申请日2016.04.14
公开(公告)日2016.06.15
IPC分类号C02F11/06
摘要
本发明涉及一种水力空化破解污泥装置。一种破解剩余污泥的旋流式壅塞空化器，其特征在于包括旋流体、旋流芯、壅塞体和背压罩，旋流体和旋流芯配合形成旋流喷嘴，壅塞体内通孔形成壅塞管，壅塞体和背压罩配合形成溃灭腔，背压罩径向开有背压孔。流体经旋流体进入旋流喷嘴后，沿螺旋通道流动具有了切向速度和径向速度，经出口端射出时形成旋转射流，在壅塞管上游诱发产生大量的空泡和剧烈的剪切效应，携带空泡的流体在壅塞管下游穿过壅塞截面时溃灭，形成壅塞空化，空泡溃灭时形成的微射流等机械效应有效促进了剩余污泥的破解。与已有技术相比，本发明的旋流式壅塞空化器具有结构简单，空化强度高，机械剪切力作用大，剩余污泥破解率高等特点。
权利要求书
1.一种破解剩余污泥的旋流式壅塞空化器，其特征在于包括旋流体(1)、旋流芯(2)、壅塞体(3)和背压罩(4)，旋流体(1)和旋流芯(2)配合形成旋流喷嘴(A)，壅塞体(3)内通道形成壅塞管(B)，旋流体(1)和壅塞体(3)配合保证旋流芯(2)和壅塞管(B)同轴，壅塞体(3)和背压罩(4)配合形成空泡溃灭腔(C)，旋流芯(2)用台阶(6)轴向定位，旋流喷嘴(A)的当量直径为d。
2.根据权利要求1所述的一种破解剩余污泥的旋流式壅塞空化器，其特征在于旋流芯(2)的螺旋角为18°～38°，长度不大于一个导程，壅塞管(B)的直径D为(2~5)d，长度为(1~5)D，背压罩(4)上的背压孔(5)的当量直径为(1～5)d。
说明书
一种破解剩余污泥的旋流式壅塞空化器
技术领域
本发明涉及污水处理及污泥破解领域，具体提供了一种剩余污泥破解的旋流式壅塞空化器。
背景技术
目前世界上有近90%的城市污水处理厂采用生物处理工艺。生物处理工艺自20世纪初开始应用于污水处理以来，已经成为全世界应用最为广泛的一种处理工艺，但该方法的主要弱点之一是产生大量的剩余污泥。剩余污泥处理的费用高，大约占污水处理厂总运行费用的25%～40%，有时甚至高达60%。污泥中的絮状体和细菌细胞壁在厌氧发酵的环境下被分解的速度较慢，从而阻碍了胞内有机物的有效降解，是传统生物处理工艺处理污泥技术的障碍所在。因此，破解剩余污泥中的细菌，使细菌胞内有机物充分释放很有必要。
破解剩余污泥的方法有很多，常用的有超声波法、微波技术、氧化剂破碎法、热处理法、湿式氧化法、超临界水氧化法等，但是超声波、微波技术、热处理等方法能耗大，氧化剂破碎法资源消耗大且可能带来二次污染，湿式氧化法、超临界氧化法的装置造价高。这些方法很难满足工程实际中剩余污泥处理量大的需求。
水力空化过程能产生强冲击波(其冲击频率可高达2000~3000Hz)和高速微射流(速度可达100m/s)等极端条件，能在常温、常压下，不添加(或少添加)化学试剂，就能实现对污泥的絮状体和细菌细胞壁的破解。而且水力空化法具有高效节能、无二次污染、适合建立大规模工业化水处理设备等优点，是一种具有应用潜力的新技术。
水力空化形式很多，常见的有射流空化、孔板空化、涡流空化和壅塞空化等。射流空化充分发挥了射流的冲击效应，但是能量利用率低且部分空泡不能有效溃灭;孔板空化能在较大范围水体内诱发空化，结构简单，但是空化强度不高;涡流空化所需入口压力低，能在较大范围水体内产生空化，但是空泡的溃灭与射流空化类似，部分空泡没有得到有效溃灭。壅塞空化同时解决了在更大范围水体内产生空化和使空泡有效溃灭这两大技术难题。但是，在同等条件下环流式壅塞空化器(CN102491485A)产生的空泡不够多，空化强度较低，且污泥易堵塞环缝。
