公布日：2023.12.01
申請(qǐng)日：2022.05.23
分類號(hào)：C02F11/06(2006.01)I;C02F11/00(2006.01)I;C02F11/127(2019.01)I;C02F11/143(2019.01)I;C02F11/147(2019.01)I;C02F11/148(2019.01)I
摘要
本發(fā)明公開了一種超聲波聯(lián)合臭氧處理剩余污泥的方法及系統(tǒng)，該方法包括：將臭氧溶于污泥回流上清液中形成溶氣水，溶氣水釋放出大量微氣泡；在超聲波作用下剩余污泥破解，破解后的剩余污泥與產(chǎn)生的臭氧微氣泡的氣液混合液進(jìn)行臭氧氧化反應(yīng)，反應(yīng)得到的氣液在反應(yīng)灌外筒的頂部進(jìn)行分離，得到含臭氧氣體和剩余污泥混合液，含臭氧氣體循環(huán)進(jìn)入反應(yīng)罐內(nèi)筒繼續(xù)反應(yīng)，剩余污泥混合液進(jìn)入硝氮還原單元還原為氨氮，隨后使氨氮、磷酸鹽和鎂鹽生成磷酸鎂銨晶體，進(jìn)入離心脫水機(jī)進(jìn)行泥水分離。本發(fā)明的超聲波聯(lián)合臭氧處理剩余污泥的方法及系統(tǒng)解決了現(xiàn)有污泥氧化破解技術(shù)中臭氧利用率不高，剩余污泥溶胞減量效果不佳的問題。
權(quán)利要求書
1.一種超聲波聯(lián)合臭氧處理剩余污泥的方法，其特征在于，包括以下步驟：1)以氧氣為氣源利用臭氧發(fā)生器產(chǎn)生臭氧；2)將步驟1)中產(chǎn)生的臭氧通過增壓泵注入臭氧溶氣灌中，使臭氧溶于污泥回流上清液中形成溶氣水，溶氣水通過釋放頭突然減壓釋放出大量微氣泡，得到臭氧微氣泡的氣液混合液并經(jīng)由反應(yīng)罐外筒的底部輸入反應(yīng)罐中；3)將剩余污泥從反應(yīng)灌內(nèi)筒的上方輸入，在超聲波作用下剩余污泥破解，破解后的剩余污泥從反應(yīng)灌內(nèi)筒的底部溢流而上并與步驟2)產(chǎn)生的臭氧微氣泡的氣液混合液進(jìn)行臭氧氧化反應(yīng)，反應(yīng)得到的氣液在反應(yīng)灌外筒的頂部進(jìn)行分離，得到含臭氧氣體和剩余污泥混合液，含臭氧氣體循環(huán)進(jìn)入反應(yīng)罐內(nèi)筒繼續(xù)反應(yīng)，剩余污泥混合液進(jìn)入硝氮還原單元；4)使用鎂粉將步驟3)的剩余污泥混合液中的硝氮還原為氨氮；5)將步驟4)硝氮還原后的泥水混合液排入氮磷共沉淀單元，使氨氮、磷酸鹽和鎂鹽生成磷酸鎂銨晶體；6)將步驟5)經(jīng)過氮磷共沉淀后的泥水混合液排入離心脫水機(jī)進(jìn)行泥水分離得到上清液和泥渣，一部分上清液返回至步驟2)的臭氧溶氣灌中，作為溶氣水，另一部分上清液返回生物系統(tǒng)，泥渣排出系統(tǒng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟1)中，所述臭氧的濃度為40～60mg/L，臭氧流量為1.0～2.0L/min。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟2)中，所述臭氧的溶氣時(shí)間為20-40min；所述臭氧溶氣灌中溶氣水的壓力為0.1-0.5MPa。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟3)中，所述破解采用脈沖反應(yīng)，超聲頻率為20～40KHz，聲能密度為0.5～2.0w/mL；所述臭氧氧化反應(yīng)的停留時(shí)間為45-90min。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟4)中，所述還原過程中，調(diào)節(jié)pH值3～4，反應(yīng)溫度為40～60℃，按n(Mg):n(NH4+):n(PO43-)＝1.2:1:1～1.6:1:1，將鎂粉分成若干份，每隔10min加一次，1h加完，加完后反應(yīng)2～3h。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟5)中，調(diào)節(jié)所述泥水混合液pH值為8.5～10.5，攪拌轉(zhuǎn)速為400～600r/min，反應(yīng)時(shí)間為1～2h。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟6)中，所述泥水分離時(shí)加入絮凝劑，所述絮凝劑為聚合氯化鋁、聚丙烯酰胺和聚硅酸鹽中的一種或幾種。
