一种用于剩余污泥破壁消解的低温等离子体装置的制作方法

1.本发明涉及污水处理领域，具体而言涉及一种用于剩余污泥破壁消解的低温等离子体装置。


背景技术：

2.随着我国城市化进程的不断加快，工业、居民用水量逐年递增，工业污水和生活废水排放量也随之增加。活性污泥法作为应用最为广泛的污水处理技术，其附加产物—剩余污泥也大幅增加。剩余污泥将会对环境造成有机物污染、病原微生物污染、重金属污染、盐分污染等，给环境和人类带来威胁。
3.污泥厌氧消化和污泥脱水是当前应用最为广泛的污泥减量处理技术，但由于污泥中大量有机物被性质极其稳定的胞外聚合物(eps)和细胞壁(膜)包覆，难以释放及利用，导致厌氧消化水解阶段一定程度上受到限制；污泥所含的水分包括存在于污泥絮体间隙的水分(间隙水)、因污泥颗粒间毛细作用存在的水分(毛细水)、被吸附在污泥颗粒表面的水分(吸附水)、与污泥颗粒间存在化学键连接的内部结合水。常规的机械脱水仅可去除污泥中的间隙水和部分毛细水，脱水效果较差。因此需对剩余污泥进行破壁消解，使污泥絮体和细胞壁(膜)破裂，将细胞内的有机物成分转移到液相中，从而提高厌氧消化和脱水的效果。
4.因此，有必要提出一种用于剩余污泥破壁消解的低温等离子体装置，以解决上述问题。


技术实现要素：

5.在发明内容部分中引入了一系列简化形式的概念，这将在具体实施方式部分中进一步详细说明。本发明的发明内容部分并不意味着要试图限定出所要求保护的技术方案的关键特征和必要技术特征，更不意味着试图确定所要求保护的技术方案的保护范围。
6.本发明提供了一种用于剩余污泥破壁消解的低温等离子体装置，包括：
7.箱体，所述箱体上设置有进泥口和出泥口，所述箱体倾斜布置，以使剩余污泥在重力作用下从所述进泥口流动至所述出泥口；
8.等离子体发生单元，包括等离子体发生电源以及连接至所述等离子体发生电源的高压电极板和低压电极板，所述高压电极板和所述低压电极板在所述箱体内平行布置，以在所述高压电极板和所述低压电极板之间形成等离子体发生空间，所述剩余污泥流经所述等离子体发生空间；
9.进气单元，包括鼓风机以及设置在所述箱体上的进气口和出气口，用于向所述等离子体发生空间供应空气以生成等离子体；
10.自动反馈控制单元，包括检测设备和控制器，用于基于所述检测设备反馈的结果控制所述箱体的倾斜角度和/或等离子体发生单元运行参数和/或所述进气单元的运行参数。
11.进一步，所述装置还包括箱体固定装置，用于固定所述箱体以及调节所述箱体的
倾斜角度，所述箱体固定装置进一步包括：
12.可转动支撑板，所述箱体固定在所述可转动支撑板上；
13.起重设备，所述起重设备连接至所述可转动支撑板，当所述起重设备升高或降低时，改变所述可转动支撑板以及所述箱体的倾斜角度。
14.进一步，所述高压电极板和所述低压电极板的表面覆盖有阻挡介质，所述剩余污泥与所述阻挡介质直接接触。
15.进一步，所述阻挡介质的表面设置有可调节挡泥板，用于控制所述剩余污泥在所述等离子体发生空间中的流速。
16.进一步，所述阻挡介质的表面还设置有挡风板，所述挡风板位于所述进气口与所述出气口之间，用于增加气流的湍流程度。
17.进一步，所述挡风板包括可调节z型挡风板，通过调节所述z型挡风板的折叠程度以调节所述z型挡风板的长度，当所述z型挡风板延伸至最大长度时，所述z型挡风板呈“丨”型。
18.进一步，所述高压电极板和所述低压电极板之间还设置有可调节支撑架，用于调节所述高压电极板和所述低压电极板之间的距离。
19.进一步，所述自动反馈控制单元还用于控制所述可调节挡泥板的狭缝宽度，和/或所述z型挡风板的长度，和/或所述可调节支撑架的距离。
20.进一步，所述等离子体发生单元包括一块高压电极板以及两块低压电极板，所述两块低压电电极板分别位于所述高压电极板的两侧。
21.进一步，所述剩余污泥的流动方向与所述空气的流动方向相反。
22.进一步，所述箱体上设置有观察口，用于从箱体外观察所述箱体内部的情况。
23.根据本发明提供的用于剩余污泥破壁消解的低温等离子体装置，通过将装置箱体倾斜布置，使剩余污泥在重力作用下从进泥口流动至出泥口，实现了剩余污泥的连续化处理，且无需增加额外的能耗，并且通过自动反馈控制单元基于对出口污泥实时监测控制调节箱体的倾斜角度和/或等离子体发生单元运行参数和/或所述进气单元的运行参数，实现了剩余污泥的智能化自动连续处理。
附图说明
24.本发明的下列附图在此作为本发明的一部分用于理解本发明。附图中示出了本发明的实施例及其描述，用来解释本发明的原理。
