CN215162046U - 一种剩余污泥脱水装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种剩余污泥脱水装置，包括依次连接的格栅池、曝气沉砂池、初沉池、生化反应池和二沉池，其中污水自所述格栅池进入所述剩余污泥脱水装置，所述二沉池的污泥出口连接直流辉光放电装置；所述直流辉光放电装置设有铁源加料口和氢气排放口，所述直流辉光放电装置对污泥进行脱水和降解，所述直流辉光放电脱水装置的污泥出口连接烘干装置，所述烘干装置连接介质阻挡放电装置；所述介质阻挡放电装置与所述直流辉光放电装置的所述氢气排放口相连，所述介质阻挡放电装置的产物出口连接所述直流辉光放电降解装置的所述铁源加料口。该装置可以实现芬顿铁泥循环利用和零排放，实现以废制废。

Description

一种剩余污泥脱水装置

技术领域

本实用新型涉及污泥资源化及有机污染物高级氧化技术领域，尤其是一种剩余污泥脱水装置。

背景技术

活性污泥法是城市污水处理的主要方法，该法工艺成熟，处理费用低，但在运行过程中产生大量的剩余污泥，污泥每年产生量约为千万吨级别，污泥中含有大量的有机污染物和重金属，污水污泥已成为一种迫切的环境问题。目前使污泥脱水主要有自然干化，污泥浓缩，机械脱水等方法，但脱水效果欠佳。为提高污泥脱水率，关键在于破坏污泥中的胞外聚合物(EPS)，使得污泥中的结合水释放。

芬顿法是目前常用的一种污水处理及污泥脱水方法，主要是基于二价铁离子催化过氧化氢产生氧化电位较高的羟基自由基，利用羟基自由基的无选择性破坏污泥中的胞外聚合物，使得污泥中的结合水得以释放，达到污泥脱水减量化目的。芬顿反应需要投加大量二价铁离子，在反应过程中投加的亚铁离子被氧化成三价铁离子后沉淀生成芬顿污泥，芬顿污泥属于危险固体废弃物，处置难度大、处理成本高，处置不当易造成大量的铁资源浪费。

常用的芬顿铁泥处理方法有：干燥炼铁、生产含铁颜料、制备铁基催化剂、煅烧生产水泥等方法，但这些方法处理成本较高，不便于大规模应用推广。

实用新型内容

本实用新型的目的是为了克服现有的活性污泥芬顿法处理中存在的问题，提供一种剩余污泥脱水装置，该装置在第一次采用时需外加适量铁源，后续可以在系统内部实现铁循环，无需补充铁源整个系统也可以一直进行污泥处理。具体来说，是利用辉光放电等离子体原位生成过氧化氢与外加铁源形成芬顿反应使污泥脱水，芬顿反应产生的铁泥利用介质阻挡放电还原干污泥中的三价铁离子，并将其循环利用成为直流辉光放电新的铁源。与此同时，直流辉光放电原位产生的氢气作为辉光放电等离子体原位反应的原料。

本实用新型中，所述直流辉光放电装置运用直流辉光放电技术，放电过程会产生大量的活性粒子，例如羟基自由基(·OH)，氢原子(H)，水化电子(e_aq ^-)等，同时原位生成超过法拉第规定量的H₂O₂。在GDP降解有机物的过程中同时产生还原性物质还原三价铁，强化芬顿反应。

本实用新型通过外加含铁物质协同直流辉光放电产生的过氧化氢形成芬顿，通过芬顿反应产生羟基自由基破坏污泥的胞外聚合物(EPS)，提高污泥脱水效率。下面的反应式(1)为直流辉光放电原位产生H₂O₂与H₂的原理，反应式(2)为污泥芬顿反应产生羟基自由基使污泥脱水原理。

·OH+·OH→H₂O₂ ·H+·H→H₂ (1)

Fe²⁺+H⁺+H₂O₂→Fe³⁺+·OH+H₂O (2)

e_aq ^-+Fe³⁺→Fe²⁺+H₂O k₃＝6.0×10¹⁰L·mol^-1·s^-1 (7)

