CN110776231A - 一种污泥减量耦合强化脱氮除磷材料的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种污泥减量耦合强化脱氮除磷材料的制备方法，其包括以下步骤：依次对外部空气加压、冷却、干燥、除尘及除油过滤，获取激发气体；对所述激发气体进行电子激发，以生成含高能态氧的激发态气体；按照质量比为3:5:2，将碳酸钙粉末、氢氧化钙粉末以及过氧化钙粉末混合，以产生MDP材料；将所述MDP材料投加在污泥中，并将所述激发态气体在所述污泥中曝气，以使所述MDP材料和所述高能态氧反应生成所述脱氮除磷材料。本发明通过对激发气体进行电子激发，能够生成高能态氧，高能态氧会与MDP材料生成羟基自由基，而羟基自由基能与污泥发生催化氧化反应，促使污泥中的结合水和细胞内部水释放出来，便于泥水分离和脱水，最终实现污泥减量目的。

Description

一种污泥减量耦合强化脱氮除磷材料的制备方法

技术领域

本发明涉及污水处理技术领域的一种脱氮除磷材料的制备方法，尤其涉及一种污泥减量耦合强化脱氮除磷材料的制备方法。

背景技术

污泥是污水处理厂在污水处理过程中产生的有机质、微生物菌胶团等沉淀物质以及污水表面漂浮的浮沫等残渣，其中工业污水厂污泥更是含有大量的病原菌、寄生虫、致病微生物、二噁英和砷、铜、汞、铬等有毒重金属，甚至有放射性核素等难以降解的有毒、有害物质。污泥的胶体细胞水特性，导致污泥含水率高，体积大，给堆放和运输等带来困难。如果将污泥随意弃置山野农地或不规范填埋，将对生态环境造成巨大的潜在威胁。

臭氧(O3)是氧气(O2)的同素异形体，它是一种具有特殊气味的淡蓝色气体。在现有技术中，通常采用单纯的臭氧的氧化污泥减量技术与臭氧催化氧化污泥减量技术进行污水处理，但是存在以下缺点：1、污泥减量效率不够高；2、污水处理厂出水的水质变差，特别是出水中氮、磷等含量高。

发明内容

针对现有的技术问题，本发明提供一种污泥减量耦合强化脱氮除磷材料的制备方法，解决了现有技术通过臭氧进行污水处理的污泥减量效率不高、出水的水质变差的问题。

本发明采用以下技术方案实现：一种污泥减量耦合强化脱氮除磷材料的制备方法，其包括以下步骤：

依次对外部空气加压、冷却、干燥、除尘及除油过滤，获取气源露点低于-45摄氏度，含油量低于0.01mg/m³，杂质颗粒度小于1μm，温度低于25摄氏度，气压大于0.1MPa的激发气体；

对所述激发气体进行电子激发，以生成含高能态氧的激发态气体；

按照质量比为3:5:2，将碳酸钙粉末、氢氧化钙粉末以及过氧化钙粉末混合，以产生MDP材料；

将所述MDP材料投加在污泥中，并将所述激发态气体在所述污泥中曝气，以使所述MDP材料和所述高能态氧反应生成所述脱氮除磷材料。

作为上述方案的进一步改进，所述激发气体的气源露点低于-55摄氏度，在21摄氏度下的含油量低于0.003/m³，杂质颗粒度小于0.01μm。

作为上述方案的进一步改进，所述MDP材料混合在所述污泥中，使混合后的污泥上清液的pH大于9.5。

作为上述方案的进一步改进，所述制备方法还包括以下步骤：

在所述MDP投加在所述污泥中时，对所述污泥进行搅拌和超声波振动。

作为上述方案的进一步改进，所述外部空气通过气源系统处理获得所述激发气体；所述气源系统包括空气压缩机、后冷却器、储气罐、干燥机构以及空气过滤器；所述空气压缩机用于加压所述外部空气，所述后冷却器用于冷却所述空气压缩机加压后的气体；所述储气罐用于储存所述后冷却器冷却后的气体，并将储气输送至所述干燥机构；所述干燥机构用于去除所述储气中的水分，并将除水后的气体输送至所述空气过滤器中进行除尘及除油过滤，以产生所述激发气体。

