一种基于机械-超声联用的污泥细胞破解用一体化装置的制作方法

1.本发明涉及污泥处理技术领域，具体是涉及一种基于机械-超声联用的污泥细胞破解用一体化装置。


背景技术：

2.随着社会进步和工业发展，越来越多的城市受到污水问题困扰，生活污水和农业污水均是人们生产生活中所产生的主要污水，污水如不及时处理所带来的富营养化后果极其严重，富营养化是在人类活动影响下，为生物所需的氮磷营养物质大量进入缓流水体，引起藻类及其他浮游生物快速繁殖，溶解氧下降，水质恶化，鱼类及其他生物大量死亡的现象，最终也会严重危害到人们的身体健康。
3.活性污泥法是一种污水的好氧生物处理法，由英国的克拉克和盖奇于1912年发明。活性污泥法及其衍生改良工艺是处理城市污水最广泛使用的方法。它能从污水中去除溶解性的和胶体状态的可生化有机物以及能被活性污泥吸附的悬浮固体和其他一些物质，同时也能去除一部分磷元素和氮元素。该方法同样适用于工业污水处理脱氮除磷工段。但是，污水处理后产生大量副产物-活性污泥。
4.当前我国主要使用的污泥处置方法为深度脱水结合填埋处理，该方法运行简便成本较低，但是造成了污泥品质改变，不利于资源化利用，而一些经济较为落后的地区仍在使用焚烧结合灰渣利用的处理方式，虽然处理速度快处理量大，但是造成了更加严重的烟气污染。因此，从长远角度来看，应着重发展厌氧消化结合土地利用的方式，稳定化效果好、能耗低、沼气可回收利用，以解决污泥处理的问题，但上述方法的可实施装置或系统尚未有一套成熟的体系，如何适应我国污泥泥质差，可生化性较低，水土不服的问题仍有待解决。


技术实现要素：

5.针对上述存在的问题，本发明提供了一种基于机械-超声联用的污泥细胞破解用一体化装置。
6.本发明的技术方案是：
7.一种基于机械-超声联用的污泥细胞破解用一体化装置，包括相互连接的机械转盘组件和超声破解组件，所述机械转盘组件自上而下依次包括主电机、工作台和转盘腔体，所述工作台上表面中心处设有机架，所述机架上表面中心处设有机座，所述主电机位于所述机座上方，主电机的输出轴依次贯穿机座、机架和工作台后延伸至所述转盘腔体内部中心处；
8.转盘腔体内顶部设有第一固定盘，第一固定盘下表面通过对称设置的两个连接杆与第二固定盘固定连接，第一固定盘和所述第二固定盘之间设有转动盘，所述转动盘的上表面中心处与主电机的输出轴底部固定连接，机架上表面一侧设有第一水嘴，转盘腔体底部中心处设有第二水嘴，所述第二水嘴下端与所述超声破解组件连接；
9.所述超声破解组件包括位于其中部的工作腔体、固定套设在所述工作腔体中部外
侧的超声处理桶、转动套设在所述超声处理桶外侧的泥浆桶，所述工作腔体前端与所述第二导泥管末端连接，第二导泥管延伸至工作腔体内前端底部设有的第一出泥口处，所述第一出泥口贯穿超声处理桶，所述泥浆桶内部均分为若干个泥浆处理仓，每个所述泥浆处理仓前端对应第一出泥口位置处均设有第一进泥口，工作腔体内后端顶部设有第二出泥口，每个泥浆处理仓后端对应所述第二出泥口位置处均设有第二进泥口，超声处理桶底部设有第一电动推板，位于所述第一电动推板上方的超声处理桶内部设有第一超声发生器和加热器，每个泥浆处理仓对应所述第一电动推板位置处设有第二电动推板，第二出泥口处设有贯穿工作腔体末端的排泥管；
10.所述工作腔体末端顶部设有驱动电机，所述驱动电机的输出端设有转动齿轮，所述转动齿轮与所述泥浆桶外侧壁设有的齿槽啮合连接，所述超声处理桶外壁前后两侧各设有一个限位环，泥浆桶内侧壁设有与所述限位环转动连接的限位槽，所述超声处理桶两端通过设有的4组连接板与工作腔体的4个侧壁一一对应连接，每个所述泥浆处理仓内部两端均设有一个微孔气泡发生装置。
