CN105621828B - 一种污泥减量消毒处理系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种污泥减量消毒处理系统，包括污泥光催化处理器、控制装置、污泥整理剂储存仓、半导体泵浦铷蒸汽激光污泥减量反应器等；所述污泥光催化处理器包括外壳、转动轴、加热套管、透光薄膜、紫外光灯。本系统采用旋转轴带动螺旋式输送叶片转动，从而充分的搅动被污染的污泥，该螺旋式输送叶片上覆盖有光催化剂涂层，在紫外光灯的作用下，大大增加了污染污泥与光催化剂的接触面积，提高了对污泥修复的效率；同时通过激光简单直接的能量效应，使微生物细胞壁破裂，使其内部的细胞液流出，从而实现了高效的污泥减量，污泥的体积减少92%以上。

Description

一种污泥减量消毒处理系统

技术领域

本发明涉及一种污泥减量消毒处理系统，属于环境保护中的废水处理领域。

背景技术

污水生物处理中产生的大量的剩余污泥对环境造成了巨大压力，其中的一些常见物质包括重金属、有害病毒、杀虫剂、有机污染物等。而且其处理和处置费用高，能占到污水处理费用的60-70%，成为制约污水行业发展的瓶颈。

在这种背景下，污泥减量技术成为污水行业研究的热点。所谓污泥减量化就是通过利用物理、化学、生化的手段，使得整个污水处理系统向外排放的生物固体量达到最少。目前，国内外普遍认可的污泥减量技术可分为四类：一、溶胞-隐性生长；二、内源呼吸；三、解耦联代谢；四、生物捕食。同前三项技术相比，生物捕食技术具有“纯生态”的处理机理、较低的处理成本和良好的污泥减量效果，因此获得了更广泛的关注。但目前污泥减量技术都存在缺点，化学方法存在环境安全性的问题，生化方法存在污泥减量的同时氮磷去除率低的问题。且现有技术中的污泥处理手段多导致污泥功能的退化，无法重新利用，所以既要去除污泥中的污染物，又要保证污泥功能性成为现有技术中需要解决的问题。

迄今为止，尚无一种集污泥减量与消毒于一体的高效低能耗、无污染的处理技术。

发明内容

为解决现有技术中存在的不足，本发明提供一种污泥减量消毒处理系统，包括污泥光催化处理器、控制装置、污泥整理剂储存仓、半导体泵浦铷蒸汽激光污泥减量反应器；所述污泥光催化处理器包括外壳、转动轴、加热套管、透光薄膜、紫外光灯，所述外壳一端设有污泥进口，所述外壳另一端设有污泥排口，控制装置设置在外壳外，所述转动轴的两端与设置在外壳内侧壁上的传动部件纵向连接，该传动部件与驱动电机电连接，加热套管固定设置在转动轴外部，与控制装置电连接，该加热套管的外侧还设置有螺旋式输送叶片，该螺旋式输送叶片的最大旋转直径小于外壳的垂直于转动轴的横向宽，所述透光薄膜覆盖设置于外壳的上部，紫外光灯设置于外壳的内侧壁上，且与控制装置电连接，所述螺旋式输送叶片上设置有均匀分布的圆形凸起，该凸起表面涂有光催化涂层，所述外壳的上方设置有污泥整理剂储存仓，其底部的出料口深入外壳内且位于转动轴上方，所述污泥整理剂储存仓内的添加物为污泥整理剂和纳米二氧化钛粉末，污泥光催化处理器的污泥排口通过污泥管线连接半导体泵浦铷蒸汽激光污泥减量反应器的进泥口，半导体泵浦铷蒸汽激光污泥减量反应器底部的排泥口连接污泥收集池；其中，半导体泵浦铷蒸汽激光污泥减量反应器左侧壁设有进泥口，右侧壁设有出液口，反应器内部在上顶壁上间隔安装有3支半导体泵浦铷蒸汽激光器，组成激光器阵列，能够产生3束高能铷蒸汽激光束，其光路垂直于上顶壁，在每一个半导体泵浦铷蒸汽激光器正对的对面顶壁处安装有能量吸收挡板，在每个能量吸收挡板的左端垂直安装有网状阻燃挡板，与激光光束平行，网状阻燃挡板能够起到阻挡激光散射并吸收其散射能量，防止局部温度过高而使反应器内部起火的作用，铷蒸汽激光光束通过相邻两扇网状阻燃挡板形成的通道最终投射至正对的能量吸收挡板上，污泥通过半导体泵浦铷蒸汽激光污泥减量反应器的进泥口进入反应器内部，在铷蒸汽激光的直接照射下，污泥中的微生物细胞壁在高能量辐照下发生破壁，内部的细胞液流出汇集到一起从反应器的出液口流出进行后续处理，反应器内剩余的污泥从反应器底板上的多个排泥口排出进入污泥收集池。