25.附图中：
26.图1为根据本发明示例性实施例的用于剩余污泥破壁消解的低温等离子体装置的结构示意图。
27.附图标记
28.1、起重设备
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2、可转动支撑板
29.3、箱体
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4、进泥调节阀
30.5、等离子体发生电源
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6、污泥加料斗
31.7、进泥口
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8、出气口
32.9、可调节挡泥板
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10、观察口
33.11、挡风板
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12、阻挡介质
34.13、高压电极板
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14、低压电极板
35.15、可调节支撑架
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16、进气口
36.17、鼓风机
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18、导泥板
37.19、出泥口
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20、污泥排放管
38.21、检测设备
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22、污泥收集仓
具体实施方式
39.在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员而言显而易见的是，本发明可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本发明发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。
40.应当理解的是，本发明能够以不同形式实施，而不应当解释为局限于这里提出的实施例。相反地，提供这些实施例将使公开彻底和完全，并且将本发明的范围完全地传递给本领域技术人员。在附图中，为了清楚，层和区的尺寸以及相对尺寸可能被夸大。自始至终相同附图标记表示相同的元件。
41.应当明白，当元件或层被称为“在...上”、“与...相邻”、“连接到”或“耦合到”其它元件或层时，其可以直接地在其它元件或层上、与之相邻、连接或耦合到其它元件或层，或者可以存在居间的元件或层。相反，当元件被称为“直接在...上”、“与...直接相邻”、“直接连接到”或“直接耦合到”其它元件或层时，则不存在居间的元件或层。应当明白，尽管可使用术语第一、第二、第三等描述各种元件、部件、区、层和/或部分，这些元件、部件、区、层和/或部分不应当被这些术语限制。这些术语仅仅用来区分一个元件、部件、区、层或部分与另一个元件、部件、区、层或部分。因此，在不脱离本发明教导之下，下面讨论的第一元件、部件、区、层或部分可表示为第二元件、部件、区、层或部分。
42.空间关系术语例如“在...下”、“在...下面”、“下面的”、“在...之下”、“在...之上”、“上面的”等，在这里可为了方便描述而被使用从而描述图中所示的一个元件或特征与其它元件或特征的关系。应当明白，除了图中所示的取向以外，空间关系术语意图还包括使用和操作中的器件的不同取向。例如，如果附图中的器件翻转，然后，描述为“在其它元件下面”或“在其之下”或“在其下”元件或特征将取向为在其它元件或特征“上”。因此，示例性术语“在...下面”和“在...下”可包括上和下两个取向。器件可以另外地取向(旋转90度或其它取向)并且在此使用的空间描述语相应地被解释。
