一种微纳米臭氧气泡发生系统的制作方法

文档序号:11008038阅读:1478来源:国知局
一种微纳米臭氧气泡发生系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种微纳米臭氧气泡发生系统,其特征在于包括电控总成、臭氧发生器、冷却装置、过滤装置以及微纳米气泡发生器;所述臭氧发生器连接到微纳米气泡发生器一端上,所述过滤装置连接到微纳米气泡发生器的另一端;所述微纳米气泡发生器将所述臭氧发生器输入的臭氧和经所述过滤装置输入的液体混合后输出所述微纳米臭氧气泡发生系统;所述冷却装置与所述臭氧发生器相连通;所述电控总成与所述臭氧发生器和所述微纳米气泡发生器电连接。本实用新型能高效地利用臭氧,显著地减少城镇污水处理系统中污泥的产生。
【专利说明】
一种微纳米臭氧气泡发生系统
技术领域
[0001] 本实用新型涉及市政环保工艺领域,具体地,一种微纳米臭氧气泡发生系统。
【背景技术】
[0002] 随着城市化进程的加快,城市污水处理率逐年提高,污水处理厂的污泥产量也急 剧增加。这些有机废弃物含水率高,有机物含量高,容易腐烂发臭,如未经恰当处理处置而 进入环境,会直接给水体和大气带来二次污染。如何妥善处理处置这些废弃物,已成为污水 处理厂提高技术水平和管理水平的重要因素。
[0003] 污水处理中产生的副产品一一污泥,成分复杂,有机物和含水率高、易腐败有恶 臭,富集有大量寄生虫卵、细菌病毒等病原体,极易造成污染源扩散、传播疾病、污染水源、 土壤、空气,严重威胁人体健康和环境安企,因此污泥有"环境杀手"之称,世界众多国家都 将污泥视为危险品。
[0004] 对污水进行处理,其目的是为了削减C0D,治理环境污染,但若忽视污泥处理处置 或处理处置不到位,就会变成一次污染大转移,将通过各种途径污染土壤、水源、大气甚至 食物链。污泥在污染环境后,最终仍需进行二次治理,其治理成本将更加昂贵,污染治理的 范围更为广泛,技术难度更大,国家污染减排的实际效果将大大缩水,环境保护的最终目标 将难以实现。
[0005] 另一方面,污泥排放后,对其进行有效处理处置,则首先需要占地堆放,排放堆积 的数量越大,占地越多。污泥堆放伴随有臭气、有害螆虫、致病生物密度增大,严重影响环 境。更有甚者,污泥堆置或转移过程中,其中的有害组分容易污染土壤,人与污染的土壤直 接接触,或食用此土壤上种植的蔬菜、瓜果,都有可能致病。污泥或被污染土壤中的病原微 生物,随天然降水再次变成污水,其做的有毒有害物质极易滲入土壤,对环境安企和人身健 康造成危害。
[0006] 此外,露天堆放和填埋污泥,对环境造成严重的威胁。由于有机组分的分解容易产 生沼气,一方面沼气中的氨气、硫化氢等的扩散,会产生恶臭,另一方面沼气的主要成份甲 烷是一种温室气体,其温室效应是二氧化碳的21倍,而甲烷在空气中的含量达到5 %以上 时,很容易引起燃烧,发生爆炸对生命安全造成很大威胁。
[0007] 对于污泥的治理,中国政府一直加大打击偷排的现象,另一方面也加大力度促进 技术的改进。2015年2月,《水污染防治行动计划》"水十条"获得国务院常委会通过,4月2日 出台。其中,关于污泥处理处置达标明确要求"稳定化、减量化、无害化、资源化"。然而,截至 2014年年底,污泥处理处置指标仅完成"十二五"规划目标的43.4%。目前我国大部分污泥 得不到有效处理处置,极易对环境造成二次污染,"污泥围城"形式亟待有效途径解决。因 此,从政治、经济角度分析,污泥的处置俨然成为急需有效处理的项目。
[0008] 中国发明专利申请号为201410832960.4公开了一种高浓度有机质污泥的处理方 法,臭氧由曝气管通入臭氧接触器中,进行臭氧曝气使污泥与臭氧充分接触臭氧处理,脱水 后掺杂生物质燃料焚烧。中国发明专利申请号为201410491249.7公开了一种污泥臭氧氧化 减量的方法,将剩余污泥用臭氧处理0.5-2小时,并通过回流处理等方式进行污泥减量处 理。中国发明专利申请号为201310645801.9公开了一种将待处理污泥水通过栗输送至射流 器,射流器侧向入口产生负压吸入臭氧,从而使臭氧和污泥进行充分混合的方法。以上专 利文献都公开采用臭氧处理污泥,从而实现减量化无害化,继而进行资源化的处理。然而, 这些方法并不能充分利用臭氧,甚至效率的缘故而浪费很大一部分的臭氧;从另一个角度 说,臭氧与污泥接触时间很短,如仅为从池底上升到液面的时间内,如仅为从射流器出口到 撞击在容器壁的时间内。因此,臭氧得不到充分利用而造成能源的浪费。 【实用新型内容】
[0009] 本实用新型的一个目的是提供一种污泥减量化、无害化的处理方法。通常,污水通 过污水处理系统处理,二次沉淀后获得活性污泥。处置方法包括以下处理步骤:
[0010] 1)将臭氧以微纳米臭氧气泡的形式自所述污泥反应液底部释放,均匀分散到所述 污泥反应液中;
[0011] 2)当下述任一种或多种情况实现时,停止供给所述微纳米臭氧气泡:
[0012] a)当反应体系的pH=7.0-8.5时;
[0013] b)当臭氧的添加量为5-200mg 03/g TSS时;
[0014] c)当反应体系的TDS下降至少10%时;
[0015] d)当反应体系的总氮量小于80mg/L时;
[0016] e)当反应体系的SV30下降至少30%时;
[0017] 3)臭氧处理后的污泥,全部回流至污水处理系统中,或者全部进行脱水处理,或者 一部分回流至污水处理系统,剩余部分进行脱水处理;
[0018] 其中,所述微纳米臭氧气泡直径彡5μπι。
