一種水力空化減泥機及其污水處理方法與流程

本發明涉及一種應用于污水處理系統中的水力空化減泥機及其污水處理方法，屬于城鎮污水、工業有機廢水以及污泥處理技術領域。

背景技術：

目前城鎮污水、工業有機廢水在采用生化方法處理的過程中都會產生大量的剩余污泥。就一般情況而言，每處理10000m³污水，處理過程會產生含水率80%的泥餅約5-10噸。這種污泥種含有病源體、重金屬和持久性有機物等有害物質。污泥大多數自然堆放，尚未得到妥善處置。

目前國內外主要的污泥處理技術有：焚燒、填埋、厭氧消化、好氧發酵、熱干化石灰穩定、污泥熱解、水熱處理等方法。均屬于污泥產生后對其再進行的末端處理技術。而這些處理方式都會帶來巨大的設備投資和高昂的運行費用，同時，還會產生二次污染以及生態安全風險。我國平均每天產生80%的泥餅約50萬噸以上。由于這種污泥運輸、儲存、處理處置成本昂貴，目前又無經濟有效的處理處置方法，從而導致了這種污泥通過堆肥、焚燒、熱解處理的數量不足5%,絕大部分仍然自然堆存或無序拋撒，對環境造成巨大危害。因此需要一種減少污泥產量的裝備，尤其是在污水處理過程中就可減少污泥產量，實現源頭減排，進行清潔生產迫在眉睫，十分必要。

專利號為201310378632.7，專利名稱為“一種采用超臨界溶氣空化設備及其強化污泥減量的方法”公開的空化設備的工作原理是：在污泥高速流過收縮噴管時，從空氣吸入管引射空氣進入溶氣空化腔中與污泥混合后依次進入一次擴散管及二次擴散管，然后從空化噴嘴噴入氧化反應釜中，最后經溶氣空化處理后的污泥從污泥輸出管排出。該空化設備能夠產生兩級空化并對污泥混合液進行處理，但在使用中存在以下不足之處：污泥混合液一次性通過該設備時，因過流時間短，兩次空化對較大的污泥絮體及其他有機物的破解作用不夠充分，為此實際使用時就需要增加該設備的數量，這就造成設備投資增加，能耗升高，且使設備占地面積增大。為此，亟需一種既能進一步提高空化效率，又能節省用電及維護成本、節省占地使用面積的空化設備。

技術實現要素：

本發明目的是提供一種空化效率高，用電及維護成本低、占地面積小的水力空化減泥機及其污水處理方法。

為了實現上述目的，本發明提供了一種水力空化減泥機，其特征在于包括相互串接在一起的至少兩級空化裝置；

第一級空化裝置包括置于一級空化腔內的第一空化器以及正對所述第一空化器出口的粉碎擋板；

第二級空化裝置包括順序連接的第二空化器、射流約束體和二級擴散管，所述射流約束體位于溶氣腔內，所述溶氣腔設置有溶氣調節機構；

含有污泥的待處理混合液進入所述第一空化器后形成高速射流撞擊在所述粉碎擋板上，使混合液中的大顆粒污泥絮體破碎，然后進入所述第二空化器，混合液在所述第二空化器內產生溶氣空化后再經所述二級擴散管處理后排出。

還包括第三級空化裝置和第四級空化裝置；所述第二級空化裝置、第三級空化裝置和第四級空化裝置從上到下豎直配置；所述第一級空化裝置水平布置且位于所述第二級空化裝置的上方；

所述第一級空化裝置通過第一支撐封板與所述第二級空化裝置連接；所述第二級空化裝置通過第二支撐封板與所述第三級空化裝置連接；所述第三級空化裝置通過第三支撐封板與所述第四級空化裝置連接；

含有污泥的待處理混合液經所述第一級空化裝置和第二級空化裝置的兩級空化處理后依次進入下游的所述第三級空化裝置內的第三空化器和第四級空化裝置內第四空化器進行三級和四級空化處理，最后經出水管排出。

所述第一空化器為第一收縮噴管，該第一收縮噴管水平安裝在所述第一級空化裝置的殼體上，其出口端伸入由所述第一級空化裝置殼體和所述第一支撐封板圍成的所述一級空化腔，所述粉碎擋板為與所述第一收縮噴管出口的噴射角適配的弧形粉碎擋板，豎直固定在所述第一支撐封板的后側。