43.在此使用的术语的目的仅在于描述具体实施例并且不作为本发明的限制。在此使用时，单数形式的“一”、“一个”和“所述/该”也意图包括复数形式，除非上下文清楚指出另外的方式。还应明白术语“组成”和/或“包括”，当在该说明书中使用时，确定所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但不排除一个或更多其它的特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或组的存在或添加。在此使用时，术语“和/或”包括相关所列项目的任何及所有组合。
44.为了彻底理解本发明，将在下列的描述中提出详细的步骤以及详细的结构，以便阐释本发明提出的技术方案。本发明的较佳实施例详细描述如下，然而除了这些详细描述
外，本发明还可以具有其他实施方式。
45.现有的等离子体技术和设备在处理剩余污泥时，存在以下技术问题：(1)现有的等离子体技术和设备在处理剩余污泥时，大多为批量及批次处理，很难实现低能耗运行下的连续化处理；(2)现有的等离子体技术和设备在处理剩余污泥时，污泥或处于静止状态或需要在提供外界能量的前提下被搅动，前者破壁情况受限且操作不能连续化而后者需要消耗额外能量；(3)现有的等离子体技术和设备在处理剩余污泥时，气态物质基本都是靠风机吸入，经过反应区域后离开，气态物质的湍流程度较低，与污泥接触和反应不彻底；(4)现有的等离子体技术和设备在处理剩余污泥时，无法根据进料情况的变化实时调控运行参数，导致设备处理效果不稳定，出泥达不到预设处理效果。
46.针对上述技术问题，本发明提供了一种用于剩余污泥破壁消解的低温等离子体装置，如图1所示，包括：
47.箱体3，所述箱体3上设置有进泥口7和出泥口19，所述箱体3倾斜布置，以使剩余污泥在重力作用下从所述进泥口7流动至所述出泥口19；
48.等离子体发生单元，包括等离子体发生电源5以及连接至所述等离子体发生电源5的高压电极板13和低压电极板14，所述高压电极板13和所述低压电极板14在所述箱体3内平行布置，以在所述高压电极板13和所述低压电极板14之间形成等离子体发生空间，所述剩余污泥流经所述等离子体发生空间；
49.进气单元，包括鼓风机17以及设置在所述箱体上的进气口16和出气口8，用于向所述等离子体发生空间供应空气以生成等离子体；
50.自动反馈控制单元，包括检测设备和控制器，用于基于所述检测设备反馈的结果控制所述箱体3的倾斜角度和/或等离子体发生单元运行参数和/或所述进气单元的运行参数。
51.在至少一个实施例中，活性污泥法是污水处理技术中最常见的生物处理技术，其利用污泥中的微生物对污水中的有机物等进行去除。曝气池中的生化反应使微生物增殖，为维持活性污泥系统的稳定运行，需将增殖的微生物从二次沉淀池排出，排出的这部分污泥称为剩余污泥。其主要由具有活性的微生物、微生物自身氧化残余物、附着在活性污泥表面上尚未降解或难以降解的有机物和无机物四部分组成。
52.基于剩余污泥自身流动性的特点，本发明通过将低温等离子体装置(箱体)倾斜布置，以使剩余污泥在重力作用下从进泥口流动至出泥口，实现了剩余污泥的连续化处理，且无需增加额外的能耗，与污泥处于静止状态逐批次处理的系统相比，具有连续化处理等优势，与通过传送带或管道进行污泥运输的系统相比，具有能耗低等优势。
53.示例性地，本发明提供的低温等离子体装置还包括箱体固定装置，用于固定所述箱体以及调节所述箱体的倾斜角度。
54.在至少一个实施例中，所述箱体固定装置包括能够使所述箱体3保持倾斜状态的任何固定装置，所述箱体3的倾斜角度的范围包括5
°
～65
°
，所述箱体3的倾斜角度可以是固定的或者可调节的，优选地，所述箱体3的倾斜角度可调节。
55.进一步，所述箱体固定装置包括：
56.可转动支撑板2，所述箱体3固定在所述可转动支撑板2上；
57.起重设备1，所述起重设备1连接至所述可转动支撑板2，当所述起重设备1升高或
降低时，改变所述可转动支撑板2以及所述箱体3的倾斜角度。
58.在至少一个实施例中，可转动支撑板2和箱体3固定连接，二者之间不发生相对位置变化。参照图1，可转动支撑板2的一端固定在安装平台(例如，地面)上或者与安装平台相接触；起重设备1的一端固定在安装平台上，另一端与可转动支撑板2固定连接。需要说明的是，起重设备1与可转动支撑板2的连接点不同于可转动支撑板2与安装平台的接触点，优选地，起重设备1与可转动支撑板2的连接点为所述可转动支撑板2的中点。
59.在至少一个实施例中，当起重设备1升高时，箱体3相对于安装平台的的倾斜角度增大，剩余污泥在箱体3内的流动速度增加；当起重设备1降低时，剩余污泥在箱体3内的流动速度降低。
