CN112830644A - 活性污泥生物质分离的方法及系统和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种活性污泥生物质分离的方法及系统和应用，其中，所述方法包括：将碱性浓浆和待处理的活性污泥进行预先混合后，泵送到反应釜中，在高速剪切的搅拌条件下高温反应。该方法有效地对碱性浓浆和活性污泥进行混合和搅拌，加快活性污泥中的生物质破碎，而且预先混合使得反应物充分混合，从源头上降低了碱性浓浆的应用，使得泥饼和滤液中的碱性浓浆减少，扩大了泥饼的用途和避免了pH过高的滤液对植物的伤害；而且本发明通过高速剪切的方式对反应物中生物质进行切割，加快生物质破碎，从而释放出大量生物质内部的蛋白质组分，提高了最终产物分离出的滤液中氮的含量，进一步加快了反应速度，缩短了反应时间，节约了大量资源。
Description
技术领域
本发明涉及污泥处理技术领域，特别涉及一种活性污泥生物质分离的方法及系统和应用。
背景技术
城市污水处理厂产生的污泥长期未得到有效处理，污染环境的问题日益突出；近年来采取的卫生填埋和干焚烧处理方式，不仅消耗大量土地和能源，而且依然存在污染环境的风险。目前已经产生以提高“资源化”效率为目的的污泥处理新兴技术，例如，采用热碱水解方法辅以闪蒸的微生物细胞破壁提取含有蛋白及多肽等物质，将液体原料经过配制用作农业肥料。现有技术描述如下：
对含固率为18％～22％的活性污泥，在反应容器内依次投加石灰等碱性浓浆(例如熟石灰浓浆)和污泥，以直接或间接加热方式至140℃以上，同时，通过垂直锚式或锚桨式搅拌器低速(每分钟数十转)搅拌，使物料混合及受热均匀；达到140℃以上设计温度后，持续反应时间约180～240分钟，再以闪蒸方式出料，采用板框脱水设备实现固液分离，获得液体原料，经配制作为农用液体肥料。但其目前存在的明显缺点：(1)反应机理单一，完全依赖碱热反应，效率较低，且因为温差较低，闪蒸破壁效应不明显；(2)碱热条件难以均衡，石灰和污泥分别加热反应容器，完全依赖锚式或锚浆式搅拌(低速)混合，碱性和温度的均匀程度受到制约；(3)反应时间长，达到设计温度后，反应时间达240分钟，反应容器的成本和能耗等偏高；(4)使用CaO的质量百分比在5～5.5％之间，且滤液中的氮含量较低，为2000～2300mg/L，固液分离后过量的石灰进入泥饼中，一方面导致滤液pH值过高，对农作物会有伤害；另一方面，泥饼中Ca(OH)2过高，限制了泥饼的用途；(5)反应后的物料是通过“闪蒸”方式来急冷的，“闪蒸”方式有很好的急冷作用，但它会造成氨氮大量地游离出来，形成臭气污染环境，并造成滤液中总氮降低。另外，现在的闪蒸工艺只能快速把反应后的物料从140℃降到100℃，并不能完全阻止有机氮继续转化为氨氮；(6)现有的工艺链长、设备繁多、投资较高、占地较大、维护管理相对复杂。
因此，如何提升滤液中氮的含量以及节能环保，实现更加有效地利用和节约资源，成了本领域技术人员亟需解决的难题。
发明内容
鉴于上述问题，提出了本发明以便提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的活性污泥生物质分离的方法及系统和应用。
第一方面，本发明实施例提供一种活性污泥生物质分离的方法，该方法可以包括：将碱性浓浆和待处理的活性污泥进行预先混合后，泵送到反应釜中，在高速剪切的搅拌条件下高温反应。
可选的，所述高速剪切由涡旋发生盘搅拌器提供，切割线速度为8～20m/s。
可选的，所述切割线速度为12～20m/s。
可选的，将高温反应后的活性污泥混合物急速冷却至60～90℃。
