CN1195686C - 用于生物悬浮液的处理的方法和设备 - Google Patents

Abstract

一种处理生物悬浮液的方法和设备。在生物悬浮液中加入一种处理剂，以形成一种混合物。在一分解机18中机械地处理该混合物，使之均匀，并且精细地将该混合物分离。接着对该混合物加压。

Description

用于生物悬浮液的处理的方法和设备

技术领域

本发明涉及一种用于生物悬浮液的处理的方法和设备。在本说明书中，术语“生物悬浮液”是指任何系统，其中有机物质混合有液体。不是限定于有机物质在其中悬浮的混合物，而是包括有机物质完全地或者部分地悬浮或者沉积的混合物。该术语还指，相对于液体其中有机物质的量很小的混合物，如处理前的饮用水。

背景技术

本发明的方法和设备可用于各种各样的处理过程，特别是生物悬浮液的消毒和固体颗粒的氧化。生物悬浮液包括与水有关的产品，如污水、水产养殖、饮用水、来自酒厂或者食品和化学加工厂的冲洗水。虽然在此主要针对于本发明在污水处理方面的应用对其进行描述，但是应当明白，本发明可用在这些不同领域。说明书中包括的方法和设备是为了举例，而不应解释为本领域的一般公知常识的说明。

污水的处理包括采用三个阶段的污水处理。一初级处理，涉及物质的物理分离和筛分过程。第二级处理，涉及生物还原过程和进一步的物理分离。接下来的是第三级处理，涉及物理化学或者生物过程和接下来的过滤与蓄水。这种处理存在的困难包括处理厂的庞大物理尺寸、环境影响和长处理时间。具体说，处理厂能够包括露天的大蓄水区域。不仅这些蓄水区域占据大量空间，而且它们还产生不好的气味，还具有潜在的环境污染。这种处理中采用的方法固有的性质能够使各种处理步骤的污水滞留达到30天。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于生物悬浮液的处理的方法和设备，其将克服或者至少改善上述的一个或者多个缺点。

因此，在第一方面，本发明提供一种处理生物悬浮液的方法，包括以下步骤：

(a)在生物悬浮液中加入一种氧化剂，以形成一种混合物；

(b)机械地处理该混合物，使混合物通过一高速分解机，该高速分解机使混合物经受高剪力和脉动压力以使之均匀且使其细碎；和

(c)接着对该混合物加压。

在另一方面，本发明提供一种处理生物悬浮液的设备，包括：机械地处理生物悬浮液和一种氧化剂组成的混合物的高速分解机，机械处理是通过使混合物承受高剪力和脉动压力以使之均匀且使其细碎而实现的；以及接着对该混合物加压的装置。

该混合物较好地被加压持续一预定的时间段。

本发明对污水处理具有特别的应用，以杀死或者破坏细菌、病原体和病毒。在此应用中，处理剂较好的是一种氧化剂。适合的氧化剂是臭氧或者氯基的化合物，包括次氯酸(HOCL)和任何带有消毒或者氧化特性的化合物。如本领域技术人员公知的，次氯酸能够通过在水中加入次氯酸钠(NaOCL)而得到。由于被处理的系统中通常含有水，因此在实践中可以直接加入次氯酸钠。

在本发明的较佳形式中，机械处理包括使混合物通过一高速分解机。分解机使混合物经受高的剪力和/或脉动压力。分解机较佳的是基本上使混合物乳化。机械处理较佳的是使大多数混合物的颗粒尺寸小于约30微米。更佳的是，使混合物中的基本上全部颗粒尺寸小于10微米。甚至于更佳的是，使混合物中的基本上全部颗粒尺寸在1-5微米范围内。

使混合物细碎可以改善处理剂与生物悬浮液的组分的接触。具体说，在污水处理情况下，机械处理减少了排泄物大肠菌、病原体和病毒在物质中的“躲藏的地方”(hiding place)，使得处理剂有效或者至少减少处理时间。在此方面，许多处理剂的强氧化能力能够及时地分解生物材料或者至少其结构，并且杀死和破坏分布在物质中的大肠菌、病原体和病毒。但是，实践中，这需要处理时间很长，时间长得不能接受。本发明使处理时间减少到有商业吸引力的水平。机械处理还破坏或者溶解至少一些细胞，以改善处理剂的接触。

