一种基于碱热水解机械分离萃取污泥处理的控制方法及系统与流程

1.本发明涉及污泥处理技术领域，尤其涉及一种基于碱热水解机械分离萃取污泥处理的控制方法及系统。


背景技术：

2.当前，城市污泥无害化处置率要求达到90%以上，污泥满足含水率小于60%，处理之后的肥料或土壤改良剂，用于国土绿化、园林建设、废弃矿场及非农用的盐碱地和沙化地，积极采用好氧发酵等堆肥工艺，回收利用污泥中氮磷等营养物质。
3.未经处理的污泥含有大量有机物、致病菌及重金属等有毒有害的非均质体。其中，未处理的污泥组成中的胞外聚合物（eps）对污泥脱水性能影响很大。eps主要由蛋白质、多糖、腐殖质、核酸及脂类等不同的大分子物质构成，这些物质分布在细胞外和微生物聚集体内部，与细胞黏附形成巨大发网状结构，包括大量水分，使得污泥难以脱水。
4.研究人员针对未处理污泥的特点，致力于采用一定的污泥稳定化工艺来使污泥中的有机物达到稳定化状态。但在稳定化工艺之前需要通过污泥预处理技术，破坏污泥的絮体和细胞结构，释放出细胞内物质。
5.当前，有采用碱热处理作为污泥的预处理技术。如专利cn112830644a公开了活性污泥生物质分离的方法及系统和应用，其中方法包括：将碱性浓浆和待处理的活性污泥进行预先混合后，泵送到反应釜中，在高速剪切的搅拌条件下高温反应。该方法有效地对碱性浓浆和活性污泥进行混合和搅拌，加快活性污泥中的生物质破碎，而且预先混合使得反应物充分混合，从源头上降低了碱性浓浆的应用，使得泥饼和滤液中的碱性浓浆减少，扩大了泥饼的用途和避免了ph过高的滤液对植物的伤害；而且本发明通过高速剪切的方式对反应物中生物质进行切割，加快生物质破碎，从而释放出大量生物质内部的蛋白质组分，提高了最终产物分离出的滤液中氮的含量，进一步加快了反应速度，缩短了反应时间，节约了大量资源。
6.但是，现有技术在进行预处理时，处理温度高，也预处理过程中不能进行实时调控，导致能耗较高，且快速降温不易控制。
7.因此，满足污泥含水率指标的情况下，如何对污泥预处理的工艺精准调控，提升污泥预处理效率，节省污泥预处理的成本，以实现降低预处理能耗是本领域技术人员亟待解决的问题。


技术实现要素：

8.针对上述现有技术中存在的缺陷，本发明提供了一种基于碱热水解机械分离萃取污泥处理的控制方法及系统，脱水污泥与含ca
2+
螯合剂在碱性环境下混合后先进行预加热蓄能，之后进行碱热水解机械分离，污泥的絮体和细胞结构同时破碎，ca
2+
会与污泥中物质形成沉淀物，释放吸附的游离水，最大程度实现污泥的离心脱水。在满足污泥含水率指标的情况下，在合理区间的ph值、压力及温度下，对碱热机械中搅拌的速度及时间进行精准协同
控制，提升污泥预处理效率，节省污泥预处理的成本，实现降低预处理能耗。
9.第一方面，本发明提供一种基于碱热水解机械分离萃取污泥处理的控制方法，包括如下步骤：（1）将含水率80%以上的脱水污泥过滤，之后与设定比例的含ca
2+
螯合剂进行预混，形成ph值为9-9.5的预混污泥；（2）将预混污泥进行二次混合及预加热蓄能，形成螯合型复合污泥，螯合型复合污泥的温度不低于60℃；（3）螯合型复合污泥进入碱热机械装置中进行旋转剪切反应，控制碱热机械装置内螯合型复合污泥的转速，螯合型复合污泥在旋转剪切反应中温度逐渐升高，形成高温螯合污泥，形成的高温螯合污泥的温度为80℃-90℃，之后，高温螯合污泥继续进行1h-1.5h的旋转剪切反应，形成预处理污泥；其中，碱热机械装置包括立式搅拌釜及温控组件，立式搅拌釜内设置锚搅拌轴及压力变送器，锚搅拌轴的轴向布置多个桨叶片且桨叶片呈楔形；（4）预处理污泥进行换热冷却，并在添加弱酸后进行深度处理，将有机物与无机物分离萃取，分离后含无机物的污泥含水率小于50%。