进一步地，所述干燥机构包括冷冻干燥机和吸附干燥机；所述冷冻干燥机用于对所述储气进行冷凝除水，所述吸附干燥机用于对所述冷冻干燥机除水后的气体进行吸附干燥。

作为上述方案的进一步改进，所述制备方法还包括以下步骤：

通过制氧机，对所述激发气体进行分离，以获取氧气浓度达到一个预设氧浓度的混合气体；其中，所述混合气体通过电子激发，以生成所述激发态气体。

作为上述方案的进一步改进，所述制备方法还包括以下步骤：

在投加所述MDP材料且将所述激发态气体曝气后，向所述污泥中投入聚丙烯酰胺絮凝剂，以生成所述脱氮除磷材料。

进一步地，所述聚丙烯酰胺絮凝剂的投加量为所述污泥中干污泥重的0.15％-0.5％。

再进一步地，所述聚丙烯酰胺絮凝剂通过至少一个溶药罐投加在所述污泥重；其中，所述溶药罐的体积为：

式中，W为所述聚丙烯酰胺絮凝剂的投加量，n为每天配药次数，N为所述溶药罐的个数，b为药剂的浓度。

本发明的污泥减量耦合强化脱氮除磷材料的制备方法，其先对外部空气进行预处理，以除去空气中的水分、灰尘、油、碳氢化合物和氢之类的杂质，一方面能够保证这些杂志不会影响后续的电子激发，避免激发的设备受到损坏，另一方面可以提高氧气的含量，同时避免这些杂质影响材料的纯度。在本发明中，通过对激发气体进行电子激发，能够生成高能态氧，而高能态氧会与MDP材料在特殊的反应环境下与高能态氧高效生成无反应选择性的强氧化产物——羟基自由基。新生成的强氧化羟基自由基，其具有极高的氧化电位，氧化能力强于绝大部分氧化剂，具有很强的细胞破坏能力，并能与污泥发生催化氧化反应，使污泥中的微生物体的多糖类物质降解，对微生物细胞进行破壁，细胞内有机质、生物酶、RNA等释放出来后，进而继续被氧化成二氧化碳和水，促使污泥中的结合水和细胞内部水释放出来，这样使得污泥含固率得以提高，便于泥水分离和脱水，最终实现污泥减量目的。而且，这样就使得处理污泥含水率降低到55％以下，且处理污泥不返溶，污泥含固率提高，便于泥水分离和脱水，最终实现污泥减量目的，并且能够降低处理的成本，减少对环境的危害。

同时，当添加的粉末材料中的钙离子在pH大于9.5时，在羟基自由基的参与下钙离子与污泥上清液中的磷酸根进行化合反应生成难容的羟基磷酸钙。另外通过高级氧化方法可将污泥中具有胶体粘结作用的高分子有机物彻底分解，使其转变为水溶性小分子有机物，能有效提高回流污泥上清液中的B/C比值，提高可生化性，经处理后的污泥上清液可回流，并释放的可降解有机物，产生隐性增长效应，降低整个生化系统的产泥量，从根本上实现污泥少排或零排放目标。

附图说明

图1为本发明实施例3的高效污泥减量耦合强化脱氮除磷装置的系统框架图；

图2为图1中的高效污泥减量耦合强化脱氮除磷装置所对应的AO+MBR+RO工艺的流程图；

图3为图2中的浓缩池的尺寸图；

图4为图1中的高效污泥减量耦合强化脱氮除磷装置的减量反应塔的贮泥池的尺寸图；

图5为本发明实施例4的高效污泥减量耦合强化脱氮除磷装置的原理图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1

本实施例提供了一种污泥减量耦合强化脱氮除磷材料的制备方法，该制备方法包括以下步骤：

依次对外部空气加压、冷却、干燥、除尘及除油过滤，获取气源露点低于-45摄氏度，含油量低于0.01mg/m³，杂质颗粒度小于1μm，温度低于25摄氏度，气压大于0.1MPa的激发气体；在本实施例中，激发气体的气源露点低于-55摄氏度，在21摄氏度下的含油量低于0.003/m³，杂质颗粒度小于0.01μm；

对激发气体进行电子激发，以生成含高能态氧的激发态气体；

按照质量比为3:5:2，将碳酸钙粉末、氢氧化钙粉末以及过氧化钙粉末混合，以产生MDP材料；

将MDP材料投加在污泥中，并将激发态气体在污泥中曝气，以使MDP材料和高能态氧反应生成脱氮除磷材料；其中，MDP材料混合在污泥中，使混合后的污泥上清液的pH大于9.5；

在投加MDP材料且将激发态气体曝气后，向污泥中投入聚丙烯酰胺絮凝剂，以生成脱氮除磷材料；其中，聚丙烯酰胺絮凝剂的投加量为污泥中干污泥重的0.15％-0.5％。另外，聚丙烯酰胺絮凝剂可通过至少一个溶药罐投加在污泥重。其中，溶药罐的体积为：

式中，W为聚丙烯酰胺絮凝剂的投加量，n为每天配药次数，N为溶药罐的个数，b为药剂的浓度。

在上述步骤中，在MDP投加在污泥中时，对污泥进行搅拌和超声波振动，以使污泥和MDP材料充分混匀以及接触。

在一些实施例中，该制备方法还可增设以下步骤：

通过制氧机，对激发气体进行分离，以获取氧气浓度达到一个预设氧浓度的混合气体；其中，混合气体通过电子激发，以生成激发态气体。这样，制氧机能够将一部分非氧气体排除，使得混合气体中的氧含量大大增加，从而使得激发后气体的单位体积内氧含量大大增加，以进一步增加高能态氧的含量，提升污泥减量的效果。

