一种剩余污泥破壁与除砂的装置及方法与流程

本发明属于污水处理的技术领域，尤其涉及一种剩余污泥破壁与除砂的装置及方法。

背景技术：

旋流除砂器集旋流与过滤于一体，主要用来清除地下水和包括地下热水及其它水源中的固体颗粒，在给水处理领域实现除砂、降浊、固液分离等效果显著。其是根据离心沉降和密度差的原理，当水流在一定的压力从除砂器进口以切向进入设备，会产生强烈的旋转运动，由于砂水密度不同，在离心力、向心浮力、流体曳力作用下，使密度低的清水上升，由溢流口排出，密度大的砂沉降到底部并由排砂口排出，从而达到除砂的目的。在一定的范围和条件下，除砂器进水压力越大，除砂率超高，并可多台并联使用。

旋流除砂器的原理为：旋流除沙器是利用离心分离的原理进行除沙，由于进水管安装在筒体的偏心位置，当水通过旋流除沙器进水管后，首先沿筒体的周围切线方向形成斜向下的周围流体，水流旋转着向下推移，当水流达到锥体某部位后，转而沿筒体轴心向上旋转，最后经出水管排出，杂污在流体惯性离心力和自身重力作用下，沿锥体壁面落入设备下部锥形渣斗中，锥体下部设有构件防止杂物向上泛起，当积累在渣斗中的杂物到一定程度时，只要开启手动蝶阀，杂物即可在水流作用下流出旋流除沙器。

其中，旋流除砂器的主要作用是除砂；而因污水、污泥等流体中还存在很多有害的微生物，固然通过旋流除砂器的除砂可以把清液分离出来，但很多有害的微生物都会混合在清液中，导致过滤出来的清液也并不能直接被回收再利用；为了清液可再被利用，往往需要再进行杀菌等处理，不仅工序繁琐，利用率低，而且费时又费力，增加成本。

技术实现要素：

(一)要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是提供一种对剩余污泥进行除砂与破壁处理的回收再利用装置，以及利用该装置对剩余污泥进行破壁与除砂的方法。

(二)技术方案

为解决上述技术问题，本发明提供一种剩余污泥破壁与除砂的装置，其包括循环泵、高电势破壁组件、旋流除砂组件及超声波发射装置；高电势破壁组件包括至少一组高电势破壁管，该高电势破壁管的两端分别为电极a及电极b，靠近电极a处设置有贯通高电势破壁管的高电势破壁进口，靠近电极b处设置有贯通高电势破壁管的高电势破壁出口；旋流除砂组件包括至少一个旋流除砂器，超声波发射装置设置于旋流除砂器的顶端；

所述循环泵的循环泵出口管路与高电势破壁管的高电势破壁进口相匹配连通，高电势破壁管的高电势破壁出口通过管路与旋流除砂器的旋流除砂器进料口相匹配连通，旋流除砂器的旋流除砂器出料口与循环泵的循环泵进口管路相匹配连通；循环泵进口管路上靠近循环泵处设置有系统进料管口，该循环泵进口管路上靠近旋流除砂器出料口处设置有系统出料管口；旋流除砂器的底端开设有旋流除砂器出渣口。

其中，系统进料管口以锐角方式接入循环泵进口管路；系统出料管口的开口水平朝上且与循环泵进口管路的内部流向成锐角。

其中，高电势破壁组件包括至少两组高电势破壁管以并联或串联的形式连接。

其中，高电势破壁组件包括三组高电势破壁管以串联的形式连接；循环泵的循环泵出口管路与第一组高电势破壁管的高电势破壁进口相匹配连通，该第一组高电势破壁管的高电势破壁出口与第二组高电势破壁管的高电势破壁出口相匹配连通，该第二组高电势破壁管的高电势破壁进口与第三组高电势破壁管的高电势破壁进口相匹配连通，该第三组高电势破壁管的高电势破壁出口通过管路与旋流除砂器的旋流除砂器进料口相匹配连通。

