一种利用高压脉冲放电破解剩余污泥的装置及其使用方法.pdf

目前的剩余污泥破解方法存在高能耗、高成本、低破解率的问题，本发明提供了一种利用高压脉冲放电破解剩余污泥的装置及其使用方法，即利用高压脉冲放电产生的瞬间超高温高压形成的冲击波实现高效破解剩余污泥的一种新型装置与技术，属于动植物组织及微生物破碎技术领域。该种装置可以高效的打散剩余污泥中的菌胶团，烧蚀并破碎细菌细胞壁及大分子物质，促使细菌胞内物质流出，大幅度提高剩余污泥的可生物降解性，为大规模高效处理剩余污泥提供了途径。该种装置还可以通过变换不同的工艺参数应用于各个行业的灭菌和组织破碎等过程中，并发挥出很好的效果。

权利要求书
1.  一种利用高压脉冲放电破解剩余污泥的装置，其特征在于，包括耐压容器、 污泥流动管道、放电电极、侧盖和绝缘螺母；所述耐压容器为壳体，并且在耐压 容器上设有污泥流动管道和电极插口；所述放电电极的放电端通过电极插口穿入 容器内；所述绝缘螺母套在电极外部将电极固定在耐压容器上；所述侧盖套在绝 缘螺母外将绝缘螺母固定在耐压容器上。

2.  根据权利要求1所述的一种利用高压脉冲放电破解剩余污泥的装置，其特 征在于，所述耐压容器为球形壳体。

3.  根据权利要求1所述的一种利用高压脉冲放电破解剩余污泥的装置，其特 征在于，所述放电电极个数≥2个，并且电极放电端延长线相交于耐压容器的中心 点。

4.  根据权利要求1所述的一种利用高压脉冲放电破解剩余污泥的装置，其特 征在于，所述电极上设有螺纹或多级环形凹槽。

5.  根据权利要求1所述的一种利用高压脉冲放电破解剩余污泥的装置，其特 征在于，所述装置可以通过污泥流动管道相连接串联成多级装置。

6.  一种利用高压脉冲放电破解剩余污泥的装置的使用方法，其特征在于，包 括如下步骤：
(1)将绝缘螺母套在放电电极上，然后将放电电极的放电端通过电极插口伸 入到耐压容器内部，并通过绝缘螺母将电极固定在耐压容器外表面上；
(2)将侧盖套在绝缘螺母外面，将绝缘螺母固定在侧盖中并压紧在耐压容器 上；
(3)通过绝缘螺母和放电电极上的螺纹或者多级环形凹槽调节电极放电端插 入容器的距离，使电极达到满足冲击波产生的间隙并使电极放电端延长线相交于 耐压容器的中心点；
(4)将大功率高频脉冲电源的接线柱通过电缆分别连接在放电电极上，调整 脉冲电源参数，打开电源开关，控制放电破解时间；
(5)调节进入容器中剩余污泥的流动速度，使其与放电间隔相配合，使流经 该装置的剩余污泥得到相同能量的冲击波，产生爆炸；
(6)将破解后的剩余污泥排出装置。

7.  根据权利要求6所述的一种利用高压脉冲放电破解剩余污泥的装置的使用 方法，其特征在于，步骤(4)所述高频脉冲电源的电压范围为30～50KV；所述放 电时间为1～2s。