综上所述，本实施例的污泥减量耦合强化脱氮除磷材料的制备方法具备以下优点：

本实施例的污泥减量耦合强化脱氮除磷材料的制备方法，其先对外部空气进行预处理，以除去空气中的水分、灰尘、油、碳氢化合物和氢之类的杂质，一方面能够保证这些杂志不会影响后续的电子激发，避免激发的设备受到损坏，另一方面可以提高氧气的含量，同时避免这些杂质影响材料的纯度。在本实施例中，通过对激发气体进行电子激发，能够生成高能态氧，而高能态氧会与MDP材料在特殊的反应环境下与高能态氧高效生成无反应选择性的强氧化产物——羟基自由基。新生成的强氧化羟基自由基，其具有极高的氧化电位，氧化能力强于绝大部分氧化剂，具有很强的细胞破坏能力，并能与污泥发生催化氧化反应，使污泥中的微生物体的多糖类物质降解，对微生物细胞进行破壁，细胞内有机质、生物酶、RNA等释放出来后，进而继续被氧化成二氧化碳和水，促使污泥中的结合水和细胞内部水释放出来，这样使得污泥含固率得以提高，便于泥水分离和脱水，最终实现污泥减量目的。而且，这样就使得处理污泥含水率降低到55％以下，且处理污泥不返溶，污泥含固率提高，便于泥水分离和脱水，最终实现污泥减量目的，并且能够降低处理的成本，减少对环境的危害。

同时，当添加的粉末材料中的钙离子在pH大于9.5时，在羟基自由基的参与下钙离子与污泥上清液中的磷酸根进行化合反应生成难容的羟基磷酸钙。另外通过高级氧化方法可将污泥中具有胶体粘结作用的高分子有机物彻底分解，使其转变为水溶性小分子有机物，能有效提高回流污泥上清液中的B/C比值，提高可生化性，经处理后的污泥上清液可回流，并释放的可降解有机物，产生隐性增长效应，降低整个生化系统的产泥量，从根本上实现污泥少排或零排放目标。

实施例2

本实施例提供了一种用于高效污泥减量耦合强化脱氮除磷的MDP材料，该材料在实施例1为实施例1中的制备方法所制备材料的一部分，MDP材料包括碳酸钙粉末、氢氧化钙粉末以及过氧化钙粉末。其中，碳酸钙粉末、氢氧化钙粉末以及过氧化钙粉末的质量比为3:5:2，MDP材料与通过电子激发获取的高能态氧在污泥中配合使用。

在本实施例中，MDP材料混合在污泥中，使混合后的污泥上清液的pH大于9.5。根据这一标准，可以根据污泥的总量，选择一定量的MDP材料进行投放。并且，本实施例的MDP材料与含有高能态氧的激发态气体配合使用。激发态气体由气源露点低于-45摄氏度，含油量低于0.01mg/m³，杂质颗粒度小于1μm，温度低于25摄氏度，气压大于0.1MPa的空气电子激发而得。这里需要说明的是，碳酸钙粉末、氢氧化钙粉末以及过氧化钙粉末的质量比还可以为其他比例，具体可根据实际的污泥种类进行设定。

实施例3

请参阅图1以及图2，本实施例提供了一种高效污泥减量耦合强化脱氮除磷装置，该装置包括减量反应塔、气源系统、高能态氧发生器、激发态电子系统、曝气盘以及粉末投加系统，还可包括智能控制系统、气体流量智能控制系统、污泥池、废水调节池、压滤机、隔膜泵、尾气处理系统、搅拌机(污泥搅拌混合系统)、超声波振动设备、污泥传送系统、控制装置、污泥缓冲稳定池、污泥提升泵、污水输送水箱、干化污泥传输系统、干化污泥收集系统以及干化污泥传输系统中的一种部件或者多种部件。其中，本实施例用于处理采用AO+MBR+RO工艺进行污水处理所产生的剩余污泥。在该工艺中，A/O池内部硝化液以及MBR污泥回流至A池，剩余污泥排放至污泥浓缩池，深度处理(混凝沉淀)物化污泥与生化污泥一起排入污泥浓缩池，再依次经过浓缩、破膜、无害化、重金属钝化以及压滤，压滤出的上清液回流至废水污水中，而压滤出的污泥进行低温减量干化后填埋和资源化利用。这种工艺产生的污泥剩余量大，处理成本会非常高，因此，本实施例的脱氮除磷装置能够对剩余污泥进行减量化处理。

