一种高能电磁多相催化强化污泥裂解装置和污泥处理方法与流程

本发明涉及污泥处理与资源化利用，尤其涉及一种高能电磁多相催化强化污泥裂解装置和污泥处理方法。

背景技术：

1、污泥作为整个污水处理过程的末端产物，其产量随着我国污水处理能力的不断提升而显著增加，污泥富集了污水中的污染物质(难降解有机物、有害细菌、重金属、微塑料等)和营养物质(有机碳、氮、磷等)，使得污泥具有“污染”和“资源”双重属性，整体呈现组分复杂、稳定性差、处理难度大的特点，如果未进行有效处理将污泥随意排放，必然造成严重的环境污染与资源浪费。如何在实现污泥稳定化和无害化处理的同时从污泥中回收资源，减少碳排放已成为污泥处理处置的重要方向。

2、污泥中含有大量的有机质，相比于焚烧、卫生填埋、有机堆肥等处理方法，厌氧发酵是实现污泥资源化的更优途径。在污泥厌氧发酵过程中，微生物通过水解、酸化、产氢和产乙酸、甲烷化等过程将污泥中的有机质降解为可利用资源，包括挥发性脂肪酸vfas、甲烷、氢气等，而微生物水解和胞外聚合物eps降解等是污泥厌氧发酵过程中的限速步骤，导致整个发酵周期长、可利用资源产率低。高能电磁作为一种将电能转化为电磁波的技术，可通过分子共振、产生羟基自由基等方式有效破坏污泥絮体结构和破碎微生物细胞壁，促进污泥水解和酸化过程，但存在羟基自由基利用率低、固液分离难度大、整体能耗高等问题。多相催化技术是指在反应体系中加入具有催化功能的填料，协同提高污泥厌氧消化效率，目前关于高能电磁和多相催化的耦合技术研究甚少，更无相关反应装置的报道。

技术实现思路

1、本发明为了填补上述领域的空白，提供一种高能电磁多相催化强化污泥裂解装置和污泥处理方法。本发明可显著提高污泥处理效率，降低系统运行能耗。

2、第一方面，本发明提供一种高能电磁多相催化强化污泥裂解装置，是采用以下技术方案得以实现的。

3、一种高能电磁多相催化强化污泥裂解装置，包括高能电磁发生器、高能电磁射频棒、多相催化反应器和固液分离器；所述高能电磁发生器通过导波器连接高能电磁射频棒，高能电磁射频棒的下部插设于多相催化反应器内；所述多相催化反应器的出料口通过管线与固液分离器的分离器进口连接。

4、进一步的，所述高能电磁射频棒通过壳体上方插入口伸至多相催化反应器内，并由法兰与多相催化反应器固定。

5、进一步的，所述高能电磁射频棒设置2-4根，插入深度不超过多相催化反应器筒体高度的四分之三，高能电磁射频棒的底部与多相催化反应器筒体底部的距离不少于300mm。

6、进一步的，所述高能电磁射频棒由钛合金复合石墨烯材料制成，并在表面包覆有镍、铁和铜的复合金属涂层。

7、进一步的，所述多相催化反应器的一侧设有进料口和气体入口，另一侧设有出料口，顶部设置气体出口，底部设置排泥口。

8、进一步的，所述多相催化反应器内设置有监控反应器内温度和压力的温度压力探测器。

9、进一步的，所述固液分离器选用卧式离心机、履带式压滤机或板框压滤机。

10、第二方面，本发明提供一种采用高能电磁多相催化强化污泥裂解装置处理污泥的方法，是采用以下技术方案得以实现的。

11、一种采用上述装置处理污泥的方法，步骤如下：使污泥进入装填有填料的多相催化反应器，设置高能电磁发生器的频率和振幅后开启，并向多相催化反应器中通入氮气，污泥在高能电磁棒发射的高能电磁波作用下进行裂解反应；经反应后的污泥转入固液分离器，固液分离后的液相和固相分别经固液分离器的液体出口和固体出口排出。

12、进一步的，所述高能电磁发生器产生的高频电磁波频率在20khz-200ghz，振幅为20-90％。

13、进一步的，所述填料选用固定化生物酶、改性氧化铝、改性活性炭、改性酚醛树脂中一种或多种，粒径为2mm-30mm，比表面积为400m2/m3-2000m2/m3；填料装填堆积高度为多相催化反应器筒体高度的1/5-1/4。

