CN107324626A - 一种臭氧全利用污泥减量化反应系统及污泥处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种臭氧全利用污泥减量化反应系统，包括反应槽、与反应槽连接的射流器、向射流器内提供臭氧的臭氧发生器和与射流器相连通的喷头；所述射流器通过增压泵与所述喷头连接，喷头喷口下设有用于承接喷出物的混合罐，所述混合罐的污泥出口与反应槽相连通，形成循环通道。本发明系统结构简单，占地小、投资省，操作简单，反应效率高，臭氧可全部利用，避免了臭氧分解器的使用。污泥减量化效果显著，可将污泥减量50‑90％以上，与现有污泥工艺相容性好，可以大规模地应用于污水处理厂的污泥减量化。

Description

一种臭氧全利用污泥减量化反应系统及污泥处理方法

技术领域

本发明涉及一种污泥处理系统及处理方法，尤其涉及一种臭氧全利用污泥减量化反应系统及污泥处理方法。

背景技术

活性污泥法作为目前国内外应用最广泛的生物水处理技术，其自身所存在的主要问题之一是会产生大量的剩余污泥。剩余污泥处理装置的投资和运行费用约占整个污水处理厂投资及运行费用的25％-65％，巨大的污泥处置费用已成为污水生物处理技术面临的严峻问题。目前，污水处理厂一般采用填埋和堆肥方法处理污泥，然而这两种方法会造成土壤中重金属含量超标，严重威胁人类居住环境。因此，如何采取合理有效的技术手段来处理剩余污泥是我国城市发展和环境保护的首要任务。

为解决这一问题，20世纪90年代产生了新的污泥处理与处置概念——污泥减量化技术。污泥减量化是指在保证整个污水处理系统处理效能的前提下，采用适当的物理、化学和生物方法，使向外排放的固体生物量达到最小，从而实现从源头上减少污泥的产量。当前对污泥减量化技术的研究已成为国内外关注的焦点。

在现有的各种污泥减量技术中，臭氧化污泥减量技术效果较好，而且多余的臭氧可以快速地分解为氧气，不产生二次污染。另外，臭氧工艺易与现有的活性污泥工艺结合，能耗也很低，故臭氧化污泥减量技术在工业应用上具有广阔的前景。

但是由于臭氧以气体的形式存在，在污泥的氧化过程中存在气-固、固-液等传质问题，使得臭氧的利用效率偏低，从而使其在污泥处理工艺应用上受到一定的限制。如专利ZL 201310645801.9中采用射流器进行臭氧的溶解，导致臭氧利用率很低，不仅浪费了臭氧，而且污泥氧化反应十分缓慢。此外，该反应系统设备结构复杂，投资高，不利于大规模推广应用。

因此，研究开发新型高效的投资及运行成本低、结构和操作简单的污泥减量化反应系统，对于污水处理厂污泥减量化具有重要意义。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种高效低成本的臭氧污泥减量化反应系统。研发了新的结构和操作简单的污泥减量化反应系统，污泥可减量50-90％以上，并实现了臭氧气体的高效无损失全利用。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：一种臭氧全利用污泥减量化反应系统，包括反应槽、与反应槽连接的射流器、向射流器内提供臭氧的臭氧发生器和与射流器相连通的喷头；所述射流器通过增压泵与所述喷头连接，喷头喷口下设有用于承接喷出物的封闭式混合罐，所述混合罐的污泥出口与反应槽相连通，形成循环通道；所述反应槽连接有用于引入污泥的污泥进口和用于排出处理后污泥的污泥出口，污泥经污泥进口流入所述反应槽，由与所述反应槽连接的射流器吸入并与臭氧混合，混合后经增压泵增压由所述喷口喷至所述混合罐内，混合罐内混合物最终流入反应槽循环反应。