11.进一步的，所述工作台下表面4个角处各设有一个支腿，所述转盘腔体底部设有底盖，所述底盖通过对称设置的两组螺钉与转盘腔体侧壁固定连接，加强密封性以及装置的整体稳定性。
12.进一步的，所述工作台和机架之间设有橡胶板，机架和机座之间通过周向设置的4组内螺栓连接，机架和工作台之间通过周向设置的6组外螺栓连接，所述主电机的输出轴与机架的转动连接处设有键，所述第一固定盘与主电机的输出轴之间设有唇形密封圈，保证了在工作过程中机械转盘组件的高密封性。
13.进一步的，所述第一出泥口在所述超声处理桶位置处设有用于控制第一出泥口开关的第一电磁阀，所述第一进泥口处设有用于控制其开关的第二电磁阀，所述第二出泥口在超声处理桶位置处设有用于控制第二出泥口开关的第三电磁阀，所述第二进泥口处设有用于控制其开关的第四电磁阀，所述工作腔体前后两端的底部设有支撑架，通过电磁阀的设置方便工作人员进行控制，提高了装置的自动化程度，并方便监控。
14.进一步地，所述第一固定盘通过其外周设有的o形密封圈与机架密封连接，所述第一水嘴上端设有进泥管，所述进泥管中部设有第一导泥管，所述第一导泥管末端与位于工作台外部的取样瓶连接，所述第二水嘴下端设有第二导泥管，所述第二导泥管中部设有的分支管与所述取样瓶的底部连接，第二导泥管末端与所述超声破解组件连接，可以在污泥处理过程中通过取样瓶随时取少量样品进行监测。
15.更进一步的，所述进泥管与第一导泥管之间设有第一阀门，所述分支管与第二导泥管之间设有第二阀门，可以提高取样的便捷性。
16.进一步的，所述泥浆处理仓共设有3～6个，每个泥浆处理仓内部两端均设有一个第二超声发生器，保证了每个泥浆处理仓在全封闭状态下能够进行超声处理，通过驱动电机能够驱动超声处理桶转动，提高超声处理效果，同时可配合完成不同的超声处理模式。
17.进一步的，所述第一超声发生器前后两侧各设有一组加热器，第一超声发生器和加热器均通过所述工作腔体内顶部设有的电动伸缩杆控制升降，能够通过热处理辅助提高超声处理效率。
18.进一步的，所述转动盘的下表面设有若干导流槽，所述导流槽由第二固定盘中心
处延伸至边缘且呈口字形设置，增加液体在工作腔的停留时间，同时增加液体高速与盘壁碰撞。
19.本发明的有益效果是：
20.(1)本发明的污泥细胞破解用一体化装置通过机械-超声联用的方式，将污泥减量与资源化利用相结合，可在污水处理厂开展深度减量技术的同时，可实现氮磷元素的高效回收，且运行稳定，管理方便，符合未来发展方向，污泥最大减量达到了70％，磷元素释放量达到了85％。
21.(2)本发明的污泥细胞破解用一体化装置机械高速转盘工作过程中，借助4000rpm/min的高转速形成的流体速度梯度产生流体剪切力，作用于活性污泥eps结构，通过破坏可溶性胞外聚合物(seps)、松散型胞外聚合物(lb-eps)、紧密黏附型胞外聚合物(tb-eps)，最终破坏细胞结构，将细胞内物质溶出，本发明采用的转-静盘系统，在固定盘和转动盘的壁面上分别形成边界层，当转-静盘间距较大时，在边界层之间会形成核心区，在转动盘边界层内，由于离心力作用，液体沿着盘面径向向外流动，而由于负压效应，液体通过固定盘中孔进入边界层，并沿着盘面径向向外流动，核心区内的流体会像刚体一样以小于转动盘转动角速度ω旋转，且边界层越薄、径向速度和角速度越大，固定盘边界层中流体剪切力越大。
22.(3)本发明的污泥细胞破解用一体化装置通过驱动电机能够驱动超声处理桶转动，提高超声处理效果，同时可配合完成不同的超声处理模式，每个泥浆处理仓在全封闭状态下能够进行超声处理，又能够通过热处理辅助提高超声处理效率。
23.(4)本发明的污泥细胞破解用一体化装置通过转动盘下表面的导流槽的设置增加液体在工作腔的停留时间，同时增加液体高速与盘壁碰撞，液体中颗粒直径越大，动能损失较大，撞击速度越小，对转盘磨损程度越轻。
