申请日2016.06.14
公开(公告)日2016.08.17
IPC分类号C02F11/00; C02F11/06; C02F11/14; C02F11/12
摘要
本发明公开了一种臭氧微气泡气浮浓缩装置及污泥调质浓缩方法。装置包括反应槽、臭氧发生器、除渣机、集渣槽，在反应槽上方并排设置4～6组串联的涡流三相混合器。污泥通过加压进水泵送入多级涡流三相混合器中形成涡流;臭氧通过气体增压泵或空压机送入第一级涡流三相混合器内;PAM药剂通过药剂投加泵送入第二级或第三级涡流三相混合器内;在多级涡流三相混合器中，药剂与污染物颗粒、水、气三相接触混合，涡流产生微气泡形成絮体;絮体中夹带气泡上浮到液面上形成浮渣。本发明通过多级涡流三相混合器以及臭氧的强化氧化作用实现了污泥调质，同时能够获得含水率90～95%的气浮浮渣，利于后续超高压弹性压榨机或板框脱水机脱水。
权利要求书
1.一种臭氧微气泡气浮浓缩装置，其特征在于，它包括一反应槽，在反应槽上方并排设置4～6级串联的涡流三相混合器，靠出水侧为第一级，靠进水侧为最后一级;反应槽从进水侧到出水侧由堰板分隔成三个室：接触室、分离室和清水收集室;分离室上方设置除渣机，除渣机另一端下方设置集渣槽;总进水管一端与进水泵出口连接，另一端与第一级涡流三相混合器的侧面进水口连接;第一级涡流三相混合器的底部出水口与第二级涡流三相混合器的侧面进水口连接;以此类推，前一级涡流三相混合器的底部出水口与后一级涡流三相混合器的侧面进水口连接;最后一级涡流三相混合器的底部出水口直接连接一根释放管;释放管出口位于反应槽接触室下部;每一级涡流三相混合器的侧面进水口处的进水管上设有旁通注入管;药剂制备装置出口与药剂投加泵入口连接;进药管一端与药剂投加泵出口连接，进药管另一端分别与第二级、第三级涡流三相混合器的侧面进水口处的旁通注入管连接;臭氧发生器出口与气体增压泵或空压机入口连接;进气管一端与气体增压泵或空压机出口连接，另一端与第一级涡流三相混合器的顶部进气口连接;第三级涡流三相混合器的顶部出气口连接一根排气管;排气管上设有排气阀。
2.如权利要求1所述的臭氧微气泡气浮浓缩装置，其特征在于，除渣机另一端水平延伸至集渣槽上方;集渣槽的顶部低于涡流三相混合器的底部;集渣槽下部一大半是倾斜的，倾斜底位于清水收集室上方。
3.如权利要求1或2所述的臭氧微气泡气浮浓缩装置，其特征在于，每一级涡流三相混合器的侧面进水口处的进水管与旁通注入管垂直。
4.如权利要求1或2所述的臭氧微气泡气浮浓缩装置，其特征在于，总进水管上设有流量计;每一级涡流三相混合器顶部均设有压力表。
5.如权利要求1或2所述的臭氧微气泡气浮浓缩装置，其特征在于，进气管上设有进气阀，进气阀之后设有单向阀。
6.如权利要求1或2所述的臭氧微气泡气浮浓缩装置，其特征在于，进药管上设有单向阀;集渣槽上设有液位计。
7.一种利用如权利要求1所述的臭氧微气泡气浮浓缩装置进行的污泥调质浓缩方法，其特征在于:
污泥使用加压进水泵，通过进水管，输送入多级涡流三相混合器中形成涡流，即从第一级涡流三相混合器依次逐个进入后面几级涡流三相混合器中;臭氧由臭氧发生器制备完成后，通过气体增压泵或空压机压缩，提升臭氧气体的压力后，通过进气管输送入第一级涡流三相混合器内;PAM药剂经药剂制备装置制备好后，使用加压药剂投加泵，通过进药管，投加在第二级或第三级涡流三相混合器上，从涡流三相混合器的侧面进水口处的旁通注入管，垂直于水流方向注入或斜向注入;在反应槽的接触室内的多级涡流三相混合器中，加压臭氧直接溶解在入流废水中，紧接着PAM药剂直接投加至溶气液中，药剂与污染物颗粒、水、气三相接触混合，涡流产生微气泡并植入污染物中，污染物被捕集，形成絮体;在分离室內，絮体中夹带气泡，上浮到液面上形成浮渣，完成固液分离;利用除渣机自动去除浮渣，浮渣进入集渣槽收集或处理;在清水收集室收集清水，由反应槽底部排出。
