公布日：2023.12.01
申请日：2022.05.23
分类号：C02F11/06(2006.01)I;C02F11/00(2006.01)I;C02F11/127(2019.01)I;C02F11/143(2019.01)I;C02F11/147(2019.01)I;C02F11/148(2019.01)I
摘要
本发明公开了一种超声波联合臭氧处理剩余污泥的方法及系统，该方法包括：将臭氧溶于污泥回流上清液中形成溶气水，溶气水释放出大量微气泡；在超声波作用下剩余污泥破解，破解后的剩余污泥与产生的臭氧微气泡的气液混合液进行臭氧氧化反应，反应得到的气液在反应灌外筒的顶部进行分离，得到含臭氧气体和剩余污泥混合液，含臭氧气体循环进入反应罐内筒继续反应，剩余污泥混合液进入硝氮还原单元还原为氨氮，随后使氨氮、磷酸盐和镁盐生成磷酸镁铵晶体，进入离心脱水机进行泥水分离。本发明的超声波联合臭氧处理剩余污泥的方法及系统解决了现有污泥氧化破解技术中臭氧利用率不高，剩余污泥溶胞减量效果不佳的问题。
权利要求书
1.一种超声波联合臭氧处理剩余污泥的方法，其特征在于，包括以下步骤：1)以氧气为气源利用臭氧发生器产生臭氧；2)将步骤1)中产生的臭氧通过增压泵注入臭氧溶气灌中，使臭氧溶于污泥回流上清液中形成溶气水，溶气水通过释放头突然减压释放出大量微气泡，得到臭氧微气泡的气液混合液并经由反应罐外筒的底部输入反应罐中；3)将剩余污泥从反应灌内筒的上方输入，在超声波作用下剩余污泥破解，破解后的剩余污泥从反应灌内筒的底部溢流而上并与步骤2)产生的臭氧微气泡的气液混合液进行臭氧氧化反应，反应得到的气液在反应灌外筒的顶部进行分离，得到含臭氧气体和剩余污泥混合液，含臭氧气体循环进入反应罐内筒继续反应，剩余污泥混合液进入硝氮还原单元；4)使用镁粉将步骤3)的剩余污泥混合液中的硝氮还原为氨氮；5)将步骤4)硝氮还原后的泥水混合液排入氮磷共沉淀单元，使氨氮、磷酸盐和镁盐生成磷酸镁铵晶体；6)将步骤5)经过氮磷共沉淀后的泥水混合液排入离心脱水机进行泥水分离得到上清液和泥渣，一部分上清液返回至步骤2)的臭氧溶气灌中，作为溶气水，另一部分上清液返回生物系统，泥渣排出系统。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤1)中，所述臭氧的浓度为40～60mg/L，臭氧流量为1.0～2.0L/min。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤2)中，所述臭氧的溶气时间为20-40min；所述臭氧溶气灌中溶气水的压力为0.1-0.5MPa。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤3)中，所述破解采用脉冲反应，超声频率为20～40KHz，声能密度为0.5～2.0w/mL；所述臭氧氧化反应的停留时间为45-90min。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤4)中，所述还原过程中，调节pH值3～4，反应温度为40～60℃，按n(Mg):n(NH4+):n(PO43-)＝1.2:1:1～1.6:1:1，将镁粉分成若干份，每隔10min加一次，1h加完，加完后反应2～3h。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤5)中，调节所述泥水混合液pH值为8.5～10.5，搅拌转速为400～600r/min，反应时间为1～2h。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤6)中，所述泥水分离时加入絮凝剂，所述絮凝剂为聚合氯化铝、聚丙烯酰胺和聚硅酸盐中的一种或几种。
