申请日2014.07.25
公开(公告)日2014.12.10
IPC分类号C02F11/00; C02F9/14; C02F11/12
摘要
一种污水-污泥分散处理的组合装置，主要由光催化降解反应装置、三段式生物膜反应器、湿式碳化反应器和间接加热干化装置组成。本发明还公开了利用污水-污泥分散处理的组合装置进行污泥干处理的方法。
权利要求书
1.一种污水-污泥分散处理的组合装置，主要由光催化降解反应装置、 三段式生物膜反应器、湿式碳化反应器和间接加热干化装置组成;其中：
湿式碳化反应器的底部设置有纳米曝气盘;湿式碳化反应器的上清液 自流至三段式生物膜反应器，湿式碳化反应器内的污泥通过液压泵连接间 接加热干化装置的进料口;
三段式生物膜反应器的底部设有排泥孔，排泥孔上方设置有搅拌机， 搅拌机周围铺设有低密度流动填料，低密度流动填料上方安置有不锈钢 网，不锈钢网上方布设有组合填料，组合填料的表面生长有生物膜，组合 填料由下至上的1/3处设有纳米曝气盘;三段式生物膜反应器内最下端为 厌氧生物滤池，不锈钢网上方为缺氧生物膜反应段，纳米曝气盘上方为好 氧生物膜反应段;三段式生物膜反应器内安装有温度控制仪，该温度控制 仪连接并控制安置在三段式生物膜反应器内部的感温控头和加热带;
三段式生物膜反应器的上清液输入光催化降解反应装置内，光催化降 解反应装置的内壁均匀负载一层非金属掺杂光催化剂，底部开设有排泥 口，内部位于排泥口上方设置有曝气盘，曝气盘上设置有紫外灭菌灯;光 催化降解反应装置内部剩余空间填充有半导体负载填料;光催化降解反应 装置处理后的达标的水排出另用;
间接加热干化装置固定在支架上，间接加热干化装置的外壳为一保温 层，外壳内部水平安置两个平行排列的螺旋转盘，螺旋转盘分为两段，靠 近进料口一段的螺旋转盘表面光滑，靠近出料口的螺旋转盘表面布满小 孔;螺旋转盘的一侧固定有加厚片，固定有加厚片一侧与未固定有加厚片 的一侧相合后留有空隙;两个平行排列的螺旋转盘的驱动轴均为中空结 构，由电机驱动同向同速动转，并根据污泥所需干化程度调节螺旋盘转动 速度;驱动轴的一端设有蒸汽进气孔，另一端设有排水孔;间接加热干化 装置的外壳上还开设有空气入口和废气出口。
2.根据权利要求1所述污水-污泥分散处理的组合装置，其中，湿式 碳化反应器、三段式生物膜反应器和光催化降解反应装置内的纳米曝气盘 分别连接一纳米曝气机。
3.根据权利要求1或2所述污水-污泥分散处理的组合装置，其中，湿 式碳化反应器与三段式生物膜反应器的纳米曝气头进气为O2，光催化降解 反应装置的纳米曝气头进气为进气为O3。
4.根据权利要求1所述污水-污泥分散处理的组合装置，其中，三段式 生物膜反应器中的低密度流动填料为纳米型烧结陶粒。
5.根据权利要求1所述污水-污泥分散处理的组合装置，其中，光催化 降解反应装置内壁负载的非金属掺杂光催化剂为纳米TiO2粉体;光催化降 解反应装置内部填充的半导体负载填料为纳米TiO2粉体负载在立体网状 聚丙烯填料。
6.根据权利要求1所述污水-污泥分散处理的组合装置，其中，间接加 热干化装置的外壳为钢板卷成的椭圆形外壳或8字形外壳。
7.利用权利要求1所述污水-污泥分散处理的组合装置进行污泥干化处 理的方法：
污泥输入湿式碳化反应器，在高温高压条件下注入空气进行湿式碳 化，将污泥氧化成无机物;启动时利用超高压蒸汽的热能启动，运行中利 用反应放热能够维持系统运行，温度升至200℃以上;经过湿式碳化处理， 上清液降温后输入三段式生物膜反应器，含水率降低的污泥进入间接加热 干化装置中;