8.如权利要求7所述的污泥调质浓缩方法，其特征在于:含水率为98.5～99.5%的污泥，经过该臭氧微气泡气浮浓缩装置进行调质、浓缩处理后，获得含水率为90～95%的浮渣;该调质后的浮渣无需添加任何药剂，可直接输送至超高压弹性压榨机进行压榨，压榨后的泥饼含水率能达到55～65%。
9.如权利要求7或8所述的污泥调质浓缩方法，其特征在于:
进水泵压力为0.6～0.9Mpa;臭氧气体的压力即气体增压泵或空压机出口压力稍大于进水泵压力;药剂投加泵的投加压力稍大于进水泵压力。
10.如权利要求7或8所述的污泥调质浓缩方法，其特征在于:
PAM药剂的投加量为0.002～0.006gPAM/gDS，臭氧投加量为0.006～0.010gO3/gDS。
说明书
臭氧微气泡气浮浓缩装置及污泥调质浓缩方法
技术领域
本发明属于污泥处理技术领域，涉及一种臭氧微气泡气浮浓缩装置及污泥调质浓缩方法，适用于污泥调质、浓缩，经过调质浓缩后的浮渣进入超高压弹性压榨机进行压榨脱水。
背景技术
污泥是污水处理后的产物，是一种由有机残片、细菌菌体、无机颗粒、胶体等组成的极其复杂的非均质体。污泥的主要特性是含水率高(可高达99%以上)，有机物含量高，容易腐化发臭，并且颗粒较细，比重较小，呈胶状液态，它是介于液体和固体之间的浓稠物。近年来，随着我国经济和污水处理技术的快速发展，产生的污泥量也随之快速提高，由此带来的污泥处理处置问题日益引起重视。由于污水处理厂污泥含水率高，产生量大，体积大、易产生恶臭，在污泥处理中最重要的环节就是进行污泥脱水，将污泥中的固、液相分离，目前污水处理厂的污泥大部分采用机械脱水，尤其是超高压弹性压榨机或板框脱水机脱水。一般的活性污泥(指活性污泥法处理工艺二沉池产生的沉淀物)，其含水率高达99%左右。当污泥含水率由99%降至95%时，污泥的体积可缩小到原来的1/5。对污泥有效地、经济地进一步处理，减少其储存占地，须先进行污泥浓缩。
为了提高超高压弹性压榨机或板框脱水机脱水的效率，也要先对污泥进行浓缩。国内最早采用的是重力浓缩(沉淀)方式，该种浓缩方式浓缩后的污泥含水率一般为95～97%，存在占地面积较大、浓缩效果较差、浓缩后污泥含水率高，易发酵产生臭气等缺陷，限制了其发展。目前污水处理厂常用的污泥浓缩方式是采用机械浓缩，如螺旋压榨式、带式浓缩机等，该种浓缩方式虽然占地面积小，周围环境影响小，但其造价高，电耗高，尤其是该种浓缩方式的出泥含水率高，PAM投加率高，设备故障率高，还存在冲洗水量大等问题，也限制了其发展。
为了改善污泥的脱水性能，在污泥泵入超高压弹性压榨机或板框脱水机脱水前，还要进行污泥调质处理。常用的调理方式为铁盐+石灰的调理方式，但这种调理方式引入了重金属铁离子、钙离子，并增加了污泥干基，不利于后续的污泥处理和处置。
随着我国城市发展需要，土地资源紧缺，极其需要一种占地面积小，处理效果显著，处理后污泥含水率低的新型污泥浓缩装置及污泥调质浓缩方法。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种臭氧微气泡气浮浓缩装置及污泥调质浓缩方法，以解决现有技术中的污泥调质方法不合理、污泥浓缩干度不高的问题，实现污泥调质+高干度浓缩同步进行，以利于后续污泥的超高压弹性压榨或板框脱水机脱水。