混合物较佳地被加压到大于约500千帕。更佳的是，压力约为800千帕。所用的压力和所需的处理时间是相互依赖的关系，并且能够被调整到适用于具体的应用。例如处理压力是600千帕，发现需要约30分钟的处理时间，以把FC(排泄物大肠菌)和FS(排泄物链球菌)的量降低到在传统的分析方法中不能检测的水平。

加压步骤较佳的是在细胞扩散单元中进行。在一实施例中，此单元是由长的连续的通道或者管道形成，其中污水被有压力地保持在其中。

加压以后，较佳地，污水被过滤。这包含在絮凝腔中的处理。例如，此腔能够被用于将聚电解质与污水混合，以结合全部的悬浮颗粒。然后悬浮颗粒能够被取出，如采用一连续的微过滤器。在一实施例中，该微过滤器较佳的是能够采取连续的向上倾斜的传动带的形式。当污水在滤床上一倾斜的坡度上向上移动时，水渗过该带，固体颗粒留在上面。固体颗粒继而从该带上刮除。应当明白，其它的过滤系统或者过滤系统的结合能够被采用。这些包括砂过滤器和薄膜过滤器。

在处理之前，污水较佳地通过一pH值校正容器，以适当地调整酸度。处理剂如次氯酸的正确的量在计算机控制下被较佳地调整。

较佳地，整个系统被封闭，并且在计算机的控制下进行工作。

根据本发明的方法和设备的优点包括：

(i)整个处理系统被封闭，消除了气味，并且减少了对健康的危害。

(ii)其不需要任何细菌菌落。

(iii)目前相信本发明能够被建造在一处理厂中，对于相同处理量，该处理厂比其它处理厂小大约10倍。

(iv)本发明的方法和设备不受温度影响。

(v)不像含有生物处理工程的处理厂，起动工厂时没有延时。

(vi)本发明的方法和设备能够容易地调整，以适应污水输入的不规律的波动，并提供稳定而安全的输出。

(vii)本发明的方法和设备至少在较佳实施例中不需要高技术人员。

(viii)本发明提供一种工厂，其能够在现场，或者经调制解调器或无线电连接从远处由计算机操作。

(ix)本发明提供一种工厂，效率更高，并且因此比其它处理厂更有效率而节约成本。

(x)高度去除不需要的污染物，使得固体颗粒成为有价值的安全的肥料。

(xi)处理过的流出物用于各种用途完全安全。

(xii)已发现本发明的方法和设备能够杀死污水中95-100％的病毒病原体和细菌。

现在通过举例参照附图，描述本发明的一个实施例。

附图说明

图1是包含本发明的方法和设备的污水处理厂的示意图；

图2是如图1所示的处理厂的局部细节的示意图；

图3是如图1和2所示的高速分解机的放大的视图；

图4是形成如图3所示的高速分解机的一部分的内部定子的平面图和剖视主视图；

图5是形成如图3所示的高速分解机的一部分的外部定子的平面图和剖视主视图；

图6是形成如图3所示的高速分解机的一部分的转子的平面图和剖视主视图；

图7是形成如图3所示的高速分解机一部分的分散圆盘的透视图。

具体实施方式

图1示出了包含本发明的方法和设备的污水处理厂的总的布置图。处理厂中的一些组成部分是本领域公知的，不需要详细说明。

污水或者在10处进入的流入物首先通过一本领域技术人员公知的那种初级筛和初级浸渍单元11。传送带12将杂质分离，并沿指定路线将杂质传送到一收集系统13。流入物被引导到一种公知的流速控制装置14，以控制流入物向处理系统的其余装置的供给率。过多的量以公知的方式被引导通过一存储设施15并被引导返回到输入口。

流入物来到pH校正单元16。此单元16包括一pH校正容器，在那里，污水酸度被调整到所需的pH输入水平。调整以后，由储存容器16经管线17供给次氯酸钠，将处理过程所需的正确的量的次氯酸注入到污水中。优选地，该正确的量是在计算机控制下决定的，其监测更下游的细胞扩散单元35中的固体氧化。