所述第二空化器為豎直向下設置的第二收縮噴管，所述第二空化器位于加熱腔中，所述加熱腔由所述第二收縮噴管外壁面、所述第一支撐封板、所述第二級空化裝置外殼和第一支撐板包尾而成，所述加熱腔的壁面設置有加熱圈。

所述加熱圈為不銹鋼云母加熱圈，所述加熱腔的壁面設置有隔熱板。

所述溶氣腔由第一支撐板、第二支撐板和連接兩支撐板的豎壁包圍而成；所述溶氣調節機構包括與所述溶氣腔連通的進氣管以及安裝在所述進氣管上的空氣流量計和調氣閥。

所述第二空化器的出口伸入所述溶氣腔中，所述第二空化器的出口處還設置有用于產生渦流空化并保持射流流暢的射流約束體，所述射流約束體的出口與所述二級擴散管的入口對接。

所述第三空化器為豎直向下設置的第三收縮噴管；所述第四空化器為豎直向下設置的第四收縮噴管，該第四收縮噴管上還設置有多個空化噴嘴。

本發明還公開了一種所述的水力空化減泥機的污水處理方法，其特征在于包括如下步驟：

A. 由無堵塞排污泵提供一定流量和壓力的污泥混合液進入第一空化器后產生高速射流撞擊在與所述第一空化器正對的粉碎擋板上，使污水混合液中的大顆粒污泥絮體破碎，導致一級空化腔內的混合液壓力進一步增大；

B. 經一級空化后的污水混合液進入第二空化器，在第二級空化裝置內的溶氣腔及射流約束體的共同作用下產生溶氣空化；

C. 二級空化后的污水混合液通過二級擴散管進入下游的空化裝置處理后排出。

污水混合液經過兩級空化處理后，還要經過第三級空化裝置和第四級空化裝置的空化步驟，使污泥絮體破碎化并使其中的難降解有機物直接分解成C0₂、H₂0，難降解有機物大分子鏈斷裂為小分子鏈，然后被氧化成脂肪酸，從而提高污水有機物的可生化性。

與現有技術相比，本發明空化效率更高，維護成本低、占地面積小。

附圖說明

圖1是本發明水力空化減泥機的結構示意圖；

圖2是本發明水力空化減泥機與回流及剩余污泥池連接的系統圖；

圖3是本發明水力空化減泥機與生化反應池連接的系統圖；

圖4是本發明水力空化減泥機與污泥均質池連接的系統圖。

具體實施方式

為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本發明作進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發明，并不用于限定本發明。

本發明水力空化減泥機，包括相互串接在一起的至少兩級空化裝置。

如圖1所示，所述第一級空化裝置100包括一級空化腔101，置于一級空化腔101內的第一空化器103，以及設置于一級空化腔101內并正對第一空化器103出口的粉碎擋板102。所述第一空化器103具體為第一收縮噴管，該第一收縮噴管水平安裝在所述第一級空化裝置100的殼體上，其出口端伸入由所述第一級空化裝置100殼體和第一支撐封板104圍成的一級空化腔101內。所述粉碎擋板102豎直固定在所述第一支撐封板104的后側。優選的，所述粉碎擋板102為弧形粉碎擋板，該弧形粉碎擋板與所述第一收縮噴管出口的噴射角適配。當含有污泥的混合液進入第一空化器103后產生高速射流并撞擊粉碎擋板102，通過撞擊粉碎擋板102，使混合物中的污泥絮體先被破壞，便于后續空化能對污泥細胞進行充分作用，以提高空化對污泥細胞的破壁效率，強化一級空化效應。

第二級空化裝置20包括順序連接的第二空化器21、射流約束體25和二級擴散管26。所述射流約束體25位于溶氣腔23內，所述溶氣腔23設置有溶氣調節機構。所述第二空化器21為豎直向下設置的第二收縮噴管。為了增強空化效率，優選地，所述第二空化器21可以設置位于加熱腔22中，所述第二收縮噴管外壁面、第一支撐封板104、第二級空化裝置20外殼和第一支撐板223包尾形成所述加熱腔22，所述加熱腔22的壁面設置有加熱圈221。優選地，所述加熱圈221為不銹鋼云母加熱圈。通過加熱圈221可以滿足當地水溫工況對空化器的要求進而增強空化效率。所述加熱腔22的壁面設置有隔熱板222。所述加熱腔22為可選擇裝置，在沒有設置加熱腔22時也能夠實現空化效果，但是增加加熱腔22后，能提高空化的效率。所述二級擴散管26與第二級空化裝置20外殼之間還設置有第二支撐板24，所述第一支撐板223與所述第二支撐板24以及連接兩支撐板的豎壁包圍形成所述溶氣腔23。所述溶氣調節機構用于滿足第二級空化裝置20中射流溶氣空化對于進氣量的要求，具體包括與所述溶氣腔23連通的進氣管273，安裝在所述進氣管273上的空氣流量計272以及設置在進氣管273入口處的調氣閥271。所述第二空化器20的出口伸入所述溶氣腔23中，所述第二空化器20的出口處還設置有射流約束體25，用于使射流流暢并產生渦流空化。所述射流約束體25的豎切面大致呈“V”型。所述射流約束體25出口與所述二級擴散管26的入口對接。

