CN105541060A

CN105541060A - 超声空化等离子体污泥无害化装置及方法

Info

Publication number: CN105541060A
Application number: CN201510940788.9A
Authority: CN
Inventors: 赵赫; 李芳�
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2015-12-16
Filing date: 2015-12-16
Publication date: 2016-05-04

Abstract

本发明涉及一种超声空化等离子体污泥无害化装置及方法，所述装置包括反应器（6），所述反应器（6）顶部设置有料斗（1），所述料斗（1）与反应器（6）之间设置有进料阀（3），所述反应器（6）底部设置有放料阀（7），所述反应器（6）中心通过支撑架（9）设置有等离子体发生器（8），所述反应器（6）内壁上均匀设置有多个超声空化器件（5）。本发明一种超声空化等离子体污泥无害化装置及方法，具有高效、洁净、方便、经济等特点；超声空化等离子体进行污泥处理，不需要其他任何辅助材料和添加剂，包容性好，灭菌彻底，同时还有很强的除霉、腥、臭等异味的功能；实现污泥处理，不存在任何残留物，没有二次污染问题。

Description

超声空化等离子体污泥无害化装置及方法

技术领域

本发明涉及一种超声空化等离子体污泥无害化装置及方法，特别适用于生活污水产生的污泥等。

背景技术

随着社会、经济的不断发展和城市化进程的加快，污水处理量日益增加，在污水处理过程中产生的大量污泥已成为污水处理厂的沉重负担。

现污泥处置方法主要有制肥、填埋和焚烧等方法。制肥会污染土壤，造成大面积公害，其使用已在不同的国家得到限制或禁止。填埋会侵占大量土地，防渗不当会导致土壤和地下水的大面积污染。目前，焚烧的污泥量正大幅度增加。焚烧能杀死病原体，可最大限度地减少污泥的固体量，但投资大，处理费用高，每焚烧1吨污泥就会产生4000—7000立方米的废气，焚烧会产生二噁英等剧毒物质。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术提供一种超声空化等离子体污泥无害化装置及方法，具有高效洁净、方便经济、不需要其他任何辅助材料和添加剂、灭菌彻底，同进还有很强的除霉、腥、臭等异味等功能；另外具有技术构成简单，投资小、处理效果好、管理维护方便和易于推广的特点。

本发明解决上述问题所采用的技术方案为：一种超声空化等离子体污泥无害化装置，它包括反应器，所述反应器顶部设置有料斗，所述料斗与反应器之间设置有进料阀，所述反应器底部设置有放料阀，所述反应器中心通过支撑架设置有等离子体发生器，所述反应器内壁上均匀设置有多个超声空化器件。

一种超声空化等离子体污泥无害化方法，将需处理的污泥在金属分离后进行破碎，破碎后的污泥进入超声空化等离子体污泥无害化装置进行无害化处理，作用一定的时间达到处理效果后即可对处理后的污泥进行脱水，脱水后的水体作为工作过程需要用水的回用，再次进入超声空化等离子体污泥无害化装置作为补充水使用，多余的排出***外进行另外利用，脱水后的干物料作为资源化处理与利用的原料，在下一流程中进行深度处理和资源化产品生产。

所述超声空化等离子体污泥无害化装置，它包括反应器，所述反应器顶部设置有料斗，所述料斗与反应器之间设置有进料阀，所述反应器底部设置有放料阀，所述反应器中心通过支撑架设置有等离子体发生器，所述反应器内壁上均匀设置有多个超声空化器件，待处理的污泥在料斗中受进料阀的控制进入反应器中，进入反应器的物料分别受超声空化器件和等离子体发生器的共同作用，经过一段时间的作用后达到无害化的要求，将物料通过放料阀排出反应器外。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

本发明一种超声空化等离子体污泥无害化装置及方法，具有高效、洁净、方便、经济等特点；超声空化等离子体进行污泥处理，不需要其他任何辅助材料和添加剂，包容性好，灭菌彻底，同时还有很强的除霉、腥、臭等异味的功能；实现污泥处理，不存在任何残留物，没有二次污染问题；具有技术构成简单，投资小、处理效果好、管理维护方便和易于推广的特点。

附图说明

图1为本发明一种超声空化等离子体污泥无害化装置的结构示意图。

图2为本发明一种超声空化等离子体污泥无害化方法的工作流程示意图。

其中：

料斗1

破碎后的污泥2

进料阀3

物料4

超声空化器件5

反应器6

放料阀7

等离子体发生器8

支撑架9。

具体实施方式

以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。

如图1所示，本实施例中的一种超声空化等离子体污泥无害化装置，它包括反应器6，所述反应器6顶部设置有料斗1，所述料斗1与反应器6之间设置有进料阀3，所述反应器6底部设置有放料阀7，所述反应器6中心通过支撑架9设置有等离子体发生器8，所述反应器6内壁上均匀设置有多个超声空化器件5。

