专利名称：用于改善借助超声波瓦解触变性的悬浮液的方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及工艺技术的领域并涉及一种用于改善借助超声波瓦解触变性悬浮液的方法和装置，诸如所述方法和装置例如可以用于瓦解过剩泥浆或者瓦解含有过剩泥浆的 淤泥。
背景技术：
由DE 42 05 739 Al公知的是，对来自生物澄清设备中的初级泥浆、发酵泥浆和过 剩泥浆进行的超声波处理使这些由生物作用产生的泥浆的固体组分瓦解。因此，超声波处 理在废水净化和淤泥处理的领域内属于瓦解方法。在超声波处理时，通过超声波振荡器在 相应的淤泥内产生空化场，所述空化场导致泥浆特性改变。大多数情况下，由生物作用产生的泥浆还有淤泥作为由细胞、液体和固体组成的 非均质混合物存在。通过超声波处理这种泥浆使这种混合物以如下方式瓦解，即，接下来生 物过程发生加速，其导致泥浆分解。在实践中，特别是对来自澄清设备中的过剩泥浆执行超 声波处理，这是因为这种泥浆富含在后续的生物处理阶段难于分解的组分。特别是淤泥还有其他触变性悬浮液根据其性质而具有特殊的不利之处，例如像纤 维物的存在以及由此引起堵塞小流动截面的超声波处理反应器的倾向性。利用按AT 410 940B的解决方案，这种不利之处通过特殊的反应器构造加以考虑并通过在超声波反应器内 大流动截面的构成方案反作用于该不利之处。反作用于该解决方案的是如下情况，即，泥浆内的空穴效应随着距超声波源距离 的增加而迅速下降并因此大大降低了瓦解作用。为了反作用于上述情况，根据EP 0 808 803 Bl提出，为超声波处理使用如下反应 器形式，其中，超声波源与容器壁之间的距离处于6cm与IOcm之间，并优选不超过7-8cm。随着泥浆的浓缩，也就是固体含量的上升，分离效果出现进一步降低。DE 195 17 381 Cl提出不同的反应器几何形状，以保证对淤泥超声波处理的有效 且运行可靠的运行方式。但在原理上，在泥浆的超声波瓦解方面仍然存在的问题是，一方面取得超声波引 发的空穴所要达到的瓦解效果的最大化，而另一方面则保证超声波设备在持续运行中最大 可能的运行可靠性。第一要求可以以泥浆尽可能靠近超声波源通过的方式来实现，第二要 求可以通过大的流动截面来实现，由此特别是避免了堵塞。无论是两个要求还是目前公知 的解决方案均指向相反的方向并在实现方面恰恰是不可能的。与此相应地，超声波瓦解设 备的对于有效性和经济性基本相反的要求产生了限制，这种限制仅通过反应器室结构方面 的解决方案似乎是不能克服的。此外，由DE 100 40 545 Al公知的是，通过前置的单独瓦解过程，对淤泥超声波处 理的效果进行改善，其中，经过这种前置的瓦解步骤，通过改变粒度分布、液相中的化学需 氧量、酯酶活性和易挥发有机酸的浓度就已经取得瓦解的效果。
发明内容
本发明的任务在于，给出一种用于改善借助超声波瓦解触变性悬浮液的方法，其 中，在超声波处理之前和/或者超声波处理期间降低触变性悬浮液的动力粘度，并给出一 种用于实现该方法的简单而成本低廉的装置。该任务通过权利要求中所介绍的本发明得以实现。有利的构造方案是从属权利要 求的主题。在依据本发明的用于改善借助超声波瓦解触变性悬浮液的方法中，触变性悬浮液 承受机械负荷，将这样处理过的悬浮液输送去进行超声波处理，其中，向超声波处理前的悬 浮液流添加至少另一悬浮液流，所述至少另一悬浮液流从超声波处理后的总悬浮液流中作 为一个分流分接出来，并且其流动速度在进入超声波处理前的悬浮液流之前被提高。具有优点的是，使用固体含量< 12%干燥残留物的淤泥作为触变性悬浮液。同样具有优点的是，使用过剩泥浆或者含有过剩泥浆的淤泥作为淤泥。