含有污泥的待處理混合液進入所述第一空化器103后形成高速射流撞擊在所述粉碎擋板102上，使混合液中的大顆粒污泥絮體破碎，然后進入所述第二空化器21，混合液在所述第二空化器21內產生溶氣空化，二級空化的混合液再經所述二級擴散管26進入下游空化裝置處理后排出。

如圖1所示，本發明還包括第三級空化裝置30和第四級空化裝置40。所述三級空化裝置30包括第三空化器32以及與其連接的三級擴散管33。所述第三空化器32具體為豎直向下設置的第三收縮噴管。所述四級空化裝置40包括第四空化器42。第四空化器42具體為豎直向下設置的第四收縮噴管，該第四收縮噴管上還設置有多個空化噴嘴。第四空化器42向下伸入第四空化腔43中。所述四級空化裝置40底部還設置有出水管45以及泄水閥44。

第二級空化裝置20、第三級空化裝置30和第四級空化裝置40從上到下豎直配置；第一級空化裝置100水平布置且位于所述第二級空化裝置20的上方。

第一級空化裝置100通過第一支撐封板104與所述第二級空化裝置20連接；所述第二級空化裝置20通過第二支撐封板31與所述第三級空化裝置30連接；所述第三級空化裝置30通過第三支撐封板41與所述第四級空化裝置40連接。

含有污泥的待處理混合液經所述第一級空化裝置100和第二級空化裝置20的兩級空化處理后依次進入所述第三級空化裝置30內的第三空化器32和第四級空化裝置40內第四空化器42進行三級和四級空化處理，最后經出水管45排出。

本發明水力空化減泥機底部還設置有支座46。

本發明水力空化減泥機的污水處理方法，包括如下步驟：

A. 由無堵塞排污泵提供一定流量和壓力的污泥混合液進入第一空化器103后產生高速射流撞擊在與所述第一空化器103正對的粉碎擋板102上，使污水混合液中的大顆粒污泥絮體破碎，導致一級空化腔101內的混合液壓力進一步增大。強化了一級空化效應。

B. 經一級空化后的污水混合液進入第二空化器21，在第二級空化裝置20內的溶氣腔23及射流約束體25的共同作用下產生溶氣空化。

C. 二級空化后的污水混合液通過二級擴散管26進入下游的空化裝置處理后排出。

所述步驟B優選為：經一級空化后的污水混合液進入第二空化器21，在第二級空化裝置20內的加熱圈221、溶氣腔23及射流約束體25的共同作用下產生溶氣空化。

污水混合液經過兩級空化處理后，還要經過第三級空化裝置30和第四級空化裝置40的空化步驟。經過上述四級空化的連續作用，強化了空化效應，使污泥絮體破碎化并使其中的難降解有機物直接分解成C0₂、H₂0，難降解有機物大分子鏈斷裂為小分子鏈，然后被氧化成脂肪酸，從而提高污水有機物的可生化性。為后續生化反應創造有利條件，使有機物通過生化作用更易分解而減少，實現了有機污泥減量化。污水廠使用該方法后，污泥產出量可減少60～70％。

可以理解，本發明的水力空化減泥機可以僅由第一級空化裝置和第二級空化裝置連接而成，也可根據實際需要的空化效果，增加空化裝置的數量以提高空化效率，例如由五級空化裝置連接而成。具體的空化裝置數量根據實際的空化效果具體設定。