反应式(3)-(7)为GDP放电过程中产生的还原性有机自由基以及水化电子对三价铁的原位还原，强化芬顿反应。

本实用新型中，所述介质阻挡放电装置，可将气相放电等离子体引入催化剂微孔或表面，通过改变其活性组分分布、金属氧化价态等影响其物化性质。利用放电产生还原性粒子，可将芬顿污泥中的Fe³⁺还原为Fe²⁺强化Fenton反应。具体的是利用介质阻挡放电与氢气形成氢等离子体，产生还原性物质，将Fe³⁺还原为Fe²⁺。

由于在直流放电过程中原位合成的过氧化氢与外加铁源形成芬顿反应，反应产生大量的芬顿污泥，通过利用介质阻挡放电装置还原污泥中的三价铁，还原之后回收污泥成为直流辉光放电污泥芬顿脱水铁的来源，且同时还可以用于直流辉光放电芬顿降解有机物的铁源，降解产生的铁泥可回用到介质阻挡放电装置，同时可回用到直流辉光放电装置作为芬顿反应的铁源。

具体方案如下：

一种剩余污泥脱水装置，包括依次连接的格栅池、曝气沉砂池、初沉池、生化反应池和二沉池，其中污水自所述格栅池进入所述剩余污泥脱水装置，所述二沉池的污泥出口连接直流辉光放电脱水装置；

所述直流辉光放电脱水装置设有铁源加料口和氢气排放口，所述直流辉光放电脱水装置对污泥进行脱水，所述直流辉光放电脱水装置的污泥出口连接烘干装置，所述烘干装置连接介质阻挡放电装置；

所述介质阻挡放电装置与所述直流辉光放电脱水装置的所述氢气排放口相连，从而对氢气放电形成氢等离子，所述氢等离子将进入所述介质阻挡放电装置的污泥还原，所述介质阻挡放电装置的产物出口连接所述直流辉光放电脱水装置的所述铁源加料口。

进一步的，还包括直流辉光放电降解装置，所述直流辉光放电降解装置连接所述介质阻挡放电装置的产物出口，所述直流辉光放电降解装置用于降解污泥，所述直流辉光放电降解装置的污泥出口连接到所述烘干装置的入口和/或所述直流辉光放电脱水装置的所述铁源加料口。

进一步的，所述介质阻挡放电装置为DBD等离子体反应器。

进一步的，所述直流辉光放电脱水装置和/或所述直流辉光放电降解装置为辉光放电处理仪。

有益效果：

本实用新型中剩余污泥脱水装置可以实现污泥循环处理和零排放，在一定程度上减少了芬顿铁泥的处理处置量，减少运行成本，实现以废制废。

本实用新型中，直流辉光放电脱水装置原位生成过氧化氢和氢气，其中过氧化氢与污泥中的铁是芬顿反应的原料。氢气是介质阻挡放电装置的原料。除了第一次芬顿反应的铁源是外加的，装置其余的原料为自给自足，运行成本低。

优先地，该装置还包含直流辉光放电降解装置，其在降解有机物的过程中，产生的有机自由基，氢原子和水化电子，同时还原三价铁为亚铁，从而强化芬顿反应。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型的技术方案，下面将对附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅涉及本实用新型的一些实施例，而非对本实用新型的限制。

图1是本实用新型一个实施例1提供的装置结构示意图；

图2是本实用新型一个实施例2提供的装置结构示意图。

具体实施方式

下面将更详细地描述本实用新型的优选实施方式。虽然以下描述了本实用新型的优选实施方式，然而应该理解，可以以各种形式实现本实用新型而不应被这里阐述的实施方式所限制。实施例中未注明具体技术或条件者，按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。