进一步，其中污泥整理剂包括以下按重量份计的组分：

癸二酸二辛酯 10-18

1,4-二甲基哌嗪 6-12

水杨苷 7-13

4-(2,6,6-三甲基-2-环辛烯-1-基)-3-丁烯-2-酮 2-8

4-氨基异喹啉 0.8-2

去离子水 20-40。

进一步，所述透光薄膜的内表面上设置有光催化剂层，该光催化剂层具体为铝制网状结构，内部添加物为二氧化钛纳米丝。

进一步，半导体泵浦铷蒸汽激光器采用长度为10mm的铷金属饱和蒸汽作为增益介质，并在常温下充入40kPa的乙烷和50kPa的氩气，铷蒸汽激光的波长为780.2nm。

本发明的优点在于：

（1）该发明采用旋转轴带动螺旋式输送叶片转动，从而充分的搅动被污染的污泥，该螺旋式输送叶片上覆盖有光催化剂涂层，在紫外光灯的作用下，大大增加了污染污泥与光催化剂的接触面积，提高了对污泥修复的效率；在污泥修复剂中添加腐殖酸尿素和二氧化钛，在螺旋式输送叶片的搅拌作用下，不仅提高了污泥的功能性，且二氧化钛粉末与污泥充分接触，进一步加强光催化效果。

（2）污泥中含有的重金属与癸二酸二辛酯、4-(2,6,6-三甲基-2-环辛烯-1-基)-3-丁烯-2-酮、1,4-二甲基哌嗪、水杨苷、4-氨基异喹啉五种物质产生协同作用，通过金属结合肽的诱导作用使重金属离子发生螯合反应，可与铜、锌、铅、铬、镉、铂、银、金等多种重金属离子产生螯合作用，生成金属络合物，该络合物不溶于水，可通过离心分离操作加以去除，其重金属去除效率可达99.3%。

（3）本系统摆脱了现有的污泥减量的传统治理模式，创造性的采用了世界尖端的半导体泵浦铷蒸汽激光技术，通过简单直接的能量效应，使微生物细胞壁破裂，使其内部的细胞液流出，从而实现了高效的污泥减量，污泥的体积减少92%以上。

（4）本发明将污泥减量与光催化技术有机的结合起来，在实现污泥减量的同时，还将污泥中的重金属、有害细菌、病毒整套进行有效去除，系统运行可靠，操作方便，可实现自动化控制。

附图说明

图1是本发明的设备示意图。

图2为本发明图1中A-A方向剖面图。

图中：1污泥光催化处理器、2外壳、3转动轴、4加热套管、5半导体泵浦铷蒸汽激光污泥减量反应器、6紫外光灯、7透光薄膜、8污泥进口、9螺旋式输送叶片、10污泥排口、11凸起、12光催化剂层、13出料口、14污泥整理剂储存仓、15控制装置、16污泥收集池。

