一种等离子体污泥处理设备及系统的制作方法

1.本实用新型涉及污水处理领域，具体而言涉及一种等离子体污泥处理设备及系统。


背景技术：

2.活性污泥法是当前应用最为广泛的水处理工艺，其具有运行稳定、低耗能、效率高等特点。然而，活性污泥法会伴随大量剩余污泥的产生，这些污泥是污水处理过程中最常见的副产品，其中含有各种各样的物质，有机化合物，如有机卤化物、多氯联苯、二噁英等有毒有害物质；无机物，如铜、锌、镉、氮、磷及硫化物；微生物，如病原微生物及大量的寄生虫卵。如果得不到有效的处理，未经无害化处置就随意排放，不但将会严重地影响环境，导致二次污染，而且还威胁着人体健康。近几年来，城镇污水处理量剧增，剩余污泥随之大量产生。
3.由于城市污泥增长速度快、数量大，如何正确地处理污泥早已引起了广大研究者的兴趣，成为全球都关注的热点话题。因此，污泥的处理与处置已然成为了当今世界亟需解决的又一个环境问题。
4.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，由于污泥是生化后的菌体，表面润滑、亲水性强、含水率高，并且还含有大量的杂细胞，自然沉淀困难，污泥中的蛋白质、多糖等有机营养物质，被微生物的细胞膜和细胞壁包裹着，难以释放出来，这就导致厌氧消化及脱水效果受限。因此需对剩余污泥进行预处理，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。
5.目前，研究人员主要研究的污泥预处理措施可分为物理法(如机械、微波等)、化学法(如碱、酸、芬顿等)、生物法(如噬菌体、生物酶等)以及多种技术协同的耦合法(如超声-碱、微波-芬顿等)。众多常规方法的运用虽然取得一些成效，但均存在不同类型的局限，如需外加药剂、污泥内大量难降解有机物无法得到有效去除以及可能产生新的污染物或危废等。
6.因此需要进行改进，以解决上述问题。


技术实现要素：

7.针对现有技术中存在的问题，本技术提供了一种等离体子体污泥处理设备，包括等离子体生成单元，等离体子生成单元包括高压电源和连接至高压电源的电极，电极能够产生等离子体；和污泥反应单元，污泥反应单元设于等离子体污泥处理设备的内部，使等离子体与污泥直接接触，以实现污泥的破壁消解；和阻挡介质，阻挡介质设于污泥反应单元与电极之间，能够将电极与污泥隔开；
8.可选地，电极包括高压电极和低压电极，高压电极设于等离子体污泥处理设备的内部，低压电极设于等离子体污泥处理设备的外侧。
9.可选地，还包括能够增大污泥反应面积的导流部件，导流部件设于污泥反应单元的内部。
10.可选地，还包括分离装置，分离装置设于污泥反应单元的底部。
11.可选地，还包括污泥槽，污泥槽设于等离子体污泥处理设备的底部。
12.可选地，包括进气口，进气口设于等离子体污泥处理设备的顶部。
13.本实用新型还提供一种等离子体污泥处理系统，包括前文的任一项的等离子体污泥处理设备；和反洗装置，反洗装置能够对等离子体污泥处理设备进行反洗，反洗装置包括第一储液装置和第一送液装置，第一储液装置与等离子体污泥处理设备连接，第一送液装置设于第一储液装置与等离子体污泥处理设备之间；和化学清洗装置，化学清洗装置包括第二储液装置和第二送液装置，第二储液装置与等离子体污泥处理设备连接，第二送液装置设于第一储液装置与等离子体污泥处理设备之间。
14.可选地，化学清洗装置还包括清洗液，清洗液包括酸性清洗液或碱性清洗液。
15.可选地，化学清洗装置还包括控制清洗液回流至第二储液装置的回流阀，回流阀设于第二储液装置与等离子体污泥处理设备之间。
16.可选地，化学清洗装置还包括能够测量酸碱度的酸碱度计，酸碱度计设于第二储液装置的内部。
17.可选地，还包括能够控制温度的控温装置，控温装置设于第二储液装置的内部。
18.可选地，还包括能够补液装置，补液装置与反洗装置和/或化学清洗装置连接。
19.本发明的技术效果在于通过本技术提供的等离子体污泥处理设备可以充分解决后续厌氧消化及机械脱水不佳的问题，同时对污泥中存在的难降解有机物具有较好的降解作用，有效防止二次污染，而且阻挡介质可以将电极与污泥隔开，防止由于污染等原因导致的处理效率下降，有效延长了电极使用寿命。
附图说明
20.通过结合附图对本发明实施例进行更详细的描述，本发明的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显。附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中，相同的参考标号通常代表相同部件或步骤。