可选的，所述急速冷却为1秒降温0.5℃。
可选的，还包括：对急速冷却处理后的活性污泥进行固液分离。
第二方面，本发明实施例提供一种活性污泥生物质分离的系统，可以包括：浓浆泵5、螺杆泵7、反应釜8以及设置于反应釜8内部的垂直锚式或锚桨式搅拌器10；所述浓浆泵5、所述螺杆泵7和反应釜8分别设有进料口和出料口；该系统还可以包括：预混装置；所述预混装置设有进料口和出料口；
所述预混装置的进料口分别与所述浓浆泵5的出料口和所述螺杆泵7的出料口连接，所述预混装置的出料口与所述反应釜8的进料口连接；
所述反应釜8的内部设有涡旋发生盘搅拌器16，所述涡旋发生盘搅拌器16位于所述反应釜8的侧壁与所述垂直锚式或锚桨式搅拌器10之间。
具体的，所述预混装置包括：混接口13和静态混合器14；所述混接口13设有进料口和出料口；所述静态混合器14设有进料口和出料口；
所述混接口13的进料口分别与所述浓浆泵5的出料口和所述螺杆泵7的出料口连接，所述混接口13的出料口与所述静态混合器14的进料口相连接；
所述静态混合器14的出料口与所述反应釜8的进料口连接。
可选的，该系统还可以包括：急冷换热器17；所述急冷换热器17设有进料口和出料口；所述急冷换热器17的进料口与所述反应釜8的出料口连接。
可选的，该系统还可以包括：脱水设备12；连接所述急冷换热器17的出料口与脱水设备12连接。
可选的，该系统还可以包括：所述预混装置与所述反应釜8之间设置的气动球阀。
可选的，该系统还可以包括：闪蒸灌11；所述闪蒸罐11设有进料口和出料口；
所述闪蒸灌11的进料口与所述反应釜8的出料口连接。
可选的，该系统还可以包括：脱水设备12；所述脱水设备12与所述闪蒸罐11的出料口连接。
可选的，该系统还可以包括：第一过滤网4和第二过滤网6；
所述浓浆泵5的进料口与所述第一过滤网4连接；所述螺杆泵7的进料口与所述第二过滤网6连接。
可选的，该系统还可以包括：夹套和蒸汽管道3；
所述夹套位于所述反应釜8的外部；所述蒸汽管道3与所述夹套连通。
可选的，该系统还可以包括：所述反应釜上端设有的压力变送器、温度变送器和安全阀。
第三方面，本发明实施例提供一种根据第二方面提供的系统在活性污泥生物质分离的应用。
本发明实施例提供的上述技术方案的有益效果至少包括：
本发明实施例提供了一种活性污泥生物质分离的方法及系统和应用，其中，所述方法包括：将碱性浓浆和待处理的活性污泥进行预先混合后，泵送到反应釜中，在高速剪切的搅拌条件下高温反应。该方法有效地对碱性浓浆和活性污泥进行混合和搅拌，加快活性污泥中的生物质破碎，而且预先混合使得反应物充分混合，从源头上降低了碱性浓浆的应用，使得泥饼和滤液中的碱性浓度减少，扩大了泥饼的用途和避免了pH过高的滤液对植物的伤害；而且本发明通过高速剪切的方式对反应物中生物质进行切割，加快生物质破碎，从而释放出大量生物质内部的蛋白质组分，提高了最终产物分离出的滤液中氮的含量，进一步加快了反应速度，缩短了反应时间，节约了大量资源。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1为现有技术中活性污泥生物质分离系统的示意图；
图2为本发明实施例中提供的第一种活性污泥生物质分离系统的示意图；
图3为本发明实施例中提供的第二种活性污泥生物质分离系统的示意图；
图4为本发明实施例中提供的第三种活性污泥生物质分离系统的示意图；
图5为本发明实施例中提供的第四种活性污泥生物质分离系统的示意图；
图6为本发明实施例中提供的第五种活性污泥生物质分离系统的示意图；