14、进一步的，所述多相催化反应器的内部温度维持在20℃-90℃，污泥的停留时间在1h-72h。

15、本发明获得了以下有益效果。

16、1.本发明将高能电磁技术、多相催化技术和固液分离技术耦合，在提高污泥处理效率的同时简化处理流程；

17、2.本发明中的多相催化反应器所使用填料均为具有催化功能的改性填料，通过提供活性点位可强化微生物对污泥的水解速率和酸化速率，在高能电磁射频棒的加持下使得分子共振、羟基自由基等作用更为高效，降低系统运行能耗；

18、3.本发明中的固液分离器可实现处理后污泥的高效分离，有效避免催化填料的损失，减少装置的占地面积。

技术特征：

1.一种高能电磁多相催化强化污泥裂解装置，其特征在于：包括高能电磁发生器(1)、高能电磁射频棒(2)、多相催化反应器(3)和固液分离器(4)；所述高能电磁发生器(1)通过导波器(101)连接高能电磁射频棒(2)，高能电磁射频棒(2)的下部插设于多相催化反应器(3)内；所述多相催化反应器(3)的出料口(104)通过管线与固液分离器(4)的分离器进口(107)连接。

2.根据权利要求1所述的一种高能电磁多相催化强化污泥裂解装置，其特征在于：所述高能电磁射频棒(2)通过壳体上方插入口伸至多相催化反应器(3)内，并由法兰(112)与多相催化反应器(3)固定。

3.根据权利要求1所述的一种高能电磁多相催化强化污泥裂解装置，其特征在于：所述高能电磁射频棒(2)设置2-4根，插入深度不超过多相催化反应器(3)筒体高度的四分之三，高能电磁射频棒(2)的底部与多相催化反应器(3)筒体底部的距离不少于300mm。

4.根据权利要求1所述的一种高能电磁多相催化强化污泥裂解装置，其特征在于：所述高能电磁射频棒(2)由钛合金复合石墨烯材料制成，并在表面包覆有镍、铁和铜的复合金属涂层。

5.根据权利要求1所述的一种高能电磁多相催化强化污泥裂解装置，其特征在于：所述多相催化反应器(3)内设置有监控反应器内温度和压力的温度压力探测器(111)。

6.根据权利要求1所述的一种高能电磁多相催化强化污泥裂解装置，其特征在于：所述固液分离器(4)选用卧式离心机、履带式压滤机或板框压滤机。

7.一种采用权利要求1-6任一所述装置处理污泥的方法，其特征在于：步骤如下：使污泥进入装填有填料(110)的多相催化反应器(3)，设置高能电磁发生器(1)的频率和振幅后开启，并向多相催化反应器(3)中通入氮气，污泥在高能电磁棒(2)发射的高能电磁波作用下进行裂解反应；经反应后的污泥转入固液分离器(4)，固液分离后的液相和固相分别经固液分离器(4)的液体出口(108)和固体出口(109)排出。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于：所述高能电磁发生器(1)产生的高频电磁波频率在20khz-200ghz，振幅为20-90％。

9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于：所述填料(110)选用固定化生物酶、改性氧化铝、改性活性炭、改性酚醛树脂中一种或多种，粒径为2mm-30mm，比表面积为400m2/m3-2000m2/m3；填料装填堆积高度为多相催化反应器(3)筒体高度的1/5-1/4。

10.根据权利要求7所述的方法，其特征在于：所述多相催化反应器(3)的内部温度维持在20℃-90℃，污泥的停留时间在1h-72h。

技术总结本发明公开了一种高能电磁多相催化强化污泥裂解装置和污泥处理方法。所述装置包括高能电磁发生器、高能电磁射频棒、多相催化反应器和固液分离器；所述高能电磁发生器通过导波器连接高能电磁射频棒，高能电磁射频棒的下部插设于多相催化反应器内；所述多相催化反应器的出料口通过管线与固液分离器的分离器进口连接。本发明将高能电磁技术、多相催化技术和固液分离技术耦合，在提高污泥处理效率的同时简化处理流程，降低系统运行能耗。技术研发人员：王昊龙,王梓诚,南军,孙彦民,刘丽强,段兴宇,蔡巷受保护的技术使用者：中海油天津化工研究设计院有限公司技术研发日：技术公布日：2024/7/23