21.图1是本技术一个实施例中等离子体污泥处理设备示意图；
22.图2是本技术一个实施例中设备系统运行流程示意图。
具体实施方式
23.在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本技术更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员而言显而易见的是，本技术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，为了避免与本技术发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。
24.应当理解的是，本技术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，并且将本技术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。
25.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。
26.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。
27.传统的介质阻挡放电设备均采用介质阻挡放电的方式对剩余污泥进行预处理，达到分解、破坏细菌细胞壁(膜)，释放胞内物质并在一定程度上达到减量的效果。但均存在一些缺点，比如存在电极和介质面积较大，导致设备制造难度较大和成本较高的问题，或者存在等离子体通入污泥的路径较长，羟基自由基(
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oh)等强氧化性物质在输出路径中会有较大的消耗，影响污泥预处理效果，或者污泥流动性不足等问题。传统技术还存在通过污泥下方的平板状的接地极和上方悬挂的复数个棒状高压极，连接一高压高频的高压电源，通过高压极与接地极间的稳定放电处理污泥，但其存在浸泡于污泥中的接地极发生结垢、污染后导致处理效率降低等问题。此外，传统的技术均未设置清洗或反洗功能以处理设备因污泥粘滞性或杂质吸附等产生的堵塞、结垢问题，且电极与污泥均直接接触，长时间运行势必会导致放电不均匀及处理效率下降。
28.鉴于上述问题的存在，本技术提出一种等离子体污泥处理设备，等离子体生成单元，等离体子生成单元包括高压电源和连接至高压电源的电极，电极能够产生等离子体；和污泥反应单元，污泥反应单元设于等离子体污泥处理设备的内部，使等离子体与污泥直接接触，以实现污泥的破壁消解；和阻挡介质，阻挡介质设于污泥反应单元与电极之间，能够将电极与污泥隔开。
29.下面，参考附图1至附图2对本技术的等离子体污泥处理设备的结构进行描述，其中，图1是本技术一个实施例中等离子体污泥处理设备示意图；图2是本技术一个实施例中设备系统运行流程示意图。
30.如图1和图2所示，作为示例，本技术的等离子体污泥处理设备16的顶部设有污泥入口2和进气口1，在进泥的同时，通过进气口1通入空气，除剩余污泥自身所含水分外，提供了如o2、h2o(空气中的水)等气体，有利于强氧化物质(h2o2、o3、
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oh等)的产生，同时空气所含n2等惰性气体则对反应起到稳定的作用。同时，以空气作为产生各种强氧化性物质的“原材料”，大大节约了设备运行的成本。
31.等离子体污泥处理设备16的底部还设有污泥槽12，在污泥及其接触的气体中，仍含有部分未被消耗的活性物质，如h2o2、o3、
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oh等，在污泥槽12中静置时将这些活性物质充分利用可进一步提升对污泥的处理效果。污泥槽12的下方设有排泥管13，排泥管13用于将处理过后的污泥排出。
32.等离子体污泥处理设备16还包括等离子体生成单元，等离子体生成单元包括高压电源18和连接至高压电源18的电极，高压电源18一般为高压交流电源。电极包括高压电极3和低压电极4，高压电极3设于污泥反应单元的的内部，经顶部插槽和支架以及底部渗水层9支架进行固定，并与高压电源18相连接，低压电极4设于等离子体污泥处理设备16外侧，通过这种高压内、低压外的设计，有效保障了设备运行时的安全性。高压电极和低压电极在放电空间内产生大量的带电粒子。这些带电粒子在电场作用下可以获得充足的能量，与空气
