利用脉冲放电处理废污泥的废水处理装备及方法技术

描述了用于处理废水污泥或其他废水流体的废水装备和方法。废水装备利用放电系统，所述放电系统被配置成用于接收废水流体，并且通过所接收的废水流体产生瞬态电压和电弧电流脉冲以在废水流体内产生伴随有高电场、强烈的热和光辐射的电液冲击波。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】利用脉冲放电处理废污泥的废水处理装备及方法专利
本专利技术涉及用于处理具有高细菌和/或有机含量的液体、污泥或其他废水流体例如城市废污泥、农业废污泥、家畜废污泥、工业废污泥、废活性污泥(wasteactivatedsludge)以及其他的系统和方法，并且更具体地涉及用于通过使用高能量放电处理废水流体的废水处理装备(wastewatertreatmentplant)和方法。专利技术背景在包括废水、废水污泥和废活性污泥的废水流体中发现的有害材料和病原体如果保持未处理，则可以对环境和对人类健康构成重大风险。因此，废水流体的各种有机的、无机的、化学的和微生物的组分必须在废物可能被排放到环境中之前被处理。这样的废水流体的实例包括工业废污泥、城市废水、化学加工流出物、造纸厂流出物、家畜废物等。这些废水流体的处理通常在废水处理装备(WWTP)中进行。参考图1，图示出了在现有技术废水处理装备(WWTP)100中处理城市废水流体的示意图。废水流体可以首先流入到预处理站102中。预处理站102可以包括一个或更多个筛网(未示出)，所述筛网例如可以是大金属格栅，所述大金属格栅防止废水流体流中较大的物体(垃圾、砂砾、沙子等)进一步通过下游。在废水流体流穿过预处理站102后，废水流入物进入WWTP100的初级沉降澄清器103，在该初级沉降澄清器103中原污泥(也被称为初级污泥(PS))经由絮凝、沉降和其他初级沉降技术从废水中分离。从初级澄清器103中排出的剩余废水部分(从初级污泥中分离的)仍含有相对高浓度的悬浮的生物固体和溶解的生物废物、硝酸盐、磷酸盐等。该废水部分，也被称为初级流出物，被引导至一个或更多个曝气池104，其中需氧微生物在泵送到曝气池104中的空气的存在下处理废水以产生经曝气的废水流出物。应该注意的是，一些WWTP放弃了预处理站102上和初级沉降澄清器103上的处理阶段，并且废水流体流以其整体被转移至一个或更多个曝气池104。曝气池104中细菌的作用是减少磷酸盐、硝酸盐和溶解的或悬浮的生物废物。离开曝气池104的经曝气的废水流出物被称为活性污泥(AS)。AS被转移至二级沉降澄清器105，在二级沉降澄清器105中可以发生进一步沉降。离开二级澄清器105的废水流体具有两个部分，例如含有较高百分比的生物固体(微生物物质)的部分和含有较低百分比的生物固体的部分。离开二级澄清器105并含有较高百分比的生物固体的废水流体部分被称为废活性污泥(WAS)或被称为二级污泥。一些二级污泥通常被返回至曝气池104以帮助保持需氧生物降解过程。这种二级污泥被称为回流活性污泥(returnactivatedsludge)(RAS)。来自二级澄清器105的WAS和来自初级澄清器103的初级污泥(原污泥)被运输至厌氧消化器106。当需要时，来自二级澄清器105的废活性污泥和来自初级澄清器103的初级污泥可以相应地穿过初级浓缩器107和二级浓缩器108，其中可以从WAS中去除进入水(accesswater)以增加固体含量。例如，可以通过添加化学品，例如与三价铁或石灰结合的聚合物来去除进入水。同样，这样的动作例如应变、漂浮、或重力沉降也可以被用于去除进入水。浓缩的初级污泥和浓缩的废活性污泥可以被传递给厌氧消化器106持续约15-21天。在厌氧消化器106中，初级污泥和废活性污泥在贫氧环境中暴露于微生物用于厌氧消化，其通过使污泥经受厌氧发酵而进一步使污泥生物降解以产生副产物气体，例如甲烷(CH4)、二氧化碳(CO2)、硫化氢(H2S)和氨(NH3)。至少两种产物流可以离开厌氧消化器106。第一种产物流包含副产物气体CH4、CO2、H2S和NH3，并且第二种流包含消化的污泥，所述消化的污泥也被称为沼渣(digestate)，所述沼渣包含消化的固体、微生物处理剂(microbiologicalprocessor)、以及还包含液体部分。应该指出的是，尽管甲烷可能代表能源并且可能被收集和使用，但其他副产物气体散发出不良气味，造成污染并且是腐蚀性的。将沼渣转移至脱水系统109，在脱水系统109中使离开厌氧消化器106的污泥经受压力用于脱水以进一步从生物固体中分离液体以产生呈污泥滤饼或污泥粉末形式的“干”固体材料。“干”固体材料可以作为驱动剂被运走，而液体部分可以被回收并返回至曝气池104。