此外具有优点的是，使用振幅< 5μπι的超声波。具有优点的还有，机械负荷以剪应力和/或者切应力的形式来施加，还具有优点 的是，剪应力和/或者切应力通过由转子和定子组成的装置来施加，其中，还具有优点的 是，使用圆周速度在23-35m/s范围内的转子。具有优点的还有，所述一个分流的流动速度借助整合在该分流的泵来实现。同样具有优点的是，将所述一个分流的流动速度提高到4-12m3/h范围内的速度。并且具有优点的还有，超声波处理之后从总悬浮液流中分接出一个分流并以不同 的、但与施加过机械负荷后的悬浮液流相比更高的流动速度输送给超声波处理前的悬浮液 流。此外，具有优点的是，超声波处理之后从总悬浮液流中分接出多个分流并将其中 的至少一个分流输送给承受液力负荷前的悬浮液流。并且同样具有优点的是，机械负荷的强度、超声波处理的强度以及分接的分流中 的流动速度彼此独立地改变。用于实施该方法的依据本发明的装置由管道系统组成，其中，在贯通的管道内装 入用于向悬浮液流施加机械负荷的装置部件，全部悬浮液流必须穿过该装置部件流出，接 下来超声波发生器定位到管道内及管道周围，以及在配有超声波发生器的区域的前面和后 面在管道内存在开口，所述开口与另外的管道连接，并且所述另外的管道实现从在超声波 发生器后面区域内的开口中的至少一个开口到配有超声波发生器的区域之前的开口中的 至少一个开口的连接，并在所述另外的管道内部设置有至少一个用于提高通过该另外的管 道流出的悬浮液的流动速度的装置。具有优点的是，所述贯通的管道具有40至IOOmm的公称直径。此外具有优点的是，所述另外的管道具有40至IOOmm的公称直径。同样具有优点的是，用于通过剪切施加机械负荷的装置部件由一个或者多个转子 和一个或者多个定子组成，其中，还具有优点的是该装置部件由各3个转子和3个定子组 成，并且其中，此外具有优点的是转子以至少23m/s的圆周速度旋转。此外，具有优点的是，用于提高流动速度的装置是通过量为4至12m3/h的泵。还具有优点的是，超声波发生器具有< 5μπι的振幅。
通过依据本发明的解决方案，对触变性悬浮液超声波处理的效果与独立的瓦解步 骤相比得到明显改善。根据已知，触变性悬浮液的特征在于非牛顿的流动特性。这一点意 味着，触变性悬浮液的粘度取决于对悬浮液施加机械负荷的强度。此外，如果固体浓度增加 的话，则悬浮液的粘度还超比例地提高。同时流动能力则降低并且超声波的耦合输入变得 明显困难。这时发现，所要处理的触变性悬浮液粘性越小，超声波就更好地耦合输入触变性悬浮液内并且空化场扩展得更大。通过依据本发明的解决方案，触变性悬浮液的粘度，并且具有优点的是过剩泥浆 或者含有过剩泥浆淤泥的粘度通过在超声波处理之前和超声波处理期间有针对性地加速 而得到明显降低，由此，超声波的耦合输入明显变得容易并明显改善瓦解的效果。同时通过 悬浮液加速地通过反作用于堵塞的倾向性。通过依据本发明的方法和依据本发明的装置， 这样同时满足如下要求，即，一方面要获得超声波引发的空穴所要达到的瓦解效果的最大 化并且另一方面保证超声波设备在连续运行中最大可能的运行可靠性。在触变性悬浮液的固体含量不超过12%干燥残留物的数值时，通过依据本发明的 方法和依据本发明的装置达到特别有利的效果。依据本发明的解决方案的另一优点在于，可以使用振幅明显较低的超声波发生 器，以达到至少可与采用现有技术的解决方案相比的或者更好的结果。通过依据本发明的方法，在第一方法步骤中借助机械负荷不可逆地改变触变性悬 浮液。改变在于剪切或者切碎触变性悬浮液的固体组分，这使得悬浮液的动力粘度持久的 均质化并且降低。悬浮液的粘度在该第一处理步骤之后仍保持在所达到的低水平上。