图3是半导体泵浦铷蒸汽激光污泥减量反应器的示意图

51-半导体泵浦铷蒸汽激光器、52-高能铷蒸汽激光光束、53-能量吸收挡板、54-网状阻燃挡板、55-进泥口、56-出液口、57-排泥口

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示的一种污泥减量消毒处理系统，包括污泥光催化处理器1、控制装置15、污泥整理剂储存仓14、半导体泵浦铷蒸汽激光污泥减量反应器5；所述污泥光催化处理器包括外壳2、转动轴3、加热套管4、透光薄膜7、紫外光灯6，所述外壳一端设有污泥进口8，所述外壳另一端设有污泥排口10，控制装置15设置在外壳2的外侧壁外，所述转动轴3的两端与设置在外壳2内侧壁上的传动部件纵向连接，该传动部件与驱动电机电连接，加热套管4固定设置在转动轴3外部，与控制装置15电连接，该加热套管4的外侧还设置有螺旋式输送叶片9，该螺旋式输送叶片9的最大旋转直径小于外壳2的垂直于转动轴3的横向宽，所述透光薄膜7覆盖设置于外壳的上部，紫外光灯6设置于外壳2的内侧壁上，且与控制装置15电连接，所述螺旋式输送叶片9上设置有均匀分布的圆形凸起11，该凸起11表面涂有光催化涂层12，所述外壳的上方设置有污泥整理剂储存仓14，其底部的出料口13深入外壳内且位于转动轴3上方，所述污泥整理剂储存仓14内的添加物为污泥整理剂和纳米二氧化钛粉末。污泥光催化处理器1的污泥排口10通过污泥管线连接半导体泵浦铷蒸汽激光污泥减量反应器5右侧壁上的进泥口55，左侧壁设有出液口56，反应器内部在上顶壁上间隔安装有3支半导体泵浦铷蒸汽激光器51，组成激光器阵列，能够产生3束高能铷蒸汽激光束52，其光路垂直于上顶壁，在每一个半导体泵浦铷蒸汽激光器正对的对面顶壁处安装有能量吸收挡板53，在每个能量吸收挡板53的左端垂直安装有网状阻燃挡板54，与激光光束平行，网状阻燃挡板54能够起到阻挡激光散射并吸收其散射能量，防止局部温度过高而使反应器内部起火的作用，铷蒸汽激光光束通过相邻两扇网状阻燃挡板54形成的通道最终投射至正对的能量吸收挡板53上，半导体泵浦铷蒸汽激光器采用长度为10mm的铷金属饱和蒸汽作为增益介质，并在常温下充入40kPa的乙烷和50kPa的氩气，铷蒸汽激光的波长为780.2nm。

当系统运转时，污泥从进料口8进入污泥光催化处理器1，分别开启驱动电机、加热和紫外光灯6，螺旋式输送叶片9随着转动轴的旋转而转动，污泥的结块被螺旋式输送叶片9搅动破碎，污泥中有机污染物与螺旋式输送叶片上覆盖的光催化剂涂层接触面积增大，加热套管加热并传热至螺旋式输送叶片，热量随之传至被搅动的污泥，使部分有机污染物在高温作用下，脱离污泥，同时在紫外光灯的作用下，充分发生光催化剂反应，从而消除有机污染物；同时污泥整理剂储存仓的出料口向螺旋式输送叶片的方向投放污泥整理剂和纳米二氧化钛粉末的混合物，在螺旋式输送叶片旋转的情况下，均匀的搅拌在污泥中，污泥整理剂能够与污泥中含有的重金属离子发生螯合反应，生成金属络合物，该络合物不溶于水，纳米二氧化钛粉末可以充分的与污泥接触，留在污泥中的纳米二氧化钛粉末可以有效的捕捉污泥中剩余的有机污染物和病毒，进一步提高了光催化反应的充分性。然后污泥通过半导体泵浦铷蒸汽激光污泥减量反应器的进泥口55进入反应器内部，在铷蒸汽激光的直接照射下，污泥中的微生物细胞壁在高能量辐照下发生破壁，内部的细胞液流出汇集到一起从反应器的出液口56流出进行后续处理，反应器内剩余的污泥从反应器底板上的多个排泥口57排出进入污泥收集池16。