10.在ph为9-9.5的碱性环境中，可以使得污泥的絮体和细胞结构同时破碎，同时结合螯合剂中的ca
2+
，破裂后污泥中物质会形成沉淀物，且沉淀物之间存在吸附桥架作用，这些都会阻碍游离水的吸附，易于深度处理阶段的离心脱水。
11.螯合型复合污泥进入碱热机械装置，不断调整锚搅拌轴的转速，对污泥进行旋转剪切，旋转剪切提供温度能量，污泥的温度会逐渐上升，形成高温污泥，在80℃-90℃的转速下污泥在流体切力和瞬间的冲击力下破坏脱水污泥的菌胶团及微生物，既达到深度处理前预处理的效果，又节约能耗。
12.进一步的，含ca
2+
螯合剂中ca
2+
占预混污泥的质量百分比为5wt%-10wt%。
13.进一步的，预混的压力为0.5mpa-1mpa，二次混合的压力为0.4mpa-0.5mpa，螯合型复合污泥的温度为60℃-70℃，碱热机械装置的运行压力为0.2mpa-0.4mpa。
14.进一步的，碱热机械装置中进行旋转剪切反应包括第一阶段、第二阶段及第三阶段；第一阶段中锚搅拌轴的转速从0rpm达到临界转速，转速的变化呈线性，其中，临界转速为设定转速变化率下立式搅拌釜内螯合型复合污泥达到预设最大填充率时的锚搅拌轴转速；第二阶段中锚搅拌轴的转速由临界转速达到预设最大转速，转速的变化呈台阶递增，螯合型复合污泥在锚搅拌轴的转速为预设最大转速时形成高温螯合污泥；第三阶段中锚搅拌轴的转速由预设最大转速降至0rpm，转速的变化呈线性。
15.进一步的，第三阶段中锚搅拌轴的转速的降速幅度为第一阶段中锚搅拌轴的转速的升速幅度的3-5倍。
16.进一步的，螯合型复合污泥的质量以及温度与高温螯合污泥的平均温度、碱热机械装置内总热量之间关系为：
其中，为锚搅拌轴旋转做功，为旋转剪切做功转化为热能的热损失系数，为污泥在碱热机械装置中的所需热量，为螯合型复合污泥和高温螯合污泥的比热，m1为进入碱热机械装置的螯合型复合污泥的质量，t2为高温螯合污泥的平均温度，t1为螯合型复合污泥的进入温度，为预处理污泥与螯合型复合污泥的质量差，为水的比热，t3为旋转剪切反应中工作压力下水汽蒸发的温度，为旋转剪切反应中工作压力下水分汽化潜热。
17.进一步的，在碱热机械装置中，螯合型复合污泥和高温螯合污泥的旋转剪切反应形成的热量与时间、锚搅拌轴旋转速度之间的关系为：其中，为锚搅拌轴旋转中的阻力系数，为螯合型复合污泥及高温螯合污泥的密度，为桨叶片的数量，b为单片桨叶片的高度，为立式搅拌釜的轴中心至桨叶片外边缘的距离，为立式搅拌釜的轴中心至桨叶片内边缘的距离，t1为第一阶段的时间，t2为第二阶段的时间，为第二阶段中某个转速台阶值下的时间，为第二阶段中某个转速台阶的转速，t3为第三阶段的时间，为临界速度，n2为预设最大转速，为立式搅拌釜内螯合型复合污泥及高温螯合污泥的填充率。
18.进一步的，在碱热机械装置中，螯合型复合污泥和高温螯合污泥的旋转剪切反应的温度、时间与预混污泥的ph值之间的关系为：其中，为预处理污泥与螯合型复合污泥的总蛋白质含量差值，为第一阶段平均温度的权重系数，为第一阶段的平均温度，β为ph值的权重系数，为碱性离子的浓度，为第一阶段处理时间的权重系数，t1为第一阶段的时间，为第二阶段平均温度的权重系数，为第二阶段的平均温度，为第二阶段处理时间的权重系数，t2为第二阶段的时间，为第三阶段平均温度的权重系数，为第三阶段的平均温度，为第
