CN207002538U - 一种介质阻挡放电等离子体污泥处理装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种介质阻挡放电等离子体污泥处理装置，其包括一螺旋状石英管反应器，石英管反应器内分布有螺旋状的接地极，石英管反应器外套接网状的高压极，接地极和高压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高压放电，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

一种介质阻挡放电等离子体污泥处理装置

技术领域

本实用新型涉及污泥处理领域，具体涉及一种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CN201510763190.7即提出一种采用低温等离子体技术降解染料废水的反应装置，该装置包括外表面包裹有低压放电电极的绝缘介质管以及置于绝缘介质管内部的曝气装置，绝缘介质管内部设有高压放电电极，利用电极间放电生成的等离子体对染料废水进行脱色处理，并通过曝气装置向液体内部的扩散来缩短等离子体进入废水的路径，进而提高水处理效率。

现有研究多集中于低温等离子体对污水的净化，而未见有该技术在污泥处理领域的应用，显然，基于污水与污泥状态、成分的区别，直接将现有介质阻挡放电等离子体污水处理方式及装置直接应用于污泥处理并不可行。由于污泥的流动性较污水更弱，因此放电所产生等离子体的扩散状况并不理想，以上问题都可能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、化学粒子及臭氧等多因素，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：

一种介质阻挡放电等离子体污泥处理装置，其包括一螺旋状石英管反应器，石英管反应器内分布有螺旋状的接地极，石英管反应器外套接网状的高压极，接地极和高压极电连接一高压高频的高压电源，石英管反应器的出口设有控制污泥流出的阀门，石英管反应器的入口设有抽取污泥并将污泥持续推进到石英管反应器的泵。

较佳的，还包括一搅拌池，阀门一端联通石英管反应器的出口，另一端联通搅拌池，通过搅拌池搅拌可让污泥处理更加充分。

较佳的，石英管反应器外还套设一封闭反应筒，封闭反应筒侧壁开设进气口与出气口，出气口通过一导气管联通到搅拌池，封闭反应筒可收集放电所生成的臭氧，并导入搅拌池让其与污泥充分反应。

较佳的，泵的一端联通石英管反应器的入口，另一端联通搅拌池，通过泵实现污泥在搅拌池与石英管反应器间轮流反应，进一步提高对污泥的净化水平。

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用于污泥分离处理的容器中。

较佳的，第二阀门联通到一过滤系统或离心系统，实现污泥液相与固相的初步分离。

较佳的，接地极为沿石英管反应器螺旋分布的铜丝，高压极为石英管反应器外套接的铁丝网。

较佳的，石英管反应器最上一圈螺旋管上表面向上凸起形成竖直的管接头，铜丝穿过管接头顶部进入石英管反应器。

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.采用螺旋管状的石英管反应器，可有效控制反应器内污泥的推进速度，增加污泥在石英管反应器内的停留时间，让反应器内反应更加充分，同时，构建石英管反应器与搅拌池间的循环体系，可以让污泥处理的更加充分，提高污泥净化效果。

附图说明

图1是本实用新型结构示意图；

图2是本实用新型石英管反应器和接地极的结构示意图。

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。

本实用新型所揭示的是一种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，装置包括一螺旋状石英管反应器1，石英管反应器1内分布有螺旋状的接地极2，石英管反应器1外套接网状的高压极3，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。当高压电源4在接地极2、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，装置中采用螺旋状的石英管反应器1主要为可对反应器内污泥的移动速度进行有效控制，同时可以增加接地极2与污泥的接触空间。石英管反应器1的入口上设置有将污泥不断推进到反应器中的泵7，通过持续不断的推进污泥，有利于对污泥进行连续高效处理。出口上设置有控制污泥流出的阀门6，通过污泥流入与流出的联合控制，能适当延缓污泥在石英管反应器1中的反应时间或让污泥在石英管反应器1中进行短暂停留，使污泥处理的更加充分，泵7与阀门6的联合控制同时又能及时将处理完的污泥排入下级处理容器中做进一步处理。

石英管反应器1中的接地极2为沿石英管反应器1螺旋分布的铜丝，其设置在反应器管道中间，如图2所示，石英管反应器1最上一圈螺旋管上表面向上凸起形成竖直的管接头5，铜丝即穿过管接头5顶部进入石英管反应器1。

石英管反应器1外还套设一封闭反应筒8，高压极3为石英管反应器1外套接的铁丝网并位于石英管反应器1与封闭反应筒8之间，封闭反应筒8上端面向上凸起形成第二管接头9，高压极3铁丝网从第二管接头9引出一根导线连接高压电源4。此外，封闭反应筒8上端面还设置开口，用以容纳并固定管接头5。

