CN207002537U - 一种多电极介质阻挡放电等离子体污泥处理装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种多电极介质阻挡放电等离子体污泥处理装置，其包括一污泥反应池，污泥反应池底内装有污泥，污泥下方设有平板状的接地极，接地极上方悬挂有复数个棒状高压极，高压极外套接有石英管，高压极和接地极电连接一高压高频的高压电源，通过高压极与接地极间的稳定放电，利用放电所形成的冲击波、紫外光、化学活性粒子和臭氧对污泥进行初步处理，该装置可破坏污泥细胞结构，利于有害物质的充分释放，为进一步处理污泥提供保障，提高污泥处理效果。
Description
技术领域
本实用新型涉及污泥处理领域，具体涉及一种多电极介质阻挡放电等离子体污泥处理装置。
背景技术
活性污泥法是一种应用极为广泛的污水处理方法，但在运行过程中产生大量的剩余污泥。近年来，由于经济发展以及污水处理效率的提高，剩余污泥的产量迅速增加。污泥具有含水率高、有机物含量高、重金属含量高的特点。污泥中含有的大量病菌、寄生虫和有害物质，如果不经过适当的处理会造成严重的二次污染。如何高效化、无害化处理处置剩余污泥已成为备受关注的问题。目前剩余污泥的处置手段主要有焚烧、填埋及农用堆肥等。但由于污泥成分复杂，含有大量有机物的同时还存在重金属、致病菌、寄生虫等有害成分，无论直接焚烧或是填埋都会造成环境污染。剩余污泥一般要经过分离、稳定、消化、脱水等步骤才能达到国标，与此同时也大大增加了处理费用。
污泥减量是处理活性污泥的一种有效方法。通过加入化学解偶联剂、生物强化、臭氧、超声波等手段使污泥产量减少或闭路循环。但上述方法均存在处理费用高，效果有限等缺点而难以大规模工业应用。因此开发新型污泥减量同时能够去除重金属离子的新技术及装置具有重要的现实意义和研究价值。
放电等离子体技术是一种在高电压下获得低温等离子体并用于处理有害物质的新型环保问题解决方案。放电过程中可同时产生冲击波，紫外光，化学活性粒子等多因素协同降解作用，是集光、电、化学氧化于一体的新型水处理技术。专利申请CN201610160826.3提出一种带式输送连续式介质阻挡放电等离子体污泥处理方法，其通过在传送带上放置待处理污泥，让其经过高压极与接地极之间的放电反应区，利用两极间的高压放电形成的相关物质对污泥进行处理。但其未对两电极进行结构设计，而采用传统板式电极相对分布，经实验验证，两电极间放电不稳定，进而对污泥处理不充分，处理装置的优劣将直接影响到污泥处理效果并决定该技术在污泥处理领域是否可行，本案由此产生。
实用新型内容
本实用新型所要解决的技术问题在于提供一种基于介质阻挡放电技术，充分应用介质阻挡放电过程中产生的冲击波、紫外光、化学例子及臭氧等多因素，实现对污泥进行高效净化的污泥处理装置。
为解决上述技术问题，本实用新型的技术解决方案是：
一种多电极介质阻挡放电等离子体污泥处理装置，装置包括一污泥反应池，污泥反应池内装有污泥，污泥下方设有平板状的接地极，接地极上方悬挂有复数个棒状高压极，高压极外套接有石英管，高压极和接地极电连接一高压高频的高压电源，污泥反应池设有出口，出口连接一控制污泥流出的阀门。
较佳的，污泥反应池设有入口，入口设有抽取污泥并将污泥持续推进到污泥反应池的泵，污泥反应池内设有液位传感器以实时监测污泥液位，液位传感器信号连接泵并基于液位检测结果实时控制泵的启闭。
较佳的，入口可设在污泥反应池底部或侧壁底部，以减少污泥注入给污泥上表面带来波动。
较佳的，污泥反应池设有进气口和出气口，通过不断向进气口通入空气使污泥反应池内部形成大量臭氧，并经出气口排出而被收集利用。
较佳的，污泥反应池的出口经阀门后连接到一搅拌池，出气口通过套接一导气管联通到搅拌池，利用搅拌池，可循环对污泥进行处理，进一步提升污泥净化水平。
较佳的，搅拌池包括磁力搅拌器、出泥口，出泥口经第二阀门联通到一过滤系统或离心系统，过滤系统或离心系统可实现污泥中固相与液相的初步分离。
较佳的，石英管从高压极底面和侧面紧贴高压极，以便高压极能在一定条件下穿透石英管向接地极放电。
较佳的，石英管与高压极间分布有电解质溶液，利于二者间电传导。
较佳的，接地极可设在污泥反应池内底部。
较佳的，接地极设在污泥反应池底面下方并紧贴污泥反应池的底面。