中n2、o2、h2o等发生碰撞，发生电离，并伴有紫外辐射以及冲击波，还能产生大量的o3、
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o等大量自由基和活性粒子，这些自由基和活性粒子在放电空间内受到了紫外辐射作用激发，发生了一系列化学反应，生成含氧化性极强的
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oh等物质，高效破坏了细胞壁和细胞膜，使胞内物质流出，可充分解决后续厌氧消化及机械脱水效果不佳的问题，同时将污泥中存在的难降解有机物降解为短链、无毒物质，有效防止二次污染的产生。
33.等离子体污泥处理设备16还包括污泥反应单元，污泥反应单元设于等离子体污泥处理设备16的内部，具体地，设于高压电极3和低压电极4之间，用于将生成的等离子体与污泥接触，进而对污泥进行破壁处理。可选地，污泥反应单元中还设有导流部件5，导流部件5可以增加污泥反应面积和反应时间，也较好的提高了整体反应效率。相对于传统的污泥处理装置不具备流动性或采用泵吸方式使污泥进行流动，导流部件5的存在可以污泥处理设备具有处理更加高效、不易堵塞的优点。可选地，导流部件5可以是导流浆，导流浆可以采用螺旋形式设置，或者导流部件5也可以是螺旋设立的导流块或者其他能够增大反应面积和反应时间的部件。导流部件5也可根据设备的形状、大小在长度、宽度上按需求进行放大。
34.等离子体污泥处理设备16还包括阻挡介质8，阻挡介质8包括第一阻挡介质7和第二阻挡介质6，第一阻挡介质7设于低压电极4和污泥反应单元之间，用于避免使污泥与低压电极4直接接触，可选地，第一阻挡介质7可以是等离子体污泥处理设备16的侧面。第二阻挡介质6设于高压电极3和污泥反应单元之间，用于避免使污泥与高压电极3直接接触。阻挡介质8可以使放电保持稳定均匀，防止出现电火花，进而导致安全事故。此外，阻挡介质8的存在也能够阻止电流的无限延长，进而在高压电极3与低压电极4之间形成稳定的等离子体。阻挡介质8一般由绝缘材料制成，包括但不限于玻璃、石英玻璃、陶瓷等，因此等离子体污泥处理设备16与电容器类似，实现放电必须在电极的两侧施加交流电，直流电无法通过，同时，电场强度也必须足够高，才能引起气体击穿。阻挡介质8的存在可以将污泥与电极隔开，防止由于污染等原因导致的处理效率下降，有效延长了电极使用寿命。同时，与辉光放电和电晕放电技术相比较，介质阻挡放电具有耗电量小、噪声小等优势。设备运行时，通过对反应器中气体及污泥的放电作用，原位产生了包括h2o2、o3、
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oh、自由电子等多种活性物质，直接作用于位于导流部件5上的污泥。
35.污泥处理设备还包括分离装置，分离装置包括渗水层9，渗水层9设于污泥反应单元的底部，用以将泥水相分离，处理过后的污泥进入渗水层9，进而使得液体(比如因细胞壁(膜)被破坏而产生的渗出液，或者水等)与污泥相分离，并经出水管11排出。分离装置还包括排泥挡板10，排泥挡板10设于渗水层9的下方，在渗出液经渗水层9与污泥相分离并经出水管11排出后，打开排泥挡板10，使得污泥进入到污泥槽12中，并通过排泥管13排出。而与污泥分离的液体，也由于强氧化性物质，如
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oh、o3以及紫外辐射等作用，得到显著净化，尤其是其中的难降解有机物绝大部分被降解为短链、无毒有机物，甚至是完全降解为co2、h2o和无机盐，这些物质可回流至生化池，提升整体工艺的产水量，降低处理负荷，有利于整体工艺的正常运行。
36.本实用新型还提供了一种等离体子污泥处理系统，用以解决设备的结垢、污堵等问题。等离子体污泥处理系统包括如前文所述的等离子体污泥处理设备16。
37.等离子体污泥处理系统还包括污泥进口阀门14，污泥进口阀门14通过管道与污泥入口2连接。等离子体污泥处理系统还包括进气阀15，进气阀15通过管道与进气口1连接。等
离子体污泥处理系统还包括排泥阀17，排泥阀17与排泥管13连接。等离子体污泥处理系统还包括排水阀19，排水阀19通过管道与出水管11连接。