在本实施例中，该脱氮除磷装置用于对现有的浓缩池中的污水进行污泥减量处理，而浓缩池与集泥池连通。其中，集泥池的回流污泥量假设为Q₁＝0.8×1.50463＝1.203704m³/s＝4333.3m³/h，则剩余污泥量为：

Q_s＝524.76m³/d＝21.865m³/h

总污泥量为：Q＝Q₁+Q_s＝4333.3+21.865＝4355.165m³/h

本实施例选用5台(4用1备)回流污泥泵，2台(1用1备)剩余污泥泵。则每台回流泵的流量为：

泵房集泥池有效容积按不小于最大一台泵(回流泵)5分钟出水量计算，则有效水深设为h＝2.0m，集泥池的面积为：

集泥池尺寸为：L×B＝8×6m。

请参阅图3，浓缩池为间歇式重力浓缩池中的竖流浓缩池，在浓缩活性污泥时，浓缩池的满足下列要求：

1)污泥固体负荷宜采用30～60kg/(m²·d)；

2)浓缩时间不宜小于12h；

3)由生物反应池后二次沉淀池进入污泥浓缩池的污泥含水率，为99.2％～99.6％时，浓缩后污泥含水率可为97％～98％；

4)有效水深宜为4m。

其中，当浓缩池采用栅条浓缩机时，浓缩机的外缘线速度一般宜为1～2m/min，池底坡向泥斗的坡度不宜小于0.05。

浓缩池可设置去除浮渣的装置，并且当采用生物除磷工艺进行污水处理时，不应采用重力浓缩，当采用机械浓缩设备进行污泥浓缩时，宜根据试验资料或类似运行经验确设计参数。而且，浓缩池对污泥浓缩脱水时可采用一体化机械，同时应设置可排出深度不同的污泥水的设施。

在本实施例中，为方便说明，假设进入浓缩池中的剩余污泥量为524.76m³/d＝0.006m³/s，设计中选用2座浓缩池，单池流量为：Q₁＝0.003m³/s。假设浓缩前污泥含水率为P＝99.3％，浓缩后污泥含水率为P₁＝97％。其中，该浓缩池中各个参数如下。

1.中心进泥管的面积为：

中心进泥管的直径为：

式中，A为浓缩池中心进泥管面积，单位为m²。v₀为中心进泥管流速，一般小于0.03m/s，d₀为中心进泥管直径，单位为m。在本实施例中，取v₀＝0.03m/s，则

进而，取d₀＝400mm。管内的实际流速为：

2.中心进泥管喇叭口与反射板之间的缝隙高度为：

式中，h₃为中心进泥管喇叭口与反射板之间的缝隙高度，单位为m；v₁为污泥从中心进泥管喇叭口与反射板之间缝隙流出速度，一般采用0.02～0.03m/s；d₁为喇叭口直径，一般采用d₁＝1.35d₀＝1.35×0.4＝0.54m。在本实施例中，取v₁＝0.025m/s，则

3.浓缩后分离出来的污水量为：

4.浓缩池有效面积为：

式中，F——浓缩池水流面积，单位为m²；v为污水在浓缩池内上升流速，一般采用v＝0.00005～0.0001m/s，则

5.浓缩池直径为：

其中，有效水深为：

h₂＝vt

式中，h₂——浓缩池的有效水深，单位为m；t为浓缩时间，不小于12h。在本实施例中，取t＝12h，则h₂＝0.0001×12×3600＝4.32m。

6.浓缩后剩余污泥量为：

7.浓缩池污泥斗容积

在本实施例中，污泥斗设在浓缩池底部，在采用重力排泥。则有：

h₅＝(r₂-r₁)·tanα

式中，h₆为污泥斗高度，单位为m；r₂为浓缩池半径，单位为m；r₁为污泥斗底部半径，一般用0.5m×0.5m；α为污泥斗倾角，圆形池污泥斗倾角≥55°。在本实施例中，取污泥斗倾角α＝60°，r₁＝0.30m，r₂＝2.71m，则h₅＝(r₂-r₁)·tana＝(2.71-0.30)×tan60°＝4.17m，因此污泥斗容积为：

8.污泥在泥斗中的停留时间为：

其中，停留时间介于10～16之间，即符合要求。

9.浓缩池总高度为：

H＝h₁+h₂+h₃+h₄+h₅

式中，h₁为超高，单位为m；h₄为缓冲层高度，单位为m。

在本实施例中，取超高h₁＝0.3m，缓冲层高度h₄＝0.4m，则有：

H＝h₁+h₂+h₃+h₄+h₅＝0.3+4.32+0.071+0.4+4.17＝9.161m

10、浓缩池溢流出水经过溢流堰进入出水槽，然后汇入出水管排出。出水槽流量q＝0.0023m³/s，设出水槽宽b＝0.15m，水深为0.10m，则水流速为0.31m/s。