8.  根据权利要求6所述的一种利用高压脉冲放电破解剩余污泥的装置的使用 方法，其特征在于，步骤(5)所述的剩余污泥流动速度为使污泥颗粒可经过爆心 范围。

说明书一种利用高压脉冲放电破解剩余污泥的装置及其使用方法
技术领域
本发明属于动植物组织及微生物破碎技术领域，特别涉及一种利用高压脉冲 放电破解剩余污泥的装置及其使用方法。
背景技术
活性污泥法处理城市污水是当今应用最为广泛的污水处理技术，在污水处理 过程中会产生大量的剩余污泥，它含有大量的重金属离子、病原体、有机污染物 等其他有害物质，如果处理不当会给环境带来二次污染。厌氧硝化等微生物处理 剩余污泥技术不仅可以实现剩余污泥的减量化、无害化，而且还能产生大量的生 物气，实现剩余污泥的资源化。但是剩余污泥中细菌的细胞壁在厌氧发酵的环境 下被分解的速度较慢，从而阻碍了细胞内有机物的有效降解，是传统微生物处理 剩余污泥技术的障碍所在。因此，破碎剩余污泥中的细菌，使细菌胞内有机物充 分释放很有必要。
目前的剩余污泥破解方法包括超声波破解法、流体剪切破解法、微波破碎法、 臭氧氧化法、热水解法，以及碱解法结合超声破解或微波照射等。虽然目前的各 种方法各有优势，但共同存在高能耗、高成本、低破解率的问题。
如何提高污泥的破解效果并大幅降低能耗，提高其可生物降解性，并提高生 物气的产量和效率是目前亟待解决的问题。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供了一种利用高压脉冲放电破解剩余污泥的装置 及其使用方法，即利用高压脉冲放电产生的瞬间超高温高压形成的冲击波实现高 效破解剩余污泥的一种新型装置与技术。该种装置可以高效的打散剩余污泥中的 菌胶团，烧蚀并破碎细菌细胞壁及大分子物质，促使细菌胞内物质流出，大幅度 提高剩余污泥的可生物降解性，为大规模高效处理剩余污泥提供了途径。该种装 置还可以通过变换不同的工艺参数应用于各个行业的灭菌和组织破碎等过程中， 并发挥出很好的效果。
一种利用高压脉冲放电破解剩余污泥的装置，包括耐压容器、污泥流动管道、 放电电极、侧盖和绝缘螺母；所述耐压容器为壳体，并且在耐压容器上设有污泥 流动管道和电极插口；所述放电电极的放电端通过电极插口穿入容器内；所述绝 缘螺母套在电极外部将电极固定在耐压容器上；所述侧盖套在绝缘螺母外将绝缘 螺母固定在耐压容器上；所述装置除电极放电部位外，外表面均涂有绝缘材料；
所述放电电极个数较好的为2个及以上，并且电极放电端延长线相交于耐压 容器的中心点上；
所述耐压容器较好的为球形壳体；
所述电极上设有螺纹或多级环形凹槽等调节电极穿入容器长度的结构；
上述装置可以通过污泥流动管道相连接串联成多级装置。
本发明还提供了上述装置的使用方法，包括如下步骤：
1、将绝缘螺母套在放电电极上，然后将放电电极的放电端通过电极插口伸入 到耐压容器内部，并通过绝缘螺母将电极固定在耐压容器外表面上；
2、将侧盖套在绝缘螺母外面，将绝缘螺母固定在侧盖中并压紧在耐压容器上；
3、通过绝缘螺母和放电电极上的螺纹、多级环形凹槽或者通过其他调节电极 穿入容器长度的结构调节放电端插入容器的距离，使两电极达到满足冲击波产生 的间隙并使电极放电端的连线位于耐压容器的中心点上；
4、将大功率高频脉冲电源的接线柱通过电缆分别连接在放电电极上，调整脉 冲电源参数，打开电源开关，控制放电破解时间；
其中，较好的高频脉冲电源的电压范围为30～50KV，放电时间为1～2s；