三阶段处理时间的权重系数，t3为第三阶段的时间。
19.进一步的，换热冷却的温度不高于50℃，深度处理的压力为0.4-0.6mpa，深度处理时间为1.5h-3h，深度处理后分离萃取的含有机物溶液的ph为7.2-7.8。
20.第二方面，本发明还提供一种基于碱热水解机械分离萃取污泥处理的控制系统，采用如上述的基于碱热水解机械分离萃取污泥处理的控制方法，包括控制组件以及依次连接的预混装置、迷宫混合器、碱热机械装置以及换热和深度脱水装置；其中，预混装置将含水率80%以上的脱水污泥过滤，之后与设定比例的含ca
2+
螯合剂进行预混，形成ph值为9-9.5的预混污泥；迷宫混合器，将预混污泥进行二次混合及预加热蓄能，形成螯合型复合污泥，螯合型复合污泥的温度不低于60℃；碱热机械装置，将螯合型复合污泥旋转剪切反应，反应中温度逐渐升高，形成高温螯合污泥，形成的高温螯合污泥的温度为80℃-90℃，之后，高温螯合污泥继续进行1h-1.5h的旋转剪切反应，形成预处理污泥；换热和深度脱水装置，将预处理污泥进行换热冷却并在添加弱酸后进行深度处理，将有机物与无机物分离萃取，分离后含无机物的污泥含水率小于50%；控制组件，与预混装置、迷宫混合器、碱热机械装置以及换热和深度脱水装置电路连接并调控污泥处理中的参数。
21.本发明提供的一种基于碱热水解机械分离萃取污泥处理的控制方法及系统，至少包括如下有益效果：（1）脱水污泥与含ca
2+
螯合剂在碱性环境下混合后先进行预加热蓄能，之后进行碱热水解机械分离，污泥的絮体和细胞结构同时破碎，ca
2+
会与污泥中物质形成沉淀物，释放吸附的游离水，最大程度实现污泥的离心脱水。
22.（2）在满足污泥含水率指标的情况下，在合理区间的ph值、压力及温度下，对碱热机械中搅拌的速度及时间进行精准协同控制，提升污泥预处理效率，节省污泥预处理的成本，实现降低预处理能耗。
23.（3）螯合型复合污泥进入碱热机械装置，不断调整锚搅拌轴的转速，对污泥进行旋转剪切，旋转剪切提供温度能量，污泥的温度会逐渐上升，形成高温污泥，在80℃-90℃的转速下污泥在流体切力和瞬间的冲击力下破坏脱水污泥的菌胶团及微生物，既达到深度处理前预处理的效果，又节约能耗。
附图说明
24.图1为本发明提供的一种基于碱热水解机械分离萃取污泥处理的控制方法的流程示意图；图2为本发明提供的一种立式搅拌釜的结构示意图；图3为本发明提供的一种基于碱热水解机械分离萃取污泥处理的控制系统的结构示意图。
25.附图标记说明：1-锚搅拌轴，2-桨叶片。
具体实施方式
26.为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案做详细的说明。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。
27.在本发明实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本发明。在本发明实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义，“多种”一般包含至少两种。
