公布日：2023.12.01
申請日：2022.05.23
分類號：C02F11/06(2006.01)I;C02F11/00(2006.01)I;C02F11/127(2019.01)I;C02F11/143(2019.01)I;C02F11/147(2019.01)I;C02F11/148(2019.01)I
摘要
本發明公開了一種超聲波聯合臭氧處理剩余污泥的方法及系統，該方法包括：將臭氧溶于污泥回流上清液中形成溶氣水，溶氣水釋放出大量微氣泡；在超聲波作用下剩余污泥破解，破解后的剩余污泥與產生的臭氧微氣泡的氣液混合液進行臭氧氧化反應，反應得到的氣液在反應灌外筒的頂部進行分離，得到含臭氧氣體和剩余污泥混合液，含臭氧氣體循環進入反應罐內筒繼續反應，剩余污泥混合液進入硝氮還原單元還原為氨氮，隨后使氨氮、磷酸鹽和鎂鹽生成磷酸鎂銨晶體，進入離心脫水機進行泥水分離。本發明的超聲波聯合臭氧處理剩余污泥的方法及系統解決了現有污泥氧化破解技術中臭氧利用率不高，剩余污泥溶胞減量效果不佳的問題。
權利要求書
1.一種超聲波聯合臭氧處理剩余污泥的方法，其特征在于，包括以下步驟：1)以氧氣為氣源利用臭氧發生器產生臭氧；2)將步驟1)中產生的臭氧通過增壓泵注入臭氧溶氣灌中，使臭氧溶于污泥回流上清液中形成溶氣水，溶氣水通過釋放頭突然減壓釋放出大量微氣泡，得到臭氧微氣泡的氣液混合液并經由反應罐外筒的底部輸入反應罐中；3)將剩余污泥從反應灌內筒的上方輸入，在超聲波作用下剩余污泥破解，破解后的剩余污泥從反應灌內筒的底部溢流而上并與步驟2)產生的臭氧微氣泡的氣液混合液進行臭氧氧化反應，反應得到的氣液在反應灌外筒的頂部進行分離，得到含臭氧氣體和剩余污泥混合液，含臭氧氣體循環進入反應罐內筒繼續反應，剩余污泥混合液進入硝氮還原單元；4)使用鎂粉將步驟3)的剩余污泥混合液中的硝氮還原為氨氮；5)將步驟4)硝氮還原后的泥水混合液排入氮磷共沉淀單元，使氨氮、磷酸鹽和鎂鹽生成磷酸鎂銨晶體；6)將步驟5)經過氮磷共沉淀后的泥水混合液排入離心脫水機進行泥水分離得到上清液和泥渣，一部分上清液返回至步驟2)的臭氧溶氣灌中，作為溶氣水，另一部分上清液返回生物系統，泥渣排出系統。
2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，步驟1)中，所述臭氧的濃度為40～60mg/L，臭氧流量為1.0～2.0L/min。
3.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，步驟2)中，所述臭氧的溶氣時間為20-40min；所述臭氧溶氣灌中溶氣水的壓力為0.1-0.5MPa。
4.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，步驟3)中，所述破解采用脈沖反應，超聲頻率為20～40KHz，聲能密度為0.5～2.0w/mL；所述臭氧氧化反應的停留時間為45-90min。
5.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，步驟4)中，所述還原過程中，調節pH值3～4，反應溫度為40～60℃，按n(Mg):n(NH4+):n(PO43-)＝1.2:1:1～1.6:1:1，將鎂粉分成若干份，每隔10min加一次，1h加完，加完后反應2～3h。
6.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，步驟5)中，調節所述泥水混合液pH值為8.5～10.5，攪拌轉速為400～600r/min，反應時間為1～2h。