进一步的，所述喷头呈喇叭状开口，喇叭夹角为10-30度。

进一步的，所述喇叭喷头的高度为混合罐高度的1/10-1/5。

进一步的，所述喷头作为封闭式混合罐的物料进口，置于封闭式混合罐内中轴线上，且位于混合罐上半空。

进一步的，所述污泥进口设于所述反应槽底部，所述污泥出口设于所述反应槽上端侧面。

进一步的，所述混合罐的物料出口置于混合罐底端侧面。

本发明还提供了一种基于上述反应系统的污泥处理方法，包括以下步骤：

S01将射流器与反应槽、臭氧发生器和增压泵连接；

S02在封闭式混合罐内部的上边安装喷头，将增压泵的出口与喷头的进口相连，在混合罐底部安装污泥出口，并同反应槽相连；

S03将污泥充满反应槽，然后停止进泥，接着启动臭氧发生器和增压泵，射流器进口利用负压吸入臭氧气体，并与污泥进行初步混合形成混合物，该混合物通过增压泵打入混合罐内，污泥在混合罐停留反应后，回流至反应槽进行循环；

S04当达到臭氧投加量时，启动反应槽进泥，进泥流量与臭氧进气的比例即臭氧投加量保持不变，污泥开始连续排出，此后反应系统连续进泥运行。

更详细的，测定污泥进口和污泥出口的MLSS值，计算污泥减量值即(MLSS_进口-MLSS_出口)/MLSS_进口×100％。

更详细的，污泥在混合罐的停留时间为10-20秒。

更详细的，所述喷头为喇叭状喷头，喇叭状喷口处污泥的入口速度为3-7m/s。

更详细的，所述臭氧投加量为10-32mg臭氧/g干泥。

本发明所产生的有益效果包括：1、本发明反应系统结构简单，占地小、投资省，操作简单，反应效率高，臭氧可全部利用，避免了臭氧分解器的使用；

2、污泥减量化效果显著，可将污泥减量50-90％，与现有污泥工艺相容性好，可以大规模地应用于污水处理厂的污泥减量化；

3、混合罐的臭氧气体在喇叭状受限的空间内形成相连的液泡群，形成极大的气液固接触面积，可使臭氧气体完全溶入污泥中进行高效氧化反应。

附图说明

图1本发明中臭氧全利用污泥减量化反应系统的结构示意图；

图中1、反应槽，2、臭氧发生器，3、射流器，4、增压泵，5、喷头，6、混合罐，7、污泥进口，8、污泥出口。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细的解释说明但应当理解为本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。

参见图1，该图为本发明潜流式臭氧污泥减量化反应系统的结构示意图，以下实施例中涉及的污泥减量化反应均采用该反应系统。如图1所示，该系统包括：反应槽1、臭氧发生器2、射流器3、增压泵4、喷头5、混合罐6、污泥进口7、污泥出口8。其中：反应槽1与射流器3相连，射流器3的进气口与臭氧发生器2的出气管相连，射流器3的出口同增压泵4进口相连，增压泵4出口同混合罐6内的喷头5相连，混合罐6底部的污泥出口同反应槽1相连，反应槽上设污泥进口7和污泥出口8，用于向反应系统提供待处理的污泥以及排出已处理的污泥。污泥进口7设于所述反应槽1底部，污泥出口8设于反应槽1上端侧面，混合罐6的物料出口置于混合罐6底端侧面。

上述反应系统对污泥减量化处理的具体实施步骤如下：

第一步、将射流器3进口安装于反应槽1的出口上，同时将射流器3的进气口与臭氧发生器2的出气管相连。安装增压泵4，使其进口与射流器3的出口相连。

第二步、在封闭式混合罐6内部的上边安装大口向下喇叭状喷头5，喇叭夹角10-30度，高度为混合罐6高度的1/10-1/5，将增压泵4的出口与喷头5的进口相连。在混合罐6底部安装污泥出口，并同反应槽1相连。在反应槽1上安装待处理污泥的进口和减量反应完成后的污泥出口8。