悬浮液流在该第一降低粘度的处理步骤后继续送至超声波处理。该流的通过量处 于0. 5m3/h与3m3/h之间。通过导入最高4-12m3/h的较大分流，使得通过量提高到4. 5至 15m3/h的数值上。在此，流动速度从0.05…0. lm/s提高到0. 7"'1.9m/s。通过提高悬浮液 的流动速度，同时降低悬浮液的粘度。分流的导入是降低粘度的第二处理步骤，该第二处理 步骤部分可逆地改变悬浮液的粘度。然后，明显加速的总流承受超声波处理并可以明显更好地接受超声波作用。后面 的悬浮液流表现出固体组分明显改善的瓦解。在离开超声波处理的区域后，悬浮液流的速 度再次下降，由此粘度再次略有上升。但瓦解效果保持不受此影响。流动速度再次变低的悬浮液流的一部分被分接出来并例如被引导通过将悬浮液 再次加速的泵。于是，已加速的悬浮液流再次输送给超声波处理前的悬浮液流。通过输入已加速的悬浮液分流，悬浮液的粘度仅暂时在超声波处理期间并可逆地 降低。
具体实施例方式下面，在实施例中对本发明进行详细说明。为改善发酵中的厌氧分解过程，将固体含量为5. 8%的浓缩的过剩泥浆的分流在 发酵之前进行瓦解。通过超声波设备的通过量为1.2m3/h。在超声波设备的管系统(液压 直径65mm，流动速度0. lm/s)中，泥浆粘度为17950mPa. s。通过超声波瓦解取得以下初级 的瓦解效果
颗粒表面积从0. 050m2/cm3 提高到 0. 12m2/cm3。酶活性从0. 12 μ mol/(L · min)提高到 0. 19 μ mol/(L · min)。这种瓦解结果通过有针对性的降低泥浆的粘度得到明显改善。在第一处理步骤 中，通过借助剪切间隙均化器输送机械能量而以如下方式改变泥浆的结构，即，粘度降到 13200mPa *s。这种积极的结构变化一直保持到进入厌氧反应器中，从而物质输送过程和物 质分解过程可以更好地进行。通过一并改变粒度而实现对分解的进一步改善。在这里所介 绍的处理步骤之后，测量到颗粒表面积为0. 24m2/cm3。同时，厌氧分解所需的酶活性提高到 30倍，由此明显改善分解动力。在另外的瓦解步骤中，泥浆的粘度由于超声波设备内的流动速度提高为0.6m/s 而降到2500mPa · s。这一点通过将6m3/h的部分悬浮液量在超声波处理后分接出来而实 现，该部分悬浮液量的流动速度通过循环泵提高到0. 5m/s，将该部分悬浮液量添加到在超 声波设备之前的、在那里流动速度为0. lm/s的泥浆中，并因此达到0. 6m/s的总流动速度。 总泥浆流的流动速度的提高导致瞬间粘度降低。由此超声波的空穴效果如此提高，使得实 现酶活性的进一步提高。与未处理的泥浆相比，酶活性提高到40倍。同时泥浆颗粒得到细 微地、进一步地破碎(颗粒表面积提高到0. 32m2/cm3)。在离开瓦解设备后，将不再回引的泥浆分量进行发酵。在现有的管道系统DN 65 中，泥浆的粘度为12800mPa · s。与未处理的泥浆的初始粘度相比，该泥浆通过瓦解而使粘 度下降了约30%。
通过使用瓦解，在提高沼气收得率的同时，发酵中有机物质的分解提高约30%。
权利要求
用于改善借助超声波瓦解触变性的悬浮液的方法，其中，触变性的悬浮液承受机械负荷，并且将这样处理过的悬浮液输送去进行超声波处理，其中，向超声波处理前的悬浮液流添加至少另一悬浮液流，所述至少另一悬浮液流从超声波处理后的总悬浮液流中作为一个分流分接出来并且所述至少另一悬浮液流的流动速度在进入所述超声波处理前的悬浮液流之前被提高。
2.按权利要求1所述的方法，其中，使用固体含量<12%干燥残留物的淤泥作为触变 性的悬浮液。