湿式碳化反应器的上清液于三段式生物膜反应器底部进入，污水向上 流动过程中经历厌氧、缺氧、好氧三段生物处理，在生物滤池厌氧环境的 前提下，兼性厌氧发酵菌先将易降解大分子有机物转化为小分子的VFA; 聚磷菌吸收小分子有机物合成PHB储存在细胞内，同时将聚磷水解成正磷 酸盐，释放到污水中，使污水中磷浓度升高;在缺氧生物膜反应段内，硝 化菌在低氧条件下对污水内氨氮进行硝化反应，反硝化菌吸收了小分子有 机物作为碳源，污水中硝酸根被反硝化为N2散逸出来;同时缺氧环境导致 磷的释放，在好氧生物膜反应段内，微生物消解污水中残余的有机物，并 且脱除剩余的氨氮;此时污水内碳源在前两步内已经大量消耗，聚磷菌主 要靠分解内部储存的PHB获得能量进行繁殖，同时吸收储存污水内的磷; 污泥沉淀至厌氧生物滤池内，由排泥口排出，污水部分回流与进水混合， 降低进水负荷，并对残余硝氮有再处理功效，上清液导入光催化降解反应 装置进行高级氧化处理;
光催化降解反应装置纳米曝气头间歇曝气，由纳米气泡具有的庞大的 数量、比表面积、缓慢的上升速度特性，同时气泡在水中停留时间长，增 加了气液接触面积、接触时间，利于臭氧溶于水中;微气泡内部具有较大 的压力且纳米气泡破裂时界面消失，周围环境剧烈改变产生的化学能促使 产生更多的羟基自由基·OH，增强O3氧化分解有机物的能力;且纳米级别 O3气泡与紫外灭菌灯、半导体负载填料共存于集水池，提高高级氧化效果， 进而有效提高·OH产生率;
湿式碳化后的污泥进入间接加热干化装置进行干化，高温高压蒸汽自 驱动轴的蒸汽进气孔通入，自螺旋转盘上的细孔喷出带动污泥中的水分升 温转化为蒸汽，降低含水率，并在潜热释放的过程中进行潜热换热，降低 污泥的含水率;污泥中的水汽在热作用下转化为蒸汽，自间接加热干化装 置的废气出口排出，空气自空气入口补入;排水口流出的高温水经过加热 成为蒸汽进气口原料循环使用，并使用湿式碳化反应器内热量加热，最大 程度降低热损失。
8.根据权利要求7所述的方法，其中，湿式碳化反应器内反应温度 为120～200℃，压力为2～6Mpa;三段式生物膜反应器内的温度控制在 25-35℃;间接加热干化装置中通入的蒸汽为120-140℃。
9.根据权利要求7所述的方法，其中，三段式生物膜反应器与湿式 碳化反应器纳米曝气头进气为O2，用于氧化过程;光催化降解反应装置的 纳米曝气头进气为进气为O3，提升纳米曝气强化羟基自由基的产生过程。
10.根据权利要求7所述的方法，其中，光催化降解反应装置内紫外 灭菌灯平均照射剂量在300J/m2以上。
说明书
一种污水-污泥分散处理的组合装置
技术领域
本发明涉及一种污水-污泥分散处理的组合装置。
本发明还涉及利用上述装置进行污泥干化处理的方法。
背景技术
2009年，我国城镇污水处理产生湿污泥(含水量80%，下同)中的污 水处理与常规污水处理有所差别，其中胶乳状物体较多，如若使用专门的 泥水分离系统不但耗时，而且处理效果较差，经济可行性较低。针对这种 情况，本发明采用纳米消融装置对污泥中分离出的污水进行处理，减少对 环境二次污染的同时做到了资源回收最大化，且本发明对污泥处理过程中 可杀死其中的虫卵，去除病原菌及细菌等，最大程度降低含水率干化的污 泥含水率大幅度降低，同时保持了原有的营养和热能，为干化污泥饼进一 步加工利用提供了有利条件。