[0019] 在本实用新型的一些实施例中,步骤1)获得的活性污泥先栗入一个或多个并列 的臭氧反应罐中,接着进行步骤1)至步骤3)。
[0020] 在本实用新型的一些实施例中,在步骤1)之前向污泥反应液中添加氢氧化钙(Ca (〇H)2)或氢氧化钠(NaOH),将pH值调整到pH=9-ll。
[0021] 在本实用新型的一些实施例中,步骤1)采用搅拌的方式帮助混合。
[0022]在本实用新型的一些实施例中,臭氧的添加量为5-100mg 03/g TSS。优选地,臭氧 的添加量为30-100mg 03/g TSS。优选地,臭氧的添加量为30-50mg 03/g TSS。
[0023] 在本实用新型的一些实施例中,在10-30分钟内释放完所需臭氧,并使臭氧与活性 污泥继续反应至少20分钟。
[0024] 在本实用新型的另一些实施例中,再次在10-30分钟内释放完所需臭氧,并使臭氧 与活性污泥继续反应至少20分钟。
[0025] 如有需要,如污泥浓度过高,或污泥中有机质、总氮量等过高时,可重复以上步骤, 通入臭氧,并使臭氧与活性污泥继续反应至少20分钟。
[0026] 在本实用新型的一些实施例中,脱水处理前,往步骤3)中待进行脱水处理的污泥 中投入絮凝剂,如PAM、PAC。
[0027]在本实用新型的一些实施例中,可加入臭氧催化剂,所述臭氧催化剂包括硫酸锌、 硫酸铜、硝酸银、三氧化二铬、二氧化锰、(:11/^12〇3、(:11/1102、110 2/^12〇3、111〇2/活性炭小62〇 3/ Al2〇3、UV和H2〇2中的一种或多种。
[0028] 作为本实用新型的一种替代方式,污泥包括污水处理系统二沉池中的污泥、污泥 浓缩池中的污泥或经过生物处理的污泥,所述生物处理包括厌氧发酵、堆肥或氧化沟处理。
[0029] 本实用新型的另一个目的是提供一种微纳米臭氧气泡发生系统,其特征在于包 括电控总成、臭氧发生器、冷却装置、过滤装置以及微纳米气泡发生器;所述臭氧发生器连 接到微纳米气泡发生器一端上,所述过滤装置连接到微纳米气泡发生器的另一端;所述微 纳米气泡发生器将所述臭氧发生器输入的臭氧和经所述过滤装置输入的液体混合后输出 所述微纳米臭氧气泡发生系统;所述冷却装置与所述臭氧发生器相连通;所述电控总成与 所述臭氧发生器和所述微纳米气泡发生器电连接。
[0030] 在本实用新型的一些实施例中,还包括一个或多个安全阀和压力表。
[0031] 作为上面实施例的补充,本实用新型的一些实施例中,在所述过滤装置和所述微 纳米气泡发生器之间依次设置一个安全阀和一个压力表。
[0032] 作为上面实施例的补充,本实用新型的一些实施例中,在所述微纳米气泡发生器 后依次设置一个安全阀和一个压力表。
[0033] 作为上面实施例的补充,本实用新型的一些实施例中,围绕所述微纳米气泡发生 器设置了一条旁路绕过所述微纳米气泡发生器,所述旁路的入口设置在所述过滤装置和所 述微纳米气泡发生器前的安全阀之间,出口设置所述微纳米气泡发生系统的最末端。
[0034] 在本实用新型的另一些实施例中,紧接所述微纳米气泡发生器设置一透明视窗。
[0035] 作为上面实施例的补充,本实用新型的一些实施例中,紧接所述透明视窗设置一 泄压阀。
[0036] 作为上面实施例的补充,本实用新型的一些实施例中,在所述透明视窗和所述泄 压阀之间设置一安全阀。
[0037] 现有技术将臭氧氧化视为一种中间处理的手段,并没有使臭氧的效果得到最大 化的应用,继而浪费了臭氧,增加了污泥处置的成本。与现有技术相比,本实用新型的有益 效果是:
[0038] 1.采用直径<5μπι的微纳米臭氧气泡。根据斯托克斯定律,气泡在水中的上升速度 与气泡直径的平方成正比。气泡直径越小则气泡的上升速度越慢,停留时间长。通过将臭氧 气体制成微纳米气泡,使得臭氧气体与污泥甚至与污水的反应时间增长,有效地增加臭氧 的处理效果。另一方面,也使得臭氧气体的供应需求降低。
[0039] 2.采用微气泡时,气源除了包括臭氧外,其中一部分是空气。因此,空气中的氧气 也形成微气泡进入反应体系中,从而增加反应体系中的溶解氧。溶解氧的增加有利于后续 污泥回流到生物池增加水中的溶解氧。
[0040] 3.对污泥进行臭氧处置前,通过加入石灰乳调节反应体系的pH值,使ρΗ=9-11。首 先,〇Η_与污泥、污水中的金属离子形成不溶性沉淀物。其次,此时水中的氨氮主要以游离氨 的形式存在,有利于后续臭氧对氨氮的降解。
[0041 ] 4.对污泥进行臭氧处置前,通过加入石灰乳调节反应体系的pH值,使ρΗ=9-11。当 ρΗ>4时,臭氧的分解将会加快,ρΗ = 9-11时,在OF的催化作用下,经一系列链式反应分解成 具有高反应活性的羟基自由基,对污染物进行非选择性氧化降解:
[0042] 〇3+Η2〇-Η〇3++ΟΗ-
[0043] H03++0H--2H〇2 ·
[0044] O3+HO2 · ^ · OH+2〇2
[0045] HO · +HO2 · 4H2O+O2
[0046] 5.将单位时间内过饱和的臭氧以微纳米臭氧气泡的形式在5-20分钟内自底部释 放,分散到所述污泥中;停止供给所述微纳米臭氧气泡,待氧化反应进行至少20分钟,或无 气泡冒出为止;通过这一系列的操作,可以在保证臭氧供应总量充分的前提先,缩短了臭氧 发生装置的工作时间。此外,出乎意外的是,在短时间能提供大量的臭氧进行反应,微气泡 破裂瞬间释放化学能,激发产生大量的羟基自由基,从而进一步催化臭氧的分解反应,使得 体系的氧化反应更快更有效地进行。