8.一种超声波联合臭氧处理剩余污泥的系统，其特征在于，包括：臭氧发生器，臭氧溶气灌，通过增压泵与臭氧发生器的顶部连通；反应罐，包括内筒、外筒以及设于所述外筒且靠近底部的微气泡入口，所述内筒和所述外筒的底部连通，所述臭氧溶气灌与所述微气泡入口连通；硝氮还原单元，与所述反应罐的顶部连通；氮磷共沉淀单元，与所述硝氮还原单元连通；以及离心脱水机，一侧与所述氮磷共沉淀单元连通，另一侧与所述臭氧溶气灌的顶部连通。
9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述反应罐为圆柱状或方形套筒。
10.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述微气泡入口高于所述内筒的底部。
11.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述内筒和所述外筒中设有曝气头。
12.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述内筒的顶部设有布水器。
13.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述内筒的顶部设有至少一超声波探头。
14.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述内筒和所述外筒之间的顶部设有气液分离板。
15.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述反应罐的底部设有积液排放口。
发明内容
本发明的目的在于提供一种超声波联合臭氧处理剩余污泥的方法及系统，解决了现有污泥氧化破解技术中臭氧利用率不高，剩余污泥溶胞减量效果不佳的问题。
为达上述目的，本发明提供一种超声波联合臭氧处理剩余污泥的方法，该方法包括以下步骤：
1)以氧气为气源利用臭氧发生器产生臭氧；
2)将步骤1)中产生的臭氧通过增压泵注入臭氧溶气灌中，使臭氧溶于污泥回流上清液中形成溶气水，溶气水通过释放头突然减压释放出大量微气泡，得到臭氧微气泡的气液混合液经反应罐外筒的底部输入反应罐中；
3)将剩余污泥从反应灌内筒的上方输入，在超声波作用下剩余污泥破解，破解后的剩余污泥从反应灌内筒的底部溢流而上并与步骤2)产生的臭氧微气泡的气液混合液进行臭氧氧化反应，反应得到的气液在反应灌外筒的顶部进行分离，得到含臭氧气体和剩余污泥混合液，含臭氧气体循环进入反应罐内筒继续反应，剩余污泥混合液进入硝氮还原单元；
4)使用镁粉将步骤3)的剩余污泥混合液中的硝氮还原为氨氮；
5)将步骤4)硝氮还原后的泥水混合液排入氮磷共沉淀单元，使氨氮、磷酸盐和镁盐生成磷酸镁铵晶体；
6)将步骤5)经过氮磷共沉淀后的泥水混合液排入离心脱水机进行泥水分离得到上清液和泥渣，一部分上清液返回至步骤2)的臭氧溶气灌中，作为溶气水，另一部分上清液返回生物系统，泥渣排出系统。
本发明的超声波联合臭氧处理剩余污泥的方法，在一实施方式中，步骤1)中，所述臭氧的浓度为40～60mg/L，臭氧流量为1.0～2.0L/min。
本发明的超声波联合臭氧处理剩余污泥的方法，在一实施方式中，步骤2)中，所述臭氧的溶气时间为20-40min；所述臭氧溶气灌中溶气水的压力为0.1-0.5MPa。
本发明的超声波联合臭氧处理剩余污泥的方法，在一实施方式中，步骤3)中，所述破解采用脉冲反应，超声频率为20～40KHz，声能密度为0.5～2.0w/mL；所述臭氧氧化反应的停留时间为45-90min。