7.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，步驟6)中，所述泥水分離時加入絮凝劑，所述絮凝劑為聚合氯化鋁、聚丙烯酰胺和聚硅酸鹽中的一種或幾種。
8.一種超聲波聯合臭氧處理剩余污泥的系統，其特征在于，包括：臭氧發生器，臭氧溶氣灌，通過增壓泵與臭氧發生器的頂部連通；反應罐，包括內筒、外筒以及設于所述外筒且靠近底部的微氣泡入口，所述內筒和所述外筒的底部連通，所述臭氧溶氣灌與所述微氣泡入口連通；硝氮還原單元，與所述反應罐的頂部連通；氮磷共沉淀單元，與所述硝氮還原單元連通；以及離心脫水機，一側與所述氮磷共沉淀單元連通，另一側與所述臭氧溶氣灌的頂部連通。
9.根據權利要求8所述的系統，其特征在于，所述反應罐為圓柱狀或方形套筒。
10.根據權利要求8所述的系統，其特征在于，所述微氣泡入口高于所述內筒的底部。
11.根據權利要求8所述的系統，其特征在于，所述內筒和所述外筒中設有曝氣頭。
12.根據權利要求8所述的系統，其特征在于，所述內筒的頂部設有布水器。
13.根據權利要求8所述的系統，其特征在于，所述內筒的頂部設有至少一超聲波探頭。
14.根據權利要求8所述的系統，其特征在于，所述內筒和所述外筒之間的頂部設有氣液分離板。
15.根據權利要求8所述的系統，其特征在于，所述反應罐的底部設有積液排放口。
發明內容
本發明的目的在于提供一種超聲波聯合臭氧處理剩余污泥的方法及系統，解決了現有污泥氧化破解技術中臭氧利用率不高，剩余污泥溶胞減量效果不佳的問題。
為達上述目的，本發明提供一種超聲波聯合臭氧處理剩余污泥的方法，該方法包括以下步驟：
1)以氧氣為氣源利用臭氧發生器產生臭氧；
2)將步驟1)中產生的臭氧通過增壓泵注入臭氧溶氣灌中，使臭氧溶于污泥回流上清液中形成溶氣水，溶氣水通過釋放頭突然減壓釋放出大量微氣泡，得到臭氧微氣泡的氣液混合液經反應罐外筒的底部輸入反應罐中；
3)將剩余污泥從反應灌內筒的上方輸入，在超聲波作用下剩余污泥破解，破解后的剩余污泥從反應灌內筒的底部溢流而上并與步驟2)產生的臭氧微氣泡的氣液混合液進行臭氧氧化反應，反應得到的氣液在反應灌外筒的頂部進行分離，得到含臭氧氣體和剩余污泥混合液，含臭氧氣體循環進入反應罐內筒繼續反應，剩余污泥混合液進入硝氮還原單元；
4)使用鎂粉將步驟3)的剩余污泥混合液中的硝氮還原為氨氮；
5)將步驟4)硝氮還原后的泥水混合液排入氮磷共沉淀單元，使氨氮、磷酸鹽和鎂鹽生成磷酸鎂銨晶體；
6)將步驟5)經過氮磷共沉淀后的泥水混合液排入離心脫水機進行泥水分離得到上清液和泥渣，一部分上清液返回至步驟2)的臭氧溶氣灌中，作為溶氣水，另一部分上清液返回生物系統，泥渣排出系統。
本發明的超聲波聯合臭氧處理剩余污泥的方法，在一實施方式中，步驟1)中，所述臭氧的濃度為40～60mg/L，臭氧流量為1.0～2.0L/min。
本發明的超聲波聯合臭氧處理剩余污泥的方法，在一實施方式中，步驟2)中，所述臭氧的溶氣時間為20-40min；所述臭氧溶氣灌中溶氣水的壓力為0.1-0.5MPa。
本發明的超聲波聯合臭氧處理剩余污泥的方法，在一實施方式中，步驟3)中，所述破解采用脈沖反應，超聲頻率為20～40KHz，聲能密度為0.5～2.0w/mL；所述臭氧氧化反應的停留時間為45-90min。