其中，1为熟石灰浓浆容器或管道；2为待处理活性污泥容器或管道；3为蒸汽管道；4为第一过滤网；5为浓浆泵；6为第二过滤网；7为螺杆泵；8为反应釜；9为第一电机；10为垂直锚式或锚桨式搅拌器；11为闪蒸罐；12为脱水设备；13为混接口；14为静态混合器；15为第二电机；16为涡旋发生盘搅拌器；17为急冷换热器；18为冷却水管道。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
参照图1所示，现有技术中活性污泥生物质分离的工艺流程概述如下：从物料流向顺序依次描述涉及到的仪器设备，一般包括：与熟石灰容器(或管道)1连接的过滤网4、与待处理污泥容器(或管道)2连接的过滤网6、与过滤网4连接的浓浆泵5和与过滤网6螺杆泵7、浓浆泵5和螺杆泵7出料口连接的反应釜8以及连接在反应釜8出料口的闪蒸罐11。闪蒸罐11出料口与脱水设备12相连接。该反应釜8的内部设置有可以搅拌的垂直锚式或锚桨式搅拌器10，反应釜8顶部的设置有驱动垂直锚式或锚桨式搅拌器10的第一电机9；反应釜8外部设置有夹套，夹套与外部的蒸汽管道3相通；为了使上述设备能够正常工作，在所述管道上分别安装用于开启闭合管道的气动球阀；在反应釜的上端设置有用于观察反应釜内部压力和温度的压力变送器、温度变送器，以及在反应釜上端设置有保障设备安全的安全阀，在反应釜下端设置有排放夹套中水汽的疏水阀。
结合图1所示，现有技术中操作工艺流程概述为：将熟石灰浓浆经过滤网过滤后使用浓浆泵泵送到反应釜中，然后开启第一电机驱动垂直锚式或锚桨式搅拌器对熟石灰浓浆进行搅拌；将待处理的活性污泥经过滤网过滤后使用螺杆泵泵送到反应釜中，持续搅拌(现有的反应釜中的垂直锚式或锚桨式搅拌器可以在第一电机的驱动下对反应物进行低速搅拌)；使用蒸汽管道中的蒸汽对反应釜内的反应物加热到指定温度(现有技术中最优为140℃，温度过高耗能过高，温度过低反应产率过低)后，保持指定温度持续搅拌反应3～4小时；反应完成后，将反应后的高温混合物通过闪蒸罐闪蒸，快速降温到100℃以上；最后将冷却的混合物在脱水设备中进行固液分离处理，分别获得泥饼和滤液，现有技术中对比例的反应物含量、反应条件及结果如表1所示。
表1现有技术中的反应物含量、反应条件及结果
本发明实施例和对比例中参照《响应面优化热碱回收污泥蛋白质条件的研究》(《给水排水》2016年S1期)对生物质破碎后的总氮进行分析，采用HJ636-2012碱性过硫酸钾消解-紫外分光光度法。其中，总氮简称为TN，水中的总氮含量是衡量水质的重要指标之一，总氮的定义是水中各种形态无机和有机氮的总量。包括NO3-、NO2-和NH4+等无机氮和蛋白质、氨基酸和有机胺等有机氮，以每升水含氮毫克数计算，常被用来表示水体受营养物质污染的程度。
本发明实施例中使用的熟石灰浓浆为饱和Ca(OH)2水溶液，且本发明用CaO占总反应物的质量百分比来代表碱性浓浆反应物的添加量。
参照图3所示，本发明为了克服现有技术中的问题，对现有的工艺流程进行了改进，本发明仅对改进工艺步骤进行描述。
本发明设备从物料进入到流出依次为：分别与熟石灰容器(或管道)和待处理污泥容器(或管道)连接的两个过滤网、分别连接在过滤网上的浓浆泵和螺杆泵、预混装置(混接口和静态混合器)、反应釜、闪蒸罐或急冷换热器、冷却水管道等。反应釜的内部设置有至少两个搅拌器，过滤网的另一端。反应釜设置有夹套，夹套与外部的蒸汽管道相通，所述蒸汽管道用于对反应釜中的反应物进行加热处理；反应釜的出料口与急冷换热器的入料口连通，用于对高温污泥(高温反应物)进行急速冷却处理。
当然，为了使上述设备能够正常工作，在所述管道上分别安装用于开启闭合管道的气动球阀；在反应釜的上端设置有用于观察反应釜内部压力和温度的压力变送器、温度变送器，以及在反应釜上端设置有保障设备安全的安全阀，在反应釜下端设置有排放夹套中水汽的疏水阀。