溢流堰周长：c＝π(D-2b)＝3.14×(5.24-2×0.15)＝15.51m

溢流堰采用单侧90°三角形出水堰，堰宽0.16m，深0.08m。因此，每格沉淀池有

个三角堰，三角堰的流量为：

三角堰的堰水深为：

三角堰后自由跌落0.10m，则出水堰水头损失为0.10+0.01＝0.11m。

11、排泥管

浓缩剩余污泥量为0.0007m³/s，泥量小，采用间歇排泥方式，污泥斗容积30.24m³，污泥管道选用钢筋混凝土管，管径为DN200mm，每次排泥时间为0.5h，每日排泥2次，间隔时间为12h。

每次排泥量：

管内流速：

当为非满流时，则流速为：v＝0.86m/s，坡度为：i＝6.8‰。

请参阅图4，减量反应塔用于容纳污水，并且可通过污水泵将浓缩池内的污水吸入。减量反应塔可采用现有的污泥反应塔，其为污泥进行催化氧化提供了反应的场所。在本实施例中，该减量反应塔设有贮泥池，贮泥池能够贮泥来自浓缩池的污泥。Q＝2Q₂＝0.0014m³/s＝120.96m³/d。由于污泥量不大，本实施例可采用1座贮泥池，贮泥池采用竖流沉淀池构造。

贮泥池的容积为：

式中，t为贮泥时间，一般采用8～12h。

在本实施例中，取t＝8h，则有：

另外，贮泥池的设计容积为：

式中，V_贮设为贮泥池设计容积，单位为m³；a为污泥贮池边长，单位为m；b为污泥斗底边长，单位为m；h₆为贮泥池有效水深，单位为m；h₇为污泥斗高度，单位为m；a为污泥斗倾角，一般采用60°。

在本实施例中，取a＝60°，a＝3.5m，h₆＝2.5m，污泥斗底为正方形，边长为b＝1.0m，则有

2、贮泥池的高度为：

H＝h₈+h₆+h₇

式中，h₈的贮泥池超高，单位为m。

在本实施例中，取h₈＝0.3m，则

H＝0.3+2.5+2.17＝4.97m

气源系统包括空气压缩机、后冷却器、储气罐、干燥机构以及空气过滤器。

空气压缩机用于加压输送的空气，可以直接吸收装置外部的空气。空气压缩机将环境中的空气通过加压的送入，一般选用螺杆式，并优选无油润滑型的，如选型微油润滑型的，而且必须在后级进行严格的无油化处理。其中，空气压缩机的最高排气压力可为0.7MPa。

后冷却器用于冷却空气压缩机加压后的气体。后冷却器是将空压机(即空气压缩机)排出的带有一定压力的含有饱和水蒸气的压缩空气，通过外冷媒冷却，并将冷凝液排放，达到一定的除油水效果。后冷却器根据冷媒不同分为水冷式和风冷式两种，在实际应用中可根据需要选择。后冷却器一般根据空压机的排气量来选型，其额定处理能力应大于空压机的排气能力。

储气罐用于储存后冷却器冷却后的气体，并将储气输送至干燥机构。储气罐是压缩空气储存缓冲装置，属于一类压力容器，一般根据空压机的排气量来选型，因激发态电子激发系统耗气量稳定，一般要求容积能储存1-2分钟的气体即可，其设计压力应该高于空压机的最高排气压力。储气罐属于一类压力容器，其附件应包括安全阀、压力表组件、排污/放空阀等。

干燥机构用于去除储气中的水分，并将除水后的气体输送空气过滤器。在本实施例中，干燥机构可包括冷冻干燥机和吸附干燥机，冷冻干燥机用于对储气进行冷凝除水，吸附干燥机用于对冷冻干燥机除水后的气体进行吸附干燥。

其中，冷冻式干燥机(即冷干机)是将在饱和状况下的压缩空气降温冷凝除水的设备，正常工作条件下可去除压缩空气中约80％的水分，除水量大。并且，除水后的低温气体在排出设备之前通过热交换器和进入设备的气体进行热交换，对气体进行预冷，因此能耗低。因为水的冰点为0℃，为防止冰塞，冷干机的内部制冷系统蒸发器设置温度都在0℃以上，因此冷干机在额定压力下仅能获得大约常压下-20℃左右的露点，属于浅度除水。冷干机的处理气量一般以工作压力0.7MPa、进气温度42℃、环境温度38℃为额定工况，选型设计时应根据不同工况条件下的修正系数进行修正。另外，同一台冷干机，工作压力越高，进气温度越低，环境温度越低，气源处理质量越好。在低工作压力、高进气温度和高工作环境温度的工况时，设置人员必须对冷干机处理量进行修正。而且在选型时，冷干机实际处理量一般应稍大于空压机的排气量。