3.按权利要求2所述的方法，其中，使用过剩泥浆或者含有过剩泥浆的淤泥作为淤泥。
4.按权利要求1所述的方法，其中，使用振幅<5μπι的超声波。
5.按权利要求1所述的方法，其中，所述机械负荷以剪应力和/或者切应力的形式来施加。
6.按权利要求5所述的方法，其中，所述剪应力和/或者切应力通过由转子和定子组成 的装置来施加。
7.按权利要求6所述的方法，其中，使用圆周速度在23-35m/s范围内的转子。
8.按权利要求1所述的方法，其中，所述一个分流的流动速度借助整合在分流中的泵 来实现。
9.按权利要求1所述的方法，其中，将所述一个分流的流动速度提高到处于4-12m3/h 范围内的速度。
10.按权利要求1所述的方法，其中，在所述超声波处理之后从所述总悬浮液流中分接 出一个分流并以不同的、但与施加过机械负荷后的所述悬浮液流相比更高的流动速度输送 给所述超声波处理前的悬浮液流。
11.按权利要求1所述的方法，其中，在所述超声波处理之后从所述总悬浮液流中分接 出多个分流并将其中的至少一个分流输送给承受液力负荷前的悬浮液流。
12.按权利要求1所述的方法，其中，所述机械负荷的强度、所述超声波处理的强度以 及分接出的分流中的流动速度彼此独立地改变。
13.用于实现按权利要求1至12至少之一所述的方法的装置，所述装置由管道系统组 成，其中，在贯通的管道内装入用于向悬浮液流施加机械负荷的装置部件，全部悬浮液流必 须穿过所述装置部件流出，接下来超声波发生器定位到所述管道内及所述管道周围，以及 在配有所述超声波发生器的区域的前面和后面在所述管道内存在开口，所述开口与另外的 管道连接，并且所述另外的管道实现从在所述超声波发生器后面的区域内的开口中的至少 一个开口到在配有所述超声波发生器的区域前面的开口中的至少一个开口的连接，并在所 述另外的管道内部设置有至少一个用于提高流过所述另外的管道的悬浮液的流动速度的装置。
14.按权利要求13所述的装置，其中，所述贯通的管道具有40至IOOmm的公称直径。
15.按权利要求13所述的装置，其中，所述另外的管道具有40至IOOmm的公称直径。
16.按权利要求13所述的装置，其中，用于通过剪切施加机械负荷的所述装置部件由 一个或者多个转子和一个或者多个定子组成。
17.按权利要求16所述的装置，其中，所述装置部件由各3个转子和3个定子组成。
18.按权利要求16所述的装置，其中，所述转子以至少23m/s的圆周速度旋转。
19.按权利要求13所述的装置，其中，用于提高流动速度的装置是通过量为4至12m3/ h的泵。
20.按权利要求13所述的装置，其中，所述超声波发生器具有<5μπι的振幅。
全文摘要
本发明涉及工艺技术的领域并涉及一种方法和装置，所述方法和装置例如像可以用于瓦解淤泥。本发明的任务在于，给出一种方法，其中，触变性悬浮液的动力粘度在超声波处理之前和/或者超声波处理期间降低。该任务通过如下的方法得以实现，其中，触变性悬浮液承受机械负荷并接着输送去进行超声波处理，其中，向超声波处理前的悬浮液流添加至少另一流动速度更高的悬浮液流。此外，该任务通过如下的装置得以实现，该装置由管道系统组成，具有用于施加机械负荷的装置、接下来是超声波发生器以及在配有超声波发生器的区域的前面和后面在管道内存在开口，所述开口借助另外的管道连接。
文档编号C02F11/00GK101821208SQ200880110375
公开日2010年9月1日 申请日期2008年9月30日 优先权日2007年10月5日
发明者亚历山大·米夏埃利斯, 卡琳·约布斯特, 埃伯哈德·腓特烈, 安内洛雷·腓特烈, 布格哈特·法萨索尔 申请人:弗朗霍夫应用科学研究促进协会