附图说明
24.图1是本发明的整体结构示意图；
25.图2是本发明的转盘腔体内部结构示意图；
26.图3是本发明的机械转盘组件内部结构剖视图；
27.图4是本发明的超声破解组件省略泥浆桶后的底部结构示意图；
28.图5是本发明的超声破解组件省略泥浆桶后的顶部结构示意图；
29.图6是本发明的超声破解组件省略泥浆桶后的内部结构剖视图；
30.图7是本发明的超声破解组件及泥浆桶的内部结构剖视图；
31.图8是本发明的图7中a-a截面的剖面图；
32.图9是本发明的转动盘底部结构示意图。
33.其中，1-机械转盘组件，11-主电机，111-输出轴，12-工作台，121-支腿，13-转盘腔体，131-第一固定盘，132-第二固定盘，133-转动盘，1331-导流槽，134-o形密封圈，135-连接杆，136-第二水嘴，137-底盖，138-螺钉，139-唇形密封圈，14-机架，141-第一水嘴，142-内螺栓，143-外螺栓，144-键，15-机座，16-进泥管，17-橡胶板，2-超声破解组件，21-工作腔体，211-第一出泥口，212-第二出泥口，213-第一电磁阀，214-第三电磁阀，215-支撑架，22-超声处理桶，221-第一电动推板，222-限位环，223-连接板，23-泥浆桶，231-泥浆处理仓，
232-第一进泥口，233-第二进泥口，234-第二电动推板，235-第二电磁阀，236-第四电磁阀，237-齿槽，238-限位槽，24-第一超声发生器，25-加热器，26-排泥管，27-第二超声发生器，28-电动伸缩杆，3-取样瓶，31-第一导泥管，32-第二导泥管，33-分支管，34-第一阀门，35-第二阀门，4-驱动电机，41-转动齿轮。
具体实施方式
34.实施例1
35.如图1所示，一种基于机械-超声联用的污泥细胞破解用一体化装置，包括相互连接的机械转盘组件1和超声破解组件2，机械转盘组件1自上而下依次包括主电机11、工作台12和转盘腔体13，主电机11为市售高转速电机，工作台12下表面4个角处各设有一个支腿121，工作台12上表面中心处设有机架14，机架14上表面中心处设有机座15，主电机11位于机座15上方，主电机11的输出轴111依次贯穿机座15、机架14和工作台12后延伸至转盘腔体13内部中心处；
36.如图2、3、9所示，转盘腔体13内顶部设有第一固定盘131，第一固定盘131通过其外周设有的o形密封圈134与机架14密封连接，第一固定盘131下表面通过对称设置的两个连接杆135与第二固定盘132固定连接，第一固定盘131和第二固定盘132之间设有转动盘133，转动盘133的上表面中心处与主电机11的输出轴111底部固定连接，机架14上表面一侧设有第一水嘴141，第一水嘴141上端设有进泥管16，进泥管16中部设有第一导泥管31，第一导泥管31末端与位于工作台12外部的取样瓶3连接，转盘腔体13底部中心处设有第二水嘴136，第二水嘴136下端设有第二导泥管32，第二导泥管32中部设有的分支管33与取样瓶3的底部连接，转盘腔体13底部设有底盖137，底盖137通过对称设置的两组螺钉138与转盘腔体13侧壁固定连接，工作台12和机架14之间设有橡胶板17，机架14和机座15之间通过周向设置的4组内螺栓142连接，机架14和工作台12之间通过周向设置的6组外螺栓143连接，主电机11的输出轴111与机架14的转动连接处设有键144，第一固定盘131与主电机11的输出轴111之间设有唇形密封圈139，进泥管16与第一导泥管31之间设有第一阀门34，分支管33与第二导泥管32之间设有第二阀门35，转动盘133的下表面设有若干导流槽1331，导流槽1331由第二固定盘132中心处延伸至边缘且呈口字形设置，第二导泥管32末端与超声破解组件2连接；