38.等离子体污泥处理系统还包括反洗装置，反洗装置包括第一送液装置21和第一储液装置22及将其连接的管路。如图2所示，第一储液装置22通过管道与等离子体污泥处理设备16连接，比如，第一储液装置22可以通过管道与等离子体污泥处理设备16的出水管11连接。第一送液装置21设于第一储液装置22与等离子体污泥处理设备16之间，第一送液装置21用以输送液体，为装置内液体的流动提供动力，可选地，第一送液装置21与出水管11之间还设有反洗阀20。
39.反洗装置的反洗过程为：待污泥处理时间累计达到一定时间后，可选地，污泥处理时间达到一个小时之后，关闭污泥入口2，待等离子体污泥处理设备16内的污泥排尽后，关闭电源和进气口1，随后打开第一送液装置21、反洗阀20和污泥入口2，将反洗液(包括但不限于工业水、自来水、污水处理回用水等，一般可以使用生化池出水或整体工艺出水进行回用)自下而上对污泥处理设备内部进行冲洗，预防污泥在导流部件5及污泥反应单元内壁中的结垢，反洗时间控制在10分钟之内，可选地，反洗时间控制在3至5分钟，反洗结束后，反洗液经污泥入口2排出，回流至生化池。
40.等离子体污泥处理系统还包括化学清洗装置，化学清洗装置包括第二储液装置26和第二送液装置27及将其连接的管路。如图2所示，第二储液装置26通过管道与等离子体污泥处理设备16连接，比如，可以与等离子体污泥处理设备16的污泥入口2连接。第二送液装置27设于第二储液装置26与等离子体污泥处理设备16之间，第二送液装置27能够输送液体，为清洗液的流动提供动力。可选地，第二送液装置27与等离子体污泥处理设备16之间还设有进水阀28。可选地，化学清洗装置还包括回流阀29，回流阀29能够控制清洗液回流至第二储液装置26中，回流阀29设于第二储液装置26与等离子体污泥处理设备16之间，比如，回流阀29可以设于第二储液装置26和等离子体污泥处理设备16的出水管11之间。可选地，化学清洗装置还包括排空阀25，排空阀25通过管道与第二储液装置26的底部连接，用以排空使用完毕的清洗液。
41.可选地，上述排水阀19、反洗阀20、回流阀29与出水管11相连接的管道可以为不同的管道，或者也可以共用部分管道，当排水阀19、反洗阀20、回流阀29与出水管11之间共用部分管道时，上述排水阀19、反洗阀20、回流阀29不能设置在共用管道处，仅能设置在各自的非共用管道上，即上述排水阀19、反洗阀20、回流阀29中的任一个仅能控制相应管道的通断，而不能对其他管道造成影响。
42.化学清洗装置还包括清洗液，可选地，清洗液可以是碱性清洗液，碱性清洗液可以是0.2％至0.5％的氢氧化钠，也可以是1.0％至3.0％的次氯酸钠，或者也可以是上述二者的混合液，一般来说，碱性清洗液的酸碱度(即ph值)控制在11.0至11.8之间。可选地，温度一般保持在30℃至35℃之间。碱性清洗液对如有机物堵塞或微生物污染有较好的处理效果。
43.可选地，清洗液还可以是酸性清洗液，酸性清洗液可以是0.5％至1.0％的盐酸或3.0％至5.0％的草酸或3.0％至5.0％的柠檬酸，酸性清洗液的ph控制在1.0至1.8之间，温度保持在30℃至35℃之间。酸性清洗液对如碳酸盐结垢、金属污染(如铁、铜)和胶体物质结垢具有较好的处理效果。
44.可选地，化学清洗装置还包括酸碱度计，一般来说，酸碱度计设于第二储液装置26的内部，用以测量清洗液的酸碱度，进而调控清洗液的酸碱度至上述范围，使得清洗的效果更佳。
45.化学清洗装置还包括控温装置，控温装置包括温度计和加热装置，温度计和加热装置均可以设于第二储液装置26的内部，加热装置用以加热清洗液，温度计用于检测清洗液的温度，进而，加热装置和温度计相配合，可以使得清洗液的温度保持在上述范围，使得清洗的效果更佳。
46.化学清洗装置对等离子体污泥处理设备16的化学清洗过程为：待污泥处理时间累计达到较长时间后，可选地，在完成一次反洗过程后，去除装置内易去除的杂质及污泥后进行化学清洗流程。打开进水阀28、第二送液装置27及回流阀29，实现清洗液的循环，与阻挡介质8及导流部件5进行充分接触，进行强化清洗，循环清洗时间约为20至30分钟。随后关闭回流阀29，待清洗液充满设备后，停止进水，对等离子体污泥处理设备16的内部进行浸泡，进一步提升清洗效果，浸泡时间约为30分钟。浸泡完成后，打开回流阀29，将清洗液排出。随后打开排空阀25，将使用完毕的清洗液排空。
47.可选地，在出现以下情况时，将再次对等离子体污泥处理设备16进行清洗，即重复上述清洗流程：(1)清洗后清洗液的ph发生较大变化，即清洗液的ph上升或下降超过0.5；(2)清洗后第二储液装置26内清洗液明显变黑(或红、棕，视污泥情况而定)、变深。若发生以上情况，则说明清洗效果不佳或设备因泥质或自身情况污堵较为严重，需要进一步清洗以解决问题。
