CN101356121A - 用永久磁体处理生物质的装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于处理生物质，尤其是用于处理污水污泥的装置，其包含一个用于容纳生物质M的空腔(4)，一个具有至少一个第一永久磁体(1)的第一磁组，一个具有至少一个第二永久磁体(2)的第二磁组。其中第一磁组的所有的第一永久磁体(1)都以其北极朝向空腔(4)，其南极背离空腔(4)的取向，排列在空腔外围上，第二磁组的所有的第二永久磁体(2)都以其南极朝向空腔(4)，其北极背离空腔(4)的取向，排列在空腔外围上，这样在空腔(4)中，磁力线从第一永久磁体的北极延伸到至少一个第二永久磁体的南极上。第一和第二磁组分别包含许多第一和第二永久磁体(1，2)。

Description

用永久磁体处理生物质的装置及方法

本发明涉及一种按照权利要求1的前序部分的用于处理生物质，尤其是用于处理污水污泥的装置，以及一种按照权利要求11的前序部分的用于处理生物质，尤其是用于处理污水污泥的方法。

背景技术

本发明随后在处理污水污泥的实例中进一步阐明。同样地，本发明通常也涉及任何其它生物质的处理。

目前，污水通常先借助于栅格或筛以机械方式粗略的预净化。积累的筛出物可用来被腐化和堆肥。

污水流入污水沉降池中，固体微粒在池中沉至底部，被作为悬浮体或污泥收集起来，脱水并被输送到污泥腐化设备中，在气密下发生厌氧菌引起的分解。可腐化的新鲜污泥分解时产生气体，这些气体例如可被引入至城市的燃气供应网络中。腐化后的剩余污泥可作为肥料使用。

机械净化后残留在污水中的污物和杂质在一个密封的生物污水净化设备中被除去。这是在充足供气条件下有氧地进行的：在一个或多个活性污泥池中，细菌悬浮在污水中并分解有机污物。产生的活性污泥可根据其比重，在活性池或后处理池的水面或池底收集和除去或泵出。这些过剩的污泥也在污泥腐化设备中腐化，再次产生气体和剩余污泥。

因此在污水处理设备中，在至少一个步骤中，通常在多个步骤中产生可腐化的污泥(筛出物，新鲜污泥，过剩的污泥，活性污泥，悬浮污泥或诸如此类)，其随后均计为污水污泥。这些污泥能够被腐化，然后产生有用的燃气和腐化后的剩余污泥。

这些剩余污泥虽然一方面能作为肥料使用，但它只要，例如，含有害物质，就需花费高成本来在垃圾场里消除或焚烧有毒物质。

因此，有需要的是，一方面提高热值和燃气的使用，另一方面减少累积的剩余污泥的量。从其它生物质上获得沼气对热值的提高和剩余物质的减少也是有利的。

例如由DE 198 13 451 A1公知，其中使用了超声波生物净化设备，超声波能导致污水污泥的分解。

DE3314 863 A1，DE 199 55 219 A1和DD 124913提出了一种替换的实施形式，污水污泥在腐化池中受到一种交变电磁场作用。此作用导致污泥的进一步升温，细胞分解和微生物的活化，并因此在减少气体在腐化池的停留时间和剩余污泥的量的同时提高气体产量。

DE 101 18 839 A1提出在一定程度上综合两种方法，用超声波激发压电填料以产生高频交变电磁场。此外，可加入永久磁性填料。

不利的是，产生交变电磁场必须的电磁体需要电能。而且将其整合到现有设备中是昂贵的。此外，其需要经常的对产生的磁场强度的管理和对运转情况的监控。鉴于污水处理设备的长持续运转时间和其中通常恶劣的，尤其是腐蚀性的环境条件，这些监控，管理和供能系统是昂贵，麻烦，易损坏，难改造的。使用超声波也有类似的问题。此外，这两种方法都具有非期望的副作用——超声波的持续冲击导致污水处理设备水管的疲劳，交变电磁场作为电磁辐射会对操作人员损害。

