CN111170594B - 冷等离子体大量破壁消解剩余活性污泥的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种冷等离子体大量破壁消解剩余活性污泥的方法，属于污泥处理方法技术领域。本发明先将污泥水进行预处理，然后采用选定电极的冷等离子体发生器对污泥实施消解。通过本发明的实施，可显著提高污泥水中污泥破壁消解的效果，污泥的去除率由通常情况下冷等离子处理消解的70%~80%提高到92%，且作用时间比使用一般电极大为缩短，能耗低30%~40%。

Description

冷等离子体大量破壁消解剩余活性污泥的方法
技术领域
本发明涉及一种冷等离子体大量破壁消解剩余活性污泥的方法，属于污泥处理方法技术领域。
背景技术
随着城市化进程的发展，我国每年产生了数以千万吨计的含水生活污泥，城市生活污泥的处理处置和其造成的二次污染也成为市政部门十分棘手的问题。目前我国正试点开展“无废城市”建设，对城市生活污泥施行源头最大减量化排放，任务艰巨而繁重。然而实践表明，各种减泥方法事倍功半，成效难以彰显，如臭氧-活性污泥法、代谢解偶联剂-活性污泥处理法、生物蚯蚓法等，而冷等离子体处理法消解污泥，污泥去除率高，去除时间短，投资少，处理成本不高，比任何一种污泥减量方法有更显著的效果。
发明内容
本发明旨在提供一种冷等离子体大量破壁消解剩余活性污泥的方法。
本发明采用冷等离子体发生器消解污泥的原理：冷等离子发生体指在常温下，离子发生器产生的相同数量的正、负离子束与空气中的水分子发生作用，进而产生大量的自由电子、活性氧分子及羟基自由基；当正离子和负离子发生中和反应时，释放出巨大能量，可使细菌的胞壁遭到破坏；同时当活性氧分子和羟基自由基与有机活性污泥的细胞壁接触时，可迅速使其分解。实验研究表明，用冷等离子体作用活性污泥时，能达到大量消减有机污泥的效果，社会意义巨大，是剩余生活污泥源头减量颇为有效的处理方法。
本发明提供了一种冷等离子体大量破壁消解剩余活性污泥的方法，先将污泥水进行预处理后，采用选定电极的冷等离子体发生器对污泥实施消解过程。
电极材料是关系冷等离子仓内能否形成高压放电产生大量相关粒子的至关重要的影响因素，若选择不当，放电的强度及时间长短、产生羟基自由基的数量会受到直接影响。本发明中，冷等离子体发生器中，使用选定的导体电极材料和介质电极材料。导体电极材料使用的是Sr3Fe2O7，它具有独特的晶体结构和优异的电化学性能；介质电极材料使用Co-W合金，用环氧树脂覆盖其表面作为阻挡介质，进行高压放电，可以产生前述大量的氧化基团。
具体的消解过程为：取城市污水处理厂二沉池的污泥水，初始污泥含水率须调至85%~90%（wt%），然后进行消解试验；将污泥溶液pH值用碳酸氢钠调至7.5~8.5；将冷等离子体发生器连接管吹气端置于污泥水中，然后打开电源开关，在室温下（20℃）调节功率为50W、60W、70W，于不同的功率条件下对污泥进行破壁作用，作用时间设定为2h~4h，然后分别测定污泥沉降体积比SV30和干污泥的重量，得出剩余活性污泥的消减率在92%~96%之间。
进一步地，调节污泥含水率为85%~90%、污泥水pH为8.0，设置操作条件为P=70W、t=2h，得到污泥沉降体积比SV30为2.5%，干污泥减重率是96%。
本发明的有益效果：
通过本发明的实施，可显著提高污泥水中污泥破壁消解的效果，污泥的去除率由通常情况下冷等离子处理消解的70%~80%提高到92%以上，且作用时间缩短比使用一般电极大为缩短，能耗低30%~40%。
附图说明
图1为冷等离子体发生器的结构示意图。
图中：1. 风机；2. 冷等离子发生器；3. 电源控制柜；4. 温、湿度调节器；5. 除尘器；6. 冷等离子体发生仓；7. 导体电极；8. 介质电极；9. 污泥水作用池。
具体实施方式
冷等离子体发生器结构如图1所示：装置工作过程：将空气经过风机1输入，除尘器5净化后，再经温、湿度调节器4调至温度为20℃左右、湿度为60%左右，进入冷等离子体发生仓6。在该仓内，空气被激发为等离子状态，氧气分子电离裂解为氧原子。在持续高压电能量的作用下，原子的核外电子脱离原子核的束缚，得到自由电子（-e）；氧原子和氧分子产生结合，组成臭氧（O3），将空气中含有的水分子裂解为羟基自由基（·OH），独立的氢原子和独立的氧原子结合，又再次产生羟基自由基（·OH）。
本发明提供了冷等离子体大量破壁消解剩余活性污泥的方法，包括实施的特殊电极材料和实施的具体消解过程。
电极材料是关系冷等离子仓内能否形成高压放电产生大量相关粒子的至关重要的影响因素，若选择不当，放电的强度及时间长短、产生羟基自由基的数量会受到直接影响。本发明中，冷等离子体发生器中，使用选定的导体电极材料和介质电极材料。导体电极材料使用的是Sr3Fe2O7，它具有独特的晶体结构和优异的电化学性能；介质电极材料使用Co-W合金，进行高压放电，可以产生前述大量的氧化基团。
具体消解过程为：取城市污水处理厂浓缩池的污泥水，初始污泥含水率须减至85%~90%（wt%）之间，然后进行消解试验；将污泥溶液的pH值用碳酸氢钠调至7.5~8.5；将冷等离子体发生器在室温下（20℃）调功率为50W、60W、70W，于不同的功率条件下，在污泥水作用池中对污泥进行破壁消解作用，作用时间设定为2h~4h，然后分别测定污泥沉降体积比SV30和干污泥的重量，得出剩余活性污泥的消减率在92%~96%之间。
实施例1：
用NaHCO3调污泥水的pH值为8.0，将冷等离子体发生器的功率调至60W，对污泥水的作用时间控制在2.0h，测得SV30为4.0%和干污泥减重率为94%；
实施例2：
用NaHCO3调污泥水的pH值为7.5，将冷等离子体发生器的功率调至70W，对污泥水的作用时间控制在4.0h，测得SV30为3.0%和干污泥减重率为95%；
实施例3：
用NaHCO3调污泥水的pH值为8.5，将冷等离子体发生器的功率调至50W，对污泥水的作用时间控制在2.0h，测得SV30为6.0%和干污泥减重率为92%；
实施例4：
用NaHCO3调污泥水的pH值为8.0，将冷等离子体发生器的功率调至70W，对污泥水的作用时间控制在2.0h，测得SV30为2.5%和干污泥减重率为96%；
实施例5：
用NaHCO3调污泥水的pH值为8.5，将冷等离子体发生器的功率调至60W，对污泥水的作用时间控制在4.0h，测得SV30为2.0%和干污泥减重率为95%。
下面直接使用含水率为98%的污泥原水，不调污泥水浓度，同上述实施例1~5的实施条件相同，分别实施对比,1~5，所得实验数据见表1所示：
表1 改变污泥水含水率后的对比试验结果
Figure DEST_PATH_IMAGE002
由表1可看出，使用导体材料电极Sr3Fe2O7、介质材料电极Co-W合金实施污泥消解，比使用普通材料电极，即导体电极为碳素电极、介质电极为陶瓷电极，污泥沉降体积比减少了3~5个点，干污泥减重率达到14%~18%，效果明显。