48.等离子体污泥处理系统还包括补液装置，补液装置包括第一补液装置。第一补液装置与反洗装置连接，第一补液装置还包括第一供液设备(未示出)，第一供液设备与第一储液装置22连接，第一供液设备能够为反洗装置提供反洗液，可选地，第一供液设备和第一储液装置22之间还设有第一补液阀23。可选地，第一补液装置包括第一液位计，第一液位计设于第一储液装置22的内部，用于测量第一储液装置22内部的液位，当液位低于所设最低水位时，则第一补液阀23打开，自动进行补液，保证反洗液充足。
49.补液装置还包括第二补液装置。第二补液装置与化学清洗装置连接，第二补液装置还包括第二供液设备(未示出)，第二供液设备与第二储液装置26连接，第二供液设备能够为化学清洗装置提供清洗液，可选地，第二供液设备和第二储液装置26之间还设有第二补液阀24。可选地，第二补液装置包括第二液位计，第二液位计设于第二储液装置26的内部，用于测量第二储液装置26内部的液位，当液位低于所设最低水位时，则第二补液阀24打开，自动进行补液，保证清洗液充足。充分解决了由于结垢、污堵导致处理效率降低及设备损坏等问题，保证了运行的稳定性和效果，延长了设备的使用寿命。
50.综上所述，本实用新型的优点在于：
51.1)本实用新型是利用等离子体技术通过放电可以原位产生h2o2、o3、
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oh、自由电子等多种活性物质的性质，利用这些活化粒子与污泥接触时会相互碰撞，不断轰击微生物细胞壁及细胞膜并将其破坏，从而促使细胞内有机物及水分释放。在一定程度上实现剩余污泥减量的同时，也有利于后续污泥机械脱水及污泥厌氧消化的处理效果。
52.2)等离子体技术所产生的活性物质对污泥中所含各种难降解有机物具有很好的氧化效果，可将这些物质分解为可降解的短链物质，甚至是完全降解为co2、h2o和无机盐。经
后续污泥机械脱水和厌氧消化所产生的水需经回流进一步处理，而由于等离子体技术的处理，难降解有机物等物质均已得到较好的去除，回流水中这类物质浓度低，可降低污水厂的整体运行压力。
53.3)本实用新型提出的污泥处理系统中设计了反洗模块，在污泥处理时间累计达到一个小时后自动开始运行，将反洗液自下而上对设备内部进行冲洗，有效防止污泥在导流部件及内壁中的结垢现象产生。反洗时间控制在3至5分钟，反洗液采用工业水、自来水或污水处理后回用水，反洗水经污泥进口排出，回流至生化池，确保系统污泥处理效果稳定高效的同时节约用水。
54.4)本实用新型提出的污泥处理系统中设计了化学清洗模块，循环清洗时间约为20至30分钟，浸泡时间约为30分钟，浸泡完成后，排出清洗液。通过对设备及管道的化学清洗和浸泡，对较难处理的结垢、粘壁情况具有较好的处理效果。
55.5)本实用新型所提出的污泥处理系统，针对不同情况导致的污堵、结垢，分别提出酸洗、碱洗的化学清洗方案，同时也提出清洗效果不佳或设备因泥质或自身情况污堵较为严重时的解决方案，有效保证了设备的正常运行。
56.6)本实用新型提出的等离子体污泥处理设备，以空气作为产生各种强氧化性物质的“原材料”，空气自设备进气口进入反应器，可节约设备运行成本。
57.7)本实用新型提出的等离子体污泥处理设备，采用螺旋形式的导流部件控制污泥流速，增加污泥反应面积和时间，相对于大多已同领域专利中污泥不具备流动性或采用泵吸方式使污泥进行流动，具有处理更加高效、不易堵塞的优点。
58.8)本实用新型提出的等离子体污泥处理设备，底部设置污泥槽而不是直接排出，使污泥及与未被消耗的活性物质，如h2o2、o3、
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oh等，在污泥槽中进一步反应，提升了对污泥的处理效果。
59.9)本实用新型提出的设备采用阻挡介质将电极与污泥隔开，并不直接接触，防止由于污染等原因导致的处理效率下降，有效延长了电极使用寿命。同时介质阻挡放电等离子技术相对于辉光放电和电晕放电技术，具有耗电量较小、噪声小的优点。
60.10)介质阻挡形式的设备更容易根据处理量进行放大，如本实用新型所采用的设备，与之配套的导流部件也可在长度、宽度上按需求进行放大。
61.尽管这里已经参考附图描述了示例实施例，应理解上述示例实施例仅仅是示例性的，并且不意图将本技术的范围限制于此。本领域普通技术人员可以在其中进行各种改变和修改，而不偏离本技术的范围和精神。所有这些改变和修改意在被包括在所附权利要求所要求的本技术的范围之内。