[发明专利]改进的高压交流脉冲污泥分解装置及其应用

说明书

本发明属于污泥处理方法及设备，特别是指一种改进的高压交流脉冲污泥分解装置及其应用。装置包括采用绝缘材质制作的污泥流经管，电极及与之电连接的高压交流脉冲电源，污泥流经管两端经连接法兰与金属管道连接；电极包括沿轴线固定于污泥流经管内且外表面包覆绝缘护套的内电极，包覆于污泥流经管外表面的外电极；金属管道接地并分别设进泥口及出泥口，高压交流脉冲电源包括输出电压为幅值相同、周期相同、极性相反的正、负脉冲电源，正、负脉冲电源分别与内、外电极对应电连接。本发明解决了现有技术存在的处理污泥的区域小，细胞破壁效果难于进一步提高等问题，具有处理区域大、处理污泥效果好等优点。

技术领域

本发明属于污泥处理方法及设备，特别是指一种改进的高压交流脉冲污泥分解装置及其应用。

背景技术

近年来，随着中国城镇化水平不断提高，污水处理设施建设快速发展，污水处理后所产生的剩余污泥也随之增多，污泥处理已成为重要的环保问题之一。目前的污泥含水率高、处理难度大、占地面积多，如何对污泥进行处理及资源化利用成为环保行业研究的热门课题。

相关研究表明剩余污泥中含有许多有机质，如核酸、蛋白质、多糖等，但它们绝大部分存在于污泥中的微生物细胞内，很难直接加以利用。若能对微生物细胞进行破壁处理，使其内部的有机质释放到胞外环境中并进行污泥产沼等方面的利用，便可实现污泥的资源化与能源化，部分地解决污泥问题，也会使污泥处理的难度得以降低。

利用高压交流脉冲电场对污泥进行预处理是实现细胞破壁的方法之一，污泥中微生物的细胞壁(膜)，在特定的电场中会发生形变或穿孔而导致细胞壁(膜)破裂，使胞内物质释放到外部环境中。与传统的超声波、微波、热解、碱处理等技术相比，利用此方法能耗低、占地面积小、不需要额外投加药剂、运行费用低，成为当前环保领域污泥处理新技术。

相关资料及申请人的实验表明，高压交流脉冲电源和脉冲电场发生装置是利用高压交流脉冲电场进行细胞破壁的关键设备，而电场强度、输出频率和脉冲宽度等因素对细胞破壁有明显作用，其中电场强度起主要作用。高压交流脉冲电源输出电压越高，产生的电场强度越大，越有利于细胞破壁。但受输出频率、输出波形、脉冲上升沿时间和下降沿时间等因素的综合影响，国内目前成熟的高压交流脉冲电源输出电压一般低于100kv，且短期内不会有明显提升。如何在现有电源条件下提高脉冲电场强度，从而得到更好的细胞破壁效果是目前行业技术人员面临的技术难题之一。

申请人在专利号为201520604862.5的实用新型专利中公开了一种高压交流脉冲污泥分解装置，其电极连接电源作为正电极，金属污泥流经管为接地极(电位为零)，在该装置处理污泥的过程中，峰值电压为30-90kv，频率为20-80kHz，正电极与接地极之间能实现的最大电压差为电源设备输出峰值电压，电场强度只能由电极连接的单台电源峰值电压决定，无法突破现有电源最高电压的限制。同时，该种电极和反应装置设计，靠近电极附近电位较高，污泥直接与此污泥流经管内壁接触会使污泥电位也接近为零，这样电场只在正电极附近较强，靠近金属污泥流经管区域场强几乎为零，处理污泥的区域小。在现有电源条件下，由于其污泥分解装置设计的局限性，限制了进一步产生更强高压交流脉冲电场的能力，因此也使细胞破壁效果的进一步提高受到了制约。经此装置处理后的污泥的CODcr含量最大增加量由48mg/L升至576mg/L。而相关资料及申请人试验证实，酸解加热耦合方式处理含水率为93％的污泥能将CODcr提升至1500mg/L以上，碱解方式处理含水率为98％-99％的污泥能将CODcr含量提升至2500mg/L以上，碱解加热耦合方式处理含水率为96％-99％的污泥甚至能将CODcr提升至20000mg/L以上，这说明利用高压交流脉冲污泥分解装置处理污泥的效果尚有较大的提升空间。

发明内容

本发明提供了一种改进的高压交流脉冲污泥分解装置及其应用，突破现有电源的技术限制，通过将电极结构设计为内电极、接地极、外电极，使内、外电极分别连接正、负脉冲电源，实现了在现有电源技术条件不变的情况下，显著提升了电场强度或延长了电场处理污泥的时间，采用本发明中的改进的高压交流脉冲污泥分解装置，达到了更好的细胞破壁效果的目的。