一种强化污泥减量的超临界溶气空化装置制造方法
【专利摘要】一种强化污泥减量的超临界溶气空化装置，属于城镇污水污泥处理【技术领域】。在汚泥高速流过收缩喷管时，从空气吸入管引射空气在溶气空化腔中与汚泥混合后依次进入一次扩散管及二次扩散管，然后从空化喷嘴喷入氧化反应釜中，最后经溶气空化处理后的污泥从污泥输出管排出。超临界溶气空化设备可以与生化反应池、回流及剩余污泥池或污泥均质池结合运行。由于靶式涡流空化发生器与氧化反应釜结合，实现了超临界湿式氧化反应的条件，使污泥中的难降解有机物直接分解成CO2、H2O等，难降解有机物大分子链断裂为小分子链，并进一步被氧化成脂肪酸，使BOD/COD比值提高，为后续生化反应创造有利条件，从而使污泥减量。污水厂使用该设备和方法后，污泥产出量减少了60-70%。
【专利说明】一种强化污泥减量的超临界溶气空化装置
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种强化污泥减量的超临界溶气空化装置，属于城镇污水污泥处理设备【技术领域】。
【背景技术】
[0002]城镇污水处理厂，每IOOOOm3污水处理后产泥量(含水率80%)约5-10T，污泥含有病源体、重金属和持久性有机物等有害物质，这些物质需要进行处理。目前国内外主要的污泥处理单元技术，浓缩、脱水、焚烧、填埋、厌氧消化、好氧发酵、热干化石灰稳定、污泥热解、水热处理等处理技术，均属污泥产生后对其进行处理的工艺技术，而这些处理方式带来的是巨大的设备投资和高昂的运行费用，同时，二次污染、安全风险难以避免。
[0003]污泥处理最经济、效益的方法是从源头着手，在污水处理过程中减少剩余污泥的产生量。
[0004]
【发明内容】
[0005]为了克服现有技术中存在的问题，本实用新型提供一种强化污泥减量的超临界溶气空化装置，该设备应投资少、运行费用低，与现有的污水处理过程相结合，能有效减少剩余污泥的产生量。
[0006]本实用新型采用的技术方案是:一种强化污泥减量的超临界溶气空化装置，它包括一个由收缩喷管和空气吸入管构成的射流空气发生器，它还包括一个一次扩散管和一个靶式涡流空化发生器，所述射流空气发生器与一次扩散管采用主体内套连接在一起，主体内套和靶式涡流空化发生器设置在主体外套中；所述收缩喷管设有一个收缩喷管喉管，收缩喷管喉管与主体内套之间设有一个带通气孔的进气调节板，所述一次扩散管设有一个一次扩散管喉管，一次扩散管喉管与主体内套之间设有一个隔板，在进气调节板与隔板之间为溶气空化腔；所述靶式涡流空化发生器采用连接管把一次扩散管)与二次扩散管连接在一起，二次扩散管连接一个由靶板封闭的集水套筒，集水套筒的一周设有空化喷嘴，镶焊隔板设置在连接管与主体外套之间；汚泥高速流过收缩喷管时，从空气吸入管引射空气在溶气空化腔中与汚泥混合后依次进入一次扩散管及二次扩散管，然后从空化喷嘴喷从氧化反应釜中，最后经溶气空化处理后的污泥从污泥输出管排出。
[0007]所述收缩喷管进口直径D与收缩喷管喉管直径d的比值为3:1-4:1收缩喷管喉管长度L与收缩喷管喉管直径d的比值为1.6-1.9。
[0008]所述一次扩散管出口直径Dl与进口直径dl的比值为2:1，长度为进口直径dl的14-17 倍。
[0009]所述靶式涡流空化发生器的总体长度L2为连接管直径d2的5-7倍，连接管直径d2与二次扩散管出口直径D2的比值为0.4-0.5。
[0010]所述空化喷嘴采用部分球体与锥管连接的结构，与集水套筒的外圆表面呈45度角，锥管长度为锥管出口直径的1.8-2倍，进口直径为锥管出口直径的0.4-0.5倍。