37.如图4-8所示，超声破解组件2包括位于其中部的工作腔体21、固定套设在工作腔体21中部外侧的超声处理桶22、转动套设在超声处理桶22外侧的泥浆桶23，工作腔体21前端与第二导泥管32末端连接，第二导泥管32延伸至工作腔体21内前端底部设有的第一出泥口211处，第一出泥口211贯穿超声处理桶22，泥浆桶23内部均分为4个泥浆处理仓231，每个泥浆处理仓231内部两端均设有一个第二超声发生器27，每个泥浆处理仓231前端对应第一出泥口211位置处均设有第一进泥口232，工作腔体21内后端顶部设有第二出泥口212，每个泥浆处理仓231后端对应第二出泥口212位置处均设有第二进泥口233，超声处理桶22底部设有第一电动推板221，位于第一电动推板221上方的超声处理桶22内部设有一组第一超声发生器24和两组加热器25，每个泥浆处理仓231对应第一电动推板221位置处设有第二电动推板234，第二出泥口212处设有贯穿工作腔体21末端的排泥管26，第一出泥口211在超声处理桶22位置处设有用于控制第一出泥口211开关的第一电磁阀213，第一进泥口232处设有用于控制其开关的第二电磁阀235，第二出泥口212在超声处理桶22位置处设有用于控制第
二出泥口212开关的第三电磁阀214，第二进泥口233处设有用于控制其开关的第四电磁阀236，工作腔体21前后两端的底部设有支撑架215，每个泥浆处理仓231内部两端均设有一个微孔气泡发生装置，微孔气泡发生装置为市售微孔气泡发生装置经过结构调整后能够适配本发明的泥浆处理仓231内部结构；
38.工作腔体21末端顶部设有驱动电机4，驱动电机4为市售齿轮减速电机，驱动电机4的输出端设有转动齿轮41，转动齿轮41与泥浆桶23外侧壁设有的齿槽237啮合连接，超声处理桶22外壁前后两侧各设有一个限位环222，泥浆桶23内侧壁设有与限位环222转动连接的限位槽238，超声处理桶22两端通过设有的4组连接板223与工作腔体21的4个侧壁一一对应连接，第一超声发生器24前后两侧各设有一组加热器25，第一超声发生器24、第二超声发生器27和加热器25均为市售产品，第一超声发生器24和加热器25均通过工作腔体21内顶部设有的电动伸缩杆28控制升降，电动伸缩杆28为市售电动推杆，电动伸缩杆28共设有3组且其输出端与第一超声发生器24和加热器25一一对应连接。
39.实施例2
40.本实施例与实施例1不同之处在于，泥浆处理仓231共设有3个。
41.实施例3
42.本实施例与实施例1不同之处在于，泥浆处理仓231共设有5个。
43.实施例4
44.本实施例与实施例1不同之处在于，泥浆处理仓231共设有6个。
45.实施例5
46.本实施例与实施例1不同之处在于：每个泥浆处理仓231内部两端均设有一个磁搅拌装置，磁搅拌装置为市售磁搅拌杆经过结构调整后能够适配本发明的泥浆处理仓231内部结构。
47.工作原理：
48.下面对本发明的污泥细胞破解用一体化装置工作原理进行简要说明，在使用时，首先通过进泥管16向转盘腔体13内部注入需要进行处理的污泥，注入量为转盘腔体13内部容积的80-90％，随后关闭第一阀门34，再开启主电机11，使其带动输出轴111在4000rpm/min的高转速下转动，当转动盘转动时，在转动盘133和第一、第二固定盘131、132的壁面上分别形成边界层，当转动盘133与第一、第二固定盘131、132间距较大时，在边界层之间会形成核心区，在转动盘133边界层内，由于离心力作用，液体沿着盘面径向向外流动，而由于负压效应，液体通过第二固定盘132中孔进入边界层，并沿着盘面径向向外流动，核心区内的流体会像刚体一样以小于转动盘133转动角速度ω旋转，高转速形成的流体速度梯度产生流体剪切力，作用于活性污泥eps结构，通过破坏可溶性胞外聚合物(seps)、松散型胞外聚合物(lb-eps)、紧密黏附型胞外聚合物(tb-eps)，最终破坏细胞结构，将细胞内物质溶出；