[0047] 6.通过本发明方法对污泥进行处置后,最直观的表现是污泥沉降比(SV)下降至少 30%,而通过一系列手段检测,可以发现污泥可以减量30%以上,为污水处理厂减少大量的 污泥处置费用,如絮凝剂的使用、污泥的运输、污泥的处置费用等。
[0048] 7.采用本发明的微纳米臭氧气体发生系统,可以高效地将臭氧分割成直径<5μπι 的微纳米气泡分布在污泥中,从而使得臭氧能充分与污泥中的有机无机成分反应,减少臭 氧的逃逸,节约能源。
【附图说明】

[0049] 图1显示了本实用新型污泥处置方法的一个实施例;
[0050] 图2显示了本实用新型污泥处置方法的另一个实施例;
[0051]图3显示了本实用新型微纳米臭氧气泡发生系统的一个实施例。
【具体实施方式】
[0052]应该理解的是,对于本领域技术人员来说,下面的内容仅为本实用新型的示范性 实施例的描述,并不是对本实用新型更广泛的保护范围的限制,本实用新型更广泛的内容 将通过权利要求书体现。
[0053]本实用新型所提及的"污水处理系统"是指,为使污水达到排水某一水体或再次 使用的水质要求对其进行净化的过程。现有技术中,其包括但不限于生物膜法、活性污泥 法、脱单除磷工艺、Α20工艺、氧化沟工艺、两段法工艺、SBR工艺以及在这些工艺基础上做出 的改进或融合。
[0054]微纳米气泡是指气泡发生时直径在50μπι到数十纳米之间的气泡,这种气泡介于微 米气泡和纳米气泡之间,具有常规气泡所不具备的物理特性。而与污泥处置相关的优秀特 性包括:
[0055] 1.自身增压溶解
[0056] 水中的气泡四周存有气液界面,而气液界面的存在使得气泡会受到水的表面张力 的作用。对于具有球形界面的气泡,表面张力能压缩气泡内的气体,从而使更多的气泡内的 气体溶解到水中。根据杨-拉普拉斯方程,ΔΡ = 2σ/Γ,ΔΡ代表压力上升的数值,〇代表表面 张力,r代表气泡半径。直径在0.1mm以上的气泡所受压力很小可以忽略,而直径ΙΟμπι的微小 气泡会受到0.3个大气压的压力,而直径Ιμπι的气泡会受高达3个大气压的压力。微纳米气泡 在水中的溶解是一个气泡逐渐缩小的过程,压力的上升会增加气体的溶解速度,伴随着比 表面积的增加,气泡缩小的速度会变的越来越快,从而最终溶解到水中,理论上气泡即将消 失时的所受压力为无限大。
[0057] 2.上升速度慢
[0058]根据斯托克斯定律,气泡在水中的上升速度与气泡直径的平方成正比。气泡直径 越小则气泡的上升速度越慢。从气泡上升速度与气泡直径的关系图可知,气泡直径1mm的气 泡在水中上升的速度为6m/min,而直径ΙΟμπι的气泡在水中的上升速度为3mm/min,后者是前 者的1/2000。如果考虑到比表面积的增加,微纳米气泡的溶解能力比一般空气增加20万倍。 [0059] 3.气体溶解度高
[0060]微纳米气泡在缓慢的上升过程中逐步缩小成纳米级,最后消减湮灭溶入水中,从 而能够大大提高气体(空气、氧气、臭氧、二氧化碳等)在水中的溶解度。对于普通气泡,气体 的溶解度往往受环境压力的影响和限制存在饱和溶解度。在标准环境下,气体的溶解度很 难达到饱和溶解度以上。而微纳米气泡由于其内部的压力高于环境压力,使得以大气压为 假定条件计算的气体过饱和溶解条件得以打破。
[0061 ] 4.产生大量自由基
[0062]微气泡破裂瞬间,由于气液界面消失的剧烈变化,界面上集聚的高浓度离子将积 蓄的化学能一下子释放出来,此时可激发产生大量的羟基自由基。羟基自由基具有超高的 氧化还原电位,其产生的超强氧化作用可降解水中正常条件下难以氧化分解的污染物如苯 酚等。同时,
[0063] 5.传质效率提高
[0064]臭氧直接氧化:03+污染物-产物 [0065]臭氧间接氧化:· 0H+污染物-产物
[0066]在现有技术中,臭氧氧化工艺遇到的难题来源于两方面,一方面,因为能与臭氧快 速反应的化合物浓度高,所以传质是臭氧氧化的限速步骤;另一方面,因为水中存在大量的 臭氧分解的抑制剂以及羟基自由基的捕获剂,终止了以间接反应过程为主要途径去除污染 物的臭氧氧化反应,使得那些难以被臭氧直接氧化的污染物不能通过臭氧间接氧化的方法 去除(当与臭氧快速反应的化合物的浓度不断降低,以致臭氧氧化反应体系变成了慢速体 系,这时就属于这种情况)。
[0067]研究发现,具有某些特定官能团的化合物(如芳香环、不饱和碳氢化合物等)非常 容易与臭氧反应,而其它的一些化合物(如饱和碳氢化合物、醇类、醛类等)与臭氧较难反应 (或反应活性较差)。此时,传质步骤就成了整个过程的限速步骤,臭氧布气装置是影响臭氧 氧化速率的主要因素。
[0068]研究表明,气液传质速率和效率与气泡直径成反比,微气泡直径极小,在传质过程 中比传统气泡具有明显优势。当气泡直径较小时,微纳米气泡界面处的表面张力对内部气 体产生了压缩作用,使得微气泡在上升过程中不断收缩并表现出自身增压效应,使得更多 的气体穿过气泡界面溶解到水中。且随着气泡直径的减小表面张力的作用效果也越来越明 显,最终内部压力达到一定极限值而导致气泡界面破裂消失。因此,微气泡在收缩过程中的 这种自身增压特性,可使气液界面处传质效率得到持续增强,并且这种特性使得微气泡即 使在水体中气体含量达到过饱和条件时,仍可继续进行气体的传质过程并保持高效的传质 效率。
[0069] 本实用新型通过利用臭氧的物理化学性质,以及微气泡的物理性质同时,进一步 改善污泥处置过程中微气泡的传质效率,从而更进一步地利用臭氧的氧化活性。