28.还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的商品或者装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种商品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的商品或者装置中还存在另外的相同要素。
29.如图3所示，本发明提供一种基于碱热水解机械分离萃取污泥处理的控制系统，控制系统包括控制组件以及依次连接的预混装置、迷宫混合器、碱热机械装置以及换热和深度脱水装置；其中，预混装置将含水率80%以上的脱水污泥过滤，之后与设定比例的含ca
2+
螯合剂进行预混，形成ph值为9-9.5的预混污泥；迷宫混合器，将预混污泥进行二次混合及预加热蓄能，形成螯合型复合污泥，螯合型复合污泥的温度不低于60℃；碱热机械装置，将螯合型复合污泥旋转剪切反应，反应中温度逐渐升高，形成高温螯合污泥，形成的高温螯合污泥的温度为80℃-90℃，之后，高温螯合污泥继续进行1h-1.5h的旋转剪切反应，形成预处理污泥；换热和深度脱水装置，将预处理污泥进行换热冷却，并在添加弱酸后进行深度处理，将有机物与无机物分离萃取，分离后含无机物的污泥含水率小于50%；控制组件，与预混装置、迷宫混合器、碱热机械装置以及换热和深度脱水装置电路连接并调控污泥处理中的参数。
30.如图1所示，采用如图3所示基于碱热水解机械分离萃取污泥处理的控制系统的控制方法，包括如下步骤：（1）将含水率80%以上的脱水污泥过滤，之后与设定比例的含ca
2+
螯合剂进行预混，形成ph值为9-9.5的预混污泥；（2）将预混污泥进行二次混合及预加热蓄能，形成螯合型复合污泥，螯合型复合污泥的温度不低于60℃；（3）螯合型复合污泥进入碱热机械装置中进行旋转剪切反应，控制碱热机械装置内螯合型复合污泥的转速，螯合型复合污泥在旋转剪切反应中温度逐渐升高，形成高温螯合污泥，形成的高温螯合污泥的温度为80℃-90℃，之后，高温螯合污泥继续进行1h-1.5h的旋转剪切反应，形成预处理污泥；（4）预处理污泥进行换热冷却，并在添加弱酸后进行深度处理，将有机物与无机物分离萃取，分离后含无机物的污泥含水率小于50%。
31.其中，碱热机械装置包括立式搅拌釜及温控组件。如图2所示，立式搅拌釜内设置锚搅拌轴1及压力变送器，锚搅拌轴的轴向布置多个桨叶片2且桨叶片2呈楔形。
32.在ph为9-9.5的碱性环境中，可以使得污泥的絮体和细胞结构同时破碎，同时结合螯合剂中的ca
2+
，破裂后污泥中物质会形成沉淀物，且沉淀物之间存在吸附桥架作用，这些都会阻碍游离水的吸附，易于深度处理阶段的离心脱水。
33.螯合型复合污泥进入碱热机械装置，不断调整锚搅拌轴的转速，对污泥进行旋转剪切，旋转剪切提供温度能量，污泥的温度会逐渐上升，形成高温污泥，在80℃-90℃的转速下污泥在流体切力和瞬间的冲击力下破坏脱水污泥的菌胶团及微生物，既达到深度处理前预处理的效果，又节约能耗。
34.其中，含ca
2+
螯合剂中ca
2+
占预混污泥的质量百分比为5wt%-10wt%，选用的螯合剂呈弱碱性，含水率高于80%的脱水污泥与弱碱螯合剂预混后，形成ph值为9-9.5的预混污泥。螯合剂的种类可以是有机类螯合剂，也可以是无机类螯合剂，在此不做具体的限定。含ca
2+
螯合剂能捕获污泥中的重金属离子，结合ca
2+
能有效的破碎絮体和细胞结构。