8.一種超聲波聯(lián)合臭氧處理剩余污泥的系統(tǒng)，其特征在于，包括：臭氧發(fā)生器，臭氧溶氣灌，通過增壓泵與臭氧發(fā)生器的頂部連通；反應(yīng)罐，包括內(nèi)筒、外筒以及設(shè)于所述外筒且靠近底部的微氣泡入口，所述內(nèi)筒和所述外筒的底部連通，所述臭氧溶氣灌與所述微氣泡入口連通；硝氮還原單元，與所述反應(yīng)罐的頂部連通；氮磷共沉淀單元，與所述硝氮還原單元連通；以及離心脫水機(jī)，一側(cè)與所述氮磷共沉淀單元連通，另一側(cè)與所述臭氧溶氣灌的頂部連通。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述反應(yīng)罐為圓柱狀或方形套筒。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述微氣泡入口高于所述內(nèi)筒的底部。
11.根據(jù)權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述內(nèi)筒和所述外筒中設(shè)有曝氣頭。
12.根據(jù)權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述內(nèi)筒的頂部設(shè)有布水器。
13.根據(jù)權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述內(nèi)筒的頂部設(shè)有至少一超聲波探頭。
14.根據(jù)權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述內(nèi)筒和所述外筒之間的頂部設(shè)有氣液分離板。
15.根據(jù)權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述反應(yīng)罐的底部設(shè)有積液排放口。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種超聲波聯(lián)合臭氧處理剩余污泥的方法及系統(tǒng)，解決了現(xiàn)有污泥氧化破解技術(shù)中臭氧利用率不高，剩余污泥溶胞減量效果不佳的問題。
為達(dá)上述目的，本發(fā)明提供一種超聲波聯(lián)合臭氧處理剩余污泥的方法，該方法包括以下步驟：
1)以氧氣為氣源利用臭氧發(fā)生器產(chǎn)生臭氧；
2)將步驟1)中產(chǎn)生的臭氧通過增壓泵注入臭氧溶氣灌中，使臭氧溶于污泥回流上清液中形成溶氣水，溶氣水通過釋放頭突然減壓釋放出大量微氣泡，得到臭氧微氣泡的氣液混合液經(jīng)反應(yīng)罐外筒的底部輸入反應(yīng)罐中；
3)將剩余污泥從反應(yīng)灌內(nèi)筒的上方輸入，在超聲波作用下剩余污泥破解，破解后的剩余污泥從反應(yīng)灌內(nèi)筒的底部溢流而上并與步驟2)產(chǎn)生的臭氧微氣泡的氣液混合液進(jìn)行臭氧氧化反應(yīng)，反應(yīng)得到的氣液在反應(yīng)灌外筒的頂部進(jìn)行分離，得到含臭氧氣體和剩余污泥混合液，含臭氧氣體循環(huán)進(jìn)入反應(yīng)罐內(nèi)筒繼續(xù)反應(yīng)，剩余污泥混合液進(jìn)入硝氮還原單元；
4)使用鎂粉將步驟3)的剩余污泥混合液中的硝氮還原為氨氮；
5)將步驟4)硝氮還原后的泥水混合液排入氮磷共沉淀單元，使氨氮、磷酸鹽和鎂鹽生成磷酸鎂銨晶體；
6)將步驟5)經(jīng)過氮磷共沉淀后的泥水混合液排入離心脫水機(jī)進(jìn)行泥水分離得到上清液和泥渣，一部分上清液返回至步驟2)的臭氧溶氣灌中，作為溶氣水，另一部分上清液返回生物系統(tǒng)，泥渣排出系統(tǒng)。
本發(fā)明的超聲波聯(lián)合臭氧處理剩余污泥的方法，在一實(shí)施方式中，步驟1)中，所述臭氧的濃度為40～60mg/L，臭氧流量為1.0～2.0L/min。
本發(fā)明的超聲波聯(lián)合臭氧處理剩余污泥的方法，在一實(shí)施方式中，步驟2)中，所述臭氧的溶氣時(shí)間為20-40min；所述臭氧溶氣灌中溶氣水的壓力為0.1-0.5MPa。
本發(fā)明的超聲波聯(lián)合臭氧處理剩余污泥的方法，在一實(shí)施方式中，步驟3)中，所述破解采用脈沖反應(yīng)，超聲頻率為20～40KHz，聲能密度為0.5～2.0w/mL；所述臭氧氧化反應(yīng)的停留時(shí)間為45-90min。
本發(fā)明的超聲波聯(lián)合臭氧處理剩余污泥的方法，在一實(shí)施方式中，步驟4)中，所述還原過程中，調(diào)節(jié)pH值3～4，反應(yīng)溫度為40～60℃，按n(Mg):n(NH4+):n(PO43-)＝1.2:1:1～1.6:1:1，將鎂粉分成若干份，每隔10min加一次，1h加完，加完后反應(yīng)2～3h。
本發(fā)明的超聲波聯(lián)合臭氧處理剩余污泥的方法，在一實(shí)施方式中，步驟5)中，調(diào)節(jié)所述泥水混合液pH值為8.5～10.5，攪拌轉(zhuǎn)速為400～600r/min，反應(yīng)時(shí)間為1～2h。
