CN110902995A - 一种生化剩余污泥和废水复合氧化处理装置及其处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种生化剩余污泥和废水复合氧化处理装置及其处理方法，主要包括污泥浓缩池、主反应器和射流器，所述主反应器主要包括卧式圆筒状金属壳体，所述金属壳体的一端设置集气室，另一端设置等离子体气室；所述金属壳体内设置若干水平状石英管，所述石英管内设置放电电极，所述石英管一端位于集气室内，另一端位于等离子体气室内，所述放电电极与金属壳体均与等离子体电源连接；所述进料端与射流器的出口连接，本装置及处理方法集电化学、电催化氧化、光催化氧化、臭氧催化氧化和空化催化氧化为一体，破解活性污泥微生物细胞，降解废水中有机物，降解速度快、结构配置简单，操作方便，运行能耗低，性能稳定。
Description
技术领域
本发明涉及污水处理领域，尤其涉及一种生化剩余污泥和废水复合氧化处理装置及其处理方法。
背景技术
生化法污水处理适用广泛，规模逐年增加，产生的剩余污泥处置成为本领域一大难题。为避免剩余污泥对环境的二次污染，现主要处置方法为：一是运往制砖厂掺烧，二是运往焚烧厂干燥后焚烧。由于干燥焚烧处置费用高，并且免烧砖广泛运用，烧砖量大幅缩减，大量剩余污泥处置已成为日趋严峻的问题。另外，污水处理厂外排水的提标升级也是迫切需求。
现研究热门的生化污泥减量技术主要有两大类：一是原位减量，向生化池内定期投加特种生物，利用后生动物强化捕食，构成生化系统完整的食物链，实现泥水的同步降解，降低系统的污泥产率；化学解耦联，以化学抑制剂阻断微生物合成细胞，减少污泥产率。二是分离后氧化，将剩余污泥排入反应器，调质后加入化学氧化剂或臭氧等将之杀灭，使其被氧化分解，达到减量的目的。
原位减量具有费用低的优势，但生物繁殖随环境因素变化大，人为控制难度大；化学解耦联技术，必须频繁更换解耦联药剂，以应对微生物失应性极强的特性，故运用稳定性差，影响系统正常运行。
分离后氧化，化学试剂氧化的最佳反应条件受试剂性质的限制，且运用时扩散阻力大，药剂昂贵；臭氧氧化和催化臭氧氧化溶胞技术实验效果俱佳。但同时都存在气态的臭氧与液态的污泥溶液传质效率偏低，涂覆的催化剂被污染甚至被屏蔽。由于生化排出的剩余污泥中存在各种杂物，工程运用中堵塞过滤器，故障多，运行不稳定。
由于绝大多数污水处理厂提标升级都采用催化氧化法，金属盐催化剂经反应后会产生大量污泥。综上所述，最大限度地降低运行费用，提高气液传质效率，保证系统设备的正常运行，是本技术工程化运用的关键。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的缺点，提供一种降解速度快、结构配置简单，操作方便，运行能耗低，性能稳定能够达到生化剩余污泥减量与废水提标升级的目的的一种生化剩余污泥和废水复合氧化处理装置及其处理方法。
为实现上述发明目的，本发明的技术方案是：
一种生化剩余污泥和废水复合氧化处理装置，主要包括污泥浓缩池和主反应器，还包括射流器，所述主反应器主要包括卧式圆筒状金属壳体，所述金属壳体的一端设置集气室，另一端设置等离子体气室；所述金属壳体侧壁的一端设置进料端，另一端设置出料端；所述金属壳体内设置若干水平状石英管，所述石英管内设置放电电极，所述石英管一端位于集气室内，另一端位于等离子体气室内，所述放电电极与金属壳体均与等离子体电源连接；所述进料端与射流器的出口连接，所述出料端与污泥浓缩池连接，射流器的进口分别与循环泵和等离子体气室连接。
作为优选，所述金属壳体内还设置螺旋板，所述螺旋板与金属壳体内壁连接，所述螺旋板将金属壳体内腔分隔成螺旋导流腔，所述石英管穿过螺旋板。
作为优选，所述螺旋板与金属壳体之间由密封条密封，所述螺旋板表面还涂覆催化剂。