49.层流情况下流体力学模型构建，柱坐标系下，写成分量形式为：
[0050][0051]
紊流情况下流体力学模型构建，柱坐标系下，写成分量形式为：
[0052][0053]
紊流情况下流体力学模型构建，静盘边界层流体剪切应力为：
[0054][0055]
模型表明，静盘边界层流体剪切力主要与边界层厚度、径向速度、角速度相关，且边界层越薄、径向速度和角速度越大，静盘边界层中流体剪切力越大；
[0056]
根据转动盘及静盘边界层流体质量守恒，可以计算出动盘边界层流体速度分布，从而计算流体剪切力分布，如下式：
[0057][0058]
液体中颗粒直径越大，动能损失较大，撞击速度越小，对转动盘133磨损程度越轻。
[0059]
如需取处理过程中的污泥样品进行检测，则打开第一阀门34抽取部分污泥至取样瓶3内；
[0060]
打开第二阀门35，经过机械转盘组件1处理后的污泥经第二导泥管32进入超声破解组件2内部，通过开启第一电磁阀213打开第一出泥口211，并打开与之对应的一组泥浆处理仓231的第二电磁阀235打开第一进泥口232，使污泥进入到泥浆处理仓231内，随后以上述同样的方法将下一组泥浆处理仓231内充满污泥，直至每一组泥浆处理仓231内均充满污泥，随后开始进行超声处理；
[0061]
在超声处理时，可选择密闭泥浆处理仓231开启第二超声发生器27的方式进行密闭超声处理，此时超声处理功率较低，但配合驱动电机4的转动齿轮41带动泥浆桶23转动，能够提高超声处理效率，以较低的能耗达到较好的处理效果；
[0062]
如需进行热处理辅助超声深度处理，则选择需要进行深度处理的泥浆处理仓231转动至超声处理桶22正下方，开启第一电动推板221以及第二电动推板234，再开启电动伸缩杆28使第一超声发生器24和加热器25下深至泥浆处理仓231，开启第一超声发生器24和加热器25进行超声及加热辅助处理，深度处理后的污泥能够回流至机械转盘组件1内作为补充脱氮除磷碳源，实质上减少污泥产量；
[0063]
处理后的污泥进行排放时，开启第三电磁阀214和第四电磁阀236，使第二出泥口212和第二进泥口233对应，将泥浆处理仓231内部的污泥排入排泥管26内回收。
[0064]
实验例
[0065]
对本发明实施例1-5中的污泥细胞破解用一体化装置进行性能测试，检测污泥最大减量以及磷元素释放量，同时与常规的超声破解装置的测试结果进行对比，对比结果如表1所示。
[0066]
表1 实施例1-5以及对比例中实验结果
[0067]
实施例污泥最大减量％磷元素释放量％实施例172.486.3实施例266.580.2实施例373.286.9
实施例470.784.1实施例573.285.2对比例62.477.9
[0068]
由表1数据可以看出，本发明的实施例1-5中的污泥细胞破解用一体化装置与对比例中的市售常规超声破解装置相比不论从污泥最大减量还是磷元素释放量都有了显著提升；
[0069]
再对比实施例1-4，可以看出，随着泥浆处理仓231的设置数量增加，对于污泥最大减量和磷元素释放量的提高有帮助，但设置组数必然会导致成本的增加，且当设置组数达到6个时反而会降低污泥处理效果，综合考虑选取实施例1中的泥浆处理仓231的设置数量；
[0070]
对比实施例1和5，可以看出，实施例5中额外设置了磁搅拌装置，设置后对于污泥最大减量有了一定提升，但对于磷元素释放量有负面影响，因此可根据实际生产情况选择设置与否。