5、调节进入容器中剩余污泥的流动速度，使其与放电间隔相配合，使流经该 装置的剩余污泥得到相同能量的冲击波，产生爆炸，将剩余污泥中的菌胶团冲散， 细菌细胞壁及大分子物质破碎，细菌胞内物质流出；
其中，较好的剩余污泥流动速度为使污泥颗粒可经过爆心范围，以实现较好 的破解效果；
6、将破解后的剩余污泥排出装置。
本项发明所设计的装置工作原理如下：脉冲电源产生的高频单向脉冲电流通 过电缆作用到放电电极上，当电极间隙达到一定距离时，由于电极之间充满着含 水率较高且带有杂质及大量自由电子的剩余污泥，它们在强大的电场作用下，形 成带正电和负电的粒子(电场强度越大，带电粒子就越多)；当电压达到一定值时， 液体介质被击穿，形成由大量高速运动的正电、负电以及中性粒子组成的放电通 道；同时，通道间带负电的粒子奔向正极，带正电的粒子奔向负极，粒子间相互 撞击，粒子动能转化为热能，使通道瞬间达到极高的温度，液体汽化并伴随高温 向四周扩散，又因为蒸汽体积急剧增大，瞬时产生强烈冲击波向四周传播，即产 生爆炸效应。
脉冲电源在一秒内可以产生数千次甚至数万次的单个脉冲，单个脉冲放电产 生爆炸冲击波效应，放电结束进入脉冲间隔时间后，液体介质逐渐恢复绝缘；当 耐压容器为球形时，放电产生的冲击波在球形容器壁上产生反射，形成二次波， 三次波等，这些波与下一个冲击波形成叠加效应，极大的增强了波的能量；超高 温高压引起的冲击波通过液体介质不断向四周冲击，形成极强的破坏能力；如此 周而复始重复上述过程，剩余污泥中的菌胶团被冲散，细菌细胞壁及大分子物质 被烧蚀并破碎，细菌胞内物质流出，达到破解剩余污泥的目的。
本发明的优点在于：
(1)为了满足冲击波破碎污泥的物理条件，实现高效破解污泥的目的，采用 大功率高压脉冲电源作为能源输出装置，使高压脉冲放电产生的瞬间超高温高压 形成的冲击波具有足够的能量。
(2)为了更好的产生反射波，实现冲击波能量的充分利用，耐压容器采用球 形腔体结构，并且下一次的脉冲放电产生的冲击波与球形容器壁产生的反射波， 形成叠加效应，提高冲击波的破坏能力，加强污泥破解的效果。
(3)为了满足火花放电对电极间隙的要求，及破解不同物质对冲击波能量的 不同需求，实现能量的高效利用，采用电极间隙可调装置和可调式脉冲电源，从 而实现装置产生不同程度的破坏能力。
(4)为了实现节约能源及安全运行的目的，采用紫铜等内阻较小的金属材料 电极，放电电极与绝缘螺母配合，并在装置外表涂大量的绝缘材料，从而保证了 脉冲放电现象只在两电极对应处的间隙产生，既实现了减少能量的耗散又确保了 装置的安全运行。
(5)本发明结构简单，制造成本低廉，安全性高，由于对高频脉冲放电现象 的有效应用，大幅降低了污泥破解的能耗，提高了污泥破解的效果与效率，并提 高了污泥的可生物降解性。
附图说明
图1为本发明装置的主视示意图；
图2为图1沿A-A’方向的剖视图；
其中，1、耐压容器，2、污泥流动管道，3、放电电极，4、侧盖，5、绝缘螺 母；
图3为图2的局部放大图；
图4为本发明装置的立体示意图；
图5为实施例3中装置的剖面示意图。
具体实施方式
实施例1
一种利用高压脉冲放电破解剩余污泥的装置，包括耐压容器1、污泥流动管道 2、放电电极3、侧盖4和绝缘螺母5；所述耐压容器1为壳体，并且在耐压容器1 上对称设有两个污泥流动管道和两个电极插口；所述放电电极3的放电端通过电 极插口穿入容器内；所述绝缘螺母5套在放电电极3外部将电极固定在耐压容器1 上；所述侧盖4套在绝缘螺母5外将螺母固定在耐压容器1上；所述装置除电极 放电部位外，外表面均涂有绝缘材料；