作为优选，所述放电电极与石英管之间留有缝隙，所述集气室与浓缩氧源连通。
作为优选，所述循环泵与污泥浓缩池之间还设置机械除杂机，所述机械除杂机的进料口与污泥浓缩池内提升泵连接，所述机械除杂机的出渣口与污泥浓缩池连接，所述机械除杂机的出料口与循环泵的进口连接。
作为优选，所述污泥浓缩池底部还设置排泥管，所述出料端伸至污泥浓缩池的底部。
一种生化剩余污泥和废水复合氧化的处理方法，主要包括以下步骤：
（1）打开等离子体电源，放电电极放电，金属壳体作为负极，两者之间形成电子回路，同时电离产生的高活性带电离子通过石英管与放电电极之间的缝隙进入等离子体气室；
（2）浓缩氧源向集气室内充入浓缩氧气，浓缩氧气均匀的进入石英管与放电电极之间的缝隙内，通过高压放电电离生成臭氧等高活性等离子体，沿着缝隙进入等离子体气室；
（3）打开提升泵，污泥浓缩池内的由剩余污泥和废水组成的泥水混合物被提升泵抽至机械除杂机的进料口，在机械除杂机内进行除杂过滤，筛渣由机械除杂机的出渣口排入污泥浓缩池；
（4）打开循环泵，筛渣后的泥水混合物由机械除杂机的出料口进入循环泵，同时循环泵为射流器提供机械能，泥水混合物与高活性带电离子及臭氧等高活性等离子体在射流器中充分混合，然后以一定的速度喷射进入主反应器内的螺旋导流腔，泥水混合物沿着螺旋板的行程在螺旋导流腔内停留60~180s后从出料端排出；
（5）从主反应器出料端排出的反应后的带有一定量氧化性气体的泥水混合物进入污泥浓缩池底部，与污泥浓缩池内的泥水混合物混合继续氧化分解，消耗气体的氧化性后释放气体，而后比重增加由污泥浓缩池底部的排泥管排向污泥调质池，调制后压滤。
本发明的原理是：泥水混合物与高活性带电离子及臭氧等高活性等离子体在射流器中充分混合，高活性带电离子具有较强的氧化还原性，与泥水混合物混合后首先进行直接氧化反应，进入螺旋导流腔后，由于螺旋板上涂有催化剂，因此泥水混合物进一步进行复合催化氧化（电催化、光催化等）反应，生成氧化性更强的羟基自由基（•OH），由于受高频高压脉冲电场、电磁场和紫外光波的共同作用，主反应器内的泥水混合物随之产生高频次脉冲浪涌振荡引起的空化效应，极大地增强了气液界面的传质效率，反应速率迅速提高，有机物微生物细胞壁被快速破解，碎片被氧化，矿化，使剩余污泥总体积与总质量快速减少，污水中有机物含量快速降低，达到生化剩余污泥减量与废水提标升级的目的。
本发明的有益效果是：
第一：放电电极与金属壳体形成电子回路，配合石英管、浓缩氧气、催化剂等能够实现电化学、电催化氧化、光催化氧化、臭氧催化氧化和空化催化氧化为一体的破解活性污泥微生物细胞，降解废水中有机物的综合性工艺技术，降解速度更快、结构配置更简单，操作更方便，运行能耗更低，性能更稳定；
第二：本装置对废水的提标升级处理具有不产生污泥的优点，很大程度上减轻了剩余污泥处置的经济和社会压力；
第三：主反应器内设置螺旋板，首先可以延长泥水混合物在金属壳体内行程，延长泥水混合物在金属壳体内的反应时间；其次设置螺旋板可以增加催化剂的涂覆面积；最后，螺旋板与金属壳体之间由密封条密封，拆卸方便，
第四：设置机械除杂机，过滤剩余污泥和废水中存在的各种杂物，防止堵塞。
附图说明
图1为本发明结构示意图。
图中：1是污泥浓缩池、1.1是排泥管、2是主反应器、2.1是金属壳体、2.2是集气室、2.3是等离子体气室、2.4是进料端、2.5是出料端、3是射流器、4是石英管、5是放电电极、6是等离子体电源、7是螺旋板、7.1是螺旋导流腔、8是浓缩氧源、9是机械除杂机、10是循环泵、11是提升泵。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