[0070] 传统工艺或者在实验室中,人们所用的方式是向污泥液中持续通入臭氧气体。这 种方式,臭氧气体以气泡形式自下而上释放,从而使得臭氧的利用率很低,大约80%的臭氧 气体在通过液体后直接释放到大气中,造成能源极大的浪费。本实用新型实施例中,向所述 污泥中添加 Ca(0H)2或NaOH,将pH值调整到pH = 9-ll后,将臭氧以微纳米臭氧气泡的形式自 底部释放,均匀分散到所述污泥中。一方面,微纳米臭氧气泡的形式,极大地增加臭氧与液 体之间的接触时间。另一方面,通过调整pH值,可以催化臭氧的反应速度,进一步加快臭氧 的消耗,使得在处理现场基本没有臭氧的气味。
[0071] 臭氧以微纳米臭氧气泡的形式自底部释放,极大地节约臭氧的使用量,其相比于 现有技术中的方法可以实现更低的能源消耗。
[0072] 总溶解固体(英文:Total dissolved solids,缩写TDS),又称溶解性固体总量,测 量单位为毫克/升(mg/L),它表明1升水中溶有多少毫克溶解性固体。TDS值越高,表示水中 含有的溶解物越多。总溶解固体指水中全部溶质的总量,包括无机物和有机物两者的含量。 [0073] 城镇污水处理厂在污水处理过程(污水处理系统)中,产生的污泥通常是与水混在 一起的,必须加入絮凝剂后沉淀,再通过脱水步骤才得到含水率80%左右的污泥。可以理解 的是,在加入絮凝剂前,污泥和污水的混合物TDS达到溶解平衡,化学需氧量(C0D)与TDS必 然存在一定的关系,这是因为污水中需要被氧化的还原性物质是溶解在水中的,即TDS的一 部分。本实用新型的一个目的是实现污泥的减量,通过将臭氧以微纳米臭氧气泡的形式自 污泥底部释放,均匀分散到污泥中。一方面,臭氧经一系列链式反应分解成具有高反应活性 的羟基自由基,对污染物(不饱和烯烃、氨氮、硫醇、硫化氢等)进行非选择性氧化降解。另一 方面,微纳米气泡在上升破裂过程中,将污泥打散。具体地,将污泥中的纤维成分打断,将污 泥中可溶成分释放出来。不受理论的限制,我们还认为,在臭氧和微气泡破裂能量的作用 下,污泥中的微生物细胞将被破裂,释放其中的水分以及有机物;还能将污泥中的虫卵破 坏。以上各反应都将使得污水中的TDS进一步增加。
[0074] 而另一方面,在微纳米臭氧气泡的作用下,污水中总溶解固体的部分必然会被氧 化分解,以气体(N02、N 2、C02等)释放,从而使得TDS最终有所下降,实现污泥减量的目的。在 本实用新型的实施例中,当反应体系下降至少10%时,可以认为反应结束,可以停止加入微 纳米臭氧气泡。
[0075] 随着石油、化工、食品和制药等工业的发展,以及人民生活水平的不断提高,城市 生活污水和垃圾渗滤液中氨氮的含量急剧上升。近年来,随着经济的发展,越来越多含氮污 染物的任意排放给环境造成了极大的危害。氮在废水中以有机态氮、氨态氮(NH/-N)、硝态 氮(N0f-N)以及亚硝态氮(N0 2D等多种形式存在,而氨态氮是最主要的存在形式之一。污 水中的氨氮是指以游离氨和离子铵形式存在的氮,主要来源于生活污水或污泥中含氮有机 物的分解。
[0076] 同样,可以理解的是,在加入絮凝剂前,污泥和污水的混合物氨氮值达到平衡。而 经过微纳米臭氧气泡处理后,NH4+-N可以转化成NOf-Ν,甚至是N 2。通过本实用新型的实施 例,发现经过微纳米臭氧气泡处理,氨氮值能降低至80mg/L或以下。
[0077] 污泥沉降比(SV)是指将混匀的曝气池活性污泥混合液迅速倒进1000ml量筒中至 满刻度,静置沉淀30分钟后,则沉淀污泥与所取混合液之体积比为污泥沉降比(% ),又称污 泥沉降体积(SV30)以mL/L表示。因为污泥沉降30分钟后,一般可达到或接近最大密度,所以 普遍以此时间作为该指标测定的标准时间。
[0078] 污泥沉降比值是MLSS定量的直观反映。公式:MLSS(g/L) = SV/SVI。式中SVI(ml/g) 为污泥指数,即评定活性污泥凝聚、沉淀性能的指标。在稳定的废水处理工艺中,由于SVI值 在一段时间内基本保持在某一稳定区间,因此,通常情况下,在SVI值比较稳定的情况下,污 泥沉降比(SV)与污泥浓度(MLSS)存在着一定的线性或对数关系。即污泥沉降比值能够反映 曝气池中混合液的浓度,它与污泥浓度成正比例关系。在稳定的污水处理工艺中,由于SVI 值在一段时间内基本保持在某一稳定区间,因此,通常情况下,污泥沉降比值能够反映曝气 池中混合液的浓度,它与污泥浓度成正比例关系。
[0079] 参考图1,图1显示了本实用新型污泥处置方法的一个实施例。城镇生活污水通过 铺设的管道进入污水处理厂的处理系统,从左往右依次经过调节池、曝气池和二沉池,最后 净化水消毒后排入水体或城市管道。其中,处理系统中产生的污泥在二沉池中聚集,部分/ 全部回流到曝气池中,另一部分的污泥通过本实用新型的污泥处置方法进行处置。首先进 入反应罐中,在本实用新型的一些实施例中,可以是一个反应罐,在另一些实施例中,可以 是两个或多个反应罐。污泥进入反应罐中首先经过调整pH的步骤,在本实用新型的一些实 施例中,反应罐中的反应体系pH调整至9-11。优选地,在本实用新型的另一些实施例中,反 应罐中的反应体系pH调整至9,优选地,在本实用新型的另一些实施例中,反应罐中的反应 体系pH调整至10,更优选地,在本实用新型的另一些实施例中,反应罐中的反应体系pH调整 至11。随后,臭氧发生器产生臭氧气体,通过微纳米气泡发生器(具体结构见图3)后形成微 纳米臭氧气泡,通入到反应罐中进行反应。其中,所述微纳米臭氧气泡直径<5μηι。可选地, 将臭氧以微纳米臭氧气泡的形式自污泥底部释放,均匀分散到所述污泥中,还可以采用其 他机械方式协助气泡分散,如机械搅拌。通过微纳米气泡以及臭氧的双重作用,污泥被打 散,其中包含的微生物被杀灭、有机成分被氧化、恶臭气体成分被氧化。