第三步、将污泥充满反应槽1，然后停止进泥。接着启动臭氧发生器2和增压泵4，射流器3进口利用负压吸入臭氧气体，并与污泥进行初步混合形成混合物。该混合物通过增压泵4打入封闭式混合罐6内，在通过喇叭状喷头5时，使臭氧气体在喇叭状受限的空间内形成相连的液泡群，提供极大的气液固接触面积，使臭氧气体完全溶入污泥中进行氧化反应。喇叭状喷口处污泥的入口速度为3-7m/s，污泥在混合罐6停留反应10-20秒后，回流至反应槽1进行循环。

第四步、当臭氧投加量为10-32mg臭氧/g干泥时，启动反应槽1进泥，进泥流量与臭氧进气的比例即臭氧投加量保持不变，此时整个反应系统稳定运行，污泥连续地进入反应槽1并被臭氧氧化，氧化后的污泥被连续地排出反应槽1。该过程中反应槽1内进泥后，污泥量增加，达到反应槽上端污泥出口位置，污泥连续排出。测定出口排出污泥的MLSS值(混合液悬浮固体浓度)，并与污泥进口7值相比较，得出污泥减量值为(MLSS_进口-MLSS_出口)/MLSS_进口×100％。

实施例1

本实施例针对反应槽1内臭氧低投加量进行污泥减量化。

将射流器3进口安装于反应槽1的出口上，同时将射流器3的进气口与30g/h臭氧发生器2的出气管相连。安装增压泵4，使其进口与射流器3的出口相连。在混合罐6内部的上边安装大口向下喇叭状喷头5，喇叭夹角10度，高度为混合罐6高度的1/10，将增压泵4的出口与喷头5的进口相连。在混合罐6底部安装污泥出口，并同反应槽1相连。在反应槽1上安装待处理污泥的进口和减量反应完成后的污泥出口8。

将MLSS浓度为14.14g/L的污泥充满30L的反应槽1，然后停止进泥。接着启动臭氧发生器2和增压泵4，射流器3进口利用负压吸入臭氧气体，并与污泥进行初步混合形成混合物。该混合物通过增压泵4打入混合罐6内，在通过喇叭状喷头5时，使臭氧气体在喇叭状受限的空间内形成相连的液泡群，提供极大的气液固接触面积，使臭氧气体完全溶入污泥中进行氧化反应。调整增压泵4的频率，使喇叭状喷口处污泥的入口速度为3m/s，污泥在混合罐6停留反应20秒后，回流至反应槽1进行循环。

反应9分钟后，此时臭氧投加量为10.6mg臭氧/g干泥，启动反应槽1进泥，进泥流量与臭氧进气的比例即臭氧投加量保持不变，进泥量为30/9×60＝200L/h，此时整个反应系统稳定运行，污泥连续被臭氧氧化，氧化后的污泥被连续地排出反应槽1。测定出口排出污泥的MLSS值为6.93g/L，并与污泥进口7值相比较，得出污泥减量值为(MLSS_进口-MLSS_出口)/MLSS_进口×100％＝51％。

本实施例表明，采用本发明中的反应系统进行污泥减量化，在较低的臭氧投加量下，可以快速地将污泥减量化51％。

实施例2

本实施例针对反应槽1内增加臭氧投加量进行污泥减量化。

将射流器3进口安装于反应槽1的出口上，同时将射流器3的进气口与25.5g/h臭氧发生器2的出气管相连。安装增压泵4，使其进口与射流器3的出口相连。在混合罐6内部的上边安装大口向下喇叭状喷头5，喇叭夹角30度，高度为混合罐6高度的1/5，将增压泵4的出口与喷头5的进口相连。在混合罐6底部安装污泥出口，并同反应槽1相连。在反应槽1上安装待处理污泥的进口和减量反应完成后的污泥出口8。