吸附式干燥机是应用变压吸附原理和无热再生或微加热再生方法，对压缩空气进行吸附干燥的一种除湿净化装置。该设备采用双塔结构，一塔在一定压力下吸附空气中的水分，另一塔用稍高于大气压的一小部分干燥空气使吸附塔中的干燥剂再生，经过一定时间，两塔切换，保证干燥压缩空气的连续供应。在正常的操作条件下，应确保进入干燥机的饱和空气在一定的流速下与吸附剂床层有足够长的接触时间，经处理后的空气露点(压力下)可降至-45℃以下，最低可达-70℃，属于深度干燥。吸附式干燥机额定处理流量即额定进口空气流量，是指换算到绝对压力1atm，温度20℃，相对湿度为0时，进入到干燥机的空气容积流量；

工况条件对吸附式干燥机处理效果有很大影响：

①进气温度：进入干燥机的压缩空气一般都在饱和状态，在相同压力下不同温度下，所含水分有很大的差别，温度升高，饱和含湿量随之增加，干燥机负荷亦增加。

②进气压力：饱和压缩空气的含湿量和压力成反比，当工作压力越低，水分含量越高，需要的再生气量也就越大，同时因压力降低，亦会造成塔内空气流速加快，而加速吸附剂磨损；

③油雾污染：吸附剂对油雾污染非常敏感，当油雾和吸附剂接触后覆盖其表面，将致使吸附剂的性能迅速下降，不仅引起露点升高，还会缩短吸附剂的使用寿命。

④吸干机前应安装前置过滤器，以除去压缩空气中可能存在的液态水、固体粒子和油雾，保证干燥机的运行条件与吸附剂的使用寿命。

⑤吸附式干燥机根据再生方式分为无热再生式和微热再生时，后者用一小部分加热了的干燥空气对吸附剂进行再生，平均再生气流率(亦称再生气耗比)从15％左右降到了5％左右，再生气量的大小也在一定条件下影响着空气处理效果。

空气过滤器用于将除水后的气体进行除尘及除油过滤。空气过滤器一般采用分级的方式，包括主管道过滤、除油过滤、除尘过滤等。空气过滤器一般按一下规则安装：空气压缩机后安装主管道过滤器，过滤孔径为3-5μm；吸附式干燥机前面安装除油过滤器，过滤器过滤孔径至少为0.01μm(最好一级0.01μm加一级0.001μm)，一般应在0.01μm过滤器前加装1μm过滤器；吸附式干燥机后面安装除尘过滤器，过滤器过滤孔径至少为1μm(最好一级1μm加一级0.01μm)。

在本实施例中，智能控制系统包括气压恒压系统、气体安全保护系统以及气体流量控制系统，气压恒压系统能够使空气过滤器过滤出的气体的气压保持稳定，而气体安全保护系统能够保证气体运输的安全性，而气体流量控制系统能够检测输送至高能态氧发生器的气体流量。

高能态氧发生器用于接收空气过滤器输送的气体。在本实施例中，高能态氧发生器的高能态氧产量可以为240g/h，并且流量为10Nm³/h。激发态电子系统用于对高能态氧发生器中的气体进行电子激发，以生成高能态氧。高能态氧发生器可为气态电子发生器，而激发态电子系统为中频高压电源系统，其能够对高能态氧发生器中的气体进行电子激发。

曝气盘的数量至少为一个，曝气盘用于将高能态氧发生器中含高能态氧的气体在减量反应塔中曝气。在本实施例中，曝气盘的数量为6个，并且为钛金属结构，气孔的孔径为0.02μm。在本实施例中，高能态氧发生器产生的气体可以通过气体流量智能控制系统输送至曝气盘，这样就能够实时调节进入到减量反应塔内的气体流量了，保证反应的可控性。

粉末投加系统用于向减量反应塔中投放粉末材料，粉末材料由碳酸钙粉末、氢氧化钙粉末以及过氧化钙粉末组成。其中，碳酸钙粉末、氢氧化钙粉末以及过氧化钙粉末的组成质量比例可为3:5:2，当然，在其他实施例中，这三种粉末的组成质量比例可为其他比例，具体数值可根据污泥的种类进行设置。在本实施例中，粉末投加系统包括均与减量反应塔连通的污泥剂投加池、pH调节池以及絮凝剂投加池。污泥剂投加池用于向减量反应塔中投加碳酸钙粉末、氢氧化钙粉末以及过氧化钙粉末，以形成粉末材料。pH调节池用于调节减量反应塔内污水的pH值，絮凝剂投加池用于向减量反应塔中投加絮凝剂。