DE 101 18 839 A1的永久磁场避免了这些缺点。其涉及一种均匀磁场，其磁力线基本上与污水污泥的流向平行地取向。

WO 95/15922涉及借助于永磁体产生稳定磁场的水处理，其磁感应强度至少为6000高斯。水流穿过一个在正负磁极之间的环状间隙，这样均匀的磁场就对穿过的水流产生作用。

JP 60-082190A涉及了借助于永磁体的活性污泥的处理，永久磁体排列在处理池的周围，以在污泥中产生氧气。磁力线的取向没有说明。

DE 23 61 056 A1涉及一种在生物污水处理设备中提高微生物增长率的方法。其提出了电磁体或永磁体。在一个进一步描述的实施形式中，电磁体的磁力线均匀地与水流方向垂直地穿过污水，电磁体形式为缠绕于管上的线圈，污水流过该管。

现已在试验中惊喜地证实，通过一种永久磁场在生物质上，尤其是在污水污泥上的作用，导致从生物质中，尤其是从污水污泥中的得到的燃气的量明显的提高，并同时导致剩余的生物质，即剩余污泥的量明显降低，此种永久磁场与在现有技术中公知的用于处理污泥和污水的辐射的或均匀磁场不同。

被采纳的是，通过受磁场作用而明显改善的生物质的细胞分解，按照本发明的磁场使得沼气设备的效率及经济效益明显提升成为可能。与此相反，上述的JP 60-082190A和DE 23 61 056 A1力求达到微生物更高的增长速率。与它们相反，在按照本发明的装置中或在在按照本发明的方法中使用的磁场导致在生物质中，尤其是在污水污泥中存在的细胞死亡，并由此导致所期望改善的细胞分解。

任务提出

从上述的背景技术出发，本发明的任务在于，在生物质的腐化中，尤其是污水污泥的腐化中，减少积累的剩余生物质或积累的剩余污泥。

发明内容

此处一种按照权利要求1的前序部分的装置或一种按照权利要求11的前序部分的方法通过其特征部分改进。

一种用于处理生物质，尤其是用于处理污水污泥的装置，根据本发明其包含，一个用于容纳生物质的空腔或用于容纳污水污泥的空腔，一个具有至少一个第一永久磁体的第一磁组和一个具有至少一个第二永久磁体的第二磁组。其中第一磁组的所有的第一永久磁体都以其北极朝向空腔、其南极背离空腔取向地排列在空腔外围上，第二磁组的所有的第二永久磁体都以其南极朝向空腔其北极背离空腔的取向地排列在空腔外围上。

这样在空腔中，磁力线从第一永久磁体的北极延伸到至少一个第二永久磁体的南极。借助于此磁场不仅使生物质中的细胞分解，而且使细胞的分解过程加速和强化。这样有利地提高了可用沼气的量，在试验中提高20～50％，这些沼气尤其可作为燃气使用。同时减少了累积的和需要清除的剩余的生物质，在试验中减少20～30％。尤其是显著减少了非期望的污水污泥。此外有利的是，缩短了腐化时间，在试验中缩短50％。

与前述的利用超声波或交变电磁场的处理相比，按照本发明的设备不需要外部供能。与DE 101 18 839 A1不同，其可在不中断运转的情况下极为简单地在现有污水净化设备或其它的沼气设备上改造，其中在现有设备无结构改变的情况下，永久磁体可固定地或者可拆卸地安装在腐化池的入口或腐化池自身上。

第一和第二磁组分别包含许多第一或第二永久磁体，从而在空腔内部产生按照本发明的磁场，其与在现有技术中公知的磁场不同在于，磁力线没有完全穿过空腔，而是由第一永久磁体的北极到达第二永久磁体的南极。此时优选第一和第二永久磁体在与它们磁轴垂直的第一方向上交替地排列，即，在一个第一永久磁体接着是一个第二永久磁体，反之亦然。第一方向例如可为轴向，或形成了空腔的管的切线方向。在尤其优选的实施方案中，第一或第二磁组的三个永久磁体和相应的另一种磁组的两个永久磁体交替地排列，这样在第一方向共有五个永久磁体。