35.其中，预混的压力为0.5mpa-1mpa，二次混合的压力为0.4mpa-0.5mpa，螯合型复合污泥的温度为60℃-70℃，碱热机械装置的运行压力为0.2mpa-0.4mpa。
36.换热冷却的温度不高于50℃，深度处理的压力为0.4mpa-0.6mpa，深度处理时间为1.5h-3h，深度处理后分离萃取的含有机物溶液的ph为7.2-7.8。
37.换热冷却装置的结构在此不做具体的限定，保证从碱热机械装置中出来的预处理污泥经过换热冷却装置后，温度下降到50℃以下。深度脱水装置可以选用污泥板框压滤系统以及滤液贮存及蛋白提取浓缩系统，将有机物与无机物进行分离萃取，最终使得分离后含无机物的污泥含水率小于50%。在本发明中，压滤、滤液贮存及蛋白提取的工艺参数取值范围，能保证碱热水解机械分离所释放出来的胞内物质得到有效的萃取，同时使得最终处理后污泥的含水率低于50%。
38.螯合型复合污泥进入碱热机械装置中，进行旋转剪切反应包括第一阶段、第二阶段及第三阶段；第一阶段中锚搅拌轴的转速从0rpm达到临界转速，转速的变化呈线性，其中，临界转速为设定转速变化率下立式搅拌釜内螯合型复合污泥达到预设最大填充率时的锚搅拌轴转速；第二阶段中锚搅拌轴的转速由临界转速达到预设最大转速，转速的变化呈台阶递增，螯合型复合污泥在锚搅拌轴的转速为预设最大转速时形成高温螯合污泥；第三阶段中锚搅拌轴的转速由预设最大转速降至0rpm，转速的变化呈线性。
39.其中，第三阶段中锚搅拌轴的转速的降速幅度为第一阶段中锚搅拌轴的转速的升速幅度的3-5倍。
40.实施例1：本实施例1中，将含水率85%的某城市污泥先进行过滤，之后与ca
2+
质量百分比为7wt%的硅酸盐螯合剂进行预混，预混的压力为0.6mpa，预混后形成的预混污泥ph值为9；预混污泥经过二次混合及预加热蓄能后形成螯合型复合污泥，二次混合的压力为0.4mpa，螯合型复合污泥的温度为60℃。
41.螯合型复合污泥进入碱热机械装置中进行旋转剪切反应，碱热机械装置的压力设
定为0.3mpa，第一阶段锚搅拌轴的转速从0rpm达到临界转速300rpm，第二阶段锚搅拌轴的转速从300rpm升至500rpm，并在500rpm保持一定时间，继而经过800rpm，最终到达1000rpm，在1000rpm转速下螯合型复合污泥形成高温螯合污泥，高温螯合污泥的温度为80℃，继续进行1h的旋转剪切反应后，第三阶段中迅速降低锚搅拌轴的转速，锚搅拌轴的转速的降速幅度为第一阶段中锚搅拌轴的转速的升速幅度的5倍，从1000rpm降至0rpm，形成预处理污泥。
42.之后进行换热冷却，温度降至45℃，添加酸性组分将污泥的ph降至7.5，进行有机物与无机物的分离萃取，深度处理的压力为0.5mpa，处理时间2h，最终污泥含水率40%。
43.实施例2：本实施例2在实施例1的基础上，ca
2+
质量百分比为5wt%，预混的压力为0.5mpa，预混后形成的预混污泥ph值为9，二次混合的压力为0.4mpa，螯合型复合污泥的温度为60℃。
44.第三阶段中迅速降低锚搅拌轴的转速，锚搅拌轴的转速的降速幅度为第一阶段中锚搅拌轴的转速的升速幅度的3倍，从1000rpm降至0rpm，形成预处理污泥。
45.之后进行换热冷却，温度降至45℃，添加酸性组分将污泥的ph降至7.2，进行有机物与无机物的分离萃取，深度处理的压力为0.5mpa，处理时间2h，最终污泥含水率45%。
46.实施例3：本实施例3在实施例1的基础上，ca
2+