一种超声空化等离子体污泥无害化方法如下：将需处理的污泥在金属分离后进行破碎，破碎后的污泥进入超声空化等离子体污泥无害化装置进行无害化处理，作用一定的时间达到处理效果后即可对处理后的污泥进行脱水，脱水后的水体作为工作过程需要用水的回用，再次进入超声空化等离子体污泥无害化装置作为补充水使用，多余的排出***外进行另外利用，脱水后的干物料作为资源化处理与利用的原料，在下一流程中进行深度处理和资源化产品生产。

所述超声空化等离子体污泥无害化装置，它包括反应器6，所述反应器6顶部设置有料斗1，所述料斗1与反应器6之间设置有进料阀3，所述反应器6底部设置有放料阀7，所述反应器6中心通过支撑架9设置有等离子体发生器8，所述反应器6内壁上均匀设置有多个超声空化器件5，破碎后的污泥2在料斗1中受进料阀3的控制进入反应器6中，进入反应器6的物料4分别受超声空化器件5和等离子体发生器8的共同作用，经过一段时间的作用后达到无害化的要求，将物料4通过放料阀7排出反应器6外。

本发明对污泥进行超声空化的同时作用等离子体，如果需保持处理污泥的水固率，即水量和固体量之比称水固比，水固比的要求是保证固体污泥能保持松散并完全饱和的浸透于水中。

等离子体具有较高的热动能，作用与污泥中电极间的放电会产生多种活性自由基和生态氧，活性自由基辅以等离子体放电时产生的紫外线能在瞬间击穿，并出现刻蚀、氧化微生物中的蛋白质和核酸物质，其灭活的过程即实现灭菌的目标杀菌快速彻底，对污泥中的大肠杆菌、金黄色葡萄球菌、白色念珠菌杀灭率达99%以上。生态氧能以很快的速度将多种异味气体分解或还原为低分子无害物质，如对氨气、硫化氢等浓度显著下降。

超声空化振动频率在2万次/s，对于污泥中的水体而言，共振气泡的半径与声波的共振频率在超声场的作用下产生振动、生长和崩溃。气泡的闭合和崩溃类似于一个微空间的***过程，会在***的瞬间产生一个强压力脉冲，脉冲的持续时间仅为几微秒，在崩溃点形成局部热点，热点的局部温度很高，远超过水体的气化温度，同时会产生5×104kPa的脉冲压力，由此产生的冲击波时速达400km以上，在等离子体高压放电、发光条件下，能有效地把水体中的有毒有害物质的分子链打断。

单纯的超声空化，主要出现的是稳态空化，而等离子体放电环境下的超声空化，会出现强烈的瞬态空化。瞬态空化表现为在一个或几个声波周期内，负压相时空泡会迅速产生、增大，到正压相时空化泡快速收缩并崩溃。区别于单纯超声空化的稳态空化而言，瞬态空化具有更为扩大的气泡，瞬态气泡的存在和崩溃时间更短，出现更为快速和强烈的微***现象。就本质而言，稳态空化的气泡周期长，发生气体质量扩散的能量级较小，通常为有序的定向扩散。而等离子体环境下的超声空化，高发态的瞬态空化表现出周期短，爆发力强，在泡壁的界面上得到更为强烈更为猛烈的液体，在宏观上表现为污泥中的水和油的液面以上出现大量雾和气混合体，液面以下出现油和水的乳化现象。瞬态空化与稳态空化相比，气泡崩溃产生的局部高温更为突出，这是瞬态空化和稳态空化的最大区别。

单一的超声空化或单纯的等离子体作用于污泥，均存在作用单一、效果有限的情况，特别是等离子体法，由于作用范围仅限于放电电板间的效果，作用空间有限，不能作上污泥的工程上规模应用，而且会有工作死区。

超声空化等离子体作用于污泥，具有以下有益的效果：冲击波效应、热力效应、微射流效应、电离效应、臭氧发生效应、声场联合到光效应、紫外线效应、羟基自由基发生效应、电场致磁化效应、场致涡流效应等。

上述效果作用于污泥，会引起其中的聚合物活化，反应界面增大，涡流效应产生的传质和传热发生微萃取、乳化与破乳效果；对于垃圾中的油水交融、油包杂质的分离、重质物下沉轻质物上浮，省去了化学破膜、絮凝剂等添加剂的使用，免去了二次污染；羟基自由基、臭氧、紫外线等联合作用，产生了强烈的灭菌效果；活化效应作用后，空化气泡内的高温分解、化学键断裂、自由基反应等促成了有机物和有毒物质的分解；等离子体的放电可有效去除污泥中的臭味。

