本发明属于污泥处理技术领域，具体涉及一种基于高电压脉冲成形线的污泥细胞破壁系统及其方法。
背景技术：
利用高电压脉冲技术进行污泥细胞破壁，在国内外已经得到了一定的应用，其主要技术原理是利用脉冲高电压产生的高强度电场击穿细胞壁。细胞壁在瞬间高强度电场中发生电荷感应，组成细胞壁的物质在电场力的作用下发生撕裂，达到破壁的效果。采用高电压脉冲技术进行污泥细胞破壁就是基于这一原理。脉冲高电压的具体体现为持续时间较短的脉冲高电压，高电压脉冲的电压上升沿越陡峭，即代表高电压脉冲在脉冲起始阶段电压随时间变化率越大。
高电压脉冲电压上升沿越陡峭，细胞壁在脉冲电场中受到的电场力越大，破壁效果越明显。现有的利用高电压脉冲技术进行污泥细胞破壁处理，其破壁效率较低，导致待处理污泥需要在脉冲电场环境中暴露较长的时间。
技术实现要素：
为了克服上述现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种基于高电压脉冲成形线的污泥细胞破壁系统及其方法，提高处理污泥的范围与处理效率。
为实现上述目的，本发明的技术方案为一种基于高电压脉冲成形线的污泥细胞破壁系统，包括搅拌装置、破壁筒、脉冲成型线装置、污泥储罐和电解质罐；所述污泥储罐和电解质罐均与搅拌装置连通；所述搅拌装置的出泥口与所述破壁筒的进泥口连通，所述破壁筒的轴心处插有一绝缘棒，所述绝缘棒的两端均延伸出所述外筒外；所述绝缘棒内插有一金属棒；所述脉冲成型线装置的负极和正极分别与外筒和金属棒连接。
进一步地，所述外筒为不锈钢圆台形筒，所述外筒顶部的直径大于所述外筒底部的直径。
进一步地，所述外筒的顶部和底部均通过密封挡板密封。
进一步地，所述外筒的顶部设有进泥口，所述外筒的底部设有出泥口。
进一步地，所述金属棒的两端分别延伸出绝缘棒的两端之外。
进一步地，所述脉冲成型线装置包括高电压脉冲电源，所述高电压脉冲电源为重复频率高压直流脉冲电源；高电压脉冲电源的负极和正极分别与外筒5和金属棒1连接。
本发明还提供一种基于高电压脉冲成形线的污泥细胞破壁方法，该方法采用上述的基于高电压脉冲成形线的污泥细胞破壁系统，该方法包括以下步骤：
1）预处理调质：向待处理污泥中加入电解质，电解质主要由na2so4和nano3按一定比例组成，其目的是增加污泥中微生物的细胞膜与细胞壁表面阴阳离子的浓度，利于在高电压脉冲电场中产生感应电荷分离，提高感应电场力的强度；
2）搅拌送泥：将待处理污泥经搅拌后，去除澄清液，污泥经调速泵、流量计送入破壁筒；
3）高电压脉冲电场破壁：将脉冲成型线装置的负极和正极分别与破壁筒外筒和金属棒连接，在破壁筒上施加高电压脉冲电压，由破壁筒产生脉冲电场，待处理污泥在该脉冲电场的作用下实现细胞破壁。
进一步地，高电压脉冲处理参数为：脉冲直流高电压的峰值电压为10-100kv，重复频率为1-60khz，直流脉冲持续时间为0.100-2us。
进一步地，脉冲成型线装置对脉冲直流高电压的电压上升沿时间进行调节，调节范围是10-100ns。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
(1)本发明提供的基于高电压脉冲成形线的污泥细胞破壁系统通过脉冲成型线装置缩短高电压脉冲上升沿时间，提高污泥处理效率；
(2)本发明提供的基于高电压脉冲成形线的污泥细胞破壁方法通过在污泥中加入电解质进行预处理调质，污泥无须静置反应时间，增加高电压脉冲破壁技术对污泥种类的适应范围。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1为基于高电压脉冲成形线的污泥细胞破壁系统的工艺流程图；
图2为基于高电压脉冲成形线的污泥细胞破壁系统的破壁筒的结构示意图；
