一种利用水力空化装置降解剩余污泥的方法

1.本发明属于水力空化应用领域，具体的涉及一种利用水力空化装置降解剩余污泥的方法。


背景技术：

2.水是地球上所有生命的源泉，但是，近年来水资源的污染和乱用却越来越严重。随着工农业的迅速发展，人们对水资源的认识和了解逐渐加深。因此，污水如何合理排放和有效降解是对地球水环境最大的问题之一。常用的污水处理方法，如吸附、混凝、膜分离和生物法，但是上述方法对于污泥的实际降解率并不高，所以都尚未被认为是污水处理最有效的方法。然而，在过去的几年中，高级氧化技术以及空化现象在处理污水方面表现出了良好的性能。所以，寻求高效节能、无害化、资源化处理剩余污泥的方法被人们逐渐认同。


技术实现要素：

3.本发明所要解决的问题在于克服现阶段污泥处理效率不高这一缺点，并在此基础上提供一种结构简单、装置可拆卸、可循环处理、处理成本低的一种污泥减量装置与方法，且没有副产物生成，不会造成二次污染，并可以对剩余污泥进行循环处理。
4.为解决以上技术问题，本发明采取的技术方案是：一种利用水力空化装置降解剩余污泥的方法，包括如下步骤：将剩余污泥置于水力空化装置的降解池内，通过水泵剩余污泥进入到水力空化降解装置的空化反应器中水力空化降解剩余污泥，再通过管道回到降解池内，循环降解。
5.上述的一种利用水力空化装置降解剩余污泥的方法，水力空化降解装置包括降解池，降解池上部连接有出水管、底部连接有进水管，进水管通过管路依次连接水泵、阀门ⅰ、压力表、流量计ⅱ、空化反应器、流量计ⅰ、阀门ⅲ、出水管，降解池内设有搅拌器。
6.上述的一种利用水力空化装置降解剩余污泥的方法，空化反应器为设有文丘里通孔的孔板，孔板厚度1～10mm；所述文丘里通孔由收缩段、喉部、扩散段组成，喉部长度为2～3mm，发射角α为5～20
°
。
7.上述的一种利用水力空化装置降解剩余污泥的方法，水力空化降解装置还设有副管道，水泵出口处于阀门ⅱ连接，阀门ⅱ的另一端与降解池的上部连接。
8.上述的一种利用水力空化装置降解剩余污泥的方法，降解池中剩余污泥浓度为1000
‑
2000mg/l。
9.上述的一种利用水力空化装置降解剩余污泥的方法，降解池中的温度为35～45℃。
10.上述的一种利用水力空化装置降解剩余污泥的方法，降解池中搅拌器转速调节为150～200rpm。
11.上述的一种利用水力空化装置降解剩余污泥的方法，压力表设定为3～5bar。
12.本发明创造性的提供了利用水力空化技术处理污泥，空化降解污泥的过程如下：
污泥由污泥泵加压后以较高的压力进入孔板发生空化，孔板的节流作用使得流速突然增大，压力极速降低，空化泡在发生到溃灭的发育历程中，还会产生强大的冲击波和微射流，可在水体中产生强烈扰动、甚至发生破碎、剪切力等机械效应。
13.本发明的有益效果在于以下几点：
14.1.随着工农业的迅速发展，人们对水资源的认识和了解逐渐加深。因此，污水如何合理排放和有效降解是对地球水环境最大的问题之一。常用的污水处理方法，如吸附、混凝、膜分离和生物法，但是上述方法对于污泥的实际降解率并不高，所以都尚未被认为是污水处理最有效的方法。因此，也就亟待需要一种污泥的处理方法，本方法提供了一种高效处理污泥的装置与方法，对于污泥的降解有着重大的意义，并且可以广泛利用于其它废水。
15.2.本装置在空化的基础上在降解池底部添加搅拌装置，使得内部混合液在进入污泥泵前得到充分搅拌，加强空化的效能。
16.3.本装置在降解槽内部添加控温装置，通过对温度的精准把控，减少空化产生的高温对污泥破解的影响，增强减泥效率。
17.4.本发明装置对于污泥的破解主要以空化剪切力的形式实现，清洁环保，并且该装置具有结构简单、反应条件温和、可循环、可拆卸、过程可控、可产业化等优点。