[0011]本实用新型的有益效果是:这种强化污泥减量的超临界溶气空化装置用无堵塞排污泵让汚泥高速流过收缩喷管时，从空气吸入管引射空气在溶气空化腔中与汚泥混合后依次进入一次扩散管及二次扩散管，然后从空化喷嘴喷从氧化反应釜中，最后经溶气空化处理后的污泥从污泥输出管排出。超临界溶气空化装置可以与生化反应池、回流及剩余污泥池或污泥均质池结合运行。由于靶式涡流空化发生器与氧化反应釜的有机结合，实现了超临界湿式氧化反应的条件，使污泥中的部分难降解有机物直接分解成C02、H2O及其他无机物等，另一部分难降解有机物大分子链断裂为小分子链，并进一步被氧化成脂肪酸，使BOD/COD比值提高，为后续生化反应创造有利条件，从而达到污泥减量的目的。污水厂使用该溶气空化装置后，污泥产出量减少了 60-70%。
【专利附图】
【附图说明】
[0012]图1是一种超临界溶气空化装置的结构图。
[0013]图2是空化喷嘴的结构剖视图。
[0014]图3是空化喷嘴的俯视图。
[0015]图4是超临界溶气空化装置与回流及剩余污泥池连接的系统简图。
[0016]图中:1、无堵塞排污泵，2、提升加压管路，3、超临界溶气空化装置，4、输出管路，5、回流及剩余污泥池，6、回流污泥提升泵，7、生化反应池，8、二次沉淀池，9、剩余污泥泵，10、污泥均质池，11、汚泥脱水机，12、引射空气管，13、吸入管路，14、回流污泥输送管路；301、收缩喷管，301a、收缩喷管喉管，302、空气吸入管，303、进气调节板，303a、通气孔，304、溶气空化腔，305、扩散腔体，306、镶焊隔板，307、氧化反应釜，308、集水套筒，309、空化喷嘴，309a、部分球体，309b、锥管，310、污泥输出管，311、排空阀，312、隔板，313、主体内套，314、一次扩散管，314a、一次扩散管喉管，315、主体外套，316、连接管，317、二次扩散管，318、靶板。
【具体实施方式】
[0017]图1、2、3示出了一种超临界溶气空化装置的结构。图中，超临界溶气空化装置包括一个由收缩喷管301和空气吸入管302构成的射流空化发生器、一次扩散管314和一个靶式涡流空化发生器。射流空气发生器与一次扩散管314采用主体内套313连接在一起，主体内套313和靶式涡流空化发生器设置在主体外套315中。
[0018]收缩喷管301设有一个收缩喷管喉管301a，收缩喷管喉管301a与主体内套313之间设有一个带8个通气孔303a的进气调节板303，收缩喷管301进口直径D与收缩喷管喉管301a直径d的比值为3:1-4:1，收缩喷管喉管301a长度L与收缩喷管喉管301a直径d的比值为1.6-1.9。
[0019]一次扩散管314设有一个一次扩散管喉管314a, —次扩散管喉管314a与主体内套313之间设有一个隔板312，在进气调节板303与隔板312之间为溶气空化腔304，一次扩散管314出口直径Dl与进口直径dl的比值为2:1，长度为进口直径dl的14-17倍。
[0020]靶式涡流空化发生器采用连接管316把一次扩散管314与二次扩散管317连接在一起，二次扩散管317连接一个由靶板318封闭的集水套筒308，集水套筒308的一周设有空化喷嘴309，镶焊隔板306设置在连接管316与主体外套315之间。靶式涡流空化发生器的总体长度L2为连接管316直径d2的5-7倍，连接管316直径d2与二次扩散管317出口直径D2的比值为0.4-0.5。空化喷嘴309采用部分球体309a与锥管309b连接的结构，与集水套筒308的外圆表面呈45度角，锥管长度L3为锥管出口直径d4的1.8-2倍，进口直径d3为锥管出口直径d4的2-2.5倍。