本发明工艺操作步骤概述如下：
(1)配料预混
首先，将熟石灰浓浆通过滤网过滤和待处理的活性污泥通过过滤网过滤后分别使用浓浆泵和螺杆泵同时泵送到混接口中，进而再送到静态混合器中混合；
(2)加热反应
在反应釜夹套内通蒸汽加热，使得反应釜内部温度到达设计的温度后，持续搅拌并反应设计的时长。使用垂直锚式或锚桨式搅拌器和涡旋发生盘搅拌器对反应物进行搅拌。当然，本步骤中为了快速使反应釜内部温度到达设计的温度，可以直接将蒸汽通入反应釜的内部，达到快速升温的效果；
(3)出料闪蒸或出料急冷
将反应后的高温污泥混合物通过反应釜的出料口排入到闪蒸罐或急冷换热器中，闪蒸罐通过降压对高温污泥混合物进行闪蒸，使得温度降低到100℃左右；急冷换热器通过布设的冷凝管通入冷水，快速使得反应后的高温污泥混合物冷却至设定的温度。
(4)固液分离
采用脱水设备(例如现有的板框压滤机)实现固液分离。
本发明实施例中，需要说明的是：
步骤(1)中均需要将熟石灰浓浆和待处理污泥通过过滤网过滤，本发明实施例提供的过滤网的孔径范围为6～8目。静态混合器根据预先混合效果设定为管道直径的30～50倍。
步骤(2)中的加热反应在高温高压条件下进行，例如可以是：反应釜的反应温度为140℃，对应的压强为0.362Mpa；反应温度为130℃，对应的压强为0.29Mpa；反应温度为120℃，对应的压强为0.199Mpa；反应温度为110℃，对应的压强为0.14Mpa；100℃以下都是常压0.1Mpa。步骤(2)中涡旋发生盘搅拌器能够对反应的活性污泥进行正反方向的切割。
步骤(3)中的急冷换热器为能在1s内降温速度为0.5℃的仪器设备。
步骤(4)中的常用的板框压滤机的进料口温度要求不高于60℃。
以下是本发明工艺步骤的详述内容：
实施例1
将熟石灰浓浆通过滤网过滤和待处理的活性污泥通过过滤网过滤后分别使用浓浆泵和螺杆泵同时泵送到混接口中，进而再送到静态混合器中，静态混合后的物料进入反应釜，在反应釜夹套内通蒸汽加热，其中，混合物中的Ca含量以CaO计质量百分比占2.5％，反应前加热反应釜60min，以使得反应釜内部物料达到110℃后，在涡旋发生盘搅拌器线速度为0m/s下持续搅拌并反应60min。反应完成后，将反应后的高温污泥排入闪蒸罐中冷却至100℃存储、缓冷，最后冷却后的活性污泥采用板框脱水设备实现固液分离。
实施例2
将熟石灰浓浆通过滤网过滤和待处理的活性污泥通过过滤网过滤后分别使用浓浆泵和螺杆泵同时泵送到混接口中，进而再送到静态混合器中，静态混合后的物料进入反应釜，在反应釜夹套内通蒸汽加热，其中，混合物中的Ca含量以CaO计质量百分比占2.5％，反应前加热反应釜60min，以使得反应釜内部物料达到110℃后，在涡旋发生盘搅拌器线速度为4m/s下持续搅拌并反应60min。反应完成后，将反应后的高温污泥排入闪蒸罐中冷却至100℃存储、缓冷，最后冷却后的活性污泥采用板框脱水设备实现固液分离。
实施例3～实施例12的步骤参照实施例1和2进行，具体反应物的含量与反应条件如下表2所示。
表2本发明实施例的反应物的含量、反应条件及结果