其中，所述耐压容器1为球形壳体结构，容器壁厚≥1cm，球形容器容积为 3～5L，其直径为，所述污泥流动管道2直径为管道长度为H，为3:4， H：为3:4；所述的放电电极3直径为4～6cm，电极由紫铜材料制成，电极上设 有螺纹，两个放电电极3穿入耐压容器1，其放电端的连线位于耐压容器的圆心上； 所述绝缘螺母5与放电电极3通过螺纹连接；侧盖4内设有螺母卡槽，将绝缘螺 母5固定在侧盖内。
实施例2
一种利用高压脉冲放电破解剩余污泥的装置，包括耐压容器1、污泥流动管道 2、放电电极3、侧盖4和绝缘螺母5；所述耐压容器1为壳体，并且在耐压容器1 上对称设有两个污泥流动管道和两个电极插口；所述放电电极3的放电端通过电 极插口穿入容器内；所述绝缘螺母5套在放电电极3外部将电极固定在耐压容器1 上；所述侧盖4套在绝缘螺母5外将螺母固定在耐压容器1上；所述装置除电极 放电部位外，外表面均涂有绝缘材料；
其中，所述耐压容器1为正方形壳体结构，容器壁厚≥1cm，容器容积为3～5L； 所述的放电电极3直径为4～6cm，电极由紫铜材料制成，电极上设有多级环形凹 槽，可以调节电极进入耐压容器1的距离；两个放电电极3穿入耐压1，其放电端 延长线相交于耐压容器1的中心点。
实施例3
根据剩余污泥破解的需要，将装置通过污泥流动管道2连接成多级破解系统， 使剩余污泥达到需要的破解效果。
实施例4
实施例1所述装置的使用方法为：
1、将绝缘螺母5套在放电电极3上，然后将放电电极3的放电端通过电极插 口伸入到耐压容器1内部，并通过绝缘螺母5将电极固定在耐压容器1外表面上；
2、将侧盖4套在绝缘螺母5外面，将绝缘螺母5固定在侧盖4中并压紧在耐 压容器1上；
3、通过绝缘螺母5和放电电极3上的螺纹调节放电端插入容器的距离，使两 电极达到满足冲击波产生的间隙，并使电极放电端的连线位于耐压容器1的中心 点上；
4、将大功率高频脉冲电源的两个接线柱通过电缆分别连接在两个放电电极3 上，调整脉冲电源参数，打开电源开关，控制发电破解时间，较好的高频脉冲电 源的电压范围为30～50KV，放电时间为1～2s；
5、调节流入容器的剩余污泥的流动速度，使其与放电间隔相配合，使流经该 装置的剩余污泥得到相同能量的冲击波，产生爆炸，较好的污泥流动速度为使污 泥颗粒可经过爆心范围，以实现较好的破解效果；由于电极之间充满着含水率较 高且带有杂质及大量自由电子的剩余污泥，它们在强大的电场作用下，形成带正 电和负电的粒子；当电压达到一定值时，液体介质被击穿，形成由大量高速运动 的正电、负电以及中性粒子组成的放电通道；同时，通道间带负电的粒子奔向正 极，带正电的粒子奔向负极，粒子间相互撞击，粒子动能转化为热能，使通道瞬 间达到极高的温度，液体汽化并伴随高温向四周扩散，又因为蒸汽体积急剧增大， 瞬时产生强烈冲击波向四周传播，即产生爆炸效应；
脉冲电源在一秒内可以产生数千次甚至数万次的单个脉冲，单个脉冲放电产 生爆炸冲击波效应，放电结束进入脉冲间隔时间后，液体介质逐渐恢复绝缘；于 此同时，放电产生的冲击波在球形容器壁上产生反射，形成二次波，三次波等， 这些波与下一个冲击波形成叠加效应，极大的增强了波的能量；超高温高压引起 的冲击波通过液体介质不断向四周冲击，形成极强的破坏能力；如此周而复始重 复上述过程，剩余污泥中的菌胶团被冲散，细菌细胞壁及大分子物质被烧蚀并破 碎，细菌胞内物质流出，达到破解剩余污泥的目的；
6、将破解后的剩余污泥排出装置。