18.5.本装置包括主管道和副管道，并且都配备有节流阀，可以通过对主管道和副管道的的调节，改变主管道的压力，从而达到不同阶段污泥的最佳降解压力。
附图说明
19.图1为本发明中水力空化技术破解剩余污泥装置结构示意图；
20.图2为实施例2中对照、设有文丘里通孔的孔板、文丘里管分别对污泥scod的影响图；
21.图3为实施例2中对照、设有文丘里通孔的孔板、文丘里管分别对污泥dd
scod
的影响图；
22.图4为实施例2中对照、设有文丘里通孔的孔板、文丘里管分别对污泥mlss及mlvss的影响图；
23.图5为实施例2中对照、设有文丘里通孔的孔板、文丘里管分别对污泥粒径分布的影响图；
24.图6为实施例2中对照、设有文丘里通孔的孔板、文丘里管分别对污泥胞外聚合物(蛋白质&多糖)浓度的影响图。
25.图7为文丘里通孔的结构示意图。
26.图中标记为：1降解池，2出水管，3阀门ⅲ，4流量计ⅰ，5空化反应器，6流量计ⅱ，7压力表，8阀门ⅰ，9水泵，10进水管，11阀门ⅱ。
具体实施方式
27.实施例1
28.水力空化降解装置包括降解池1，降解池1上部连接有出水管2、底部连接有进水管10，进水管10通过管路依次连接水泵9、阀门ⅰ8、压力表7、流量计ⅱ6、空化反应器5、流量计ⅰ4、阀门ⅲ3、出水管2。空化反应器5为设有文丘里通孔的孔板，孔板厚度1～10mm；所述文丘
里通孔由收缩段、喉部、扩散段组成，喉部长度为2～3mm，发射角α为5～20
°
。水力空化降解装置还设有副管道，水泵9出口处于阀门ⅱ11连接，阀门ⅱ11的另一端与降解池1的上部连接。
29.利用水力空化降解剩余污泥的方法。将剩余污泥置于水力空化装置的降解池1内，通过水泵9剩余污泥进入到空化反应器5中水力空化降解剩余污泥，再通过管道回到降解池1内，循环降解。
30.实施例2
31.本实施例以混合污泥原液作为降解物，采用水力空化技术降解剩余污泥，进行降解实验。具体步骤如下：
32.采用污水处理厂二沉池污泥作物降解底物，调整污泥浓度为1000～2000mg/l，将污泥混合液放置在降解池1内部并通过污泥泵9进行循环，分别采用实施例1所述的水力空化降解装置、孔板、文丘里管污泥进行降解，分别测定0、30、60、90、120、150、180、210、240min时所对应的数据。
33.(一)空管对照、设有文丘里通孔的孔板、文丘里管分别对污水scod的影响。
34.方法：取二沉池污泥原液，并将其浓度调整为1000～2000mg/l，将污泥导入降解池中。分别使用空管、设有文丘里通孔的孔板及文丘里管作为空化器，调节温度为35℃，调整副管道，使进口压力为3～5bar，进行循环反应240min，分别在0、30、60、90、120、150、180、210、240min时，测定降解池内污泥的scod的浓度。
35.如图2所示，污泥中scod用于表征污泥生物需氧量，分别在0、30、60、90、120、150、180、210、240min测定污泥上清液scod数值，由图2可以看出，随着时间的增加，三种处理方式测定的scod数值都有着不同程度的增加，空化作用的效果优于物理作用，且文丘里管的空化效果要优于孔板。
36.(二)空管对照、设有文丘里通孔的孔板、文丘里管分别对污水dd
scod
的影响。
37.方法：取二沉池污泥原液，并将其浓度调整为1000～2000mg/l，将污泥导入降解池中。分别使用空管、设有文丘里通孔的孔板及文丘里管作为空化器，调节温度为35℃，调整副管道，使进口压力为3～5bar，进行循环反应240min，分别在0、30、60、90、120、150、180、210、240min时，测定降解池内污泥的dd
scod
。
38.dd
scod