[0080] 最终污泥的处置实现了稳定化、无害化及减量化处理。采用微纳米臭氧气泡的形 式以及以上的臭氧供给操作,可以使臭氧得到最大化的利用,减少能源的浪费。
[0081] 微纳米臭氧气泡对污泥处置后,由于反应产物多为微生物可重新利用的营养成 分,因此,本实用新型污泥处置方法将反应罐中的处理的污泥部分地/全部地回流到曝气池 中。当反应罐中的处理的污泥部分地回流到污水处理系统的曝气池中时,剩余部分的处理 的污泥进行脱水处理。如前所述,微纳米臭氧气泡对污泥处置后的污泥包含微生物可利用 的营养成分,并且已经无害化处理,因此,该部分的污泥可以直接用于农业用途。
[0082]参考图2,图2都显示了本实用新型污泥处置方法的另一个实施例。城镇生活污水 通过铺设的管道进入污水处理厂的处理系统,从左往右依次经过调节池、曝气池和二沉池, 最后净化水消毒后排入水体或城市管道。其中,处理系统中产生的污泥在二沉池中聚集,传 统工艺中的部分污泥会回流到曝气池中。在本实用新型的一些实施例中,二沉池/污泥浓缩 池的污泥全部回流到污水处理系统的曝气池中。
[0083]在污水处理厂原有的污水处理系统上,在不改变原有出水水质的情况下,将曝气 池中一定量的污泥,栗入反应罐中。在本实用新型的一些实施例中,可以是一个反应罐,在 另一些实施例中,可以是两个或多个反应罐。污泥进入反应罐中首先经过调整pH的步骤,在 本实用新型的一些实施例中,反应罐中的反应体系pH调整至9-11。优选地,在本实用新型的 另一些实施例中,反应罐中的反应体系pH调整至9,优选地,在本实用新型的另一些实施例 中,反应罐中的反应体系pH调整至10,更优选地,在本实用新型的另一些实施例中,反应罐 中的反应体系pH调整至11。随后,臭氧发生器产生臭氧气体,通过微纳米气泡发生器(具体 结构见图3)后形成微纳米臭氧气泡,通入到反应罐中进行反应。其中,所述微纳米臭氧气泡 直径<5μπι。可选地,将臭氧以微纳米臭氧气泡的形式自污泥底部释放,均匀分散到所述污 泥中,还可以采用其他机械方式协助气泡分散,如机械搅拌。通过微纳米气泡以及臭氧的双 重作用,污泥被打散,其中包含的微生物被杀灭、有机成分被氧化、恶臭气体成分被氧化。
[0084] 最终污泥的处置实现了稳定化、无害化及减量化处理。采用微纳米臭氧气泡的形 式以及以上的臭氧供给操作,可以使臭氧得到最大化的利用,减少能源的浪费。
[0085] 微纳米臭氧气泡对污泥处置后,由于反应产物多为微生物可重新利用的营养成 分,因此,本实用新型污泥处置方法将反应罐中的处理的污泥部分地/全部地回流到曝气池 中。当反应罐中的处理的污泥部分地回流到污水处理系统的曝气池中时,剩余部分的处理 的污泥进行脱水处理。如前所述,微纳米臭氧气泡对污泥处置后的污泥包含微生物可利用 的营养成分,并且已经无害化处理,因此,该部分的污泥可以直接用于农业用途。
[0086] 本实用新型人通过图1和图2的试验发现,当下述任一种或多种情况实现时,可以 停止供给所述微纳米臭氧气泡:
[0087] a)当反应体系的ρΗ=7.0-8.5时;
[0088] b)当臭氧的添加量为5-200mg 03/g总悬浮固体(TSS)时;
[0089] c)当反应体系的TDS下降至少10%时;
[0090] d)当反应体系的氨氮量小于80mg/L时。
[0091 ]在本实用新型的一些实施例中,反应结束时反应体系的pH = 8.5;优选地,反应结 束时反应体系的pH = 8.0;优选地,反应结束时反应体系的pH = 7;优选地,反应结束时反应 体系的pH=7.5;在本实用新型的另一些实施例中,反应结束时反应体系的pH=6.5。
[0092] 在本实用新型的一些实施例中,臭氧的添加量为5-30mg 03/g TSS。优选地,臭氧 的添加量为30-100mg 03/g TSS。优选地,臭氧的添加量为30-50mg 03/g TSS。
[0093] 在本实用新型的一些实施例中,反应结束时反应体系的TDS下降了10%;在本实用 新型的另一些实施例中,反应结束时反应体系的TDS下降了20%,优选地,反应结束时反应 体系的TDS下降了 30 %,优选地,反应结束时反应体系的TDS下降了40 %,优选地,反应结束 时反应体系的TDS下降了 50 %,优选地,反应结束时反应体系的TDS下降了60 %,优选地,反 应结束时反应体系的TDS下降了70%,优选地,反应结束时反应体系的TDS下降了80%,优选 地,反应结束时反应体系的TDS下降了90 %,甚至更优选地,反应结束时反应体系的TDS下降 了 99%〇
[0094]在本实用新型的一些实施例中,反应结束时反应体系的氨氮量为80mg/L;在本实 用新型的另一些实施例中,反应结束时反应体系的氨氮量为70mg/L,优选地,反应结束时反 应体系的氨氮量为60mg/L,优选地,反应结束时反应体系的氨氮量为50mg/L,优选地,反应 结束时反应体系的氨氮量为40mg/L,优选地,反应结束时反应体系的氨氮量为30mg/L,优选 地,反应结束时反应体系的氨氮量为20mg/L,更优选地,反应结束时反应体系的氨氮量为 15mg/L,甚至优选地,反应结束时反应体系的氨氮量为10mg/L。
[0095]在本实用新型的一些实施例中,本实用新型的污泥处置方法中,可在反应罐中加 入臭氧催化剂,以促进反应的快速进行,同时也进一步减少臭氧气体的浪费,节约能源。所 述臭氧催化剂包括硫酸锌、硫酸铜、硝酸银、三氧化二铬、二氧化锰、Cu/Al 2〇3、Cu/Ti02、 Ti〇2/Al2〇3、Mn〇2/活性炭、Fe2〇3/Al2〇3、UV 和H2O2中的一种或多种。