60.在至少一个实施例中，自动反馈控制单元可以基于检测设备反馈的结果控制所述箱体3的倾斜角度。具体地，自动反馈控制单元调节起重设备1的高度，当污泥检测结果不达标时，降低起重设备1的高度，延长剩余污泥在箱体3内的破壁消解时间，当污泥检测结果达标时，保持箱体3的倾斜角度使装置继续运行，或者，升高起重设备1的高度，缩短剩余污泥在箱体3内的破壁消解时间，提高反应效率。
61.示例性地，所述等离子体发生单元包括一块高压电极板13以及两块低压电极板14，所述两块低压电极板14分别位于所述高压电极板13的两侧。
62.在至少一个实施例中，等离子体是由部分电子被剥夺后的原子及原子团被电离后产生的正负离子组成的离子化气体状的物质，整体显电中性。低温等离子体技术(low temperature plasma technology)是一种集光、电、化学氧化于一体的混合型高级氧化技术。等离子体在放电过程中产生激发态的原子、分子、高能电子等高活性粒子，h2o2、o3分子，
·
h、
·
o、
·
oh等强氧化性自由基，同时还伴随紫外光辐射、冲击波和液电空化等物理化学效应。在活性物质和物化效应的共同作用下，细胞壁或细胞膜裂解，胞内水和有机物释放到液相中，有利于后续脱水或厌氧消化。
63.在至少一个实施例中，如图1所示，一块高压电极板13布置在箱体3的中部，两块低压电极板14分别布置在箱体3的顶部和底部。这样，在箱体3内形成了两个等离子体发生空间，增大了等离子反应的区域，在消耗相同电能的情况下，可以使剩余污泥的处理量增加一倍。
64.在至少一个实施例中，通过交替布置高压电极板13和低压电极板14，可以形成多个平行的等离子体发生空间，增加了剩余污泥的处理量，提高了处理效率。
65.示例性地，所述高压电极板13和所述低压电极板14的表面均覆盖有阻挡介质12，所述剩余污泥与所述阻挡介质12直接接触。
66.在至少一个实施例中，所述阻挡介质12为绝缘材料，优选地，所述阻挡介质12为光滑的疏油疏水材料，以便于剩余污泥顺利排出减少淤积。
67.在至少一个实施例中，自动反馈控制单元可以基于检测设备反馈的结果控制所述等离子体发生单元运行参数。具体地，自动反馈控制单元调节等离子体发生电源的电压和功率，当污泥检测结果不达标时，增大等离子体发生电源的电压和功率，加强剩余污泥在箱体3内的破壁消解，当污泥检测结果达标时，保持等离子体发生单元继续运行，或者，减小等离子体发生电源的电压和功率，减弱剩余污泥在箱体3内的破壁消解。
68.示例性地，所述高压电极板13和所述低压电极板14之间还设置有可调节支撑架
15，用于调节所述高压电极板13和所述低压电极板14之间的距离。
69.在至少一个实施例中，自动反馈控制单元可以基于检测设备反馈的结果控制所述可调节支撑架15的距离。
70.在至少一个实施例中，保持高压电极板13的位置不变，通过缩短或者延长可调节支撑架15的长度，以使低压电极板14靠近或者远离所述高压电极板13。
71.在至少一个实施例中，所述箱体3的表面还设置有一个或多个观察口10，用于观察所述低温等离子体装置内部的情况。
72.示例性地，需要为每个上述等离子体发生空间设置至少一个进泥口7以及至少一个出泥口19。
73.在至少一个实施例中，进泥口7设置在箱体3的侧壁上，为了使剩余污泥在重力作用下流动，进泥口7设置在箱体3位置较高的侧壁上。所述进泥口7与污泥加料斗6连接，在进泥口7与污泥加料斗6还设置有进泥调节阀4，以调节剩余污泥的进料速度。
74.在至少一个实施例中，出泥口19设置在箱体3的侧壁上，出泥口19与进泥口7设置在箱体3相对的侧壁上，因此，出泥口19设置在箱体3位置较低的侧壁上。为了使剩余污泥顺利流入出泥口，阻挡介质12至出泥口19之间还可以设置导泥板18，如图1所示。出泥口19与污泥排放管20连接，以将处理后的剩余污泥排入污泥收集仓22中。污泥排放管20的末端设置有检测设备21，用于实时监测处理后污泥的指标，包括但不限于污泥含水率。
75.本发明通过在低温等离子体装置中设置自动反馈控制单元，通过在污泥出口处设置污泥含水率检测设备，集成智能逻辑控制器和控制逻辑软件以及智能部件(控制马达等)等，可以实现自动化控制，使处理后的污泥满足预设的参数。
76.示例性地，所述阻挡介质12的表面设置有可调节挡泥板9，用于控制所述剩余污泥在所述等离子体发生空间中的流速。