其中，旋流除砂组件包括至少两个旋流除砂器以并联的形式连接；高电势破壁管的高电势破壁出口通过管路分别与每个旋流除砂器的旋流除砂器进料口相匹配连通；每个旋流除砂器的旋流除砂器出料口分别与循环泵的循环泵进口管路相匹配连通。

其中，旋流除砂组件包括至少两个旋流除砂器以串联的形式连接；高电势破壁管的高电势破壁出口通过管路与第一个旋流除砂器的旋流除砂器进料口相匹配连通，第一个旋流除砂器的旋流除砂器出料口与下一个旋流除砂器的旋流除砂器进料口相匹配连通并依次串联所有旋流除砂器，最后一个旋流除砂器的旋流除砂器出料口与循环泵的循环泵进口管路相匹配连通。

其中，高电势破壁管的电极a及电极b之间的电压高于安全电压。

其中，高电势破壁管的电极a及电极b可定时切换正负极。

其中，循环泵的循环泵出口管路及管路两者都设置有接地极。

一种剩余污泥破壁与除砂的方法，利用剩余污泥破壁与除砂的装置，实现剩余污泥破壁与除砂的方法如下：

a、污泥从系统进料管口进入，在循环泵工作下，污泥从循环泵进口管路吸入循环泵内并通过循环泵出口管路输入第一个高电势破壁组件的高电势破壁管内；

b、污泥在每个高电势破壁管内的电极a及电极b之间流过，利用每个高电势破壁管内的电极a及电极b之间高压电场对污泥中的微生物进行细胞膜破坏和灭活、氧化降解；

c、污泥在高电势破壁组件内进行破壁处理后，从最后一个高电势破壁管通过管路输送到旋流除砂器的旋流除砂器进料口并进入旋流除砂器；污泥在旋流除砂器内进行除砂的过程，该过程中还通过超声波发射装置对污泥中的微生物进行超声波破壁处理；

d、污泥在旋流除砂器内进行除砂及超声波破壁处理后，一些泥渣通过旋流除砂器的旋流除砂器出渣口排出，另一些净化后的清液通过旋流除砂器的旋流除砂器出料口进入循环泵进口管路内；

e、进入循环泵进口管路内的清液，有一部分通过系统出料管口排出，还有一部分通过循环泵进口管路混合从系统进料管口进入的污泥一起再次被吸入循环泵内开始新一轮的破壁与除砂。

(三)有益效果

本发明在旋流除砂器的基础上增加高电势破壁装置，在对剩余污泥进行除砂过程中，还可以进行破壁处理来灭杀微生物，使得分离出来的清液可以在无害的情况下被再利用。

其中，高电势破壁装置的工作机理包括细胞膜破坏和灭活、氧化降解这两大部分；高压电场使细胞致死的原因是细胞膜上的半透性通道发生不可逆变性，导致膜的功能丧失。高压脉冲电场导致细胞膜产生跨膜电压，跨膜电压破坏微生物细胞膜；电化学氧化主要是指电化学阳极过程，阳极氧化产生的羟基自由基等强氧化性物质能破坏污泥中细菌的细胞膜。

其中，在旋流除砂器上设置超声波发送装置，其作用是超声作用于液体后，会使空化泡崩溃，伴随产生局部高温高压环境，可破坏微生物细胞壁；空化泡的崩溃所释放的高压会对液相产生强大的冲击波和射流，从而产生巨大的剪切力，摧毁微生物细胞壁；在空化泡崩溃时，由于伴随发生的高温高压条件，进入其中的水分子易发生断裂，产生·oh和·h自由基等氧化性物质，可氧化降解微生物细胞壁。

另外，高电势破壁装置与超声波发射装置协同作用可以增强空化核效应、灭活有利破壁、双重氧化降解等作用；

增强空化核效应：经由电化学反应所生成的h2、o2将在剩余污泥液体中形成小气泡，在反应液体中为超声提供大量足量的微气核，从而增强超声空化射流效应；

灭活有利破壁：剩余污泥中细菌被高压电场作用下失去活性、细胞壁穿孔等，从而降低在超声场中实现破壁的反应时间和能量阀值；

双重氧化降解：在电催化体系中，阳极反应产生的初生态氧[o]、阴极反应产生的初生态氢，协同超声场中的空化泡崩溃时高温高压条件下产生·oh和·h自由基，对剩余污泥强化氧化降解，从而提升效率。