根据表2记载的内容，本发明上述实施例1～15采用预先混合和高剪切的方式对反应物进行处理，与对比例中未采用任何预先混合和高剪切方式相比可知：本发明实施例1与对比例1和2的区别是将碱性浓浆和活性污泥进行预先混合，从而大大的降低了碱性浓浆的使用量，而且滤液中的总氮的含量并未降低，但是反应物经压滤机处理不能成饼。本发明实施例1～7由于高剪切线速度的逐渐增加，滤液中的总氮的含量逐渐增高，但是当剪切线速度达到24m/s之后，反应物经压滤机处理不能成饼，因此，本发明优选高剪切线速度为8～20m/s，进一步优选高剪切线速度为12～20m/s，此时滤液中的总氮含量最优，泥饼中的含碱也不高，滤液总氮含量与高剪切消耗资源量是最均衡。因此本发明预先混合步骤从源头上降低了碱性浓浆的应用，使得泥饼和滤液中的碱性浓浆减少，扩大了泥饼的用途和避免了pH过高的滤液对植物的伤害；本发明高速剪切步骤加快活性污泥中的生物质破碎，从而释放出大量生物质内部的蛋白质组分，提高了最终产物分离出的滤液中氮的含量，进一步加快了反应速度，缩短了反应时间，节约了大量资源。
从实施例8～11数据分析可知，碱性浓浆添加越少，滤液中的总氮含量越低且反应物经压滤机处理不易成饼；且碱性浓浆增高，反应前反应釜加热时长和反应温度均相应增高才能保证滤液中的总氮的含量，因此造成了能源的浪费。从实施例12～15数据分析可知，反应前反应釜加热时长和反应温度均相应增高后，滤液中的总氮的含量后增加，但是温度持续增高和反应时间持续加长，滤液中总氮含量并不会明显增加，反应时间越长会导致设备占用成本越高且氨氮形成的比例也会增加。
所以优选能源消耗相对较少，氨氮转化率也不高，氨氮的析出率也不高，虽然反应不是最充分，但所得到的滤液中的总氮相对还是较高的，因此最优选高剪切线速度为12～20m/s。
进一步的，本发明在上述“预先混合”步骤和“高速剪切”步骤的基础上，进一步对本发明进行改机，增加“急冷操作”步骤，具体分析如下：
实施例16
将熟石灰浓浆通过滤网过滤和待处理的活性污泥通过过滤网过滤后分别使用浓浆泵和螺杆泵同时泵送到混接口中，进而再送到静态混合器中，静态混合后的物料进入反应釜，在反应釜夹套内通蒸汽加热，其中，混合物中的Ca含量以CaO计质量百分比占2.0％，反应前加热反应釜66min，以使得反应釜内部物料达到120℃后，在涡旋发生盘搅拌器线速度为12m/s下持续搅拌并反应60min。反应完成后，将反应后的高温污泥排入急冷换热器中冷却至70℃存储、缓冷，最后冷却后的活性污泥采用板框脱水设备实现固液分离。
实施例17、实施例18的步骤参照实施例16，实施例16～实施例18具体反应物的含量与反应条件如下表3所示。
表3本发明实施例的反应物的含量、反应条件及结果
根据表3记载的内容，从实施例16～18与前述所有实施例进行对比，可知在预先混合+高速剪切+急冷操作等步骤同时改进时，滤液中的总氮含量最高，大大降低了反应温度、反应时长，进一步降低了设备占用成本，从而节约大量资源。
参照图2所示，本发明为了克服现有技术中的问题，对现有的工艺流程进行了改进，将原工艺中的闪蒸罐进行了替换，替换成了能够实现将高温反应后的活性污泥混合物急速冷却至60～90℃的急冷设备，例如图2中的急冷换热器。本领域技术人员基于本发明能够得知，采用任何急冷设备来实现本发明均能实现本发明描述的方法。
本发明工艺操作步骤概述如下：
(1)配料混合
首先，将熟石灰浓浆通过滤网过滤后，使用浓浆泵泵送到反应釜中，然后通过垂直锚式或锚桨式搅拌器对熟石灰浓浆进行搅拌；其次，将待处理的活性污泥通过过滤网过滤后，使用螺杆泵泵送到反应釜中，持续使用垂直锚式或锚桨式搅拌器对混合物进行搅拌。
(2)加热反应
在反应釜夹套内通蒸汽加热，使得反应釜内部温度到达设计的温度后，持续搅拌并反应设计的时长。当然，本步骤中为了快速使反应釜内部温度到达设计的温度，可以直接将蒸汽通入反应釜的内部，达到快速升温的效果。
(3)出料急冷
将反应后的高温污泥混合物通过反应釜的出料口排入到急冷换热器中，通过急冷换热器中布设的冷凝管通入冷水，快速使得反应后的高温污泥混合物冷却至设定的温度。