由于在高频高压条件下，高压极3与接地极2间的放电会导致附近空气成分发生变化，生成大量可用于污泥净化的臭氧，臭氧的强氧化性有利于污泥的降解，因此有必要对放电生成的臭氧进行收集并充分利用。封闭反应筒8的设置即在于能有效收集臭氧，并将其应用于污泥的处理。封闭反应筒8上设置有进气口和出气口，通过向进气口不断通入空气，可从出气口获得大量具有强氧化性的臭氧。

为了让污泥处理更加充分，石英管反应器1的出口经阀门6后可连入一搅拌池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。石英管反应器1内反应完成的污泥经出口排入搅拌池10进行搅拌，而上述封闭反应筒8内收集的臭氧也可经侧壁上开设的出气口，通过一导气管14被排入到搅拌池10中。随着磁力搅拌器12的搅拌，臭氧与污泥混合，实现对污泥的进一步处理。

更进一步，石英管反应器1的入口也可联通搅拌池10，石英管反应器1的入口上设置的泵7可以从搅拌池10中将污泥抽取并重新推进到石英管反应器1中，经石英管反应器1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石英管反应器1与高压放电形成的化学活性粒子子发生作用，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，在螺旋状石英管反应器1内设置螺旋状的接地极2，一高压高频的高压电源4连接接地极2和一套接在石英管反应器1外的网状的高压极3，接地极2与高压极3间存在放电空间，放电空间内为石英管反应器1；石英管反应器1设有入口与出口，入口设有抽取污泥并将污泥推进到石英管反应器1内的泵7，出口设有控制污泥流出的阀门6，石英管反应器1外套接一封闭反应筒8用于收集高压极3和接地极2间高压放电所产生的臭氧。

步骤二：通过泵7往石英管反应器1内持续不断的推进污泥，并启动高压电源4，高频高压的高压电源4使网状高压极3击穿绝缘介质与螺旋状接地极2发生放电，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：石英管反应器1内处理完成的污泥经出口进入搅拌池10，利用封闭反应筒8收集的高压放电所产生的臭氧，经封闭反应筒1侧壁上的出气口同样被通入到石英管反应器1出口联通的搅拌池10中，搅拌池10通过磁力搅拌器12进行搅拌，使臭氧可以在搅拌池10中与污泥作进一步反应，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推入石英管反应器1使其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，可调节污泥在石英管反应器1中的作用时间以及污泥在搅拌池10中的搅拌次数，使污泥多次轮流在石英管反应器1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。

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。下表为利用110w输出功率放电处理200ml新鲜污泥2h，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。

元素	浓度提升值mg/L	同比提升％
			铬	0.08	31
铅	0.27	326
			砷	0.39	54
镍	0.15	81

此外，经放电处理后污泥的其他检测项目结果数值也发生了一定改变，如下表所示：

从表中可以看出，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。

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：污泥在经过高压放电处理后，有必要对污泥中的固体和清液进行初步分离，常见的可采用离心或过滤等方式，由于经过高压放电处理后污泥中大量的水分被释放，重金属溶解到液相中，因此分离可较容易从污泥中获得溶解有大量重金属的清液，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 (8)

1.一种介质阻挡放电等离子体污泥处理装置，其特征在于：装置包括一螺旋状石英管反应器，所述石英管反应器内分布有螺旋状的接地极，所述石英管反应器外套接网状的高压极，所述接地极和高压极电连接一高压高频的高压电源，所述石英管反应器的出口设有控制污泥流出的阀门，所述石英管反应器的入口设有抽取污泥并将污泥持续推进到所述石英管反应器的泵。

2.根据权利要求1所述的一种介质阻挡放电等离子体污泥处理装置，其特征在于：还包括一搅拌池，所述阀门一端联通所述石英管反应器的出口，另一端联通所述搅拌池。

3.根据权利要求2所述的一种介质阻挡放电等离子体污泥处理装置，其特征在于：所述石英管反应器外还套设一封闭反应筒，所述封闭反应筒侧壁开设进气口与出气口，所述出气口通过一导气管联通到所述搅拌池。

4.根据权利要求2所述的一种介质阻挡放电等离子体污泥处理装置，其特征在于：所述泵的一端联通所述石英管反应器的入口，另一端联通所述搅拌池。

5.根据权利要求2所述一种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用于污泥分离处理的容器中。

6.根据权利要求5所述一种介质阻挡放电等离子体污泥处理装置，其特征在于所述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：所述接地极为沿所述石英管反应器螺旋分布的铜丝，所述高压极为所述石英管反应器外套接的铁丝网。

8.根据权利要求7所述的一种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反应器最上一圈螺旋管上表面向上凸起形成竖直的管接头，所述铜丝穿过所述管接头顶部进入石英管反应器。