与现有技术相比，本发明通过高电势和超声协同破壁，具有停留时间短、耗能低、破壁彻底的优点，并在装置中同步实现除砂降低无机物比例，为剩余污泥实现资源化做好预处理准备。

附图说明

图1是本发明剩余污泥破壁与除砂的装置的结构示意图。

附图标记说明：11、循环泵；12、循环泵进口管路；13、循环泵出口管路；14、系统进料管口；15、系统出料管口；21、高电势破壁组件；22、高电势破壁管；23、电极a；24、电极b；25、高电势破壁进口；26、高电势破壁出口；27、接地极；31、旋流除砂组件；32、旋流除砂器；33、旋流除砂器进料口；34、旋流除砂器出渣口；35、旋流除砂器出料口；41、超声波发射装置；51、管路。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不能用来限制本发明的范围。

图1是本发明剩余污泥破壁与除砂的装置的结构示意图，体现了本剩余污泥破壁与除砂的装置是循环泵11、高电势破壁组件21、旋流除砂组件31及超声波发射装置41组成的，及其它们之间的连接关系。

本发明剩余污泥破壁与除砂的装置及方法的结构如图1所示，该剩余污泥破壁与除砂的装置包括循环泵11、高电势破壁组件21、旋流除砂组件31及超声波发射装置41；高电势破壁组件21包括至少一组高电势破壁管22，该高电势破壁管22的两端分别为电极a23及电极b24，靠近电极a23处设置有贯通高电势破壁管22的高电势破壁进口25，靠近电极b24处设置有贯通高电势破壁管22的高电势破壁出口26；旋流除砂组件31包括至少一个旋流除砂器32，超声波发射装置41设置于旋流除砂器32的顶端；

所述循环泵11的循环泵出口管路13与高电势破壁管22的高电势破壁进口25相匹配连通，高电势破壁管22的高电势破壁出口26通过管路51与旋流除砂器32的旋流除砂器进料口33相匹配连通，旋流除砂器32的旋流除砂器出料口35与循环泵11的循环泵进口管路12相匹配连通；循环泵进口管路12上靠近循环泵11处设置有系统进料管口14，该循环泵进口管路12上靠近旋流除砂器出料口35处设置有系统出料管口15；旋流除砂器32的底端开设有旋流除砂器出渣口34。其中，高电势破壁管22采用绝缘材料制成；或者高电势破壁管22的内壁通过绝缘处理；或者高电势破壁管22采用绝缘材料制成且其内壁通过绝缘处理；采用上述绝缘处理后，保证高电势破壁管22不会漏电、逃电，确保安全。

本发明在旋流除砂器的基础上增加高电势破壁组件，在对剩余污泥进行除砂的同时，还可以利用高压电场进行破壁处理来灭杀微生物，并且利用超声波来进一步提高破壁效果，且能耗低，使得分离出来的清液可以在无害的情况下被再利用，经济实用。

如图1所示，本实施例中，系统进料管口14以锐角方式接入循环泵进口管路12；其中，设置系统进料管口14的循环泵进口管路12处为垂直铺设，利于剩余污泥接入循环泵进口管路12时的顺利流动。系统出料管口15的开口水平朝上且与循环泵进口管路12的内部流向成锐角；其中，设置系统出料管口15的循环泵进口管路12处为水平铺设，便于循环泵进口管路12内流动的清液上半部分可以从系统出料管口15处顺畅流出，保证出液的质量。