本发明针对污泥性质设计的间接加热干化装置，无需设置刮泥板、推 进器，其工作过程所需热量全部来源于湿式碳化反应器产生的热量;且最 大程度降低含水率，同时保持了污泥原有的营养和热能，为干化污泥饼进 一步加工利用提供了有利条件。针对污水性质采用纳米曝气技术强化高级 氧化过程，大量产生羟基自由基对污染物质进行氧化，对筛滤过后出水中 痕量有机污染物进行无选择性的氧化分解，降低出水毒性，防止污水进入 自然环境有所生物富集，最终威胁到人体本身。整个干化过程可灭杀污泥 以及污水中的虫卵、病原菌，并使残余多环芳烃类化合物以及杂环类化合 物等难降解污染物质变性，丧失原有毒性。
发明内容
本发明的目的在于提供一种污泥干化装置。
本发明的又一目的在于提供一种利用上述组合装置进行污泥干化处 理的方法。
为实现上述目的，本发明提供的污水-污泥分散处理的组合装置，主要 由光催化降解反应装置、三段式生物膜反应器、湿式碳化反应器和间接加 热干化装置组成;其中：
湿式碳化反应器的底部设置有纳米曝气盘;湿式碳化反应器的上清液 自流至三段式生物膜反应器，湿式碳化反应器内的污泥通过液压泵连接间 接加热干化装置的进料口;
三段式生物膜反应器的底部设有排泥孔，排泥孔上方设置有搅拌机， 搅拌机周围铺设有低密度流动填料，低密度流动填料上方安置有不锈钢 网，不锈钢网上方布设有组合填料，组合填料的表面生长有生物膜，组合 填料由下至上的1/3处设有纳米曝气盘;三段式生物膜反应器内最下端为 厌氧生物滤池，不锈钢网上方为缺氧生物膜反应段，纳米曝气盘上方为好 氧生物膜反应段;三段式生物膜反应器内安装有温度控制仪，该温度控制 仪连接并控制安置在三段式生物膜反应器内部的感温控头和加热带;
三段式生物膜反应器的上清液输入光催化降解反应装置内，光催化降 解反应装置的内壁均匀负载一层非金属掺杂光催化剂，底部开设有排泥 口，内部位于排泥口上方设置有曝气盘，曝气盘上设置有紫外灭菌灯;光 催化降解反应装置内部剩余空间填充有半导体负载填料;光催化降解反应 装置处理后的达标的水排出另用;
间接加热干化装置固定在支架上，间接加热干化装置的外壳为一保温 层，外壳内部水平安置两个平行排列的螺旋转盘，螺旋转盘分为两段，靠 近进料口一段的螺旋转盘表面光滑，靠近出料口的螺旋转盘表面布满小 孔;螺旋转盘的一侧固定有加厚片，固定有加厚片一侧与未固定有加厚片 的一侧相合后留有空隙;两个平行排列的螺旋转盘的驱动轴均为中空结 构，由电机驱动同向同速动转，并根据污泥所需干化程度调节螺旋盘转动 速度;驱动轴的一端设有蒸汽进气孔，另一端设有排水孔;间接加热干化 装置的外壳上还开设有空气入口和废气出口。
所述污水-污泥分散处理的组合装置，其中，湿式碳化反应器、三段式 生物膜反应器和光催化降解反应装置内的纳米曝气盘分别连接一纳米曝 气机。
所述污水-污泥分散处理的组合装置，其中，湿式碳化反应器与三段式 生物膜反应器的纳米曝气头进气为O2，光催化降解反应装置的纳米曝气头 进气为进气为O3。
所述污水-污泥分散处理的组合装置，其中，三段式生物膜反应器中的 低密度流动填料为纳米型烧结陶粒。
所述污水-污泥分散处理的组合装置，其中，光催化降解反应装置内壁 负载的非金属掺杂光催化剂为纳米TiO2粉体;光催化降解反应装置内部填 充的半导体负载填料为纳米TiO2粉体负载在立体网状聚丙烯填料。
所述污水-污泥分散处理的组合装置，其中，间接加热干化装置的外壳 为钢板卷成的椭圆形外壳或8字形外壳。
本发明提供的利用上述污水-污泥分散处理的组合装置进行污泥干化 处理的方法：