[0021]在超临界溶气空化装置工作时，汚泥高速流过收缩喷管301时，从空气吸入管302引射空气在溶气空化腔304中与汚泥混合后依次进入一次扩散管314及二次扩散管317，然后从空化喷嘴309喷入氧化反应釜307中，最后经溶气空化处理后的污泥从污泥输出管310排出。
[0022]图4示出了超临界溶气空化装置与回流及剩余污泥池连接的系统简图。图中，采用管道把生化反应池7、二次沉淀池8、回流及剩余污泥池5、剩余污泥泵9、污泥均质池10和汚泥脱水机11依次连接在一起的汚水汚泥处理系统。无堵塞排污泵I的吸入管路13连接回流及剩余污泥池5，无堵塞排污泵I的提升加压管路2连接超临界溶气空化装置3，超临界溶气空化装置3的输出管路4连接回流及剩余污泥池5，回流及剩余污泥池5采用回流污泥输送管路14经回流污泥提升泵6连接生化反应池7的污水进口管道。无堵塞排污泵I的吸入管路13连接回流及剩余污泥池5时，无堵塞排污泵I把回流及剩余污泥池容积的80-100%的污泥量，提送至超临界溶气空化装置3中进行溶气空化处理，将溶气空化处理后60-100%的改性剩余污泥量通过回流污泥提升泵6经回流污泥输送管路14返送回生化反应池7进行再次生化处理，将溶气空化处理后0-40%的改性剩余污泥量通过剩余污泥泵9泵入污泥均质池10后，由汚泥脱水机11进行脱水处理。
[0023]试验证明，污水厂使用超临界溶气空化装置后，污泥产出量减少了 60-70%。
[0024]采用上述的技术方案，超临界溶气空化装置是综合了水力空化、超临界氧化和负压溶气为一体的实用设备。其工作机理介绍如下:
[0025]由无堵塞排污泵1、射流空化发生器、靶式涡流空化器的连续作用对污泥产生三级空化效应。
[0026]一级空化效应:根据污水厂的实际处理能力及污泥组份，针对其工艺流程，提出专用无堵塞排污泵的流量、扬程两个重用参数，以达到泵对污泥水的空化效应，实现对污泥的第一次预处理，并为第二级空化效应提供足够的压力及流量配比。
[0027]二级空化效应:射流空化发生器的收缩喷管301进口直径D与收缩喷管喉管301a直径d的比值为3:1-4:1，收缩喷管喉管301a长度L与收缩喷管喉管301a直径d的比值为1.6-1.9，以上结构参数的设计，是保证产生二级空化效应的重要前提之一。在射流空化发生器的溶气空化腔304中，污泥在射流空化发生器发生空化形成负压，通过进气调节板303及空气吸入管302抽吸外界空气，与污泥在喉管内混溶。进气调节板303设置8个均匀分布进气孔303a，使吸入空气在溶气空化腔304中产生旋流，进入一次扩散管314中，在一次扩散管314内，气、水、泥三相进一步混合，这进一步增加了空化所需要的气核，是保证产生二级空化效应的重要前提之二；在一次扩散段混合液减速增压，继续产生强烈的紊动、冲击剪切，促使气膜与液膜高频振荡、大气泡破裂、微气泡增多、气液膜变薄，实现对污泥谁的第二次预处理。同时，氧分子更好地从气相转移到液相中，实现氧转移率达到30%以上，为第三段空化效应及湿式氧化产生提供了充分条件。
[0028]三级空化效应:靶式涡流空化器的连接管316直径d2与二次扩散管317出口直径D2的比值为0.4-0.5，起到对流动污泥水的二次增压作用，为镶焊在集水套筒308上8个45°斜角空化喷嘴309产生三级空化效应提供有利条件；同时污泥水以很高的速度撞击靶板318和主体套筒内壁，会产生强烈的撞击的作用，这也增强了空化的效果。