图中：1、金属棒，2、绝缘棒，3、密封挡板，4、进泥口，5、破壁筒，6、出泥口。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1-图2所示，本发明实施例提供一种基于高电压脉冲成形线的污泥细胞破壁系统，包括搅拌装置、破壁筒、脉冲成型线装置、污泥储罐和电解质罐；所述污泥储罐和电解质罐均与搅拌装置连通；所述搅拌装置的出泥口与所述破壁筒5的进泥口4连通，所述破壁筒5的轴心处插有一绝缘棒2，所述绝缘棒2的两端均延伸出所述外筒5外；所述绝缘棒2内插有一金属棒1；所述脉冲成型线装置的负极和正极分别与外筒5和金属棒1连接。
脉冲成形线技术是一种利用传输线的线间分布电容与杂散电感，对脉冲高电压进行储能与波形调整的技术。脉冲成型线装置的作用是对输出电压波形进行重整成型。本发明将脉冲成形线技术运用于高电压脉冲污泥细胞破壁中，通过调整脉冲成型线与破壁筒的参数适当调整高电压脉冲的上升沿，使其具备更陡峭的上升沿，实现更高的高电压脉冲破壁效率。脉冲成型线装置的目的是调整高电压脉冲的上升沿的陡峭程度，利于高效破壁。
进一步地，所述外筒5为不锈钢圆台形筒，所述外筒5顶部的直径大于所述外筒5底部的直径。进一步地，所述外筒5的顶部和底部均通过密封挡板3密封。
进一步地，所述外筒5的顶部设有进泥口4，所述外筒5的底部设有出泥口6。
进一步地，所述金属棒1的两端分别延伸出绝缘棒2的两端之外。
进一步地，所述脉冲成型线装置包括高电压脉冲电源，所述高电压脉冲电源为重复频率高压直流脉冲电源，脉冲电压可调、重复频率可调；高电压脉冲电源的负极和正极分别与外筒5和金属棒1连接。
本发明还提供一种基于高电压脉冲成形线的污泥细胞破壁方法，该方法采用上述的基于高电压脉冲成形线的污泥细胞破壁系统，该方法包括以下步骤：
1）预处理调质：向待处理污泥中加入电解质，增加污泥中微生物的细胞膜与细胞壁表面阴阳离子的浓度；
2）搅拌送泥：将待处理污泥经搅拌后，去除澄清液，污泥经调速泵、流量计送入破壁筒；
3）高电压脉冲电场破壁：将脉冲成型线装置的负极和正极分别与破壁筒外筒和金属棒连接，在破壁筒上施加高电压脉冲电压，由破壁筒产生脉冲电场，待处理污泥在该脉冲电场的作用下实现细胞破壁。
为提高污泥中微生物及藻类物质的细胞膜及细胞壁表面电解质浓度，向污泥中加入按一定配方调质的电解质，经搅拌在微生物及藻类物质基团的细胞膜、细胞壁表面的阴阳离子浓度增加，微生物及藻类物质基团的细胞膜或细胞壁在脉冲直流高电压的作用下发生溶胞消解，该预处理调质的优点是污泥无须静置反应时间，增加高电压脉冲破壁技术对污泥种类的适应范围。
破壁筒5为污泥破壁的场所，污泥从中流过，脉冲高电压经破壁筒转化为脉冲电场。破壁筒5的外筒为不锈钢锥形筒，轴心处插入高电压绝缘棒2，绝缘棒2内插入一根比破壁筒5略长的金属棒1。将脉冲成型线装置的阴阳极引出线分别接到破壁筒5的锥形筒与轴心金属棒1上，此时锥形筒为阴极、轴心金属棒为阳极，阴阳极间由高电压绝缘棒进行隔离，经预处理调质后的污泥在绝缘棒与破壁筒间流动，流动方向从锥形筒的大直径方向向小直径方向。经过成型的高电压脉冲筒壁与轴心金属棒间的非平行介质中传输，传输过程中脉冲波头发生色散，高频分量的传播速率高于低频分量，从而使传输到破壁筒前沿的高电压脉冲上升沿更陡峭，所形成的脉冲电场更利于溶胞破壁。根据不同的破壁筒外形参数，高电压脉冲的电压上升时间可缩短2-20ns。
进一步地，高电压脉冲处理参数为：脉冲直流高电压的峰值电压为10-100kv，重复频率为1-60khz，直流脉冲持续时间为0.100-2us。
进一步地，脉冲成型线装置对脉冲直流高电压的电压上升沿时间进行调节，调节范围是10-100ns。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。