质量百分比为10wt%，预混的压力为1mpa，预混后形成的预混污泥ph值为9.5，二次混合的压力为0.5mpa，螯合型复合污泥的温度为70℃。
47.高温螯合污泥的温度为90℃，第三阶段中迅速降低锚搅拌轴的转速，锚搅拌轴的转速的降速幅度为第一阶段中锚搅拌轴的转速的升速幅度的5倍，从1000rpm降至0rpm，形成预处理污泥。
48.之后进行换热冷却，温度降至45℃，添加酸性组分将污泥的ph降至7.2，进行有机物与无机物的分离萃取，深度处理的压力为0.6mpa，处理时间3h，最终污泥含水率37%。
49.对比例1：本对比例1在实施例1的基础上，螯合型复合污泥进入碱热机械装置中进行旋转剪切反应，第一阶段锚搅拌轴的转速从0rpm达到临界转速300rpm，第二阶段锚搅拌轴的转速从300rpm升至500rpm，并在500rpm保持一定时间，继而经过800rpm，最终到达1000rpm，在1000rpm转速下螯合型复合污泥形成高温螯合污泥，高温螯合污泥的温度为80℃，继续进行1h的旋转剪切反应后，第三阶段中迅速降低锚搅拌轴的转速，锚搅拌轴的转速的降速幅度与第一阶段中锚搅拌轴的转速的升速幅度一致，从1000rpm降至0rpm，形成预处理污泥。最终污泥含水率52%。
50.对比例2：本对比例2在实施例1的基础上，螯合型复合污泥进入碱热机械装置中进行旋转剪切反应，锚搅拌轴的转速从0rpm直接呈线性趋势升至1000rpm，在1000rpm转速下螯合型复合污泥形成高温螯合污泥，高温螯合污泥的温度为80℃，继续进行1h的旋转剪切反应后，降低锚搅拌轴的转速，锚搅拌轴的转速的降速幅度与锚搅拌轴的转速的升速幅度一致，从1000rpm降至0rpm，形成预处理污泥。最终污泥含水率60%。
51.通过对比例1、2及实施例1的比较，螯合型复合污泥及高温螯合污泥在旋转剪切反应过程中，对转速、时间的调控，会影响最终污泥的含水率。临界转速到预设最大转速过程中，采用台阶梯度方式，能更有效的实现对污泥絮体和细胞结构的破解。同时，转速下降的
速率越快，污泥的破解效果越好。
52.针对碱热机械装置中，污泥的参数之间控制，具体可以包括：螯合型复合污泥的质量以及温度与高温螯合污泥的平均温度、碱热机械装置内总热量之间关系为：热量之间关系为：其中，为锚搅拌轴旋转做功，为旋转剪切做功转化为热能的热损失系数，为污泥在碱热机械装置中的所需热量，为螯合型复合污泥和高温螯合污泥的比热，m1为进入碱热机械装置的螯合型复合污泥的质量，t2为高温螯合污泥的平均温度，t1为螯合型复合污泥的进入温度，为预处理污泥与螯合型复合污泥的质量差，为水的比热，t3为旋转剪切反应中工作压力下水汽蒸发的温度，为旋转剪切反应中工作压力下水分汽化潜热。
53.不同类型、不同含水率的污泥的热损失系数都不相同，应用到具体场景时，的数值可以通过之前实验积累的经验数值获得。在实际的碱热处理中，螯合型复合污泥和高温螯合污泥的比热会存在细微的差异，但是该差异可以忽略，因而，采用同时作为螯合型复合污泥和高温螯合污泥的比热。螯合型复合污泥在旋转剪切过程中形成高温螯合污泥，高温螯合污泥的温度也不是恒定的，会存在一定的数值波动，在此选取平均温度数值t2。碱热机械装置的运行压力为0.2mpa-0.4mpa，高温螯合污泥的温度为80℃-90℃，在此温度和压力下，高温螯合污泥不会出现沸腾的情形，但也会存在污泥中的水由液态转为气态的过程，因而，也要基于旋转剪切反应中工作压力下水汽蒸发的温度t3、预处理污泥与螯合型复合污泥的质量差以及旋转剪切反应中工作压力下水分汽化潜热，考虑该部分的热量损耗。