本实施例中，高电势破壁组件21包括至少两组高电势破壁管22以并联或串联的形式连接，优选串联的连接形式。其中，两组及以上的高电势破壁管22并联时，循环泵11的循环泵出口管路13分别与所有的高电势破壁管22的高电势破壁进口25相匹配连通，所有的高电势破壁管22的高电势破壁出口26通过管路51分布与旋流除砂器32的旋流除砂器进料口33相匹配连通。其中，两组及以上的高电势破壁管22串联时，循环泵11的循环泵出口管路13与第一组高电势破壁管22的高电势破壁进口25相匹配连通，之后的相邻两组高电势破壁管22之间通过高电势破壁出口26接高电势破壁出口26或高电势破壁进口25接高电势破壁进口25的形式依次串联，最后一组高电势破壁管22剩余未接的高电势破壁进口25或高电势破壁出口26通过管路51分布与旋流除砂器32的旋流除砂器进料口33相匹配连通；即相邻两组高电势破壁管22之间通过电势相同的接口相匹配对接来实现串联。

如图1所示，本实施例中，高电势破壁组件21包括三组高电势破壁管22以串联的形式连接；循环泵11的循环泵出口管路13与第一组高电势破壁管22的高电势破壁进口25相匹配连通，该第一组高电势破壁管22的高电势破壁出口26与第二组高电势破壁管22的高电势破壁出口26相匹配连通，该第二组高电势破壁管22的高电势破壁进口25与第三组高电势破壁管22的高电势破壁进口25相匹配连通，该第三组高电势破壁管22的高电势破壁出口26通过管路51与旋流除砂器32的旋流除砂器进料口33相匹配连通。本发明的高电势破壁组件21中进行三次高压电场破壁处理。

本实施例中，旋流除砂组件31包括至少两个旋流除砂器32以并联的形式连接；高电势破壁管22的高电势破壁出口26通过管路51分别与每个旋流除砂器32的旋流除砂器进料口33相匹配连通；每个旋流除砂器32的旋流除砂器出料口35分别与循环泵11的循环泵进口管路12相匹配连通。本发明的旋流除砂器并联结构，可以有效提高除砂的工作效率。其中，超声波发射装置41可以设置于管路51处。

本实施例中，旋流除砂组件31包括至少两个旋流除砂器32以串联的形式连接；高电势破壁管22的高电势破壁出口26通过管路51与第一个旋流除砂器32的旋流除砂器进料口33相匹配连通，第一个旋流除砂器32的旋流除砂器出料口35与下一个旋流除砂器32的旋流除砂器进料口33相匹配连通并依次串联所有旋流除砂器32，最后一个旋流除砂器32的旋流除砂器出料口35与循环泵11的循环泵进口管路12相匹配连通。本发明的旋流除砂器串联结构，可以有效提高除砂后分离出来的清液的质量。

本实施例中，高电势破壁管22的电极a23及电极b24之间的电压高于安全电压。

本实施例中，高电势破壁管22的电极a23及电极b24可定时切换正负极。

如图1所示，本实施例中，循环泵11的循环泵出口管路13及管路51两者都设置有接地极27，保证安全性能。

一种剩余污泥破壁与除砂的方法，利用剩余污泥破壁与除砂的装置，实现剩余污泥破壁与除砂的方法如下：

a、污泥从系统进料管口14进入，在循环泵11工作下，污泥从循环泵进口管路12吸入循环泵11内并通过循环泵出口管路13输入第一个高电势破壁组件21的高电势破壁管22内；

b、污泥在每个高电势破壁管22内的电极a23及电极b24之间流过，利用每个高电势破壁管22内的电极a23及电极b24之间高压电场对污泥中的微生物进行细胞膜破坏和灭活、氧化降解；

c、污泥在高电势破壁组件21内进行破壁处理后，从最后一个高电势破壁管22通过管路51输送到旋流除砂器32的旋流除砂器进料口33并进入旋流除砂器32；污泥在旋流除砂器32内进行除砂的过程，该过程中还通过超声波发射装置41对污泥中的微生物进行超声波破壁处理；

d、污泥在旋流除砂器32内进行除砂及超声波破壁处理后，一些泥渣通过旋流除砂器32的旋流除砂器出渣口34排出，另一些净化后的清液通过旋流除砂器32的旋流除砂器出料口35进入循环泵进口管路12内；

e、进入循环泵进口管路12内的清液，有一部分通过系统出料管口15排出，还有一部分通过循环泵进口管路12混合从系统进料管口14进入的污泥一起再次被吸入循环泵11内开始新一轮的破壁与除砂。

以上仅为本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。