污泥输入湿式碳化反应器，在高温高压条件下注入空气进行湿式碳 化，将污泥氧化成无机物;启动时利用超高压蒸汽的热能启动，运行中利 用反应放热能够维持系统运行，温度升至200℃以上;经过湿式碳化处理， 上清液降温后输入三段式生物膜反应器，含水率降低的污泥进入间接加热 干化装置中;
湿式碳化反应器的上清液于三段式生物膜反应器底部进入，污水向上 流动过程中经历厌氧、缺氧、好氧三段生物处理，在生物滤池厌氧环境的 前提下，兼性厌氧发酵菌先将易降解大分子有机物转化为小分子的VFA; 聚磷菌吸收小分子有机物合成PHB储存在细胞内，同时将聚磷水解成正磷 酸盐，释放到污水中，使污水中磷浓度升高;在缺氧生物膜反应段内，硝 化菌在低氧条件下对污水内氨氮进行硝化反应，反硝化菌吸收了小分子有 机物作为碳源，污水中硝酸根被反硝化为N2散逸出来;同时缺氧环境导致 磷的释放，在好氧生物膜反应段内，微生物消解污水中残余的有机物，并 且脱除剩余的氨氮;此时污水内碳源在前两步内已经大量消耗，聚磷菌主 要靠分解内部储存的PHB获得能量进行繁殖，同时吸收储存污水内的磷; 污泥沉淀至厌氧生物滤池内，由排泥口排出，污水部分回流与进水混合， 降低进水负荷，并对残余硝氮有再处理功效，上清液导入光催化降解反应 装置进行高级氧化处理;
光催化降解反应装置纳米曝气头间歇曝气，由纳米气泡具有的庞大的 数量、比表面积、缓慢的上升速度特性，同时气泡在水中停留时间长，增 加了气液接触面积、接触时间，利于臭氧溶于水中;微气泡内部具有较大 的压力且纳米气泡破裂时界面消失，周围环境剧烈改变产生的化学能促使 产生更多的羟基自由基·OH，增强O3氧化分解有机物的能力;且纳米级别 O3气泡与紫外灭菌灯、半导体负载填料共存于集水池，提高高级氧化效果， 进而有效提高·OH产生率;
湿式碳化后的污泥进入间接加热干化装置进行干化，高压蒸汽自驱动 轴的蒸汽进气孔通入，自螺旋转盘上的细孔喷出带动污泥中的水分升温转 化为蒸汽，降低含水率，并在潜热释放的过程中进行潜热换热，降低污泥 的含水率;污泥中的水汽在热作用下转化为蒸汽，自间接加热干化装置的 废气出口排出，空气自空气入口补入;排水口流出的高温水经过加热成为 蒸汽进气口原料循环使用，并使用湿式碳化反应器内热量加热，最大程度 降低热损失。
所述的方法，其中，湿式碳化反应器内反应温度为120～200℃，压力 为2～6Mpa;三段式生物膜反应器内的温度控制在25-35℃;间接加热干 化装置中通入的蒸汽为120-140℃。
所述的方法，其中，三段式生物膜反应器与湿式碳化反应器纳米曝气 头进气为O2，用于氧化过程;光催化降解反应装置的纳米曝气头进气为进 气为O3，提升纳米曝气强化羟基自由基的产生过程。
所述的方法，其中，光催化降解反应装置内紫外灭菌灯平均照射剂量 在300J/m2以上。
本发明针对污泥性质设计的间接加热干化装置，无需设置刮泥板、推 进器，其工作过程所需热量全部来源于湿式碳化反应器产生的热量;且最 大程度降低含水率，同时保持了污泥原有的营养和热能，为干化污泥饼进 一步加工利用提供了有利条件。针对污水性质采用纳米曝气技术强化高级 氧化过程，大量产生羟基自由基对污染物质进行氧化，对筛滤过后出水中 痕量有机污染物进行无选择性的氧化分解，降低出水毒性，防止污水进入 自然环境有所生物富集，最终威胁到人体本身。整个干化过程可灭杀污泥 以及污水中的虫卵、病原菌，并使残余多环芳烃类化合物以及杂环类化合 物等难降解污染物质变性，丧失原有毒性。