本发明的超声波联合臭氧处理剩余污泥的方法，在一实施方式中，步骤4)中，所述还原过程中，调节pH值3～4，反应温度为40～60℃，按n(Mg):n(NH4+):n(PO43-)＝1.2:1:1～1.6:1:1，将镁粉分成若干份，每隔10min加一次，1h加完，加完后反应2～3h。
本发明的超声波联合臭氧处理剩余污泥的方法，在一实施方式中，步骤5)中，调节所述泥水混合液pH值为8.5～10.5，搅拌转速为400～600r/min，反应时间为1～2h。
本发明的超声波联合臭氧处理剩余污泥的方法，在一实施方式中，步骤6)中，所述泥水分离时还加入絮凝剂，所述絮凝剂为聚合氯化铝、聚丙烯酰胺和聚硅酸盐中的一种或几种。
本发明还提供一种超声波联合臭氧处理剩余污泥的系统，该系统包括：
臭氧发生器，
臭氧溶气灌，通过增压泵与臭氧发生器的顶部连通；
反应罐，包括内筒、外筒以及设于所述外筒且靠近底部的微气泡入口，所述内筒和所述外筒的底部连通，所述臭氧溶气灌与所述微气泡入口连通；
硝氮还原单元，与所述反应罐的顶部连通；
氮磷共沉淀单元，与所述硝氮还原单元连通；以及
离心脱水机，一侧与所述氮磷共沉淀单元连通，另一侧与所述臭氧溶气灌的顶部连通。
本发明的超声波联合臭氧处理剩余污泥的系统，在一实施方式中，所述反应罐为圆柱状或方形套筒。
本发明的超声波联合臭氧处理剩余污泥的系统，在一实施方式中，所述微气泡入口高于所述内筒的底部。
本发明的超声波联合臭氧处理剩余污泥的系统，在一实施方式中，所述内筒和所述外筒中设有曝气头。
本发明的超声波联合臭氧处理剩余污泥的系统，在一实施方式中，所述内筒的顶部设有布水器。
本发明的超声波联合臭氧处理剩余污泥的系统，在一实施方式中，所述内筒的顶部设有至少一超声波探头。
本发明的超声波联合臭氧处理剩余污泥的系统，在一实施方式中，所述内筒和所述外筒之间的顶部设有气液分离板。
本发明的超声波联合臭氧处理剩余污泥的系统，在一实施方式中，所述反应罐的底部设有积液排放口。
相较于现有技术，本发明具有以下有益效果：
(1)本发明克服了传统臭氧氧化技术的不足，利用臭氧溶气罐产生臭氧微气泡，增大了臭氧比表面积，使臭氧与超声波破解后的剩余污泥的接触几率增加，提高臭氧利用率，使剩余污泥的氧化降解效果更好。
(2)本发明的反应罐中在内筒及外筒的顶部将含臭氧泡沫进行收集，再进入内筒中，在超声波作用下将臭氧气泡爆破，进一步循环利用，增加了臭氧的利用率，提高了剩余污泥氧化降解效果。
(3)本发明中经超声波破解及臭氧氧化反应后的剩余污泥至离心脱水机中进行泥水分离，分离后得到的剩余污泥的上清液一部分返回至溶气灌中，作为溶气水，避免了新鲜水的注入，实现了废物循环利用，降低了处理成本。
(4)本发明采用超声波将剩余污泥进行破解，破坏污泥絮体及大分子物质，释放细胞内物质，再利用臭氧溶气罐产生的臭氧微气泡将超声波破解后的小分子物质进行氧化破解，提高了剩余污泥破解效率，减少了污泥产量，并将污泥破解后的上清液进行有效利用，释放的有机质得以有效利用，为后续处理过程中的微生物提供营养物质，降低了整个系统的运行成本。
(5)本发明的硝氮还原是利用活泼金属镁将硝氮还原为氨氮，本发明的镁粉能够同时兼顾利用磷酸镁铵共沉淀除氮磷。本发明的磷酸镁铵共沉淀除氮磷是利用液体中同时存在氨氮、磷酸盐和镁盐生成晶体去除，能够降低无机离子对系统的影响；使用镁粉不会引入新的离子，造成二次污染。本发明的方法能够生成磷酸镁铵晶体，达到氮磷共沉淀的效果，去除了混合液中的无机离子，避免了大量无机离子在整体处理系统中的循环累积，减小了对生物系统的影响。
（发明人：张媛;罗庆;王小雄;王树勖;文善雄;牛进龙;刘发强;李常青;韦清华;宋彬）