本发明的技术方案如下：
一种臭氧微气泡气浮浓缩装置，它包括一反应槽，在反应槽上方并排设置4～6组(4～6级)串联的涡流三相混合器，靠出水侧为第一级，靠进水侧为最后一级，(即从出水侧到进水侧依次排列为第一级、第二级……第N级)，每级涡流三相混合器内设有一级反应器;反应槽从进水侧到出水侧由堰板分隔成三个室：接触室、分离室和清水收集室;分离室上方设置除渣机，除渣机另一端下方设置集渣槽;总进水管一端与进水泵出口连接，另一端与第一级涡流三相混合器的侧面进水口连接;第一级涡流三相混合器的底部出水口与第二级涡流三相混合器的侧面进水口连接;……以此类推，前一级涡流三相混合器的底部出水口与后一级涡流三相混合器的侧面进水口连接;最后一级涡流三相混合器的底部出水口直接连接一根释放管;释放管出口位于反应槽接触室下部;每一级涡流三相混合器的侧面进水口处的进水管上设有旁通注入管;药剂制备装置出口与药剂投加泵入口连接;进药管一端与药剂投加泵出口连接，进药管另一端分别与第二级、第三级涡流三相混合器的侧面进水口处的旁通注入管连接;臭氧发生器出口与气体增压泵或空压机入口连接;进气管一端与气体增压泵或空压机出口连接，另一端与第一级涡流三相混合器的顶部进气口连接;第三级涡流三相混合器的顶部出气口连接一根排气管;排气管上设有排气阀。
进一步地，分离室上方设置除渣机，除渣机另一端水平延伸至集渣槽上方;集渣槽的顶部低于涡流三相混合器的底部;集渣槽下部一大半是倾斜的，倾斜底位于清水收集室上方。
进一步地，每一级涡流三相混合器的侧面进水口处的进水管与旁通注入管垂直。
更进一步地，总进水管上设有流量计;每一级涡流三相混合器顶部均设有压力表。进气管上设有进气阀，进气阀之后还设有单向阀。进药管上也设有单向阀。集渣槽上设有液位计。
一种利用上述臭氧微气泡气浮浓缩装置进行的污泥调质浓缩方法如下：
污泥(包括生活污水污泥、工业废水污泥、给水污泥)使用加压进水泵，通过进水管，输送入多级涡流三相混合器中形成涡流，即从第一级涡流三相混合器依次逐个进入后面几级涡流三相混合器中;臭氧由臭氧发生器制备完成后，通过气体增压泵或空压机压缩，提升臭氧气体的压力后，通过进气管输送入第一级涡流三相混合器内;PAM药剂(聚丙烯酰胺)经药剂制备装置制备好后，使用加压药剂投加泵，通过进药管，投加在第二级和第三级涡流三相混合器上，从涡流三相混合器的侧面进水口处的旁通注入管注入(垂直于水流方向注入或斜向注入);在反应槽的接触室内的多级涡流三相混合器中，加压臭氧直接溶解在入流废水中，紧接着PAM药剂直接投加至溶气液中，药剂与污染物颗粒(固体)、水、气三相接触混合，涡流产生微气泡并植入污染物中，污染物被捕集，形成絮体;在分离室內，絮体中夹带气泡，上浮到液面上形成浮渣，完成固液分离;利用除渣机自动去除浮渣，浮渣进入集渣槽收集或处理;在清水收集室收集清水，由反应槽底部排出。
含水率为98.5～99.5%的污泥(生活污水污泥、工业废水污泥或给水污泥)，经过该臭氧微气泡气浮浓缩装置进行调质、浓缩处理后，获得较高干度的浮渣，该气浮浮渣的含水率为90～95%;该调质后的浮渣无需添加任何药剂，可直接输送至超高压弹性压榨机进行压榨，压榨后的泥饼含水率能达到55～65%。
进水泵设置在总进水管路上，进水泵压力为0.6～0.9Mpa;第一级涡流三相混合器的压力最高(0.6～0.9Mpa)，后面几级涡流三相混合器内的压力依次逐个递减。
PAM药剂(聚丙烯酰胺)制备好后，使用加压药剂投加泵，投加在第二级或第三级涡流三相混合器上;PAM药剂投加泵的投加压力稍大于进水泵压力(即稍大于0.6～0.9MPa)。PAM药剂的投加量为0.002～0.006gPAM/gDS(干污泥)。