在加入次氯酸钠以后，流入物流到一高速加压分解机18。分解机18如图2，3所示。分解机具有一中部区域，由腔室隔板21分成两个腔室19，20。分散圆盘22，23分别在由腔室隔板形成的两个腔室19，20中安装在分散器轴24上。设置一电机25来驱动分散器轴24，并且因此驱动分散圆盘22，23高速转动。隔板26绕腔室19，20的内周边的圆周方向设置。一个入口27设置在第一腔室19。混合物通过高速分解机18的两个腔室19，20，其由于分散圆盘22，23的转动，而在两个腔室中受到机械处理，包括高剪切力和脉动压力。

经分散圆盘22，23的处理以后，混合物流到一旋转压缩机28。图2中的箭头29表示混合物的流动。旋转压缩机28包括一转子30，转子安装在一压缩机轴31上，压缩机轴31位于两个定子32，33内侧，下面详细描述。轴31由电机25驱动，使转子高速转动。混合物被迫使向外流动通过定子32，33，如箭头29所示，使得混合物再次受到高剪切力和/或脉动压力。这使得污水和酸的混合物均匀，并且使颗粒细碎。在该装置的较佳操作中，大多数颗粒的尺寸在1和5微米的范围内。

混合物从旋转压缩机28被供给到高压泵34。高压泵34在其下游混合物中保持约600千帕的压力。混合物在此压力下被泵送通过细胞扩散单元35。细胞扩散单元35是一系列管，端部连接，以产生长的连续的通道。提供一限定值36(图2)以保持所需的压力。污水在压力下足够长的时间，以使次氯酸经渗透作用进入到细胞中。典型的是，混合物保持在压力下约30分钟。次氯酸是最有效的杀菌剂。作用可自由得到使用的氯的残留物，其在工业上已知。次氯酸的杀菌效率是由于其能够相对容易地穿透到细胞壁。此穿透是能与水的渗透相比的，并且归因于其分子量低以及其电中性。次氯酸还具有减少悬浮的细胞、氮和磷的性能。

混合物从细胞扩散单元通过过滤系统37。若干个过滤系统是适合的，包括先进的高级凝结系统、絮凝系统和反渗透系统。在本发明的一种形式中，微过滤器(未示出)在絮凝腔的端部工作。微过滤器是连续的传动带式过滤器的形式，其外观类似于传送带。其向上倾斜，并且污水在过滤带的斜坡上向上移动。水渗过该带，固体颗粒留在上面。当固体颗粒达到过滤器的顶部时，固体颗粒足够干，从而能刮入到容器中进行包装。

由过滤步骤分离过的水是惰性的，可适用于各种用途。

整个过程能够在计算机控制下进行。

图4示出了用在图3的分解机18中的内定子32。如图3所示，内定子紧靠地嵌套在外定子33内。内定子32具有大致是圆柱形的外表面38，其上形成有成角度的通透长孔39。一安装突缘40径向向内延伸。外定子33如图5所示，大致类似于内定子32。其具有一圆柱形外表面41，其上形成有端部开口的通透的长孔42。一安装突缘43径向向内延伸。显然，两个定子32，33被固定地安装在分解机18内，并且混合物相继通过两套长孔39，42而实现其向外的流过。图6示出了安装在轴31上的转子30。转子具有一系列间隔开的指状件44，由空间45分隔开。指状件44绕圆柱形表面46的圆周布置。一径向突缘47向内延伸，并且由三个与套筒49连接的安装叶片48支承。套筒49安装到轴31上。转子30由电机25驱动，高速转动。混合物流经空间45，继而流过长孔39和42，使混合物受到高剪切和/或脉动压力。

图7示出了形成如图3所示的分解机一部分的分散圆盘22，23中的一个。分散圆盘22，23安装在轴24上。分散圆盘22，23由径向延伸的圆盘50形成，其上形成有搅拌结构件51或者齿。齿51具有大致L形的轮廓，带有轴向延伸的翼片52。显然，当圆盘22，23被驱动高速转动时，在流过转动的圆盘22，23附近的混合物中产生很大的剪力和/或脉动压力。