一种生化剩余污泥和废水复合氧化处理装置，主要包括污泥浓缩池1和主反应器2，还包括射流器3，所述主反应器2主要包括卧式圆筒状金属壳体2.1，所述金属壳体2.1的一端设置集气室2.2，另一端设置等离子体气室2.3；所述金属壳体2.1侧壁的一端设置进料端2.4，另一端设置出料端2.5；所述金属壳体2.1内设置若干水平状石英管4，所述石英管4内设置放电电极5，所述石英管4一端位于集气室2.2内，另一端位于等离子体气室2.3内，所述放电电极5与金属壳体2.1均与等离子体电源6连接；所述进料端2.4与射流器3的出口连接，所述出料端2.5与污泥浓缩池1连接，所述射流器3的进口分别与循环泵10和等离子体气室2.3连接。
作为优选，所述金属壳体2.1内还设置螺旋板7，所述螺旋板7与金属壳体2.1内壁连接，所述螺旋板7将金属壳体2.1内腔分隔成螺旋导流腔7.1，所述石英管4穿过螺旋板7。
作为优选，所述螺旋板7与金属壳体2.1之间由密封条密封，所述螺旋板7表面还涂覆催化剂，当然金属壳体2.1内壁也可涂覆催化剂，所述催化剂的基材为纳米二氧化钛和多金属离子复合物，该催化剂主要是用于催化臭氧在高压放电产生的强紫外光下产生羟基自由基。
作为优选，所述放电电极5与石英管4之间留有缝隙，所述集气室2.2与浓缩氧源8连通。
作为优选，所述循环泵10与污泥浓缩池1之间还设置机械除杂机9，所述机械除杂机9的进料口与污泥浓缩池1内提升泵11连接，所述机械除杂机9的出渣口与污泥浓缩池1连接，所述机械除杂机9的出料口与循环泵10的进口连接。
作为优选，所述污泥浓缩池1底部还设置排泥管1.1，所述出料端2.5伸至污泥浓缩池1的底部。
一种生化剩余污泥和废水复合氧化的处理方法，主要包括以下步骤：
（1）打开等离子体电源6，放电电极5放电，电离产生高活性带电离子，同时产生强电场、强磁场及强紫外光，放电电子透过石英管4以离子态传递电子，流向外侧金属壳体2.1，金属壳体2.1作为负极，两者之间形成电子回路，同时高活性带电离子通过石英管4与放电电极5之间的缝隙进入等离子体气室2.3；
（2）浓缩氧源8向集气室2.2内充入浓缩氧气，浓缩氧气均匀的进入石英管4与放电电极5之间的缝隙内，通过高压放电电离生成臭氧等高活性等离子体，沿着缝隙进入等离子体气室2.3；
（3）打开提升泵11，污泥浓缩池1内的由剩余污泥和废水组成的泥水混合物被提升泵11抽至机械除杂机9的进料口，在机械除杂机9内进行除杂过滤，筛渣由机械除杂机9的出渣口排入污泥浓缩池1；
（4）打开循环泵10，筛渣后的泥水混合物由机械除杂机9的出料口进入循环泵10，同时循环泵10为射流器3提供机械能，使泥水混合物在射流器3的喷嘴处得到高速流，高速流通过射流器3的喉管进入射流器3的渐放管，高速流流速突然减慢使喉管和喷嘴的间隙处产生负压，吸入高活性带电离子及臭氧等高活性等离子体，泥水混合物与高活性带电离子及臭氧等高活性等离子体在射流器3中充分混合，然后以一定的速度喷射进入主反应器2内的螺旋导流腔7.1，高活性带电离子具有较强的氧化还原性，与泥水混合物混合后首先进行直接氧化反应，进入螺旋导流腔7.1后，由于螺旋板7上涂有催化剂，因此泥水混合物进一步进行复合催化氧化（电催化、光催化等）反应，生成氧化性更强的羟基自由基（•OH），由于受高频高压脉冲电场、电磁场和紫外光波的共同作用，主反应器2内的泥水混合物随之产生高频次脉冲浪涌振荡引起的空化效应，极大地增强了气液界面的传质效率，反应速率迅速提高，有机物微生物细胞壁被快速破解，碎片被氧化，矿化，使剩余污泥总体积与总质量快速减少，污水中有机物含量快速降低，达到生化剩余污泥减量与废水提标升级的目的；泥水混合物沿着螺旋板7的行程在螺旋导流腔7.1内停留60~180s后从出料端2.5排出；
（5）从主反应器2出料端2.5排出的反应后的带有一定量氧化性气体的泥水混合物进入污泥浓缩池1底部，由于含有一定量氧化性气体，比重相对较轻，进入污泥浓缩池1底部后向上运动，与污泥浓缩池1内的泥水混合物混合继续氧化分解，消耗气体的氧化性后释放气体，而后比重增加由污泥浓缩池1底部的排泥管1.1排向污泥调质池，调制后压滤。