本發(fā)明的超聲波聯(lián)合臭氧處理剩余污泥的方法，在一實(shí)施方式中，步驟6)中，所述泥水分離時(shí)還加入絮凝劑，所述絮凝劑為聚合氯化鋁、聚丙烯酰胺和聚硅酸鹽中的一種或幾種。
本發(fā)明還提供一種超聲波聯(lián)合臭氧處理剩余污泥的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括：
臭氧發(fā)生器，
臭氧溶氣灌，通過增壓泵與臭氧發(fā)生器的頂部連通；
反應(yīng)罐，包括內(nèi)筒、外筒以及設(shè)于所述外筒且靠近底部的微氣泡入口，所述內(nèi)筒和所述外筒的底部連通，所述臭氧溶氣灌與所述微氣泡入口連通；
硝氮還原單元，與所述反應(yīng)罐的頂部連通；
氮磷共沉淀單元，與所述硝氮還原單元連通；以及
離心脫水機(jī)，一側(cè)與所述氮磷共沉淀單元連通，另一側(cè)與所述臭氧溶氣灌的頂部連通。
本發(fā)明的超聲波聯(lián)合臭氧處理剩余污泥的系統(tǒng)，在一實(shí)施方式中，所述反應(yīng)罐為圓柱狀或方形套筒。
本發(fā)明的超聲波聯(lián)合臭氧處理剩余污泥的系統(tǒng)，在一實(shí)施方式中，所述微氣泡入口高于所述內(nèi)筒的底部。
本發(fā)明的超聲波聯(lián)合臭氧處理剩余污泥的系統(tǒng)，在一實(shí)施方式中，所述內(nèi)筒和所述外筒中設(shè)有曝氣頭。
本發(fā)明的超聲波聯(lián)合臭氧處理剩余污泥的系統(tǒng)，在一實(shí)施方式中，所述內(nèi)筒的頂部設(shè)有布水器。
本發(fā)明的超聲波聯(lián)合臭氧處理剩余污泥的系統(tǒng)，在一實(shí)施方式中，所述內(nèi)筒的頂部設(shè)有至少一超聲波探頭。
本發(fā)明的超聲波聯(lián)合臭氧處理剩余污泥的系統(tǒng)，在一實(shí)施方式中，所述內(nèi)筒和所述外筒之間的頂部設(shè)有氣液分離板。
本發(fā)明的超聲波聯(lián)合臭氧處理剩余污泥的系統(tǒng)，在一實(shí)施方式中，所述反應(yīng)罐的底部設(shè)有積液排放口。
相較于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有以下有益效果：
(1)本發(fā)明克服了傳統(tǒng)臭氧氧化技術(shù)的不足，利用臭氧溶氣罐產(chǎn)生臭氧微氣泡，增大了臭氧比表面積，使臭氧與超聲波破解后的剩余污泥的接觸幾率增加，提高臭氧利用率，使剩余污泥的氧化降解效果更好。
(2)本發(fā)明的反應(yīng)罐中在內(nèi)筒及外筒的頂部將含臭氧泡沫進(jìn)行收集，再進(jìn)入內(nèi)筒中，在超聲波作用下將臭氧氣泡爆破，進(jìn)一步循環(huán)利用，增加了臭氧的利用率，提高了剩余污泥氧化降解效果。
(3)本發(fā)明中經(jīng)超聲波破解及臭氧氧化反應(yīng)后的剩余污泥至離心脫水機(jī)中進(jìn)行泥水分離，分離后得到的剩余污泥的上清液一部分返回至溶氣灌中，作為溶氣水，避免了新鮮水的注入，實(shí)現(xiàn)了廢物循環(huán)利用，降低了處理成本。
(4)本發(fā)明采用超聲波將剩余污泥進(jìn)行破解，破壞污泥絮體及大分子物質(zhì)，釋放細(xì)胞內(nèi)物質(zhì)，再利用臭氧溶氣罐產(chǎn)生的臭氧微氣泡將超聲波破解后的小分子物質(zhì)進(jìn)行氧化破解，提高了剩余污泥破解效率，減少了污泥產(chǎn)量，并將污泥破解后的上清液進(jìn)行有效利用，釋放的有機(jī)質(zhì)得以有效利用，為后續(xù)處理過程中的微生物提供營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，降低了整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行成本。
(5)本發(fā)明的硝氮還原是利用活潑金屬鎂將硝氮還原為氨氮，本發(fā)明的鎂粉能夠同時(shí)兼顧利用磷酸鎂銨共沉淀除氮磷。本發(fā)明的磷酸鎂銨共沉淀除氮磷是利用液體中同時(shí)存在氨氮、磷酸鹽和鎂鹽生成晶體去除，能夠降低無機(jī)離子對(duì)系統(tǒng)的影響；使用鎂粉不會(huì)引入新的離子，造成二次污染。本發(fā)明的方法能夠生成磷酸鎂銨晶體，達(dá)到氮磷共沉淀的效果，去除了混合液中的無機(jī)離子，避免了大量無機(jī)離子在整體處理系統(tǒng)中的循環(huán)累積，減小了對(duì)生物系統(tǒng)的影響。
（發(fā)明人：張媛;羅慶;王小雄;王樹勖;文善雄;牛進(jìn)龍;劉發(fā)強(qiáng);李常青;韋清華;宋彬）