[0029]以上三级空化效应的共同作用，连续产生高温(约5000°C)高压(50Mpa)的环境，足以满足超临界湿式氧化所需要的374°C、21.SMPa的氧化条件，而发生超临界氧化反应，使污泥水中的有机物质得到充分的氧化分解。空泡溃灭时产生的高温高压超过了水的临界点，因此在污泥混合液体中，空化区域存在着局部的超临界水，超临界水有利于增加化学反应速率，同时使射流产生靶板冲击效应，空气泡变小，微泡撞击破裂。同时伴随强烈的冲击波和速度达400km的微射流，并以每秒数万次连续作用发生着，带来高效机械切碎效应，并产生具有高化学活性的自由基-OH和强氧化剂H2O2,随后与溶液中有机污染物发生氧化反应，将混合液中大多数有机污染物氧化降解成为无害物质，冲击波和高速微射流在混合液中产生的强大水力剪切力，对污泥空间结构进行有效破坏，使大分子主链上的碳键断裂，转变为短链底分子有机物，破坏微生物细胞壁，细胞内溶质流出，连续三次且不间断的破壁溶胞氧化作用，改变污泥结构和性质，同时净化活水。
【权利要求】
1.一种强化污泥减量的超临界溶气空化装置，它包括一个由收缩喷管(301)和空气吸入管(302)构成的射流空气发生器，其特征在于:它还包括一个一次扩散管(314)和一个靶式涡流空化发生器，所述射流空气发生器与一次扩散管(314)采用主体内套(313)连接在一起，主体内套(313)和靶式涡流空化发生器设置在主体外套(315)中；所述收缩喷管(301)设有一个收缩喷管喉管(301a)，收缩喷管喉管(301a)与主体内套(313)之间设有一个带通气孔(303a)的进气调节板(303)，所述一次扩散管(314)设有一个一次扩散管喉管(314a)，一次扩散管喉管(314a)与主体内套(313)之间设有一个隔板(312)，在进气调节板(303)与隔板(312)之间为溶气空化腔(304);所述靶式涡流空化发生器采用连接管(316)把一次扩散管(314)与二次扩散管(317)连接在一起，二次扩散管(317)连接一个由靶板(318 )封闭的集水套筒(308 )，集水套筒(308 )的一周设有空化喷嘴(309 )，镶焊隔板(306)设置在连接管(316)与主体外套(315)之间；汚泥高速流过收缩喷管(301)时，从空气吸入管(302)引射空气在溶气空化腔(304)中与汚泥混合后依次进入一次扩散管(314)及二次扩散管(317)，然后从空化喷嘴(309)喷从氧化反应釜(307)中，最后经溶气空化处理后的污泥从污泥输出管(310)排出。
2.根据权利要求1所述的一种强化污泥减量的超临界溶气空化装置，其特征在于:所述收缩喷管(301)进口直径D与收缩喷管喉管(301a)直径d的比值为3:1_4:1，收缩喷管喉管(301a)长度L与收缩喷管喉管(301a)直径d的比值为1.6-1.9。
3.根据权利要求1所述的一种强化污泥减量的超临界溶气空化装置，其特征在于:所述一次扩散管(314)出口直径Dl与进口直径dl的比值为2:1，长度为进口直径dl的14-17 倍。
4.根据权利要求1所述的一种强化污泥减量的超临界溶气空化装置，其特征在于:所述靶式涡流空化发生器的总体长度L2为连接管(316)直径d2的5-7倍，连接管(316)直径d2与二次扩散管(317)出口直径D2的比值为0.4-0.5。
5.根据权利要求1所述的一种强化污泥减量的超临界溶气空化装置，其特征在于:所述空化喷嘴(309)采用部分球体(309a)与锥管(309b)连接的结构，与集水套筒(308)的外圆表面呈45度角，锥管长度L3为锥管出口直径d4的1.8-2倍，进口直径d3为锥管出口直径d4的2-2.5倍。
【文档编号】C02F11/06GK203498231SQ201320525986
【公开日】2014年3月26日 申请日期:2013年8月28日 优先权日:2013年8月28日
【发明者】张德君, 陈荣光, 范鹏辉, 祝瓛冰, 李冬 申请人:范鹏辉