在垂直于磁轴和第二方向的第一方向上，第一和第二永久磁体同样地交替排列，这样，由第一和第二永久磁体在空腔的外面形成了棋盘似的图案。

一种替换形式为，在第二方向上分别只排列有第一或第二永久磁体，这样在第二方向上由第一或第二永久磁体绕空腔分别形成一整个环。

在试验中已证实有利的是，永久磁体如此设计尺寸和排列，即，磁通量密度在空腔内最大为1800高斯，尤其最大为1500高斯，并优选小于800高斯。通过较低的场强能避免对设备的伤害，尤其是按照现有技术的设备的材料疲劳，和由强电磁辐射引起的对操作人员的损害，并同时实现上述的改进。

永久磁体优选锶-陶瓷磁体。这样，在磁效无明显下降的情况下极长的使用寿命是可能的，磁感应强度在90年后仅下降1％。

按照本发明的设备可以同样安装在一个输送管上，其用于输送生物质，尤其是污水污泥至腐化池中，也可安装在腐化池本身上。

也可借助于按照本发明的设备通过磁场作用于沼气，这样能显著提升气体的热值，在试验中达20％。

作为生物质尤其可为污水污泥，如在一个或多个净化步骤中积累的新鲜污泥，活性污泥，悬浮污泥和/或过剩的污泥。同样，使用的生物质可被在多个工作步骤中处理。在每个步骤中，全部的污水污泥或全部的生物质，或它们的一部分可根据本发明通过磁场作用。产生的剩余污泥，或剩余生物质，可按照本发明的方法被重新活化，并部分地或全部地重新输送到污水或积累的污泥中。

实施例

本发明进一步的任务，优点和特征在从属权利要求和实施例中给出。其中本发明借助于污水污泥的处理进一步来阐明。如前已提及，本发明同样涉及其它生物质的处理，如在农业中由植物落叶和/或动物排泄产生的生物质。如图：

图1为按照本发明的实施形式的用于处理污水污泥的装置(轴向剖面上)；

图2为图1沿线A-B的横向断面图；

图3为图1沿线C-D的纵向剖面图和磁力线；

图4A，4B分别为第一和第二永久磁体。

在图1中，污水污泥M以虚线箭头显示的方向流过管状的空腔4。污水污泥M可为新鲜污泥，活性污泥，过剩的污泥或悬浮污泥或诸如此类，这些污泥是在污水处理设备中，在机械的或生物的污水净化过程中在格栅上，在初沉池，清化池或再次澄清池中积累的和输送给腐化池。此处可涉及全部的在一个步骤里积累的污水污泥，同样地也可只有部分污水污泥被输送到按照本发明的装置中。

污水污泥的流动不是绝对必需的，其实污水污泥也可处于静止，例如在腐化池本身中。本发明的相应的实施形式没有单独描述，此时用图1和图3中的附图标记4表示腐化池。

沿空腔4的外围，永久磁体1，2极性交替地排列，第一永久磁体取向为其北极朝向污水污泥和其南极背离污水污泥，而与第一永久磁体相交替地排列的第二永久磁体相反地取向为，其南极朝向污水污泥和其北极背离污水污泥。

如图1，图3，这种交替的排列可在空腔4的轴向上和/或同样地在其切线方向上(未显示)实现，这样在轴向上和/或在切线方向上，第一和第二永久磁体彼此交替。

通过极性交替的永久磁体1，2的交替的排列，产生了在图3中显示的磁力线5，其在空腔4内经由第一永久磁体1的朝向污水污泥的北极，伸向临近的第二永久磁体的朝向污水污泥的南极。如果如图2所示，第一和第二永久磁体各沿空腔4整个外围分散排列，那么特别有利的是，产生的磁场均匀穿过污水污泥。

第一和第二永久磁体优选被如此设计尺寸和排列，即，磁通量密度为1500高斯(0.15特拉斯)，尤其优选磁通量密度为约1800高斯(0.18特拉斯)。单个的永久磁体可在其远离污水污泥的外端上附设由金属片，塑料或诸如此类构成的盖板3，以抵御污水处理设备中恶劣的环境条件。如果盖板是可磁化的或有磁性的，那么有利的是，其可增强如图3所示的磁通量密度。