将MLSS浓度为14.14g/L的污泥充满40L的反应槽1，然后停止进泥。接着启动臭氧发生器2和增压泵4，射流器3进口利用负压吸入臭氧气体，并与污泥进行初步混合形成混合物。该混合物通过增压泵4打入混合罐6内，在通过喇叭状喷头5时，使臭氧气体在喇叭状受限的空间内形成相连的液泡群，提供极大的气液固接触面积，使臭氧气体完全溶入污泥中进行氧化反应。调整增压泵4的频率，使喇叭状喷口处污泥的入口速度为7m/s，污泥在混合罐6停留反应10秒后，回流至反应槽1进行循环。

反应30分钟后，此时臭氧投加量为22.54mg臭氧/g干泥，启动反应槽1进泥，进泥流量与臭氧进气的比例即臭氧投加量保持不变，进泥量为(40/30)×60＝80L/h，此时整个反应系统稳定运行，污泥连续被臭氧氧化，氧化后的污泥被连续地排出反应槽1。测定出口排出污泥的MLSS值为3.63g/L，并与污泥进口7值相比较，得出污泥减量值为(MLSS_进口-MLSS_出口)/MLSS_进口×100％＝74.3％。

本实施例表明，采用本发明中的反应系统进行污泥减量化，增加臭氧投加量下，可以快速地将污泥减量化74.3％。

实施例3

本实施例针对反应槽1内增加臭氧投加量进行污泥减量化。

将射流器3进口安装于反应槽1的出口上，同时将射流器3的进气口与30g/h臭氧发生器2的出气管相连。安装增压泵4，使其进口与射流器3的出口相连。在混合罐6内部的上边安装大口向下喇叭状喷头5，喇叭夹角20度，高度为混合罐6高度的1/8，将增压泵4的出口与喷头5的进口相连。在混合罐6底部安装污泥出口，并同反应槽1相连。在反应槽1上安装待处理污泥的进口和减量反应完成后的污泥出口8。

将MLSS浓度为14.14g/L的污泥充满40L的反应槽1，然后停止进泥。接着启动臭氧发生器2和增压泵4，射流器3进口利用负压吸入臭氧气体，并与污泥进行初步混合形成混合物。该混合物通过增压泵4打入混合罐6内，在通过喇叭状喷头5时，使臭氧气体在喇叭状受限的空间内形成相连的液泡群，提供极大的气液固接触面积，使臭氧气体完全溶入污泥中进行氧化反应。调整增压泵4的频率，使喇叭状喷口处污泥的入口速度为5m/s，污泥在混合罐6停留反应15秒后，回流至反应槽1进行循环。

反应32分钟后，此时臭氧投加量为28.3mg臭氧/g干泥，启动反应槽1进泥，进泥流量与臭氧进气的比例即臭氧投加量保持不变，进泥量为(40/32)×60＝75L/h，此时整个反应系统稳定运行，污泥连续被臭氧氧化，氧化后的污泥被连续地排出反应槽1。测定出口排出污泥的MLSS值为2.05g/L，并与污泥进口7值相比较，得出污泥减量值为(MLSS_进口-MLSS_出口)/MLSS_进口×100％＝85.5％。

本实施例表明，采用本发明中的反应系统进行污泥减量化，增加臭氧投加量下，可以快速地将污泥减量化85.5％。

实施例4

本实施例针对反应槽1内增加臭氧投加量进行污泥减量化。

将射流器3进口安装于反应槽1的出口上，同时将射流器3的进气口与30g/h臭氧发生器2的出气管相连。安装增压泵4，使其进口与射流器3的出口相连。在混合罐6内部的上边安装大口向下喇叭状喷头5，喇叭夹角15度，高度为混合罐6高度的1/6，将增压泵4的出口与喷头5的进口相连。在混合罐6底部安装污泥出口，并同反应槽1相连。在反应槽1上安装待处理污泥的进口和减量反应完成后的污泥出口8。

将MLSS浓度为14.14g/L的污泥充满40L的反应槽1，然后停止进泥。接着启动臭氧发生器2和增压泵4，射流器3进口利用负压吸入臭氧气体，并与污泥进行初步混合形成混合物。该混合物通过增压泵4打入混合罐6内，在通过喇叭状喷头5时，使臭氧气体在喇叭状受限的空间内形成相连的液泡群，提供极大的气液固接触面积，使臭氧气体完全溶入污泥中进行氧化反应。调整增压泵4的频率，使喇叭状喷口处污泥的入口速度为6m/s，污泥在混合罐6停留反应12秒后，回流至反应槽1进行循环。