在污泥降解实验中可以体现出污泥细胞的破解程度，分别在0、30、60、90、120、150、180、210、240min测定污泥上清液dd
scod
数值，由图3可以看出，随着循环时间的增长，文丘里管的直线斜率比孔板和对照要大，由此可以得出不同空化器件的空化效果对其dd
scod
都是成正比的，并且文丘里管处理后的污泥在240min是达到40％的破解率，由此可得，文丘里管的空化效果相对于其它空化器件有着较高的污泥破解率。
39.(三)空管对照、设有文丘里通孔的孔板、文丘里管分别对污水mlss的影响。
40.方法：取二沉池污泥原液，并将其浓度调整为1000～2000mg/l，将污泥导入降解池中。分别使用空管、设有文丘里通孔的孔板及文丘里管作为空化器，调节温度为35℃，调整副管道，使进口压力为3～5bar，进行循环反应240min，分别在0、30、60、90、120、150、180、210、240min时，测定降解池内污泥的mlss及mlvss。
41.mlss(污泥浓度)和mlvss(混合液挥发性悬浮固体)主要用于表征污泥的活性污泥浓度和污泥中微生物的数量，由图4可以看出三条线都是由起始点1300mg/l开始下降，并且
文丘里管和孔板的mlss下降趋势相近，且都比对照组要高；文丘里管的mlvss相比于孔板及对照都有着明显的下降趋势。由以上可以得出文丘里管对于活性污泥浓度影响较小，而对于污泥中微生物数量影响较为显著。
42.(四)空管对照、设有文丘里通孔的孔板、文丘里管分别对污泥粒径的影响。
43.方法：取二沉池污泥原液，并将其浓度调整为1000～2000mg/l，将污泥导入降解池中。分别使用空管、设有文丘里通孔的孔板及文丘里管作为空化器，调节温度为35℃，调整副管道，使进口压力为3～5bar，进行循环反应240min，分别在0、30、60、90、120、150、180、210、240min时，测定降解池内污泥的粒径分布。
44.图5主要用于表征污泥的粒径，由图可以看出，未处理原始污泥粒径主要分布在20～40μm之间，对照处理的污泥粒径主要分布在5～20μm之间，孔板组处理的污泥粒径分布在3～15μm之间，文丘里管组处理的污泥粒径集中分布在两个区域，分别是0.01～0.3μm和3～11μm。由此可以得出，未处理的污泥为污泥的菌胶团，为多个细胞的聚合物；经过对照的物理作用处理后，污泥细胞之间的连接处被打散，造成了粒径的减少；经过孔板组的空化处理后，污泥粒径再度降低，也就说明了空化作用相对于物理作用具有更高的打散效果，将细胞破解，从而增加了细菌的破解率；经过文丘里管的空化处理后，污泥粒径出现的新的区域，说明胞内物质被放出，造成了较为小的粒径，说明文丘里管的空化效果优于孔板，对细胞的破解程度更为彻底。
45.(五)空管对照、设有文丘里通孔的孔板、文丘里管分别对污泥胞外聚合物(蛋白质、多糖)的影响。
46.方法：取二沉池污泥原液，并将其浓度调整为1000～2000mg/l，将污泥导入降解池中。分别使用空管、设有文丘里通孔的孔板及文丘里管作为空化器，调节温度为35℃，调整副管道，使进口压力为3～5bar，进行循环反应240min，分别在0、30、60、90、120、150、180、210、240min时，测定降解池内污泥胞外聚合物(蛋白质、多糖)的含量。
47.图6主要用于表征污泥的胞外聚合物浓度(蛋白质、多糖)，其中lb
‑
eps为松散附着eps，tb
‑
eps为紧密附着eps，并且每种效果的处理时长皆为240min。由图6可以看出无论是lb
‑
eps还是tb
‑
eps的蛋白质都呈现下降的趋势，可以说明空化作用对胞外聚合物中蛋白质的作用较为明显；由右图可以看出，文丘里管处理对于胞外多糖的作用是比较明显的，而孔板作用不够突出，所以可以认定文丘里管处理污泥对于胞外聚合物(蛋白质)的处理有着显著的作用。