[0096] 在本实用新型的实施例中,本实用新型的处理方法处理后,污泥经脱水烘干后,每 kg干污泥中,总锦<20mg,总萊< 15mg,总铅< lOOOmg,总络< lOOOmg,总砷< lOOOmg,总镍 < 200mg,总锌 < 3000mg,总铜 < 1500mg,硼 < 150mg,石油类< 3000mg,苯并(a)花 < 3mg,多 氯代二苯并二恶英/多氯代二苯并呋喃彡l〇〇ng,可吸附有机卤化物彡500mg,多氯联苯彡 0.2mg 〇
[0097] 在本实用新型的实施例中,所述污泥包括但不限于,污水处理系统二沉池中的污 泥、污泥浓缩池中的污泥或经过生物处理的污泥,所述生物处理包括厌氧发酵、堆肥或氧化 沟处理。
[0098] 本实用新型的污泥处置方法采用直径<5μπι的微纳米臭氧气泡。本实用新型采用 微纳米臭氧气泡发生系统(见图3)。
[0099]臭氧发生器1为本实用新型的微纳米臭氧气泡发生系统提供持续的臭氧气体,其 中,臭氧发生器1的气源可以为空气或纯氧。冷却装置2为臭氧发生器1提供温度保障,在臭 氧发生器1温度过高时迅速带走热量。冷却装置2也可以为风扇、散热片等。
[0100] 自吸栗3抽取污泥混合液进入粗过滤装置4,将污泥中的较大颗粒如砂粒、瓦砾等 过滤出来,防止较大颗粒对后续系统的影响。污泥混合液通过粗过滤装置4进入微纳米气泡 发生器5。在微纳米气泡发生器5中,污泥混合液与臭氧发生器1产生的臭氧混合,并且臭氧 在污泥混合液中形成直径< 5μπι的微纳米臭氧气泡。混合后,最终的污泥臭氧混合液输出微 纳米臭氧气泡发生系统。
[0101] 在本实用新型的一些实施例中,最终的污泥臭氧混合液输出到污泥反应装置中; 在本实用新型的一些实施例中,最终的污泥臭氧混合液输出到城镇污水处理系统中;在本 实用新型的另一些实施例中,最终的污泥臭氧混合液静置反应一段时间后重新进入本实用 新型的微纳米臭氧气泡发生系统。
[0102] 臭氧混合液输出到城镇污水处理系统,可以是城镇污水处理系统的工艺中的任一 环节,这取决于污水处理工艺的需要。
[0103] 在本实用新型微纳米臭氧气泡发生系统的一些实施例中,还设置有多个安全阀和 压力表91、92,用于观察以及控制微纳米臭氧气泡发生系统的稳定运行。安全阀81和压力表 91依次设置粗过滤装置4和微纳米气泡发生器5之间,最终的污泥臭氧混合液在输出本实用 新型微纳米臭氧气泡发生系统前,依次通过安全阀84和压力表92。为了应对微纳米气泡发 生器5可能出现故障的情况,而不需要将整个微纳米臭氧气泡发生系统关闭,围绕微纳米气 泡发生器5设置了一条旁路绕过微纳米气泡发生器5。如图3所示,该旁路入口设置在粗过滤 装置4和安全阀81之间,出口设置在压力表92后。电控总成7为微纳米臭氧气泡发生系统提 供电源,用于控制微纳米臭氧气泡发生系统中的所有电设备。
[0104] 安全阀81和82的相互配合,可以控制污泥混合液是否通过微纳米气泡发生器5。倘 若微纳米气泡发生器5出现故障时,可以关闭安全阀81,打开82,然后检查微纳米气泡发生 器5。当安全阀81和82均打开时,可以调节通过微纳米气泡发生器5的污泥混合液流量,从而 调节微纳米臭氧气泡在污泥混合液中的浓度。进一步地,安全阀84的配合可以更容易调节 微纳米臭氧气泡的浓度。
[0105] 在本实用新型微纳米臭氧气泡发生系统的一些实施例中,还设置有透明视窗6。透 明视窗6设置在微纳米气泡发生器5和安全阀84之间,通过透明视窗6可以粗略地估算到最 终的污泥臭氧混合液中微纳米臭氧气泡大小和浓度,从而进一步调节安全阀81、82和84。
[0106] 在本实用新型微纳米臭氧气泡发生系统的另一些实施例中,在透明视窗6后设置 一泄压阀10,该泄压阀10具有特定的压力阀值。当最终的污泥臭氧混合液中微纳米臭氧气 泡浓度过高时,透明视窗6中可能无法看到任何混合液,过多的气体通过泄压阀10释放。此 外,安全阀83设置在泄压阀10和透明视窗6之间,安全阀83具有一出口(未示出),通常情况 下,安全阀83是关闭的。当操作人员认为最终的污泥臭氧混合液中微纳米臭氧气泡浓度过 高时,可以通过手动打开安全阀83进行释放压力。
[0107] 实施例1-高污泥负荷试验
[0108] 称取某污水处理厂含水率80 %的污泥50kg,加水配制成1000m3的污泥反应液(浓 度10g/L)。加入NaOH调节pH至9(实施例2-pH调至10;实施例3-pH调至11)。接着采用本实用 新型的污泥处置装置将臭氧以微纳米臭氧气泡的形式自污泥反应液底部释放,均匀分散到 所述污泥反应液中(实施例4-pH调至9,实施例5-pH调至10,实施例6-pH调至11,实施例4-6 直接通入臭氧气泡)。其中,臭氧发生器采用广州盛环环保科技有限公司的ST-817-300g,功 率调整至50%时臭氧量为150g/h。通入微纳米臭氧气泡,每20分钟后,停止10分钟,并抽取 样本进行分析检验。臭氧处理后的污泥,全部进行脱水处理:投加 PAM,带式压滤机压滤。
[0109] 收集每个样本的数据:
[0110] Ι.ρΗ值(哈纳沃德微电脑酸度pH-氧化还原0RP-离子浓度ISE-温度°C测定仪 HI198191)
[0111] 2.TDS 值(铭睿笔式 TDS 计 CD302)
[0112] 3 ·总氮(HANNA哈纳HI83224C0D多参数测定仪)
[0113] 4.SV30
[0114] 5. MLSS(将压滤后的脱水污泥放在定性滤纸上,烘箱中温度升到103-105 °C之间的 设定值后,将滤纸放入烘箱烘2小时,取出置于干燥器中放置半小时。称量后减去滤纸重量, 并且测滤纸的重量也要采用上述同样的步骤。)
