公布日：2022.11.22
申请日：2022.08.01
分类号：C02F11/15(2019.01)I;C02F101/30(2006.01)N
摘要
本发明公开了一种基于等离子体放电的有机污泥脱水装置及方法，包括：高压脉冲电源、介质阻挡放电反应器、机械压滤装置、污水回收装置和泥饼回收装置、泵气系统等。具体过程是将待处理有机污泥加入到同轴式介质阻挡放电反应器的管道内，同时在放电反应器的高压电极上施加高电压脉冲，使曝气后的有机污泥中的微气泡击穿，产生含有高能电子、冲击波的低温等离子体，利用高能电子轰击和冲击波来轰击菌胶团结构，使污泥中的絮状胶体破裂，使细胞间隙水流出，同时还能高效杀灭污泥中的微生物。有机污泥经过曝气在流经同轴管道式介质阻挡放电反应器后，再经过机械压滤单元，即可被分离为含水率较低的泥饼和废水。该有机污泥处理装置具有耗时短、占地少、能耗低且无需药剂等众多优点。
权利要求书
1.一种基于等离子体放电的有机污泥脱水装置，其特征在于：包括高压脉冲电源（1）、曝气装置、压滤装置（3）、污水回收装置（4）、泥饼回收装置（5）、以及多个介质阻挡放电反应器；所述多个介质阻挡放电反应器相互连通，用于输送有机污泥，所述多个介质阻挡放电反应器两端与所述高压脉冲电源（1）连接，末端的所述介质阻挡放电反应器连接有所述压滤装置（3），所述压滤装置（3）输出分别连接有污水回收装置（4）、泥饼回收装置（5）；所述曝气装置用于处理有机污泥并产生大量气泡。
2.根据权利要求1所述的一种基于等离子体放电的有机污泥脱水装置，其特征在于：所述高压脉冲电源（1）是能产生具有快速脉冲前沿和后沿的高压重频方波脉冲。
3.根据权利要求1所述的一种基于等离子体放电的有机污泥脱水装置，其特征在于：所述曝气装置采用鼓风曝气设备、潜水射流曝气设备，布气装置优选微孔曝气装置；或采用泵气装置和曝气石。
4.根据权利要求1所述的一种基于等离子体放电的有机污泥脱水装置，其特征在于：所述压滤装置（3）采用多孔滤布、压滤机，如板框压滤机、厢式压滤机、立式压滤机、带式压滤机、隔膜压滤机。
5.根据权利要求1所述的一种基于等离子体放电的有机污泥脱水装置，其特征在于：所述介质阻挡放电反应器包括线-筒放电反应器、线-板式反应器、针-板式反应器、填充式反应器；采用单介质阻挡放电电极，或者双介质阻挡放电电极。
6.根据权利要求1所述的一种基于等离子体放电的有机污泥脱水装置，其特征在于：所述介质阻挡放电反应器采用同轴管道式线-筒放电反应器；包括进泥口（7）、出泥口（10）、金属高压电极（9）、内置介质套管（14）以及外置介质套管（8），所述外置介质套管（8）两端分别为进泥口（7）和出泥口（10），所述金属高压电极（9）经过绝缘介质套管绝缘后固定在管道中心，所述外置介质套管（8）导电材质的地电极并安全接地，绝缘的内置介质套管（14）和外置介质套管（8）内壁构成介质阻挡放电空间，对含有大量气泡的污泥进行等离子体放电处理。
7.根据权利要求6所述的一种基于等离子体放电的有机污泥脱水装置，其特征在于：所述外置介质套管（8）上连接有减压阀（6）。
8.根据权利要求6所述的一种基于等离子体放电的有机污泥脱水装置，其特征在于：所述进泥口（7）的高度高于所述出泥口（10）。
9.根据权利要求1-8任意一项所述的一种基于等离子体放电的有机污泥脱水装置的脱水方法，其特征在于：包括：首先运行高压脉冲电源，产生高压作用在金属高压电极上，在所有反应器的进泥口处，反应腔底部都装有曝气石，紧接着运行曝气系统中的泵气装置，使各个反应腔的曝气石工作；然后有机污泥从同轴式的放电反应器的进泥口进入，通过曝气石产生大量的气泡，同时静止放电反应腔的金属电极上产生的高压作用于气泡，使气泡击穿，激发产生大量的低温等离子体，低温等离子体中的高能电子和冲击波轰击、电穿孔效应在外置介质套管内进行；曝气后的有机污泥中的微气泡击穿，产生含有高能电子、冲击波的低温等离子体，利用高能电子轰击和冲击波来轰击菌胶团结构，使污泥中的絮状胶体破裂，使细胞间隙水流出，同时还能高效杀灭污泥中的微生物；随着污泥数量的不断增加，有机污泥通过管道式的运输通道，以及同轴式的反应腔动态流动，使有机污泥反应更充分，最后污泥从出泥口流出，进行压滤等后续工作。
发明内容
发明目的：是针对国内废水处理“重水轻泥”的现状，结合低温等离子体这种新兴技术，提供了一套基于等离子体放电的有机物污泥脱水装置。以实现有机污泥深度脱水，利用该装置处理有机污泥，不添加任何药剂、在数分钟内可显著增强污泥的脱水性能，放电处理后机械压滤得到的泥饼含水率可低于60%。该技术可显著缩短污泥处理时间、降低处置成本、提高其资源利用价值，有望带来污泥处理的技术突破，扭转有机污泥处理的窘境。