通过本系统处理后的污泥，其体积减少92%以上，重金属的去除率达到99.3%，有机污染物率在96%以上，有害病毒的去除率达到100%。

Claims (4)

1.一种污泥减量消毒处理系统，其特征在于，包括污泥光催化处理器、控制装置、污泥整理剂储存仓、半导体泵浦铷蒸汽激光污泥减量反应器；所述污泥光催化处理器包括外壳、转动轴、加热套管、透光薄膜、紫外光灯，所述外壳一端设有污泥进口，所述外壳另一端设有污泥排口，控制装置设置在外壳外，所述转动轴的两端与设置在外壳内侧壁上的传动部件纵向连接，该传动部件与驱动电机电连接，加热套管固定设置在转动轴外部，与控制装置电连接，该加热套管的外侧还设置有螺旋式输送叶片，该螺旋式输送叶片的最大旋转直径小于外壳的垂直于转动轴的横向宽，所述透光薄膜覆盖设置于外壳的上部，紫外光灯设置于外壳的内侧壁外，且与控制装置电连接，所述螺旋式输送叶片上设置有均匀分布的圆形凸起，该凸起表面涂有光催化涂层，所述外壳的上方设置有污泥整理剂储存仓，其底部的出料口深入外壳内且位于转动轴上方，所述污泥整理剂储存仓内的添加物为污泥整理剂和纳米二氧化钛粉末，污泥光催化处理器的污泥排口通过污泥管线连接半导体泵浦铷蒸汽激光污泥减量反应器的进泥口，半导体泵浦铷蒸汽激光污泥减量反应器底部的排泥口连接污泥收集池；其中，半导体泵浦铷蒸汽激光污泥减量反应器左侧壁设有进泥口，右侧壁设有出液口，反应器内部在上顶壁上间隔安装有3支半导体泵浦铷蒸汽激光器，组成激光器阵列，能够产生3束高能铷蒸汽激光束，其光路垂直于上顶壁，在每一个半导体泵浦铷蒸汽激光器正对的对面顶壁处安装有能量吸收挡板，在每个能量吸收挡板的左端垂直安装有网状阻燃挡板，与激光光束平行，网状阻燃挡板能够起到阻挡激光散射并吸收其散射能量，防止局部温度过高而使反应器内部起火的作用，铷蒸汽激光光束通过相邻两扇网状阻燃挡板形成的通道最终投射至正对的能量吸收挡板上，污泥通过半导体泵浦铷蒸汽激光污泥减量反应器的进泥口进入反应器内部，在铷蒸汽激光的直接照射下，污泥中的微生物细胞壁在高能量辐照下发生破壁，内部的细胞液流出汇集到一起从反应器的出液口流出进行后续处理，反应器内剩余的污泥从反应器底板上的多个排泥口排出进入污泥收集池。

2.根据权利要求1所述的处理系统，其特征在于，其中污泥整理剂包括以下按重量份计的组分：

癸二酸二辛酯 10-18

1,4-二甲基哌嗪 6-12

水杨苷 7-13

4-(2,6,6-三甲基-2-环辛烯-1-基)-3-丁烯-2-酮 2-8

4-氨基异喹啉 0.8-2

去离子水 20-40。

3.根据权利要求1所述的处理系统，其特征在于，所述透光薄膜的内表面上设置有光催化剂层，该光催化剂层具体为铝制网状结构，内部添加物为二氧化钛纳米丝。

4.根据权利要求1所述的处理系统，其特征在于，半导体泵浦铷蒸汽激光器采用长度为10mm的铷金属饱和蒸汽作为增益介质，并在常温下充入40kPa的乙烷和50kPa的氩气，铷蒸汽激光的波长为780.2nm。