试验数据表明：在超声空化等离子体状态下，用600W，30kHz超声电源和相应的换能器，500W介质阻档放电作用于污泥5min，能将混入污泥中的聚乙烯膜中的添加剂分解出来。去除添加剂的聚乙烯膜在分离出污泥后可制成高性能的高孔隙率、低电阻率的聚乙烯电池隔板。经超声空化等离子体作用后的污泥，脱水后再进行油水分离，其油质透明、无杂物、无异味，后期资源化利用极为方便。经超声空化等离子体作用后污泥脱出的水，清彻、无异味，可直接作为中水回用。

本发明作为污泥处理方法外，同样适用于经过预处理后的生活垃圾、餐饮废物、油田污泥等固体废物处理。

本发明工作过程是在常温常压条件下实现的，可达到对污泥的灭菌、有毒物质的消除或降解达到无害化的目的。实现的装置没有烟囱，工作过程中无烟气、无异味排放。具有较好的发展前景和广泛的市场需求。

本发明提供一种超声空化等离子体污泥无害化方法，以超声空化和等离子体共同作用于污泥，以污泥颗粒为对象，出现空化过程和高能粒子冲击波效应、气泡和放电热力效应、气泡崩溃过程中的微射流效应、高压放电电离效应、电场联合气泡氧生成臭氧的效应、超声声场致光效应、等离子体激发紫外线效应、羟基自由基发生效应、电场致污物磁化效应、场致涡流效应等。

通过拉氏坐标系，超声空化等离子体作用下的污泥离散相颗粒平衡方程按下式建立：

颗粒惯性＝作用在颗粒上的各种力

超声空化等离子体共同作用于污泥，受到的作用力有：运动阻力、颗粒重力、浮力、压力梯度、污泥自然生化气体牵引力、空化气泡推力、虚假质量力、等离子体电磁推力、气泡崩溃热力、等离子体热泳力、Saffman升力、Basset力等。

超声空化等离子体共同作用于污泥的反应化学动力学反应速率由湍流控制，采用涡耗散模型模拟。

污泥在超声空化等离子体环境中的典型反应有：

有机物→CO+H₂+C

C_aCO₃→C_aO+CO₂

C+CO₂→2CO

C+H₂O→CO+H₂

污染物种类繁多，如CF₄、C_aCO₃和污泥中的一般有机物，在超声空化气泡演变特别是崩溃爆发能量激发和等离子体高能粒子能量的共同作用下，在高能量的电子的碰撞作用下分解成多种中性基团或离子。

CF₄→CF₃，CF₂，CF，C，F

C_aCO₃→C_aO+CO₂

有机物→CO+H₂+C。

除上述实施例外，本发明还包括有其他实施方式，凡采用等同变换或者等效替换方式形成的技术方案，均应落入本发明权利要求的保护范围之内。

Claims

1.一种超声空化等离子体污泥无害化装置，其特征在于：它包括反应器（6），所述反应器（6）顶部设置有料斗（1），所述料斗（1）与反应器（6）之间设置有进料阀（3），所述反应器（6）底部设置有放料阀（7），所述反应器（6）中心通过支撑架（9）设置有等离子体发生器（8），所述反应器（6）内壁上均匀设置有多个超声空化器件（5）。

2.一种超声空化等离子体污泥无害化方法，其特征在于：将需处理的污泥在金属分离后进行破碎，破碎后的污泥进入超声空化等离子体污泥无害化装置进行无害化处理，作用一定的时间达到处理效果后即可对处理后的污泥进行脱水，脱水后的水体作为工作过程需要用水的回用，再次进入超声空化等离子体污泥无害化装置作为补充水使用，多余的排出***外进行另外利用，脱水后的干物料作为资源化处理与利用的原料，在下一流程中进行深度处理和资源化产品生产。

3.根据权利要求2所述的一种超声空化等离子体污泥无害化方法，其特征在于：所述超声空化等离子体污泥无害化装置，它包括反应器（6），所述反应器（6）顶部设置有料斗（1），所述料斗（1）与反应器（6）之间设置有进料阀（3），所述反应器（6）底部设置有放料阀（7），所述反应器（6）中心通过支撑架（9）设置有等离子体发生器（8），所述反应器（6）内壁上均匀设置有多个超声空化器件（5），破碎后的污泥（2）在料斗（1）中受进料阀（3）的控制进入反应器（6）中，进入反应器（6）的物料（4）分别受超声空化器件（5）和等离子体发生器（8）的共同作用，经过一段时间的作用后达到无害化的要求，将物料（4）通过放料阀（7）排出反应器（6）外。