采用上述方案后，本实用新型利用高压极与接地极间介质阻挡放电所产生物质的作用，实现污泥的初步处理，其具备以下有益效果：
1．基于该装置，在污泥净化过程中不会引入新的有害物质，同时放电过程可有效破坏污泥的细胞结构，将原本难处理的胞内有机质、金属及水分释放，为进一步处理污泥提供基础保障；
2．有效利用放电过程中形成的冲击波、紫外光、化学活性粒子以及臭氧等对污泥进行处理，实现污泥细胞的震碎、有机物降解、臭味减轻，提高了污泥处理效果，降低了污泥毒性；
3．采用多高压极与板状接地极配合，可使装置发生稳定放电，各高压极与板状接地极间的高压放电有利于污泥快速净化。
附图说明
图1是实施例一结构示意图；
图2是实施例二结构示意图；
图3是本实用新型高压极分布侧视图；
图4是本实用新型高压极分布俯视图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步详述。
实施例一
本实用新型所揭示的是一种多电极介质阻挡放电等离子体污泥处理装置，如图1所示，为本实用新型的较佳实施例，装置包括一污泥反应池8，污泥反应池8内装有污泥，污泥下方设有平板状的接地极2，具体的接地极设置在污泥反应池8底部，板状的接地极2上方悬挂有复数个棒状高压极3，本实施例中分布有两行四列共八个高压极3，如图3-4所示，接地极2和高压极3电连接一高压高频的高压电源4，高压电源4的工作频率可以为3～40kHz，电压峰值为3～20kV。高压极3外套接有石英管1，石英管1不浸入污泥，与污泥水平面贴近，当高压电源4在接地极2和高压极3间附加一变频高压时，石英管及其他介质被击穿，高压极3、接地极2间发生放电，高压极3和接地极2间的高压放电将形成冲击波、紫外线以及化学活性粒子，多因素协同作用会促进污泥的降解，其中冲击波可破坏污泥的细胞结构，让原本难以处理的胞内有机质、金属及水分释放出来，以利于对污泥的进一步处理。
具体的，污泥反应池 8可以选择为方形玻璃反应器和紧扣在方形玻璃反应器上的盖板，要求保证污泥反应池8的密闭性，污泥反应池8内还设有液位传感器5，用以监控注入污泥液面的高度，污泥反应池8侧壁设有入口，入口设有抽取污泥并从入口将污泥推进到污泥反应池8的泵7，液位传感器5信号连接泵7，当液位传感器5监测池内污泥达到相应高度时，指示泵7停止工作。污泥反应池8还设置有出口，出口可设置于反应池底部，以便于将池内污泥排净。出口上设置有控制污泥流出的阀门6，通过控制污泥的流入与流出来控制污泥在反应池中的反应时间，同时又能及时将处理完的污泥排入分离处理容器中做进一步处理。
装置的高压极3外套接有石英管1，石英管1可嵌套在污泥反应池8的盖板上，设计高压极3为底面为平面的圆柱体，底面为石英平面的石英管1从高压极3的底面及侧面紧贴高压极3，石英管1和高压极3一起被吊挂在污泥液面上方，并保持二者底面贴近污泥表面，实现高压极3向接地极2放电。
在高频高压条件下，高压极3与接地极2之间的放电会导致附近空气成分发生变化，不仅表现为空气放电生成臭氧，同时，由于本装置中发生放电处污泥与空气直接接触，放电可使得部分氮气转化为溶解于污泥的硝酸根，硝酸根有利于重金属的析出。另外，放电过程还会产生大量还原性活性粒子，该活性粒子可使重金属离子价态降低，从而使污泥毒性降低。设计污泥反应池侧壁上开设有进气口和出气口，通过不断通入空气，使内部形成大量臭氧，臭氧与池中的污泥进行反应，促进污泥中相关物质的快速降解。
处理污泥时，采用上述装置按照以下步骤进行：
步骤一：构建污泥处理装置，在污泥反应池8内底部设置平板状的接地极2，一高压高频的高压电源4连接接地极2和一高压极3，高压极3为悬挂在接地极2上方的复数个棒状电极，高压极3外套接的石英管1构成接地极2与高压极3间放电空间内的绝缘介质；污泥反应池8设有入口与出口，入口设有抽取污泥并将污泥推进到污泥反应池8内的泵7，出口设有控制污泥流出的阀门6；
步骤二：通过泵7往污泥反应池8内持续不断通入污泥，利用污泥反应池8内的液位传感器5实时监控污泥液位水平，保持污泥液面与石英管底面距离为1～2mm，若污泥液面即将与石英管底面接触，则泵7停止通入污泥，由于污泥反应池8仅设有出口、入口、进气口和出气口，其他区域密闭，使污泥反应池8内形成相对密闭空间，启动高压电源4，当接地极2和高压极3间附加一变频高压时，高压极3和接地极2间击穿绝缘介质石英管1实现放电，高压放电产生冲击波与紫外光，冲击波将破坏污泥的细胞结构，让原本难以处理的胞内有机质、金属及水分释放出来，紫外光能实现污泥的灭菌，同时，高压放电产生大量化学活性粒子，化学活性粒子与污泥反应池8内不断流动的污泥进行反应，促进污泥中相关物质的快速降解。