54.结合图2中立体搅拌釜的结构，在碱热机械装置中，螯合型复合污泥和高温螯合污泥的旋转剪切反应形成的热量与时间、锚搅拌轴旋转速度之间的关系为：其中，为锚搅拌轴旋转中的阻力系数，为螯合型复合污泥及高温螯合污泥的密度，为桨叶片的数量，b为单片桨叶片的高度，为立式搅拌釜的轴中心至桨叶片外边缘的距离，为立式搅拌釜的轴中心至桨叶片内边缘的距离，t1为第一阶段的时间，t2为第二
阶段的时间，为第二阶段中某个转速台阶值下的时间，为第二阶段中某个转速台阶的转速，t3为第三阶段的时间，为临界速度，n2为预设最大转速，为立式搅拌釜内螯合型复合污泥及高温螯合污泥的填充率。
55.搅拌功率的影响因素有很多，归纳起来包括搅拌结构的几何参数、操作参数以及搅拌物料的物性参数等。在分析搅拌功率的过程中，为简化分析过程，对一些相对的参数进行近似、组合等，同时结合经验及实验数据，给出锚搅拌轴搅拌做功与锚搅拌轴自身的几何参数（如桨叶片的数量、单片桨叶片的高度、轴中心到桨叶片内外边缘的距离）、操作参数（如第一、二、三的阶段时间、临界速度、转速、物料填充率）以及物料参数（如阻力系数、污泥密度）等量纲分析的公式关系。同时，处理的物料质量也会影响到锚搅拌轴自身的几何参数。因此，在考虑搅拌功的同时，也应满足锚搅拌轴自身几何参数与处理污泥质量的关系。
56.其中，给出处理的具体场景中的污泥以及图2中的立体搅拌釜的结构后，锚搅拌轴自身的几何参数以及物料参数均已确定。基于以上公式，可以在操作参数之间进行控制调整。比如，确定质量的污泥进行碱热处理时，在给出第一、二、三的阶段时间与相对应转速之间的关系后，调整每个阶段的时间，就需要调整相应的转速数值。在对应的关系公式下，可以选择能耗较小、实验效果符合要求的工艺，从而实现对碱热处理过程的精准有效控制。
57.碱热水解机械处理过程中，污泥在高温热水解和高速机械旋转的共同作用下得以充分反应，可以使得污泥内部细胞和细胞外物质解体和破碎，将微生物胞外聚合物（eps）内部的大量蛋白、多糖、肽等高价值物质进行剥离和溶析，极大改善了污泥的内部结构，便利后续的深度处理环节。
58.以上考虑搅拌功传热后，为确定碱热水解机械处理过程中化学因素的影响，采集如温度、ph值以及时间等参数，对碱热水解处理前后总蛋白的数据进行量纲分析。在碱热机械装置中，螯合型复合污泥和高温螯合污泥的旋转剪切反应的温度、时间与预混污泥的ph值之间的关系为：其中，为预处理污泥与螯合型复合污泥的总蛋白质含量差值，为第一阶段平均温度的权重系数，为第一阶段的平均温度，β为ph值的权重系数，为碱性离子的浓度，为第一阶段处理时间的权重系数，t1为第一阶段的时间，为第二阶段平均温度的权重系数，为第二阶段的平均温度，为第二阶段处理时间的权重系数，t2为第二阶段的时间，为第三阶段平均温度的权重系数，为第三阶段的平均温度，为第三阶段处理时间的权重系数，t3为第三阶段的时间。
59.碱性离子浓度、不同阶段的温度及时间所对应的权重系数，可以通过计算或者历史实验数据计算获得，且权重系数的大小会因为应用场景的差异有所区别，在此不做具体
的限定。在给出温度、时间及ph值对总蛋白质含量的影响后，可以在确定总蛋白质含量或者含量范围的基础上，实现针对温度、时间及ph值的调控。
60.尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。