实施例1

一种剩余污泥脱水装置，参考图1，包括依次连接的格栅池1、曝气沉砂池2、初沉池3、生化反应池4和二沉池5，其中污水自所述格栅池1进入所述剩余污泥脱水装置，所述二沉池5的污泥出口连接直流辉光放电脱水装置6；所述直流辉光放电脱水装置6设有铁源加料口和氢气排放口，所述直流辉光放电脱水装置6对污泥进行脱水和降解，所述直流辉光放电脱水装置6的污泥出口连接烘干装置8，所述烘干装置8连接介质阻挡放电装置7；所述介质阻挡放电装置7与所述直流辉光放电脱水装置6的所述氢气排放口相连，从而对氢气放电形成氢等离子，所述氢等离子将进入所述介质阻挡放电装置7的污泥还原，所述介质阻挡放电装置7的产物出口连接所述直流辉光放电脱水装置6的所述铁源加料口。

采用上述装置进行污水处理，取某高校的生活污水，先经由格栅池1过滤掉大部分固体废物，再经由曝气沉砂池2、初沉池3沉淀，经测定浊度从初始的16.8NTU下降到12.8NTU，后经由生化反应池4以及二沉池5产生活性污泥，测定活性污泥初始的COD、浊度、TOC。活性污泥按照下述步骤进行处理：

步骤1：利用硫酸将活性污泥污泥pH调节到3.0，之后加入1mmol/L的三氯化铁絮凝剂作为芬顿铁的来源，通过直流辉光放电脱水装置6的所述铁源加料口加入，利用放电等离子体产生羟基自由基，进一步原位生成过氧化氢，在550V，0.1A的放电条件下，经测定反应60分钟可大概产生200mg/L的过氧化氢，通过反应产生的过氧化氢与三氯化铁中的铁形成非均相类芬顿反应，使得污泥脱水，并使污泥中的COD、浊度、TOC下降，经测定COD、浊度、TOC分别从初始的125.65mg/L、11.2NTU、88.25mg/L下降到10.5325mg/L、1.2NTU、6.465mg/L。

步骤2：将直流辉光放电脱水装置6脱水产生的铁沉淀泥置于85℃的烘箱干燥1H，将干燥后的铁沉淀泥置于介质阻挡放电装置7，优选为DBD反应器中，输入电压电流分别为100V，0.5A，输入功率为50W的条件下，放电产生还原性自由基将三价铁还原，得到还原铁泥。

步骤3：将得到的还原铁泥回用到步骤1中取代三氯化铁絮凝剂，通过直流辉光放电脱水装置6的所述铁源加料口加入，重复步骤1和步骤2，从而实现芬顿铁泥循环利用和零排放。该方法适用于活性污泥中需要降解的有机物种类较少的情况，整个方法的运行成本更低。

实施例2

一种剩余污泥脱水装置，参考图2，包括依次连接的格栅池1、曝气沉砂池2、初沉池3、生化反应池4和二沉池5，其中污水自所述格栅池1进入所述剩余污泥脱水装置，所述二沉池5的污泥出口连接直流辉光放电脱水装置6；所述直流辉光放电脱水装置6设有铁源加料口和氢气排放口，所述直流辉光放电脱水装置6对污泥进行脱水和降解，所述直流辉光放电脱水装置6的污泥出口连接烘干装置8，所述烘干装置8连接介质阻挡放电装置7；所述介质阻挡放电装置7与所述直流辉光放电脱水装置6的所述氢气排放口相连，从而对氢气放电形成氢等离子，所述氢等离子将进入所述介质阻挡放电装置7的污泥还原，所述介质阻挡放电装置7的产物出口连接所述直流辉光放电脱水装置6的所述铁源加料口，同时所述介质阻挡放电装置7的产物出口还连接直流辉光放电降解装置9，所述直流辉光放电降解装置9对介质阻挡放电装置7中产生的污泥进一步降解有机物，得到的降解产物通过所述直流辉光放电降解装置9的污泥出口排出，所述直流辉光放电降解装置9的污泥出口连接到所述烘干装置的入口，和/或所述直流辉光放电装置的所述铁源加料口，从而实现循环利用。