技术方案：本发明所述的一种基于等离子体放电的有机污泥脱水装置，包括高压脉冲电源、曝气装置、压滤装置、污水回收装置、泥饼回收装置、以及多个介质阻挡放电反应器；所述多个介质阻挡放电反应器相互连通，用于输送有机污泥，所述多个介质阻挡放电反应器两端与所述高压脉冲电源连接，末端的所述介质阻挡放电反应器连接有所述压滤装置，所述压滤装置输出分别连接有污水回收装置、泥饼回收装置；所述曝气装置用于处理有机污泥并产生大量气泡。
进一步的，所述高压脉冲电源是能产生具有快速脉冲前沿和后沿的高压重频方波脉冲。
进一步的，所述曝气装置采用鼓风曝气设备、潜水射流曝气设备，布气装置优选微孔曝气装置；或采用泵气装置和曝气石。
进一步的，所述压滤装置采用多孔滤布、压滤机，如板框压滤机、厢式压滤机、立式压滤机、带式压滤机、隔膜压滤机。
进一步的，所述介质阻挡放电反应器包括线-筒放电反应器、线-板式反应器、针-板式反应器、填充式反应器；采用单介质阻挡放电电极，或者双介质阻挡放电电极。
进一步的，所述介质阻挡放电反应器采用同轴管道式线-筒放电反应器；包括进泥口、出泥口、金属高压电极、内置介质套管以及外置介质套管，所述外置介质套管两端分别为进泥口和出泥口，所述金属高压电极经过绝缘介质套管绝缘后固定在管道中心，所述外置介质套管导电材质的地电极并安全接地，绝缘的内置介质套管和外置介质套管内壁构成介质阻挡放电空间，对含有大量气泡的污泥进行等离子体放电处理。
进一步的，所述外置介质套管上连接有减压阀。
进一步的，所述进泥口的高度高于所述出泥口。
本发明还公开了上述一种基于等离子体放电的有机污泥脱水装置的脱水方法，包括：首先运行高压脉冲电源，产生高压作用在金属高压电极上，在所有反应器的进泥口处，反应腔底部都装有曝气石，紧接着运行曝气系统中的泵气装置，使各个反应腔的曝气石工作；然后有机污泥从同轴式的放电反应器的进泥口进入，通过曝气石产生大量的气泡，同时静止放电反应腔的金属电极上产生的高压作用于气泡，使气泡击穿，激发产生大量的低温等离子体，低温等离子体中的高能电子和冲击波轰击、电穿孔效应在外置介质套管内进行；曝气后的有机污泥中的微气泡击穿，产生含有高能电子、冲击波的低温等离子体，利用高能电子轰击和冲击波来轰击菌胶团结构，使污泥中的絮状胶体破裂，使细胞间隙水流出，同时还能高效杀灭污泥中的微生物；随着污泥数量的不断增加，有机污泥通过管道式的运输通道，以及同轴式的反应腔动态流动，使有机污泥反应更充分，最后污泥从出泥口流出，进行压滤等后续工作。
有益效果：本发明的有益效果如下：
（1）高压方波脉冲是目前激发低温等离子体效果最好的方式，本发明采用重频高电压脉冲加在同轴结构的介质挡放电反应腔内，对含有大量气泡的有机污泥进行放电，将污泥水中的微气泡击穿产生大量的低温等离子体和冲击波，来破坏有机污泥的菌胶团的物理和化学结构，短时间内显著提升其脱水性能；
（2）同轴式放电介质阻挡放电结构可作为一个可拆卸的模块插入到现有的污泥运输管道中，进行流动式动态处理，直接在污水处理厂现场对污泥进行脱水、灭菌处理，通过低温等离子体和脉冲电场的高能电子与冲击波轰击、电穿孔效应，迅速破坏有机污泥中的絮状胶团结构，结合普通的机械压滤即可显著提高污泥脱水性能、高效杀灭所有病菌、并对细胞造成不可逆电穿孔释放出更多有机物质，提高滤饼和废水的回收利用价值；
（3）高压脉冲电源产生重复频率的高电压脉冲，用于产生低温等离子体，低温等离子体都具备优良的灭菌效果，又通过调节脉冲参数来适当调控脉冲电场强度和电子密度与能量，可以精准控制絮状胶体被破坏的程度、细胞壁的不可逆电穿孔的孔径，提高污泥脱水率的同时保留了微生物的细胞壁基本结构，降低了压滤过程中固体物的流失，还可杀灭污泥中的病原体微生物，显著提升泥饼和回收废水的资源利用价值，并降低对生态环境的二次污染；（3）同轴管道式放电反应腔包括：金属电极和介质套管等，采用介质套管输送有机污泥的同时利用金属电极对有机污泥进行脉冲放电低温等离子体处理，可拆卸的模块可在污水处理厂、污泥厂现场对有机污泥进行流动式动态处理，直接省去存储、转运、调理、生物稳定和填满或焚烧处置等环节，显著缩短处理周期、显著降低占地、药剂和能耗等经济成本，大幅简化处理工艺；
（4）本发明能够实现有机污泥的深度处理，用低温等离子体对曝气的有机污泥处理一分钟并简单压滤而得的泥饼含水率已低于60%，达填满标准，其耗时短、占地少、能耗低且无需药剂；
（5）低温等离子体处理有机污泥技术是一种纯物理方法，不仅显著提高污泥脱水性能、高效灭菌，还可在污水处理厂实现流动式动态处理，省去了污泥的浓缩、调理、稳定和处置等环节，将污泥处理周期从数十天显著缩短到数十分钟、大幅降低污泥处理成本、变废为宝，对现有污泥处理技术提供全新的处理技术。
（发明人：姚明晖;张迪;李东升）