如图2所示，高压泵34(如虚线所示)能够可选择地位于高速分解机18的上游。这使得混合物在通过分解机18的过程中被加压。在一些应用中，这使得总的加压时间显著地缩短。另外在一些应用中，在从分解机18中通过和/或继而在管道中输送过程中，能够实现足够的处理，使得可以取消细胞扩散单元35。

对在所述的污水系统的入口和出口取的试样中的排泄物大肠菌(FC)E.螺旋菌和沙门氏菌的浓度进行测量。其结果如表1所示。可以看出，出口处的排泄物大肠菌和排泄物链球菌的浓度低于可检测的浓度。而且还发现污水中悬浮固体颗粒以及油和油脂的量大大减少。

表1

	耐热的排泄物大肠菌(cfu/100ml)	排泄物链球菌(cfu/100ml)
			试样1入口出口	3,200,000n.d.	960,000n.d.
试样2入口出口	1,900,000n.d.	64,000n.d.
			试样3入口出口	1,100,000n.d.	685,000n.d.

n.d.＝不能检测到

前面只描述了本发明的一个实施例，不离开本发明的范围能够作出改变。

Claims (22)

1.一种处理生物悬浮液的方法，包括以下步骤：

(a)在生物悬浮液中加入一种氧化剂，以形成一种混合物；

(b)机械地处理该混合物，使混合物通过一高速分解机，该高速分解机使混合物经受高剪力和脉动压力以使之均匀且使其细碎；和

(c)接着对该混合物加压。

2.如权利要求1的一种方法，其中分解机使混合物乳化。

3.如权利要求1的一种方法，其中分解机包括两个顺序的步骤，其中一个所述步骤是用至少一个转动的分散圆盘处理混合物，第二步骤是使混合物通过一旋转压缩机。

4.如权利要求1到3中任一项的一种方法，其中混合物的机械处理使混合物的颗粒尺寸降低到小于30微米。

5.如权利要求4的一种方法，其中混合物中颗粒的颗粒尺寸小于10微米。

6.如权利要求5的一种方法，其中混合物中颗粒的颗粒尺寸的范围为1-5微米。

7.如权利要求1到3中任一项的一种方法，其中混合物被加压到大于500千帕。

8.如权利要求1到3中任一项的一种方法，其中混合物被加压到800千帕。

9.如权利要求1到3中任一项的一种方法，其中混合物被加压到600千帕持续至少30分钟。

10.如权利要求1到3中任一项的一种方法，其中混合物是在其通过一长的连续的通道时保持在压力下而被加压的。

11.如权利要求1到3中任一项的一种方法，其中氧化剂包括次氯酸。

12.一种处理生物悬浮液的设备，包括：机械地处理生物悬浮液和一种氧化剂组成的混合物的高速分解机，机械处理是通过使混合物承受高剪力和脉动压力以使之均匀且使其细碎而实现的；以及接着对该混合物加压的装置。

13.如权利要求12的一种设备，其中分解机使混合物乳化。

14.如权利要求12的一种设备，其中分解机包括两个顺序的步骤，具有至少一个转动的分散圆盘以及具有一旋转压缩机的第二步骤。

15.如权利要求12到14中任一项的一种设备，其中混合物的处理使混合物的颗粒尺寸降低到小于30微米。

16.如权利要求15的一种设备，其中混合物中颗粒的颗粒尺寸小于10微米。

17.如权利要求16的一种设备，其中混合物中颗粒的颗粒尺寸的范围为1-5微米。

18.权利要求12到14中任一项的一种设备，其中混合物被加压到大于500千帕。

19.如权利要求12到14中任一项的一种设备，其中混合物被加压到800千帕。

20.如权利要求12到14中任一项的一种设备，其中混合物被加压到600千帕持续至少30分钟。

21.如权利要求12到14中任一项的一种设备，其中混合物在其通过一长的连续的通道时保持在压力下。

22.如权利要求12-14中任一项的一种设备，其中氧化剂包括次氯酸。

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