、轉(zhuǎn)運、調(diào)理、生物穩(wěn)定和填滿或焚燒處置等環(huán)節(jié)，顯著縮短處理周期、顯著降低占地、藥劑和能耗等經(jīng)濟成本，大幅簡化處理工藝；

（4）本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)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單壓濾而得的泥餅含水率已低于60%，達(dá)填滿標(biāo)準(zhǔn)，其耗時短、占地少、能耗低且無需藥劑；

（5）低溫等離子體處理有機污泥技術(shù)是一種純物理方法，不僅顯著提高污泥脫水性能、高效滅菌，還可在污水處理廠實現(xiàn)流動式動態(tài)處理，省去了污泥的濃縮、調(diào)理、穩(wěn)定和處置等環(huán)節(jié)，將污泥處理周期從數(shù)十天顯著縮短到數(shù)十分鐘、大幅降低污泥處理成本、變廢為寶，對現(xiàn)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）