在一些实施例中，絮凝剂还可通过溶药罐进行投加，溶药罐的容积为：

式中，V₁——溶药罐容积，单位为m³，n为每天配药次数，N为溶药罐个数，b为药剂浓度，一般采用1％～2％。在本实施例中，取n＝1次，N＝2个，b＝1％，则

并且，溶药罐可采用JYB型玻璃钢溶药罐，外形尺寸φ2000×1500，有效容积3.768m³。

而溶解池容积：V₂＝(0.2～0.3)V₁

在本实施例中，取2个溶解池，则有

V₂＝0.25V₁＝0.25×3.63＝0.92m³

则净尺寸为：φ1100×1300。

由于聚丙烯酰胺溶剂困难，水解时间较长，本实施例的聚丙烯酰胺水解时以24h计。

污泥池用于浓缩减量反应塔中沉降的污泥，废水调节池用于容纳污泥池中回流的上清液，压滤机用于压滤污泥池中的浓缩出的污泥，以过滤出滤饼。压滤机可采用板框压滤机、带式压滤机、真空转鼓压滤机以及离心脱水机中的一种，在本实施例中，压滤机采用板框压滤机。隔膜泵用于将浓缩池中的污水泵入减量反应塔中。

压滤机脱水后污泥量为：

式中，P₂为脱水后污泥含水率。

在本实施例中，P₂＝75％

脱水后干污泥重量为：

M＝q(1-P₂)×1000＝72.576×(1-75％)×1000＝18144kg/d＝756kg/h

尾气处理系统用于处理减量反应塔中产生的尾气。污泥脱水过程中有臭味产生，尾气处理系统可以采用木屑和生物炭滤床的方式对空气进行净化。当然，在本实施例中，尾气处理系统可以包括集气罩和三组空气净化器，集气罩安装在每台带式压滤机的上部，并由通风机将臭气送入空气净化器中。

搅拌机用于搅拌减量反应塔中的污水。其中，按每立方米池容输入功率20W计算，搅拌机所需的功率为：

N＝20V₂＝20×0.93＝0.0186kW

搅拌机的总效率η₁采用0.75，搅拌器传动效率η₂采用0.8，则搅拌轴所需电动机功率为

超声波振动设备用于对减量反应塔中的污水进行超声波振动。超声波振动设备可以采用超声波发生器，并且将震动棒设置在减量反应塔的污泥中，以对污泥和粉末材料进行振动，使得粉末材料充分与污泥进行接触，同时使得粉末材料在污泥中混匀。

在本实施例中，控制装置能够控制各个结构运行，实现减量装置自动化运行。污泥传送系统能够将污泥传送出去，而污泥缓冲稳定池能够收集污泥，污泥提升泵能够将污泥从污泥缓冲稳定池输送至压滤机进行压滤，压滤的污泥收集在污水输送水箱中，并进一步通过干化污泥传输系统传输至干化污泥收集系统中，最后通过干化污泥传输系统传输出去。

综上所述，本实施例的高效污泥减量耦合强化脱氮除磷装置，其具有以下优点：

本实施例的激发态电子系统将高能态氧发生器中的气体电子激发，生成了高能态氧，而高能态氧能与粉末投加系统投加的粉末材料产生特殊的反应环境下高效生成无反应选择性的强氧化产物——羟基自由基。新生成的强氧化羟基自由基，其具有极高的氧化电位，氧化能力强于绝大部分氧化剂，具有很强的细胞破坏能力，能与污泥发生催化氧化反应，使污泥中的微生物体的多糖类物质降解，对微生物细胞进行破壁、细胞内有机质、生物酶、RNA等释放出来后，继续被氧化成二氧化碳和水，促使污泥中的结合水和细胞内部水释放出来。这样就使得处理污泥含水率降低到55％以下，且处理污泥不返溶，污泥含固率提高，便于泥水分离和脱水，最终实现污泥减量目的，并且能够降低处理的成本，减少对环境的危害。

同时，添加的粉末材料中的钙离子在pH大于9.5时在羟基自由基的参与下与污泥上清液中的磷酸根进行化合反应生成难容的羟基磷酸钙。另外通过高级氧化方法可将污泥中具有胶体粘结作用的高分子有机物彻底分解，使其转变为水溶性小分子有机物，能有效提高回流污泥上清液中的B/C比值，提高可生化性，经处理后的污泥上清液可回流，并释放的可降解有机物，产生隐性增长效应，降低整个生化系统的产泥量，从根本上实现污泥少排或零排放目标。

而且，在本实施例中，由于污泥破壁后成为单纯有机物，含水率低，体积减小，减少污泥出泥量和处理量，同时破壁后的污泥上清液一部分可以回流至减量反应塔中，回流的污泥的上清液中含有的大量被破壁、氧化溶解的物质，这些物质又为整个装置提供大量易分解吸收的碳源，促进微生物生长繁殖，更快、更彻底的处理水中的有机污染物，从而更有效地实现了整个废水处理系统的污泥减量。