應用實施例一：本發明的水力空化減泥機與回流及剩余污泥池連接的系統簡圖如圖2所示。通過管道將生化反應池7、二次沉淀池8、回流及剩余污泥池5、剩余污泥泵9、污泥均質池10和污泥脫水機11依次連接在一起構成污水污泥處理系統。無堵塞排污泵1的吸入管路13連接回流及剩余污泥池5，無堵塞排污泵1的提升加壓管路2連接本發明水力空化減泥機3，水力空化減泥機3的輸出管路4連接回流及剩余污泥池5，回流及剩余污泥池5采用回流污泥輸送管路14經回流污泥提升泵6連接生化反應池7的污水進口管道。無堵塞排污泵1的吸入管路13連接回流及剩余污泥池5時，無堵塞排污泵1把回流及剩余污泥池5容積的50-80%的污泥量，提送至水力空化減泥機3中進行空化處理，將空化處理后80-100%的改性剩余污泥量通過剩余污泥泵9泵入污泥均質池10后，由污泥脫水機11進行脫水處理。

應用實施例二：本發明的水力空化減泥機與生化反應池連接的系統簡圖，如圖3所示。通過管道將生化反應池7、二次沉淀池8、回流及剩余污泥池5、剩余污泥泵9、污泥均質池10和污泥脫水機11依次連接在一起構成污水污泥處理系統，無堵塞排污泵1的吸入管路13連接生化反應池7，無堵塞排污泵1的提升加壓管路2連接本發明水力空化減泥機3，水力空化減泥機3的輸出管路4連接生化反應池7，回流及剩余污泥池5采用回流污泥輸送管路14經回流污泥提升泵6連接生化反應池7的污水進口管道。無堵塞排污泵1的吸入管路13連接生化反應池7時，無堵塞排污泵1把生化反應池7容積的80-100%的污水量，提送至水力空化減泥機3中進行空化處理，處理后的污水經二次沉淀池8沉淀后清水排放，將二次沉淀池8底沉淀壓縮的回流及剩余污泥池容積30%-100%的污泥量的回流返送至生化反應池7,0-70%的剩余污泥送至污泥脫水機11處理。

應用實施例三：本發明的水力空化減泥機與污泥均質池連接的系統簡圖，如圖4所示。通過管道將生化反應池7、二次沉淀池8、回流及剩余污泥池5、剩余污泥泵9、污泥均質池10和污泥脫水機11依次連接在一起構成污水污泥處理系統。無堵塞排污泵1的吸入管路13連接污泥均質池10，無堵塞排污泵1的提升加壓管路2連接本發明水力空化減泥機3，水力空化減泥機3的輸出管路4連接污泥均質池10，回流及剩余污泥池5采用回流污泥輸送管路14經回流污泥提升泵6連接生化反應池7的污水進口管道。無堵塞排污泵1的吸入管路13連接污泥均質池10時，無堵塞排污泵1把污泥均質池10容積100%的污泥量，提送至水力空化減泥機3中進行空化處理，一部分被處理污泥經溢流管道15溢流至生化反應池7進行再次生化處理，其余被處理污泥由污泥脫水機11處理。

實驗證明，污水處理廠采用本發明水力空化減泥機后，污泥產出量減少了60-70%。

本發明水力空化減泥機為綜合水力空化實用設備。工作原理如下：由無堵塞排污泵提供一定流量和壓力的污泥混合液進入本發明水力空化減泥機中，產生四級空化的連續作用，強化了對污泥的處理程度。無堵塞排污泵使污泥混合液高速進入一級空化器，在一級空化器空化作用及一級空化器出口高速水流撞擊弧形粉碎擋板的綜合作用下實現對污泥混合液的第一次預處理，以達到大顆粒污泥絮體破碎化，并為第二級空化效應提供足夠的壓力及流量配比。接下來連續的三級空化對一級空化預處理過的泥水進行更充分地處理，以此提高減泥機對泥水的一次性通過處理效率。

上述四級空化效應的耦合作用，使污泥水中的有機物質得到充分的氧化分解。同時空化產生時伴隨強烈的沖擊波的微射流，并以每秒數萬次連續作用發生著，帶來高效機械切碎效應，并產生具有高化學活性的自由基-OH，隨后與溶液中有機污染物發生氧化反應，將混合液中有機污染物氧化分解成為低分子量物質，沖擊波和高速微射流在混合液中產生的強大水力剪切力，對污泥結構進行有效破壞，使大分子主鏈上的碳鍵斷裂，轉變為短鏈底分子有機物，使細胞內溶質流出，并進一步被分解掉。

以上所述僅為本發明的優選實施例而已，并不用于限制本發明，對于本領域的技術人員來說，本發明可以有各種更改和變化。凡在本發明的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。