(4)固液分离
采用脱水设备(例如常用的板框压滤机)实现固液分离。
本发明实施例中，需要说明的是：
步骤(1)中均需要将熟石灰浓浆和待处理污泥通过过滤网过滤，本发明实施例提供的过滤网的孔径范围为6～8目。
步骤(2)中的加热反应在高温高压条件下进行，例如可以是：反应釜的反应温度为140℃，对应的压强为0.362Mpa；反应温度为130℃，对应的压强为0.29Mpa；反应温度为120℃，对应的压强为0.199Mpa；反应温度为110℃，对应的压强为0.14Mpa；100℃以下都是常压0.1Mpa。
步骤(3)中的急冷换热器为能在1s内降温速度为0.5℃的仪器设备。
步骤(4)中的常用的板框压滤机的进料口温度要求不高于60℃。
以下是本发明第一种改进后的工艺的详述内容：
实施例19
将熟石灰浓浆通过过滤网过滤后，使用浓浆泵泵送到反应釜中，然后通过垂直锚式或锚桨式搅拌器对熟石灰浓浆进行搅拌；将待处理污泥通过过滤网过滤后，使用螺杆泵泵送到反应釜中，持续使用垂直锚式或锚桨式搅拌器对混合物进行搅拌，使得搅拌更加均匀；其中，混合物中的Ca含量以CaO计质量百分比占3.5％，反应前加热反应釜90min，以使得反应釜内部物料达到140℃后，反应240min。反应完成后，将反应后的高温污泥排入到急冷换热器中进行急冷处理，将高温反应后的活性污泥混合物100s内冷却至90℃存储、缓冷。最后将冷却后的混合物采用板框脱水设备实现固液分离。
实施例20
将熟石灰浓浆通过过滤网过滤后，使用浓浆泵泵送到反应釜中，然后通过垂直锚式或锚桨式搅拌器对熟石灰浓浆进行搅拌；将待处理污泥通过过滤网过滤后，使用螺杆泵泵送到反应釜中，持续使用垂直锚式或锚桨式搅拌器对混合物进行搅拌，使得搅拌更加均匀；其中，混合物中的Ca含量以CaO计质量百分比占3.5％，反应前加热反应釜90min，以使得反应釜内部物料达到140℃后，反应240min。反应完成后，将反应后的高温污泥排入到急冷换热器中进行急冷处理，将高温反应后的活性污泥混合物110s内冷却至85℃存储、缓冷。将冷却后的混合物采用板框脱水设备实现固液分离。
实施例21～实施例30的步骤参照实施例19和20进行，具体反应物的含量与反应条件如下表2所示。
表2本发明实施例的反应物的含量、反应条件及结果
根据表1记载的内容，本发明上述实施例19～30采用急速冷却方式与对比例1～2采用闪蒸冷却方式相比可知：本发明温度冷却至50～90℃的情况下，滤液中的总氮含量明显增高。对比例中虽然闪蒸有一定的破壁效果，但是同时会造成氨氮大量地游离出来，形成臭气污染环境，并造成滤液中总氮降低。当急速冷确温度达到70℃以下，总氮含量不会再产生明显的变化。为达到更低温度，需要急冷的时间更长、消耗的资源会更多。由于常用的板框压滤机的进料口温度要求不高于60℃。因此，本发明优选急冷温度为65～80℃，进一步优选急冷温度70℃，此时滤液总氮含量与急冷消耗资源量是最均衡。本发明相对于对比例1和2从源头上减少了碱性浓浆的使用，使得泥饼和滤液中的碱性浓浆减少，扩大了泥饼的用途和避免了pH过高的滤液对植物的伤害。本发明采用较低的反应温度，在保证有效杀灭有害微生物的同时，减少了能源消耗。并且，由于反应温度的降低，活性氮得以大量地被保存下来。
基于同一发明构思，本发明实施例还提供了一种活性污泥生物质分离的系统，参照图3所示，该系统可以包括：浓浆泵5、螺杆泵7、反应釜8以及设置于反应釜8内部的垂直锚式或锚桨式搅拌器10；浓浆泵5、螺杆泵7和反应釜8分别设有进料口和出料口；该系统还可以包括：预混装置；预混装置设有进料口和出料口；预混装置的进料口分别与浓浆泵5的出料口和螺杆泵7的出料口连接，预混装置的出料口与反应釜8的进料口连接；