[0115] 实施例7 -模拟污水处理厂样本试验
[0116] 称取某污水处理厂含水率80 %的污泥20kg,加水配制成1000m3的污泥反应液(浓 度4g/L)。加入NaOH调节pH至9(实施例8-pH调至10;实施例9-pH调至11)。接着采用本实用新 型的污泥处置装置将臭氧以微纳米臭氧气泡的形式自污泥反应液底部释放,均匀分散到所 述污泥反应液中(实施例?Ο-pH调至9,实施例11-pH调至10,实施例12-pH调至11,实施例10-12直接通入臭氧气泡)。其中,臭氧发生器采用广州盛环环保科技有限公司的ST-817-300g, 功率调至100%时臭氧量为300g/h。通入微纳米臭氧气泡,每20分钟后,停止10分钟,并抽取 样本进行分析检验。臭氧处理后的污泥,全部进行脱水处理:投加 PAM,带式压滤机压滤。
[0117] 收集每个样本的数据:
[0118] Ι.ρΗ值(哈纳沃德微电脑酸度pH-氧化还原0RP-离子浓度ISE-温度°C测定仪 HI198191)
[0119] 2.TDS 值(铭睿笔式 TDS 计 CD302)
[0120] 3 ·总氮(HANNA哈纳HI83224C0D多参数测定仪)
[0121] 4.SV30
[0122] 5. MLSS(将压滤后的脱水污泥放在定性滤纸上,烘箱中温度升到103-105 °C之间的 设定值后,将滤纸放入烘箱烘2小时,取出置于干燥器中放置半小时。称量后减去滤纸重量, 并且测滤纸的重量也要采用上述同样的步骤。)
[0123] 实施例13-高浓度臭氧效果试验
[0124] 称取某污水处理厂含水率80 %的污泥20kg,加水配制成1000m3的污泥反应液(浓 度4g/L)。加入NaOH调节pH至9(实施例14-pH调至10;实施例15-pH调至11)。接着采用本实用 新型的污泥处置装置将臭氧以微纳米臭氧气泡的形式自污泥反应液底部释放,均匀分散到 所述污泥反应液中(实施例16-pH调至9,实施例17-pH调至10,实施例18-pH调至11,实施例 16-18直接通入臭氧气泡)。其中,臭氧发生器采用广州盛环环保科技有限公司的ST-817-800g,功率调至100 %时臭氧量为800g/h。通入微纳米臭氧气泡,每20分钟后,停止10分钟, 并抽取样本进行分析检验。臭氧处理后的污泥,全部进行脱水处理:投加 PAM,带式压滤机压 滤。
[0125] 收集每个样本的数据:
[0126] Ι.ρΗ值(哈纳沃德微电脑酸度pH-氧化还原0RP-离子浓度ISE-温度°C测定仪 HI198191)
[0127] 2.TDS 值(铭睿笔式 TDS 计 CD302)
[0128] 3 ·总氮(HANNA哈纳HI83224C0D多参数测定仪)
[0129] 4.SV30
[0130] 5. MLSS(将压滤后的脱水污泥放在定性滤纸上,烘箱中温度升到103-105 °C之间的 设定值后,将滤纸放入烘箱烘2小时,取出置于干燥器中放置半小时。称量后减去滤纸重量, 并且测滤纸的重量也要采用上述同样的步骤。)
[0131] 最后,为了验证调整反应体系pH的作用效果,设定对比实施例1,称取某污水处理 厂含水率80%的污泥20kg,加水配制成1000m 3的污泥反应液(浓度4g/L)。接着采用本实用 新型的污泥处置装置将臭氧以微纳米臭氧气泡的形式自污泥反应液底部释放,均匀分散 到所述污泥反应液中(对比实施例2直接通入臭氧气泡)。其中,臭氧发生器采用广州盛环环 保科技有限公司的ST-817-300g,功率调至100%时臭氧量为30(^/11。通入微纳米臭氧气泡, 每20分钟后,停止10分钟,并抽取样本进行分析检验。臭氧处理后的污泥,全部进行脱水处 理:投加 PAM,带式压滤机压滤。
[0132] 收集每个样本的数据:
[0133] Ι.ρΗ值(哈纳沃德微电脑酸度pH-氧化还原0RP-离子浓度ISE-温度°C测定仪 HI198191)
[0134] 2.TDS 值(铭睿笔式 TDS 计 CD302)
[0135] 3 ·总氮(HANNA哈纳HI83224C0D多参数测定仪)
[0136] 4.SV30
[0137] 5. MLSS(将压滤后的脱水污泥放在定性滤纸上,烘箱中温度升到103-105 °C之间的 设定值后,将滤纸放入烘箱烘2小时,取出置于干燥器中放置半小时。称量后减去滤纸重量, 并且测滤纸的重量也要采用上述同样的步骤。) [0138]数据分析:
[0142] 表2.采用的臭氧浓度变化



[0155] 表6示出了各试验实施例中MLSS的变化,其中,对比实施例1与实施例13-15(对比 实施例2与实施例16-18)同样采用的条件,不同在于没有调整pH值。可以看出,在不调整pH 值的情况下,虽然反应体系的MLSS值也有下降,但相对于调整pH值的实施例来说,对比实施 例反应体系的MLSS值下降很慢。
[0156] 实施例1-3与实施例4-6相比,在使用的臭氧量相同的情况下,实施例1-3采用微纳 米臭氧气泡的形式处理后,分解MLSS的量明显高于普通臭氧气泡的效果。并且,从试验现场 的情形看,采用普通臭氧气泡时,实施例4-6、10-12和16-18的试验现场充斥着浓烈的臭氧 气味,而实施例1-3、7-9和13-15的试验现场完全没有闻到臭氧的气味。这从另一个角度更 加证明,采用微纳米臭氧气泡能更加高效地利用臭氧。同样含量的臭氧,微纳米气泡的形式 能处理更多的污泥,反之,同样含量的污泥,采用微纳米气泡时需要更低含量的臭氧。因此, 本发明污泥处置方法实现有效的节能效果。