利用上述装置处理污水，取某高校的生活污水，先经由格栅池1过滤掉大部分固体废物，再经由曝气沉砂池2、初沉池3沉淀，经测定浊度从初始的16.8NTU下降到12.8NTU，后经由生化反应池4以及二沉池5产生活性污泥，测定活性污泥初始的COD、浊度、TOC。活性污泥按照下述步骤进行处理：

步骤1：利用硫酸将活性污泥污泥pH调节到3.0，之后加入1mg/L的三氯化铁絮凝剂作为芬顿铁的来源，通过直流辉光放电脱水装置6的所述铁源加料口加入，利用放电等离子体产生羟基自由基，进一步原位生成过氧化氢，在550V，0.1A的放电条件下，经测定反应60分钟可大概产生200mg/L的过氧化氢，通过反应产生的过氧化氢与三氯化铁中的铁形成非均相类芬顿反应，使得污泥脱水，并使污泥中的COD、浊度、TOC下降，经测定COD、浊度、TOC分别从初始的125.65mg/L、11.2NTU、88.25mg/L下降到10.5325mg/L、1.2NTU、6.465mg/L。

步骤2：将直流辉光放电脱水装置6脱水产生的铁沉淀泥置于85℃的烘箱干燥3H，将干燥后的铁沉淀泥置于介质阻挡放电装置7，优选为DBD反应器中，输入电压电流分别为100V，0.5A，输入功率为50W的条件下，放电产生还原性自由基将三价铁还原，得到还原铁泥。

步骤3：将得到的还原铁泥送入直流辉光放电降解装置9中，作为非均相芬顿反应铁的来源降解二四二氯苯氧乙酸，直流放电同样施加550V的电压，0.1A的电流，调节溶液初始pH为3.0通过高效液相色谱测定初始浓度为100mg/L的二四二氯苯氧乙酸直流放电降解25min已经未检测到。降解反应完得到的降解污泥回用到步骤1中的直流辉光反应器，通过所述直流辉光放电脱水装置6的铁源加料口加入作为铁源，从而无需再补充三氯化铁絮凝剂，实现系统内铁循环，同时又可以持续不断地进行污泥处理。

同时，另一部分降解污泥回用到步骤2中，与所述铁泥混合后烘干，进入所述介质阻挡放电装置，从而提供充足的还原铁泥。

以上详细描述了本实用新型的优选实施方式，但是，本实用新型并不限于上述实施方式中的具体细节，在本实用新型的技术构思范围内，可以对本实用新型的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本实用新型的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本实用新型对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本实用新型的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本实用新型的思想，其同样应当视为本实用新型所公开的内容。

Claims (4)

1.一种剩余污泥脱水装置，其特征在于：包括依次连接的格栅池、曝气沉砂池、初沉池、生化反应池和二沉池，其中污水自所述格栅池进入所述剩余污泥脱水装置，所述二沉池的污泥出口连接直流辉光放电脱水装置；

所述直流辉光放电脱水装置设有铁源加料口和氢气排放口，所述直流辉光放电脱水装置对污泥进行脱水，所述直流辉光放电脱水装置的污泥出口连接烘干装置，所述烘干装置连接介质阻挡放电装置；

所述介质阻挡放电装置与所述直流辉光放电脱水装置的所述氢气排放口相连，产生还原性物质将进入所述介质阻挡放电装置的污泥还原，所述介质阻挡放电装置的产物出口连接所述直流辉光放电脱水装置的所述铁源加料口。

2.根据权利要求1所述剩余污泥脱水装置，其特征在于：还包括直流辉光放电降解装置，所述直流辉光放电降解装置连接所述介质阻挡放电装置的产物出口，所述直流辉光放电降解装置用于降解有机物，所述直流辉光放电降解装置的污泥出口连接到所述烘干装置的入口和/或所述直流辉光放电脱水装置的所述铁源加料口。

3.根据权利要求1或2所述剩余污泥脱水装置，其特征在于：所述介质阻挡放电装置为等离子体反应器。

4.根据权利要求1或2所述剩余污泥脱水装置，其特征在于：所述直流辉光放电脱水装置和/或所述直流辉光放电降解装置为辉光放电处理仪。

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