该气浮浓缩装置中设有臭氧制备投加装置—臭氧发生器。臭氧(O3)是氧的同位素，在水中的氧化还原电位为2.07V，氧化能力强。通过向剩余活性污泥中投加臭氧，将部分细菌氧化为细胞碎片，细胞破碎后，蛋白质、核酸等被释放出来，使污泥达到调质，增强后续污泥脱水的性能。由于臭氧极不稳定，不能象其它气体那样装入瓶中使用，只能随生产随使用。故在该气浮浓缩装置及工艺中，设置有臭氧发生器，臭氧制备完成后，通过气体增压泵或空压机压缩，提升臭氧气体的压力后，通过输气管路输送入第一级涡流三相混合器内。臭氧气体的压力(即气体增压泵或空压机出口的压力)稍大于进水泵压力(即稍大于0.6～0.9MPa)。臭氧投加量为0.006～0.010gO3/gDS(干污泥)。
本发明的有益效果：
本发明的臭氧微气泡气浮浓缩装置，用于对污泥进行调质浓缩。本发明的气浮浓缩装置及污泥调质浓缩方法，通过将一种特殊的涡流三相混合器应用于污泥的气浮浓缩工艺，并提出气浮所用的气源为臭氧，能够获得高干度、被调质的浮渣，该浮渣可直接泵入后续超高压弹性压榨机或板框压榨机内进行脱水。
本发明的臭氧微气泡气浮浓缩装置及污泥调质浓缩方法，能够实现污泥调质(将PAM药剂和废水、臭氧同时加入涡流三相混合器，通过多级涡流三相混合器的物理作用以及臭氧对污泥的强化氧化作用实现了污泥调质)，可替代铁盐+石灰调质方式，改善污泥的脱水性能;同时能够获得较高干度的气浮浮渣(含水率90～95%)，以利于后续的超高压弹性压榨机或板框脱水机脱水。
本发明的臭氧微气泡气浮浓缩装置，具有以下几个特性：
A、臭氧微气泡气浮浓缩装置中的核心部件为一种特殊构造的水、气、固三相涡流混合反应器(即涡流三相混合器)，集溶气、差速搅拌、颗粒附着、絮体加气、溶气晶核生成和气泡释放功能于一体;通过涡流三相混合器，絮体形成与气泡晶核在同一时间形成，导致絮体巨大且多孔，上升迅速;所有入流废水被100%加气，无需循环水泵和清水池;反应槽由堰板分隔成三个室：接触室、分离室和清水收集室;在接触室内的涡流三相混合器中，药剂与污染物颗粒(固体)、水、气三相接触混合，涡流产生微气泡并植入污染物中，污染物被捕集，形成絮体;在分离室內，絮体中夹带气泡，上浮到液面上，完成固液分离，后部仅需刮渣即可;在清水收集室收集清水出水。该装置PAM药剂用量少，浮渣的含水率更干;
B、臭氧微气泡气浮浓缩装置的气源为稍大于0.6～0.9MPa压力的臭氧，利用臭氧的强氧化性使气浮浮渣得到调质;
C、污泥的高干度浓缩和污泥加药调质同时进行，气浮浮渣后续无需再加药调质，直接进入超高压弹性压榨机或板框脱水机脱水。
本发明的臭氧微气泡气浮浓缩装置的技术特性在于，实现了设备一体化、污泥调质、污泥上浮的革新，省略了溶气水制备、循环水系统和缓慢低效的气泡附着过程，实现了前所未有的浮渣去除效率(浮渣去除率达99%以上)，节省了90%以上的占地面积和大量基建投资费用。由于去除效率高，可以大大降低后级处理工艺的负荷并增加其稳定性。由于所产生的浮渣含水少且密实，可以大大地降低浮渣收容池的体积。使得整个工艺更为可靠、占地面积和运行成本都大大降低。
本发明的臭氧微气泡气浮浓缩装置的原理与重力浓缩相反，气泡粘附在悬浮物上作为载体，形成密度比水轻的气固混合物，上浮到水面，从而使悬浮物杂质与水分离，然后用刮板将浓缩污泥刮入排泥槽，污泥水则从池底排出。本发明的具有污泥调质作用的臭氧微气泡气浮浓缩装置，相比重力浓缩，具有浓缩速度快，停留时间短、浮渣含水率低、出水水质高、占地面积小等特点。