本發明的超聲波聯合臭氧處理剩余污泥的方法，在一實施方式中，步驟4)中，所述還原過程中，調節pH值3～4，反應溫度為40～60℃，按n(Mg):n(NH4+):n(PO43-)＝1.2:1:1～1.6:1:1，將鎂粉分成若干份，每隔10min加一次，1h加完，加完后反應2～3h。
本發明的超聲波聯合臭氧處理剩余污泥的方法，在一實施方式中，步驟5)中，調節所述泥水混合液pH值為8.5～10.5，攪拌轉速為400～600r/min，反應時間為1～2h。
本發明的超聲波聯合臭氧處理剩余污泥的方法，在一實施方式中，步驟6)中，所述泥水分離時還加入絮凝劑，所述絮凝劑為聚合氯化鋁、聚丙烯酰胺和聚硅酸鹽中的一種或幾種。
本發明還提供一種超聲波聯合臭氧處理剩余污泥的系統，該系統包括：
臭氧發生器，
臭氧溶氣灌，通過增壓泵與臭氧發生器的頂部連通；
反應罐，包括內筒、外筒以及設于所述外筒且靠近底部的微氣泡入口，所述內筒和所述外筒的底部連通，所述臭氧溶氣灌與所述微氣泡入口連通；
硝氮還原單元，與所述反應罐的頂部連通；
氮磷共沉淀單元，與所述硝氮還原單元連通；以及
離心脫水機，一側與所述氮磷共沉淀單元連通，另一側與所述臭氧溶氣灌的頂部連通。
本發明的超聲波聯合臭氧處理剩余污泥的系統，在一實施方式中，所述反應罐為圓柱狀或方形套筒。
本發明的超聲波聯合臭氧處理剩余污泥的系統，在一實施方式中，所述微氣泡入口高于所述內筒的底部。
本發明的超聲波聯合臭氧處理剩余污泥的系統，在一實施方式中，所述內筒和所述外筒中設有曝氣頭。
本發明的超聲波聯合臭氧處理剩余污泥的系統，在一實施方式中，所述內筒的頂部設有布水器。
本發明的超聲波聯合臭氧處理剩余污泥的系統，在一實施方式中，所述內筒的頂部設有至少一超聲波探頭。
本發明的超聲波聯合臭氧處理剩余污泥的系統，在一實施方式中，所述內筒和所述外筒之間的頂部設有氣液分離板。
本發明的超聲波聯合臭氧處理剩余污泥的系統，在一實施方式中，所述反應罐的底部設有積液排放口。
相較于現有技術，本發明具有以下有益效果：
(1)本發明克服了傳統臭氧氧化技術的不足，利用臭氧溶氣罐產生臭氧微氣泡，增大了臭氧比表面積，使臭氧與超聲波破解后的剩余污泥的接觸幾率增加，提高臭氧利用率，使剩余污泥的氧化降解效果更好。
(2)本發明的反應罐中在內筒及外筒的頂部將含臭氧泡沫進行收集，再進入內筒中，在超聲波作用下將臭氧氣泡爆破，進一步循環利用，增加了臭氧的利用率，提高了剩余污泥氧化降解效果。
(3)本發明中經超聲波破解及臭氧氧化反應后的剩余污泥至離心脫水機中進行泥水分離，分離后得到的剩余污泥的上清液一部分返回至溶氣灌中，作為溶氣水，避免了新鮮水的注入，實現了廢物循環利用，降低了處理成本。
(4)本發明采用超聲波將剩余污泥進行破解，破壞污泥絮體及大分子物質，釋放細胞內物質，再利用臭氧溶氣罐產生的臭氧微氣泡將超聲波破解后的小分子物質進行氧化破解，提高了剩余污泥破解效率，減少了污泥產量，并將污泥破解后的上清液進行有效利用，釋放的有機質得以有效利用，為后續處理過程中的微生物提供營養物質，降低了整個系統的運行成本。
(5)本發明的硝氮還原是利用活潑金屬鎂將硝氮還原為氨氮，本發明的鎂粉能夠同時兼顧利用磷酸鎂銨共沉淀除氮磷。本發明的磷酸鎂銨共沉淀除氮磷是利用液體中同時存在氨氮、磷酸鹽和鎂鹽生成晶體去除，能夠降低無機離子對系統的影響；使用鎂粉不會引入新的離子，造成二次污染。本發明的方法能夠生成磷酸鎂銨晶體，達到氮磷共沉淀的效果，去除了混合液中的無機離子，避免了大量無機離子在整體處理系統中的循環累積，減小了對生物系統的影響。
（發明人：張媛;羅慶;王小雄;王樹勖;文善雄;牛進龍;劉發強;李常青;韋清華;宋彬）