实施例4

请参阅图5，本实施例提供了一种高效污泥减量耦合强化脱氮除磷装置，该装置在实施例3的基础上增加了制氧机。制氧机用于吸收空气过滤器输送的气体，并相应产生氧气浓度达到一个预设氧浓度的混合气体。其中，激发态电子系统在高能态氧发生器中对混合气体进行电子激发，以生成高能态氧。这样，制氧机能够将一部分非氧气体排除，使得混合气体中的氧含量大大增加，从而使得激发后气体的单位体积内氧含量大大增加，以进一步增加高能态氧的含量，提升污泥减量的效果。

实施例5

本实施例提供了一种高效污泥减量耦合强化脱氮除磷方法，其应用于实施例3或实施例4中的高效污泥减量耦合强化脱氮除磷装置中，该脱氮除磷方法包括以下步骤：

1、依次对环境空气进行加压、冷却、干燥和除尘及除油过滤，以除去空气中的水分、灰尘、油、碳氢化合物和氢，以获取激发气体；

2、对激发气体进行电子激发，以生成高能态氧；

3、将含有高能态氧的气体送入污水中进行曝气，同时向污水中投放粉末材料；粉末材料由碳酸钙粉末、氢氧化钙粉末以及过氧化钙粉末组成。

以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种污泥减量耦合强化脱氮除磷材料的制备方法，其特征在于，其包括以下步骤：

依次对外部空气加压、冷却、干燥、除尘及除油过滤，获取气源露点低于-45摄氏度，含油量低于0.01mg/m³，杂质颗粒度小于1μm，温度低于25摄氏度，气压大于0.1MPa的激发气体；

对所述激发气体进行电子激发，以生成含高能态氧的激发态气体；

按照质量比为3:5:2，将碳酸钙粉末、氢氧化钙粉末以及过氧化钙粉末混合，以产生MDP材料；

将所述MDP材料投加在污泥中，并将所述激发态气体在所述污泥中曝气，以使所述MDP材料和所述高能态氧反应生成所述脱氮除磷材料。

2.如权利要求1所述的污泥减量耦合强化脱氮除磷材料的制备方法，其特征在于，所述激发气体的气源露点低于-55摄氏度，在21摄氏度下的含油量低于0.003/m³，杂质颗粒度小于0.01μm。

3.如权利要求1所述的污泥减量耦合强化脱氮除磷材料的制备方法，其特征在于，所述MDP材料混合在所述污泥中，使混合后的污泥上清液的pH大于9.5。

4.如权利要求1所述的污泥减量耦合强化脱氮除磷材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法还包括以下步骤：

在所述MDP投加在所述污泥中时，对所述污泥进行搅拌和超声波振动。

5.如权利要求1所述的污泥减量耦合强化脱氮除磷材料的制备方法，其特征在于，所述外部空气通过气源系统处理获得所述激发气体；所述气源系统包括空气压缩机、后冷却器、储气罐、干燥机构以及空气过滤器；所述空气压缩机用于加压所述外部空气，所述后冷却器用于冷却所述空气压缩机加压后的气体；所述储气罐用于储存所述后冷却器冷却后的气体，并将储气输送至所述干燥机构；所述干燥机构用于去除所述储气中的水分，并将除水后的气体输送至所述空气过滤器中进行除尘及除油过滤，以产生所述激发气体。

6.如权利要求5所述的污泥减量耦合强化脱氮除磷材料的制备方法，其特征在于，所述干燥机构包括冷冻干燥机和吸附干燥机；所述冷冻干燥机用于对所述储气进行冷凝除水，所述吸附干燥机用于对所述冷冻干燥机除水后的气体进行吸附干燥。

7.如权利要求1所述的污泥减量耦合强化脱氮除磷材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法还包括以下步骤：

通过制氧机，对所述激发气体进行分离，以获取氧气浓度达到一个预设氧浓度的混合气体；其中，所述混合气体通过电子激发，以生成所述激发态气体。

8.如权利要求1所述的污泥减量耦合强化脱氮除磷材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法还包括以下步骤：

在投加所述MDP材料且将所述激发态气体曝气后，向所述污泥中投入聚丙烯酰胺絮凝剂，以生成所述脱氮除磷材料。

9.如权利要求8所述的污泥减量耦合强化脱氮除磷材料的制备方法，其特征在于，所述聚丙烯酰胺絮凝剂的投加量为所述污泥中干污泥重的0.15％-0.5％。

10.如权利要求8所述的污泥减量耦合强化脱氮除磷材料的制备方法，其特征在于，所述聚丙烯酰胺絮凝剂通过至少一个溶药罐投加在所述污泥重；其中，所述溶药罐的体积为：

式中，W为所述聚丙烯酰胺絮凝剂的投加量，n为每天配药次数，N为所述溶药罐的个数，b为药剂的浓度。

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