发明内容
本发明的目的是提供一种破解剩余污泥的旋流式壅塞空化器，弥补了已有技术存在的缺点和不足，提供一种低成本、高效率的破解剩余污泥的新型空化器。旋流式壅塞空化器的设计是基于壅塞空化理论和旋转射流理论，通过设计特定的空化器结构，在能使空泡有效溃灭的同时，采用旋流喷嘴诱发更多的空泡，大大提升了空化效应和机械剪切力效应协同破解剩余污泥的能力和效率，且同时解决了环状式壅塞空化器易堵塞的问题，从而使水力空化技术在走向工业应用的道路上又迈出了一大步。
如图1所示，本发明的水流从旋流体1进入旋流喷嘴A后，沿旋流芯2的螺旋通道流动而具有了切向速度和径向速度，经旋流喷嘴A出口端射出后形成旋转射流。旋流射流产生剧烈的机械剪切力效应，并扩大了射流剪切层面积，在壅塞体3入口段产生强烈的涡流扰动，在壅塞管B的上游诱发了更多数量的空泡。随着携带大量空泡的液体往壅塞管B下游流动，管内气含量极速增加，当地音速急剧下降，而混合流体的流速则不断增加，在壅塞体3下游的某截面(称为壅塞截面)处导致了当地马赫数Ma=1，出现了气液两相流“壅塞”现象。根据气液两相流临界理论，在一定的压力范围内，壅塞截面下游的流场压力变化不会影响上游流场的压力。因此，在壅塞截面的上游，存在一个有利于空泡生长和发育的低压区域。通过背压罩4对背压的调节，在壅塞截面下游形成一个有利于空泡溃灭的高压区域。这样，一个旋流式壅塞空化器就能同时满足空泡产生以及溃灭对流场的不同要求。在壅塞截面下游压力恢复梯度(最大静压力恢复梯度高达1.9×108Pa/m)的作用下，空泡能够在壅塞管B的出口附近和溃灭腔C内快速有效溃灭，形成剧烈的空化现象。
水力空化能以每秒数十万次的频率连续作用于水中污物。该装置产生的高速微射流和流体剪切力形成的机械剪切效应能够高效的破碎剩余污泥中的絮状体和微生物细胞壁，将其中可溶性有机物和水释放出来，使水相中SCOD值增加;强烈的涡流扰动，扩大了射流剪切层面积，加速把大分子或大粒径物质破碎成小分子或小粒径物质。这将有助于微生物的厌氧消化，提高甲烷产量。
本发明提供的的旋流式壅塞空化器，其特征在于包括旋流体1、旋流芯2、壅塞体3和背压罩4，旋流体1和旋流芯2配合形成旋流喷嘴A，壅塞体3内通道形成壅塞管B，旋流体1和壅塞体3配合保证旋流芯2和壅塞管B同轴，壅塞体3和背压罩4配合形成空泡溃灭腔C，旋流芯(2)用台阶(6)轴向定位，旋流喷嘴A的当量直径为d。旋流芯2的螺旋角为18°～38°，长度不大于一个导程。壅塞管B的直径D为(2~5)d，长度为(1~5)D。背压罩4上的背压孔5的当量直径为(1～5)d。
本发明与已有技术相比具有以下优点：
(1)旋流式壅塞空化器结构简单，能产生更多的空泡并使空泡有效溃灭(经空化诱发产生的空泡绝大多数都能快速有效地溃灭);
(2)旋流式壅塞空化器采用旋流喷嘴结构，不但提高了空化强度，而且大大地提高了破解污泥絮状体和微生物细胞壁所需要的机械剪切力;
(3)旋流式壅塞空化器用于剩余污泥破解时，能量利用率高，破解率高，无需添加任何化学药剂，不造成二次污染;
(4)本发明不仅可以单独用于剩余活性污泥破解，也可以与其他污泥破解方法联合使用。