第一和第二永久磁体1，2固定地或可拆卸地连接在空腔4上，例如通过粘接，螺纹连接，用张紧带压紧或诸如此类。朝向污水污泥的磁极优选具有与空腔4外壁相应的外形。磁体也可单个的或成组的裹入塑料等中(未显示)。

如图1所示，如果污水污泥在输入腐化池前或在腐化池中借助于按照本发明的设备受到由此产生的磁场的作用，那么有利的是，甚至在优选的较低的磁感应强度下，这些将导致微生物细胞壁的解离和加速的细胞分解过程。这些作用显著地提升了生物活性——根据此处描述的本发明的实施形式，借助于本装置在试验中剩余污泥减少了20～30％的。从污水污泥中得到的燃气的量上升了20～50％。最终，污水污泥在腐化池里的腐化时间也减少达50％。

从污水污泥中得到的沼气可优选类似的方式受磁场作用。磁体的排列与图1至图3对应，空腔4中不再通过污水污泥，而是通过燃气M。借助于上述的第一和第二永久磁体1，2的排列产生一个均匀的磁场，通过其作用可显著提高燃气M的热值，在试验中达20％。

如对于污水处理设备公知的，剩余污泥可全部或部分地再导入处理过程中。借助于按照本发明的设备，磁场的作用重新活化剩余污泥，这样改善了污水处理设备的效率。在没有单独描述的本发明的实施形式中，在剩余污泥送回到污水处理设备中时，剩余污泥M流过按照本发明的装置，如图1至图3共同描述的，因而被重新活化。

Claims (12)

1.用于处理生物质，尤其是用于处理污水污泥的装置，其包含

用于容纳生物质(M)的空腔(4)；

具有至少一个第一永久磁体(1)的第一磁组；

具有至少一个第二永久磁体(2)的第二磁组；

其中第一磁组的所有的第一永久磁体(1)以其北极朝向空腔(4)，其南极背离空腔(4)取向地排列在空腔外围上；第二磁组的所有的第二永久磁体(2)以其南极朝向空腔(4)，其北极背离空腔(4)取向地排列在空腔外围上，从而在空腔(4)中，磁力线从第一永久磁体的北极延伸到至少一个第二永久磁体的南极上，其特征在于，第一和第二磁组分别包含多个第一或第二永久磁体(1，2)。

2.按照权利要求1的装置，其特征在于，第一和第二永久磁体(1，2)在与它们磁轴垂直的第一方向上交替地排列。

3.按照权利要求2的装置，其特征在于，第一或第二磁组的三个永久磁体和相应另一种磁组的两个永久磁体交替地排列。

4.按照权利要求2或3的装置，其特征在于，在垂直于其磁轴和第一方向的第二方向上，第一和第二永久磁体(1，2)交替地排列。

5.按照权利要求2或3的装置，其特征在于，在垂直于永久磁体的磁轴的第二方向和第一方向上，只有第一或第二永久磁体相继地排列。

6.按照上述权利要求中一项的装置，其特征在于，磁通量密度在空腔内最大为1800高斯，尤其最大为1500高斯，并优选小于800高斯。

7.按照上述权利要求中一项的装置，其特征在于，第一和/或第二永久磁体为锶-陶瓷磁体。

8.按照上述权利要求中一项的装置，其特征在于，空腔为用于向腐化池输送生物质的输送管。

9.按照权利要求1-7的装置，其特征在于，空腔为腐化池。

10.用于处理生物质，尤其是污水污泥的方法，其包含：

输送生物至腐化池中；

在腐化池中生物质的腐化；

产生的剩余生物质和沼气的输出；

其特征在于，在输送至腐化池时或在腐化池中时，借助于按照上述权利要求中一项的装置，生物受到磁场作用。

11.按照权利要求10的方法，其特征在于，借助于装置，沼气也受到磁场作用，此种装置与按照权利要求1-7的装置相应，其中沼气取代生物质被接纳至空腔中。

12.按照权利要求10或11的方法，其特征在于，污水污泥，尤其是在一个或多个净化步骤中积累的新鲜污泥，活性污泥，悬浮污泥和/或过剩的污泥和/或在净化中积累的筛出物和/或在腐化时产生的剩余污泥，作为生物质，全部或部分地被处理。

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