反应釜8的内部设有涡旋发生盘搅拌器16，涡旋发生盘搅拌器16位于反应釜8的侧壁与垂直锚式或锚桨式搅拌器10之间。
本发明实施例提供的上述预混装置和涡旋发生盘搅拌器能够有效地对碱性浓浆和活性污泥进行混合和搅拌，加快活性污泥中的生物质破碎，而且预混装置使反应物充分混合，从源头上降低了碱性浓浆的应用，使得泥饼和滤液中的碱性浓浆减少，扩大了泥饼的用途和避免了pH过高的滤液对植物的伤害；而且本发明实施例提供的上述涡旋发生盘搅拌器能够以高速旋转的方式对反应物进行切割，切割线速度可达到8～20m/s，能够有效地将活性污泥中的生物质进行破碎处理，释放出生物质内部的蛋白质组分，提高了最终产物分离出的滤液中氮的含量，进一步加快了反应速度，缩短了反应时间，节约了大量资源。
具体的，参照图3或图4所示，上述预混装置可以包括：混接口13和静态混合器14；混接口13设有进料口和出料口；静态混合器14设有进料口和出料口；
混接口13的进料口分别与浓浆泵5的出料口和螺杆泵7的出料口连接，混接口13的出料口与静态混合器14的进料口相连接；静态混合器14的出料口与反应釜8的进料口连接。
本发明实施例提供的上述混接口为一种两进一出的三通阀，出口与静态混合器通过管道连接。本发明实施例提供的上述静态混合器是一种没有运动部件的高效混合设备，其基本工作机理是利用固定在管内的混合单元体改变流体在管内的流动状态，以达到不同流体之间良好分散和充分混合的目的，本发明实施例对上述静态混合器的具体型号不作限定。本发明实施例中的上述混接口和静态混合器之间的管道上还可以设置有用于检测静态混合器内压强的压力变送器。
在一个可选的实施例中，参照图2、图4～图6所示，该系统还可以包括：急冷换热器17；急冷换热器17设有进料口和出料口；上述急冷换热器17的进料口与上述反应釜8的出料口连接；上述反应釜8与上述急冷换热器17之间的管道设置有气动球阀。急冷换热器17用于接收反应后的混合物，能够使混合物快速降温。相对于现有活性污泥生物质分离的系统中使用的闪蒸罐对反应后的高温污泥进行冷却，大幅度降低了冷却温度，不仅避免了采用“闪蒸”冷却方式在反应完成后物料进一步分解产生大量氨氮而导致氨氮挥发析出形成臭气。同时，从源头上减少了碱性浓浆的使用，使得泥饼和滤液中的碱性浓浆减少，扩大了泥饼的用途和避免了pH过高的滤液对植物的伤害。
在一个可选的实施例中，参照图2、图4～图6所示，上述急冷换热器17的出料口与脱水设备12连接。
在一个可选的实施例中，参照图3、图4、图6所示，上述静态混合器14与上述反应釜8之间的管道上设置的气动球阀。
在一个可选的实施例中，参照图3所示，上述反应釜8的出料口连接有闪蒸灌11，闪蒸罐11设有进料口和出料口。闪蒸灌11的进料口与反应釜8的出料口连接，闪蒸罐11的出料口与脱水设备12连接。
在一个可选的实施例中，参照图2～图6所示，还包括：第一过滤网4和第二过滤网7。浓浆泵5的进料口与第一过滤网4连接；螺杆泵7的进料口与第二过滤网6连接。上述过滤网能够有效的过滤掉原料中的大颗粒，在预先混合和反应的时候混合粒度更加均匀。
在一个可选的实施例中，参照图2～图6所示，还包括：夹套和蒸汽管道3；
夹套位于反应釜8的外部；蒸汽管道3与所述夹套连通。上述反应釜8的夹套上连通有蒸汽管道3和气动球阀；上述反应釜8的夹套底端外侧设置有疏水阀。通过蒸汽对反应釜内部反应物加热的过程中，蒸汽会液化成水，疏水阀方便了水气的排放。
在一个可选的实施例中，参照图2～图4所示，该系统还包括：驱动上述垂直锚式或锚桨式搅拌器10的第一电机9和驱动上述涡旋发生盘搅拌器16的第二电机15；上述第一电机9和上述第二电机15位于上述反应釜8的顶盖的上部。