步骤三：高压放电所生成的臭氧因被限制在污泥反应池8内而与污泥中释放出来的有机质、金属进行氧化还原反应，形成毒素较低的物质，并让金属溶解于污泥中的液相，而高压放电使得部分氮气转化为溶解于污泥的硝酸根，硝酸根有利于重金属的析出。
步骤四：污泥处理效果达到要求后，从污泥反应池8出口，输出处理过的污泥，并排入到用于污泥分离处理的容器中；
步骤五：通过离心或过滤方式，实现污泥中固体与清液的初步分离，清液可用于金属的回收利用，而金属含量低于环保要求的污泥固体可直接排放回自然，或根据需要对其进行进一步后续处理后再排放回大自然。
根据研究，未经处理的污泥中，大量重金属被限制在污泥细胞内而无法释放，而经介质阻挡放电处理1-2h后的污泥，在离心处理后，得到清液中的金属含量将大大提高。通过用ICP电感藕合等离子体发光光谱分析仪分别测量处理前后污泥上清液中的金属含量的变化情况，可以看到清液中各金属元素含量明显上升。同时，放电过程中污泥pH上升，表明污泥持续消化；COD持续下降，表明有机物不断降解；上清液SCOD持续上升，表明污泥细胞结构破裂，胞内物质释放到液相。
实施例二
实施例二是对实施例一的进一步改进，如图2所示，其结构与实施例一大致相同，所不同主要体现为以下几点：
为避免注入污泥时造成污泥液面产生较大的波动，设计污泥反应池的入口位于侧壁底部，当注入污泥的上表面没过入口后，上层的污泥会较好的吸收下层注入污泥所带来的扰动，进而保证液面较为平静，更有利于液位传感器5对污泥液位的监测。
高压极3方面，若无法做到石英管1与高压极3间的紧密贴合，也可以像本实施例一样，在石英管1与高压极3间分布有电解质溶液，实现二者间较好的电传导。平板状的接地极2还可以设置在污泥反应池8底面下方并紧贴底面，此时，石英管1和石英制得污泥反应池8的底面共同构成放电空间内的绝缘介质。
进一步，为了让污泥处理更加充分，污泥反应池8出口经阀门6后还可联通到一搅拌池10，搅拌池10包括磁力搅拌器12、出泥口，出泥口经第二阀门11联通到用于污泥分离处理的容器中。由于污泥反应池8不断有空气通入，因此，一部分因高压放电生成的臭氧将未与污泥进行反应就直接从出气口被排出，设计连接出气口的导气管同样伸入到搅拌池10。随着磁力搅拌器12的搅拌，搅拌池10内臭氧与污泥混合，实现对污泥的进一步处理。
更进一步，污泥反应池8的入口也可联通到搅拌池10中，泵7可选择从搅拌池10中将搅拌处理后的污泥再次抽取并重新注入到污泥反应池8中，经污泥反应池8内二次反应后的污泥在阀门6控制下，再次流入搅拌池10，显然，经搅拌后的污泥再次进入污泥反应池8与高压放电所产生的化学活性粒子发生作用，其处理效果更佳。
处理污泥时，采用上述装置按照以下步骤进行：
步骤一：构建污泥处理装置，在石英制得的污泥反应池8底面下方设置平板状的接地极2，接地极2紧贴污泥反应池8的底面，一高压高频的高压电源4连接接地极2和一高压极3，高压极3为悬挂在接地极2上方的复数个棒状电极，高压极3外套接的石英管1和污泥反应池8的底面共同构成接地极2与高压极3间放电空间内的绝缘介质；污泥反应池8底面设有入口与出口，入口设有抽取污泥并将污泥推进到污泥反应池8内的泵7，出口设有控制污泥流出的阀门6；
步骤二：通过泵7往污泥反应池8内持续不断通入污泥，利用污泥反应池内的液位传感器5实时监控污泥液位水平，保持污泥液面与石英管1底面距离为1～2mm，若污泥液面即将与石英管底面接触，则泵7停止通入污泥，由于污泥反应池8仅设有出口、入口、进气口和出气口，其他区域密闭，且出口、入口位于污泥反应池8底部，为污泥所覆盖，使污泥反应池8内形成相对密闭空间，启动高压电源4，当接地极2和高压极3间附加一变频高压时，高压极3和接地极2间击穿绝缘介质石英管1和污泥反应池8底面实现放电，高压放电产生冲击波、紫外光以及化学活性粒子，冲击波可打碎污泥细胞，促进污泥细胞中物质的释放；紫外光能实现污泥的灭菌，化学活性粒子则与污泥反应池8内不断推进的污泥进行反应以促进污泥中相关物质的快速降解。
步骤三：高压放电所生成的臭氧因被限制在污泥反应池8内而与污泥中释放出来的有机质、金属进行氧化还原反应，形成毒素较低的物质，并让金属溶解于污泥中的液相。