Claims (3)

1.一种冷等离子体大量破壁消解剩余活性污泥的方法，其特征在于：先将污泥水进行预处理，然后采用冷等离子体发生器对污泥实施消解；具体过程为：
冷等离子体发生器中，使用选定的导体电极材料和介质电极材料：导体电极材料使用的是Sr3Fe2O7，它具有独特的晶体结构和优异的电化学性能；介质电极材料使用Co-W合金，进行高压放电，能产生大量的氧化基团。
2.根据权利要求1所述的冷等离子体大量破壁消解剩余活性污泥的方法，其特征在于：
污泥消解过程为：取城市污水处理厂二沉池的污泥水，初始污泥含水率太高，须减水，使其含水率介于85wt%~90wt%之间，然后进行消解试验；将污泥溶液pH值用NaHCO3调至7.5~8.5；将冷等离子体发生器连接管吹气端置于污泥水中，在室温下调节功率分别为50W、60W、70W，相应打开电源开关，于不同的功率条件下对污泥进行破壁作用，作用时间设定为2h~4h，然后分别测定污泥沉降体积比SV30和干污泥的质量，得出干污泥的消减率在92%~96%之间。
3.根据权利要求2所述的冷等离子体大量破壁消解剩余活性污泥的方法，其特征在于：调节污泥含水率为85%~90%、污泥水pH为8.0，设置操作条件为P=70W、t=2h，得到污泥沉降体积比SV30为2.5%，干污泥减重率是96%。
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