77.在至少一个实施例中，所述可调节挡泥板9设置在高压电极板13以及位于箱体3底部的低压电极板14的上表面，并且可调节挡泥板9位于出泥口19与进泥口7之间。
78.在至少一个实施例中，可调节挡泥板9的数量可以根据需要布置，当需要降低剩余污泥的流动速度时，增加可调节挡泥板9的数量，当需要增加剩余污泥的流动速度时，减少可调节挡泥板9的数量。
79.在至少一个实施例中，所述可调节挡泥板9中间留有一条狭缝，通过控制该狭缝的宽度可以控制剩余污泥的流动速度。具体的，通过控制底部挡板与阻挡介质的远近距离来控制狭缝的宽度。
80.在至少一个实施例中，自动反馈控制单元可以基于检测设备反馈的结果控制所述可调节挡泥板9的狭缝宽度。具体地，当污泥含水率低于预设值(或阈值)时，自动反馈控制单元减小可调节挡泥板的狭缝宽度，当污泥含水率高于预设值时，自动反馈控制单元增大可调节挡泥板的狭缝宽度，当污泥含水率约等于预设值时，保持可调节挡泥板的狭缝宽度。
81.示例性地，需要为每个上述等离子体发生空间设置至少一个进气口16以及至少一个出气口8。
82.在至少一个实施例中，进气口16设置在箱体3的侧壁上，为了使剩余污泥的流动方向与空气的流动方向相反，进气口16设置在箱体3位置较低的侧壁上，即，进气口16与出泥口19设置在箱体3的同一侧壁上。所述进气口16与鼓风机17连接，鼓风机可以调节进气速
度。
83.在至少一个实施例中，出气口8设置在箱体3的侧壁上，出气口8与进气口16设置在箱体3相对的侧壁上，因此，出气口8设置在箱体3位置较高的侧壁上，即，出气口8与进泥口7设置在箱体3的同一侧壁上。
84.在至少一个实施例中，自动反馈控制单元可以基于检测设备反馈的结果控制所述鼓风机的风量。
85.示例性地，所述阻挡介质12的表面设置有挡风板11，用于增加气流的湍流程度。
86.在至少一个实施例中，所述挡风板11设置在高压电极板13以及位于箱体3顶部的低压电极板14的下表面，并且所述挡风板11位于所述进气口16与所述出气口8之间。
87.在至少一个实施例中，挡风板11的数量可以根据需要布置，当需要增强气体的湍流程度时，增加挡风板11的数量，当需要减弱气体的湍流程度时，减少挡风板11的数量。
88.在至少一个实施例中，所述挡风板11包括可调节z型挡风板，通过调节所述z型挡风板的折叠程度以调节所述z型挡风板的长度，当所述z型挡风板延伸至最大长度时，所述z型挡风板呈“丨”型。
89.在至少一个实施例中，自动反馈控制单元可以基于检测设备反馈的结果控制所述z型挡风板的长度。
90.本发明通过在低温等离子体装置中设置进气单元，使剩余污泥在流动的过程中与气体接触，增强破壁效果。通过在低温等离子体装置内设置可调节挡风板可以增强气体的湍流程度，进而增强污泥破壁消解情况。
91.在至少一个实施例中，低温等离子体装置运行时，首先打开进泥调节阀4，使剩余污泥流入装置，然后打开鼓风机17鼓入空气，并且打开等离子体发生电源5，以产生等离子体。流经等离子体发生空间的剩余污泥由设置在污泥出口处的检测设备21实时监测污泥含水率，当污泥含水率低于预设值(或阈值)时，自动反馈控制单元控制降低起重设备1的高度、和/或增大等离子体发生电源5的电压和功率、和/或减小可调节挡泥板9的狭缝宽度、和/或调整鼓风机17的风量、和/或调整z型挡风板的长度；当污泥含水率高于预设值(或阈值)时，自动反馈控制单元控制增大起重设备1的高度、和/或减小等离子体发生电源5的电压和功率、和/或增大可调节挡泥板9的狭缝宽度、和/或调整鼓风机17的风量、和/或调整z型挡风板的长度；当污泥含水率约等于预设值(或阈值)时，低温等离子体装置继续运行。
92.根据本发明提供的用于剩余污泥破壁消解的低温等离子体装置，通过将装置箱体倾斜布置，使剩余污泥在重力作用下从进泥口流动至出泥口，实现了剩余污泥的连续化处理，且无需增加额外的能耗，并且通过自动反馈控制单元基于对出口污泥实时监测控制调节箱体的倾斜角度和/或等离子体发生单元运行参数和/或所述进气单元的运行参数，实现了剩余污泥的智能化自动连续处理。
93.本发明已经通过上述实施例进行了说明，但应当理解的是，上述实施例只是用于举例和说明的目的，而非意在将本发明限制于所描述的实施例范围内。此外本领域技术人员可以理解的是，本发明并不局限于上述实施例，根据本发明的教导还可以做出更多种的变型和修改，这些变型和修改均落在本发明所要求保护的范围以内。本发明的保护范围由附属的权利要求书及其等效范围所界定。