[0157] 另一方面,从表6中可以看出实施例7-9和13-15在微纳米臭氧气泡处理20分钟 后,MLSS下降12%以上,处理40分钟后,MLSS下降21 %以上,处理60分钟后,MLSS下降30%以 上。以上均可以认为实现污泥减量处理(减量10 %以上)。
[0158] 表5显示了各实施例的SV30变化。SV30是分析污泥沉降性能的最简便方法。SV30值 越小,污泥沉降性能就越好。SV30值越大,沉降性能越差。从表5可以看出,在不调整pH值的 情况下,虽然对比实施例1反应体系的SV30值也有下降,但相对于调整pH值的实施例来说, 下降的幅度不大。
[0159] 实施例1-3、7_9和13-15处理后的污泥沉降性能明显变好,而采用普通臭氧气泡的 实施例4-6、10-12和16-18,以及对比实施例2处理后的污泥沉降性能参差不齐。不受理论的 限制,分析采用普通臭氧气泡处理的试验,我们认为污泥沉降性能变差的原因是臭氧分子 将污泥中的团聚物打散,但没有被氧化消耗,因此,在重新沉降的过程中,需要更长的时间 完全沉降下来。而采用微纳米臭氧气泡处理,微纳米气泡本身能高效地打散团聚物,甚至微 生物的细胞壁,进而使得臭氧和氧气更有效地分解氧化其中的有机质成分,从根本上减少 污泥的量。另一方面,污泥沉降性能提高了,也意味着降低了污泥脱水前添加的絮凝剂的 量,也从根本上降低了污泥处理的费用。
[0160] 表4显示了各实施例的总氮含量变化。从表4可以看出,在不调整pH值的情况下,虽 然对比实施例1和2反应体系的总氮含量也有下降,但相对于调整pH值的实施例来说,下降 的幅度不大。此外,对比实施例1和2相比,对比实施例1在1小时的微纳米臭氧气泡作用下, 总氮下降到80mg/L以下,反观采用普通臭氧气泡的对比实施例2,其总氮含量仍然在80mg/L 以上。再一次证明微纳米臭氧气泡的高效。
[0161] 另一方面,观察实施例4-6、10-12和16-18,当总氮含量在较高水平时,如实施例4-6,随臭氧作用的时间推移,总氮含量逐步下降;当总氮含量在较低水平时,如实施例7-12, 随臭氧作用的时间推移总氮含量出现波动,时而上升,时而下降。不受理论的限制,我们认 为,当总氮含量低于80mg/L时,污泥的减量化程度已进入平台期,污泥减量化已基本完成。
[0162] 表3显示了各实施例的TDS变化。从表4可以看出,在不调整pH值的情况下,虽然对 比实施例1和2反应体系的TDS也有下降,但相对于调整pH值的实施例来说,下降的幅度不 大。
[0163] 通过简单的计算,可以看出,实施例7-9在微纳米臭氧气泡作用20分钟后,TDS已然 下降了 10%以上;作用60分钟后,TDS下降25-34%。在所有的实施例中,效果是最好的。而当 在相同的条件下提高微纳米臭氧的浓度时,即实施例13_15,TDS下降的幅度反而比实施例 7-9要小。我们认为,这是因为反应体系中所能容纳的气体浓度时有限的,当臭氧微纳米气 泡过量时,对TDS的降低反而相互抑制,使其与采用较低浓度的普通臭氧气泡的作用相似 (即实施例10-12)。
[0164] 表2示出了各实施例采用的臭氧浓度,表1示出了各实施例反应前后的pH值变化。 根据实施例的结果,在1小时的微纳米臭氧气泡作用下,pH值能降低到7.0。我们认为,此时 污泥减量化过程已经完成。
[0165] 在不偏离本实用新型的实质和范围下,本领域技术人员可事实本实用新型的这些 和其他变形或替换。另外,应该理解实施例的各个方面可在整体上火部分相互替换。并且本 领域技术人员应该明白上文仅以实例的方式对本实用新型进行具体说明。
【主权项】
1. 一种微纳米臭氧气泡发生系统,其特征在于包括电控总成、臭氧发生器、冷却装置、 过滤装置以及微纳米气泡发生器;所述臭氧发生器连接到微纳米气泡发生器一端上,所述 过滤装置连接到微纳米气泡发生器的另一端;所述臭氧发生器生成的臭氧和经所述过滤装 置的液体在所述微纳米气泡发生器中混合,然后输出所述微纳米臭氧气泡发生系统;所述 冷却装置与所述臭氧发生器相连通;所述电控总成与所述臭氧发生器和所述微纳米气泡发 生器电连接。2. 根据权利要求1所述的微纳米臭氧气泡发生系统,其特征在于,还包括一个或多个安 全阀和压力表。3. 根据权利要求2所述的微纳米臭氧气泡发生系统,其特征在于,在所述过滤装置和所 述微纳米气泡发生器之间依次设置一个安全阀和一个压力表。4. 根据权利要求2所述的微纳米臭氧气泡发生系统,其特征在于,在所述微纳米气泡发 生器后依次设置一个安全阀和一个压力表。5. 根据权利要求2所述的微纳米臭氧气泡发生系统,其特征在于,围绕所述微纳米气泡 发生器设置了一条旁路绕过所述微纳米气泡发生器,所述旁路的入口设置在所述过滤装置 和所述微纳米气泡发生器前的安全阀之间,出口设置所述微纳米气泡发生系统的最末端。6. 根据权利要求1所述的微纳米臭氧气泡发生系统,其特征在于,紧接所述微纳米气泡 发生器设置一透明视窗。7. 根据权利要求6所述的微纳米臭氧气泡发生系统,其特征在于,紧接所述透明视窗设 置一泄压阀。8. 根据权利要求7所述的微纳米臭氧气泡发生系统,其特征在于,在所述透明视窗和所 述泄压阀之间设置一安全阀。
【文档编号】C02F11/06GK205710369SQ201620507947
【公开日】2016年11月23日
【申请日】2016年5月27日
【发明人】吴正新, 张智良, 梁秋雄
【申请人】中山市佰明环保科技有限公司
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