脱水系统可以包括压滤机109a、带式压力机109b或离心机109c。而且，添加化学品例如聚合物和絮凝剂通常被用于帮助脱水过程。由于由海绵状和/或闭合的孔组成的沼渣的物理性质，因此常规脱水处理后的“干”驱动剂(expellant)中的水含量仍可以为约80重量％或者甚至更高，导致大的驱动剂体积。驱动剂还具有高的含有有害病原体和寄生虫的风险，所以必须通过沸腾、燃烧、或堆肥至高酸度使驱动剂惰性。将来自WWPT的驱动剂排空并运输至焚化炉厂或堆肥农场(未示出)。由于高含水量，焚烧通常是困难的。它需要大量的燃料，并留下仍必须被处理的灰烬。此外，焚烧产生高碳排放。在堆肥农场，污泥饼通常需要几周的时间才能变得惰性和安全，用于用作肥料或用于在垃圾填埋场中处理。在本领域中已知的是，城市废水污泥中含有的大部分水是包含在分子细胞内和分子细胞之间的“结合”水。污泥中的分子细胞可以作为单独的细胞单元或作为组装在絮状物中的细胞单元存在于废水污泥中。为了本申请的目的，包含在细胞内的水分子被称为“细胞内”水分子，而细胞之间的并经由机械结合和电结合两者结合在那里的水分子被称为“细胞间”水分子。当通过常规的脱水带式压力机和/或离心机方法在城市处理装备处理离开厌氧消化器106的污泥时，细胞内的水和细胞间的水没有被完全释放。用于脱水和减少WAS污泥的体积和重量的技术描述在美国专利第6,491,820号、第6,540,919号、第6,709,594号和第7,001,520号中。这些参考文献描述了用于通过脉冲电场系统处理生物活性废水污泥的系统和方法，该脉冲电场系统向污泥施加无电弧高电压。脉冲电场提供污泥的电穿孔，造成细胞结构的破坏并破坏WAS污泥的细胞内的分子键和细胞间的分子键。结果，细胞内的水和细胞间的水从WAS污泥中释放。在释放细胞内的水和细胞间的水后，悬浮在溶液中的有机固体内容物的体积和质量减少，这可以简化污泥后处理过程。此外，电穿孔的污泥可以被引导至生物反应器，例如需氧的、缺氧的或厌氧的，用于进行生物消化，其中电穿孔的污泥可以被用作参与生物消化的微生物的食物。离开二级澄清器105并含有较低百分比的生物固体的废水流体部分被称为二级废水流出物。二级废水流出物可以被严重污染，并含有病原菌和病毒。为了提供后续净化，将二级流出物运输至最终处理站120。例如，最终处理站120可以包括通过氯、过氧化氢、臭氧等的化学消毒。同样地，它可以涉及使用紫外(UV)光来破坏病原体。这些消毒过程可以是并行的或连续的。所得到的流然后可以被引导至过滤站121。过滤站121是任选的站，并且可以被包括或被省略，这取决于所得的经处理的水意图的用途。一个或更多个过滤器，例如砂过滤器或碎煤过滤器可以被用于去除在经处理的水流中残留的杂质。收集在过滤器上的生物固体可以例如通过回洗过滤器被去除，并且被引导至厌氧消化器106。所产生的水流，其被称为三级流出物本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种废水处理装备(WWTP)，包括：预处理站，所述预处理站被配置成用于接收废水流体并对所述废水流体筛选以防止较大的物体进一步通过下游；初级沉降澄清器，所述初级沉降澄清器被布置在所述预处理站的下游并且被配置成用于接收离开所述预处理站的所述废水流体，并将所述废水流体分离成初级污泥和初级流出物；曝气池，所述曝气池被配置成用于接收离开所述初级沉降澄清器的所述初级流出物，并且在泵送到所述曝气池中的空气的存在下处理所述初级流出物，从而产生经曝气的废水流出物；二级沉降澄清器，所述二级沉降澄清器被布置在所述曝气池的下游，并且被配置成用于接收离开所述曝气池的所述经曝气的废水流出物，并将所述经曝气的废水流出物分离成废活性污泥和二级废水流出物；放电系统，所述放电系统被配置成用于(i)接收选自所述初级污泥和所述废活性污泥的至少一种废水流体的至少一部分，以及(ii)通过所述至少一种废水流体产生辉光至电弧电压瞬态电弧电流脉冲，以在所述至少一种废水流体中产生伴随有高电场、强烈的热和光辐射的电液冲击波；以及厌氧消化器，所述厌氧消化器被布置在所述放电系统的下游，被配置成用于接收由所述放电系统处理的所述废水流体并且通过厌氧消化进一步降解所述废水流体，从而提供副产物气体和沼渣。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.12.04 US 14/959,1001.