反应36分钟后，此时臭氧投加量为31.82mg臭氧/g干泥，启动反应槽1进泥，进泥流量与臭氧进气的比例即臭氧投加量保持不变，进泥量为40/36×60＝66.7L/h，此时整个反应系统稳定运行，污泥连续被臭氧氧化，氧化后的污泥被连续地排出反应槽1。测定出口排出污泥的MLSS值为1.08g/L，并与污泥进口7值相比较，得出污泥减量值为(MLSS_进口-MLSS_出口)/MLSS_进口×100％＝92.36％。

本实施例表明，采用本发明中的反应系统进行污泥减量化，增加臭氧投加量下，可以快速地将污泥减量化92.36％。

上述实施例中的上下方位描述均以附图中方位一致。

上述仅为本发明的优选实施例，本发明并不仅限于实施例的内容。对于本领域中的技术人员来说，在本发明的技术方案范围内可以有各种变化和更改，所作的任何变化和更改，均在本发明保护范围之内。

Claims (10)

1.一种臭氧全利用污泥减量化反应系统，其特征在于：包括反应槽、与反应槽连接的射流器、向射流器内提供臭氧的臭氧发生器和与射流器相连通的喷头；所述射流器通过增压泵与所述喷头连接，喷头喷口下设有用于承接喷出物的封闭式混合罐，所述混合罐的污泥出口与反应槽相连通，形成循环通道；

所述反应槽连接有引入污泥的污泥进口和排出处理后污泥的污泥出口，污泥经污泥进口流入所述反应槽，由与所述反应槽连接的射流器吸入并与臭氧混合，混合后经增压泵增压由所述喷口喷至所述混合罐内，混合罐内混合物最终流入反应槽循环反应。

2.根据权利要求1所述的反应系统，其特征在于：所述喷头呈喇叭状开口，喇叭夹角为10-30度。

3.根据权利要求2所述的反应系统，其特征在于：所述喇叭喷头的高度为混合罐高度的1/10-1/5。

4.根据权利要求1所述的反应系统，其特征在于：所述喷头作为封闭式混合罐的物料进口，置于封闭式混合罐内中轴线上，且位于混合罐上半空。

5.根据权利要求1所述的反应系统，其特征在于：所述污泥进口设于所述反应槽底部。

6.根据权利要求1所述的反应系统，其特征在于：所述污泥出口设于所述反应槽上端侧面。

7.一种基于上述反应系统的污泥处理方法，其特征在于，包括以下步骤：

S01将射流器与反应槽、臭氧发生器和增压泵连接；

S02在混合罐内部的上边安装喷头，将增压泵的出口与喷头的进口相连，在混合罐底部安装污泥出口，并同反应槽相连；

S03将污泥充满反应槽，然后停止进泥，接着启动臭氧发生器和增压泵，射流器进口利用负压吸入臭氧气体，并与污泥进行初步混合形成混合物，该混合物通过增压泵打入混合罐内，污泥在混合罐停留反应后，回流至反应槽进行循环；

S04当达到臭氧投加量时，启动反应槽进泥，进泥流量与臭氧进气的比例即臭氧投加量保持不变，污泥开始连续排出，此后反应系统连续进泥运行。

8.根据权利要求7所述的污泥处理方法，其特征在于：测定污泥进口和污泥出口的MLSS值，计算污泥减量值即(MLSS_进口-MLSS_出口)/MLSS_进口×100％。

9.根据权利要求7所述的污泥处理方法，其特征在于：所述喷头为喇叭状喷头，喇叭状喷口处污泥的入口速度为3-7m/s。

10.根据权利要求7所述的污泥处理方法，其特征在于：所述臭氧投加量为10-32mg臭氧/g干泥。