该方法在以下中试实验中取得的结果为：
1、丹阳市某污水处理厂排入污泥浓缩池的剩余污泥浓度为17100mg/L，浓缩池内液面容积为200m3，经本发明装置中试处理5小时，浓缩池内平均污泥浓度为8100mg/L。
2、扬州某电镀厂生化后废水COD为129mg/L，Cu2+为0.48mg/L，循环反应池液面容积20m3，经本发明装置中试处理1h，池内废水COD为17mg/L，Cu2+为0.19mg/L。
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。
Claims (7)
1.一种生化剩余污泥和废水复合氧化处理装置，主要包括污泥浓缩池和主反应器，其特征在于：还包括射流器，所述主反应器主要包括卧式圆筒状金属壳体，所述金属壳体的一端设置集气室，另一端设置等离子体气室；所述金属壳体侧壁的一端设置进料端，另一端设置出料端；所述金属壳体内设置若干水平状石英管，所述石英管内设置放电电极，所述石英管一端位于集气室内，另一端位于等离子体气室内，所述放电电极与金属壳体均与等离子体电源连接；所述进料端与射流器的出口连接，所述出料端与污泥浓缩池连接，所述射流器的进口分别与循环泵和等离子体气室连接。
2.根据权利要求1所述的一种生化剩余污泥和废水复合氧化处理装置，其特征在于：所述金属壳体内还设置螺旋板，所述螺旋板与金属壳体内壁连接，所述螺旋板将金属壳体内腔分隔成螺旋导流腔，所述石英管穿过螺旋板。
3.根据权利要求2所述的一种生化剩余污泥和废水复合氧化处理装置，其特征在于：所述螺旋板与金属壳体之间由密封条密封，所述螺旋板表面还涂覆催化剂。
4.根据权利要求1所述的一种生化剩余污泥和废水复合氧化处理装置，其特征在于：所述放电电极与石英管之间留有缝隙，所述集气室与浓缩氧源连通。
5.根据权利要求1所述的一种生化剩余污泥和废水复合氧化处理装置，其特征在于：所述循环泵与污泥浓缩池之间还设置机械除杂机，所述机械除杂机的进料口与污泥浓缩池内提升泵连接，所述机械除杂机的出渣口与污泥浓缩池连接，所述机械除杂机的出料口与循环泵的进口连接。
6.根据权利要求1所述的一种生化剩余污泥和废水复合氧化处理装置，其特征在于：所述污泥浓缩池底部还设置排泥管，所述出料端伸至污泥浓缩池的底部。
7.一种生化剩余污泥和废水复合氧化的处理方法，其特征在于：主要包括以下步骤：
（1）打开等离子体电源，放电电极放电，金属壳体作为负极，两者之间形成电子回路，同时电离产生的高活性带电离子通过石英管与放电电极之间的缝隙进入等离子体气室；
（2）浓缩氧源向集气室内充入浓缩氧气，浓缩氧气均匀的进入石英管与放电电极之间的缝隙内，通过高压放电电离生成臭氧等高活性等离子体，沿着缝隙进入等离子体气室；
（3）打开提升泵，污泥浓缩池内的由剩余污泥和废水组成的泥水混合物被提升泵抽至机械除杂机的进料口，在机械除杂机内进行除杂过滤，筛渣由机械除杂机的出渣口排入污泥浓缩池；
（4）打开循环泵，筛渣后的泥水混合物由机械除杂机的出料口进入循环泵，同时循环泵为射流器提供机械能，泥水混合物与高活性带电离子及臭氧等高活性等离子体在射流器中充分混合，然后以一定的速度喷射进入主反应器内的螺旋导流腔，泥水混合物沿着螺旋板的行程在螺旋导流腔内停留60~180s后从出料端排出；
（5）从主反应器出料端排出的反应后的带有一定量氧化性气体的泥水混合物进入污泥浓缩池底部，与污泥浓缩池内的泥水混合物混合继续氧化分解，消耗气体的氧化性后释放气体，而后比重增加由污泥浓缩池底部的排泥管排向污泥调质池，调制后压滤。
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