污泥反应池8内处理完的污泥经出口进入搅拌池10，部分因高压放电生成的臭氧将未与污泥进行反应就直接从出气口被排出，经连接出气口的导气管同样排入搅拌池10，随着磁力搅拌器12的搅拌，搅拌池10内臭氧与污泥混合，实现对污泥的进一步处理。
若对污泥处理效果还未能达到要求，可通过泵7再将搅拌池10内的污泥抽取并经入口再次注入污泥反应池 8中使其再次与高压放电所产生的化学活性粒子进行继续反应；通过泵7与阀门6的联合控制，可调节污泥在污泥反应池8中的作用时间以及污泥在搅拌池10中的搅拌次数，使得污泥多次轮流在污泥反应池8与搅拌池10内与高压放电所产生的相关物质进行反应，让污泥处理的更加充分。
步骤四：污泥处理效果达到要求后，则开启第二阀门11，从搅拌池10的出泥口输出处理过的污泥，并排入到用于污泥分离处理的容器中。
步骤五：通过离心或过滤方式，实现污泥中固体与清液的初步分离，清液可用于金属的回收利用，而金属含量低于环保要求的污泥固体可直接排放回自然，或根据需要对其进行进一步后续处理后再排放回大自然。
以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型的技术范围作任何限制，故但凡依本实用新型的权利要求和说明书所做的变化或修饰，皆应属于本实用新型专利涵盖的范围之内。
Claims (10)
1.一种多电极介质阻挡放电等离子体污泥处理装置，其特征在于：装置包括一污泥反应池，所述污泥反应池内装有污泥，污泥下方设有平板状的接地极，所述接地极上方悬挂有复数个棒状高压极，所述高压极外套接有石英管，所述高压极和接地极电连接一高压高频的高压电源，所述污泥反应池设有出口，所述出口连接一控制污泥流出的阀门。
2.根据权利要求1所述的一种多电极介质阻挡放电等离子体污泥处理装置，其特征在于：所述污泥反应池设有入口，所述入口设有抽取污泥并将污泥持续推进到所述污泥反应池的泵，所述污泥反应池内设有液位传感器，所述液位传感器信号连接所述泵。
3.根据权利要求2所述的一种多电极介质阻挡放电等离子体污泥处理装置，其特征在于：所述入口设在所述污泥反应池底部或侧壁底部。
4.根据权利要求3所述的一种多电极介质阻挡放电等离子体污泥处理装置，其特征在于：所述污泥反应池设有进气口和出气口。
5.根据权利要求4所述的一种多电极介质阻挡放电等离子体污泥处理装置，其特征在于：所述污泥反应池的出口经所述阀门后连接到一搅拌池，所述出气口通过套接一导气管联通到所述搅拌池。
6.根据权利要求5所述的一种多电极介质阻挡放电等离子体污泥处理装置，其特征在于：所述搅拌池包括磁力搅拌器、出泥口，所述出泥口经第二阀门联通到一过滤系统或离心系统。
7.根据权利要求1所述的一种多电极介质阻挡放电等离子体污泥处理装置，其特征在于：所述石英管从所述高压极底面和侧面紧贴所述高压极。
8.根据权利要求1所述的一种多电极介质阻挡放电等离子体污泥处理装置，其特征在于：所述石英管与所述高压极间分布有电解质溶液。
9.根据权利要求1所述的一种多电极介质阻挡放电等离子体污泥处理装置，其特征在于：所述接地极设在所述污泥反应池内底部。
10.根据权利要求1所述的一种多电极介质阻挡放电等离子体污泥处理装置，其特征在于：所述接地极设在所述污泥反应池底面下方并紧贴所述污泥反应池的底面。
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|---|---|---|---|---|
| CN108178472A (zh) * | 2018-02-24 | 2018-06-19 | 航天慧能（江苏）环境工程有限公司 | 一种油污泥等离子处理系统及方法 |
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| CN114409226A (zh) * | 2021-12-21 | 2022-04-29 | 中国光大绿色技术创新研究院有限公司 | 一种用于剩余污泥破壁消解的低温等离子体装置 |
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2017
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