在一个可选的实施例中，参照图2～图4所示，述反应釜8的上端设置的压力变送器、温度变送器和安全阀。
基于同一发明构思，本发明还提供一种对上述系统在活性污泥生物质分离的应用。本实施例的技术效果和其他具体说明可参见上述活性污泥生物质分离的方法和系统相关内容，此处不再赘述。
上文的描述包括一个或多个实施例的举例。当然，本领域普通技术人员应该认识到，各个实施例可以做进一步的组合和排列。因此，本文中描述的实施例旨在涵盖落入所附权利要求书的保护范围内的所有这样的改变、修改和变型。此外，就说明书或权利要求书中使用的术语“包含”，该词的涵盖方式类似于术语“包括”，就如同“包括，”在权利要求中用作衔接词所解释的那样。此外，使用在权利要求书的说明书中的任何一个术语“或者”是要表示“非排它性的或者”。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。本公开并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本公开的范围仅由所附的权利要求来限制。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (10)
1.一种活性污泥生物质分离的方法，其特征在于，包括：
将碱性浓浆和待处理的活性污泥进行预先混合后，泵送到反应釜中，在高速剪切的搅拌条件下高温反应。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述高速剪切由涡旋发生盘搅拌器提供，切割线速度为8～20m/s。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述切割线速度为12～20m/s。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，将高温反应后的活性污泥混合物急速冷却至60～90℃。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述急速冷却为1秒降温0.5℃。
6.根据权利要求1～5任一项所述的方法，其特征在于，还包括：对急速冷却处理后的活性污泥进行固液分离。
7.一种活性污泥生物质分离的系统，包括：浓浆泵、螺杆泵、反应釜以及设置于反应釜内部的垂直锚式或锚桨式搅拌器；所述浓浆泵、所述螺杆泵和反应釜分别设有进料口和出料口；其特征在于，还包括：预混装置；所述预混装置设有进料口和出料口；
所述预混装置的进料口分别与所述浓浆泵的出料口和所述螺杆泵的出料口连接，所述预混装置的出料口与所述反应釜的进料口连接；
所述反应釜的内部设有涡旋发生盘搅拌器，所述涡旋发生盘搅拌器位于所述反应釜的侧壁与所述垂直锚式搅拌器之间。
8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述预混装置包括：混接口和静态混合器；所述混接口设有进料口和出料口；所述静态混合器设有进料口和出料口；
所述混接口的进料口分别与所述浓浆泵的出料口和所述螺杆泵的出料口连接；所述混接口的出料口与所述静态混合器的进料口相连接；
所述静态混合器的出料口与所述反应釜的进料口连接。
9.根据权利要求7或8所述的系统，其特征在于，还包括：急冷换热器；所述急冷换热器与所述反应釜的出料口连接。
10.一种如权利要求7～9任一项所述的系统在活性污泥生物质分离的应用。
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