一种废水处理装备(WWTP)，包括：预处理站，所述预处理站被配置成用于接收废水流体并对所述废水流体筛选以防止较大的物体进一步通过下游；初级沉降澄清器，所述初级沉降澄清器被布置在所述预处理站的下游并且被配置成用于接收离开所述预处理站的所述废水流体，并将所述废水流体分离成初级污泥和初级流出物；曝气池，所述曝气池被配置成用于接收离开所述初级沉降澄清器的所述初级流出物，并且在泵送到所述曝气池中的空气的存在下处理所述初级流出物，从而产生经曝气的废水流出物；二级沉降澄清器，所述二级沉降澄清器被布置在所述曝气池的下游，并且被配置成用于接收离开所述曝气池的所述经曝气的废水流出物，并将所述经曝气的废水流出物分离成废活性污泥和二级废水流出物；放电系统，所述放电系统被配置成用于(i)接收选自所述初级污泥和所述废活性污泥的至少一种废水流体的至少一部分，以及(ii)通过所述至少一种废水流体产生辉光至电弧电压瞬态电弧电流脉冲，以在所述至少一种废水流体中产生伴随有高电场、强烈的热和光辐射的电液冲击波；以及厌氧消化器，所述厌氧消化器被布置在所述放电系统的下游，被配置成用于接收由所述放电系统处理的所述废水流体并且通过厌氧消化进一步降解所述废水流体，从而提供副产物气体和沼渣。2.如权利要求1所述的WWTP，其中所述放电系统包括：高电压供应装置，所述高电压供应装置具有至少一个电位端子和接地端子；通用电容器组，所述通用电容器组被耦合至所述高电压供应装置；至少一个通用开关，所述至少一个通用开关被连接至所述通用电容器组；至少一个脉冲形成组，所述至少一个脉冲形成组通过所述通用开关被耦合至所述通用电容器组；至少一个工作开关，所述至少一个工作开关与相应的脉冲形成组串联布置；至少一个电位电极，所述至少一个电位电极被浸入所述至少一种废水流体中并且通过所述至少一个工作开关被耦合至所述至少一个脉冲形成组；以及至少一个另外的电极，所述至少一个另外的电极选自接地电极和另外的电压电极，所述至少一个另外的电极与所述至少一个电位电极一起界定所述废水流体内的电弧火花隙，所述至少一个另外的电极与所述工作开关串联布置用于通过所述电弧火花隙中的所述废水流体的一部分提供电弧放电。3.如权利要求2所述的WWTP，其中所述放电系统包括至少两个脉冲形成组；所述至少两个脉冲形成组通过工作电流电阻元件被彼此分开，所述工作电流电阻元件被配置成使在所述至少两个脉冲形成组的瞬态放电期间在所述至少两个脉冲形成组之间的电流流动最小化。4.如权利要求2所述的WWTP，其中所述通用电容器组和所述至少一个脉冲形成组通过耦合至所述高电压供应装置的所述接地端子的公共接地总线被连接在一起。5.如权利要求2所述的WWTP，其中所述放电系统还包括至少一个被布置在所述接地电线中的通用限制电阻器，以将所述通用电容器组与所述至少一个脉冲形成组分开。6.如权利要求2所述的WWTP，其中，所述至少一个通用开关和所述至少一个工作开关是三电极火花隙开关，所述三电极火花隙开关包括形成开关路径的两个开关电极以及触发电极，所述触发电极被配置成用于在所述两个开关电极之间提供高电流的通道。7.如权利要求2所述的WWTP，其中所述至少一个工作开关是半导体高电流开关。8.如权利要求2所述的WWTP，其中所述至少一个通用开关和所述至少一个工作开关是三电极火花隙开关，所述三电极火花隙开关包括形成开关路径的两个开关电极以及机械移动触点，所述机械移动触点提供在所述两个开关电极之间的高电流的形成和断开。9.如权利要求2所述的WWTP，其中所述放电系统还包括：额外通用开关，所述额外通用开关被连接至所述通用电容器组；至少一个额外脉冲形成组，所述额外脉冲形成组具有接地端子和通过所述额外通用开关耦合至所述通用电容器组的电位端子；至少一个额外工作开关，所述额外工作开关与相应的额外脉冲形成组的电位端子和浸入到处理中的所述液体中的相应的电极串联布置并且被布置在相应的额外脉冲形成组的电位端子和浸入到处理中的所述液体中的相应的电极之间。10.如权利要求9所述的WWTP，其中所述放电系统包括至少两个所述额外脉冲形成组，其中所述额外脉冲形成组通过布置在电位电力线中的额外电流电阻元件被彼此分开。11.如权利要求9所述的WWTP，其中所述额外电容器组的额外电容量(Cadd)大于所述脉冲形成组的电容(Cw)，但低于所述通用电容器组的电容(Cg)。12.如权利要求2所述的WWTP，其中所述放电系统包括处理容器，所述处理容器容纳处理中的所述液体并且配备有至少一对所述至少一个电位电极和至少一个其他电极，所述至少一个电位电极和所述至少一个其他电极被定位成形成间隙，用于通过处理中的所述液体传送辉光至电弧脉冲。13.如权利要求12所述的WWTP，其中所述处理容器包括内部反射器，所述内部反射器被配置成反射、引导以及共振液...

【专利技术属性】
技术研发人员：奥伦·加弗里，
申请(专利权)人：河谷有限公司，
类型：发明
国别省市：以色列,IL