生物污泥溶胞反应系统的制作方法

本发明涉及一种废弃物处理系统，特别是涉及一种的生物污泥溶胞反应系统。

背景技术：

生物污泥为废(污)水处理厂的生物处理系统进行生物反应所产生的固体废弃物，所述的生物污泥主要成分有：具有活性的微生物群体、微生物代谢的残留物质、污水挟带的有机物质，及污水挟带的无机物质。

参阅图1，为一现有的生物污泥处理方法，适用于处理一含有微生物的生物污泥，并包含一脱水步骤11、一干燥步骤12，及一处置步骤13。该脱水步骤11是先添加高分子混凝剂形成大颗絮状物后，再以离心或者过滤的方式予以分离该生物污泥的水分，并制成一污泥饼。而该干燥步骤12则进一步利用烘烤的方式，再次减少该污泥饼的含水量。最后，该处置步骤13是将减少含水量的污泥饼进行掩埋或者焚烧。

然而，该生物污泥处理方法并未对该生物污泥中所含的微生物进行针对性处理，因此就算在该处置步骤13中进行掩埋，仍有可能因其中所含的混凝剂与微生物而对土壤造成不良影响。而纵然在该处置步骤13中进行焚烧，可减少微生物对环境的影响，但该生物污泥处理方法并未能有效减量，也因而造成处理成本的提高，且消耗大量能源，不利于环境友善和节能减碳。因此，如何以一个系统化的设备，确实针对该生物污泥的微生物进行处理，并且有效减量该生物污泥，则成为相关领域从事者的主要研发课题。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种能完全破坏微生物的细胞壁，溶出微生物的细胞内物质，并且有效达成生物污泥减量的生物污泥溶胞反应系统。

本发明生物污泥溶胞反应系统，适用于处理一含有微生物的生物污泥，并包含一细化装置、一设置于该细化装置下游的接触装置，及一设置于该接触装置下游的溶胞装置。

该细化装置包括一围绕出一受限空间的第一本体、一连通于该受限空间的第一循环系统，及一设置于该受限空间中的内循环单元。该第一循环系统使该生物污泥与水随该内循环单元的引导，在该受限空间中产生循环，通过水力振荡的方式，冲散该生物污泥中呈絮状集中的菌胶团，以细化该生物污泥，并增加该生物污泥的接触面积，以利于对该生物污泥进行后续的反应和处理。

该接触装置包括一围绕出一接触空间的第二本体、一连通于该受限空间与该接触空间间的第一导管、一连接于该第一导管并用于供给臭氧的供气管，及一连通于该接触空间并设置于该接触空间下游的第二导管。经过细化的该生物污泥，经由该第一导管而输入至该接触空间，与自该供气管注入的臭氧接触，使该生物污泥中所含的微生物与臭氧进行初步混合接触反应。

该溶胞装置包括一围绕出一反应空间的第三本体、一连通于该第二导管与该反应空间的第二循环系统，及一设置于该反应空间中的引流单元。该第二循环系统使该生物污泥与臭氧在该反应空间中循环，该生物污泥与臭氧的气液混合流体是由该引流单元引流而充分混合，并在该反应空间中产生气水振荡而充分反应，使臭氧对该生物污泥所含的微生物的细胞壁进行破坏，借此使该生物污泥所含的微生物的细胞内的物质溶出，减少所述的微生物所占的固体体积，以达成减量该生物污泥的目的。

较佳地，前述生物污泥溶胞反应系统，其中该第一循环系统具有一条两端分别连通于该受限空间的第一循环管路、一条连通于该第一循环管路的进流管、一个设置于该第一循环管路并用于提供循环动力的第一泵浦，及一个设置于该第一循环管路中并用于朝向该内循环单元注水的第一射流器。

较佳地，前述生物污泥溶胞反应系统，其中该第一循环管路具有一个朝向该内循环单元的出水口，该内循环单元具有一个设置于该受限空间底部并围绕出一个外循环腔的环挡板，及一个设置于该外循环 腔中的第一导流板，该第一导流板围绕出一个呈锥状且顶端及底端分别与该外循环腔连通的内导流腔，该出水口位于该内导流腔中，且朝向呈锥状的该内导流腔的顶端。

较佳地，前述生物污泥溶胞反应系统，其中该接触装置还包括一个设置于该第一导管中的动力单元，该动力单元包括一个设置于该第一导管并用于提供导流的动力的第二泵浦，及一个设置于该第二泵浦下游并用于朝向该接触空间注入该生物污泥的第二射流器。

较佳地，前述生物污泥溶胞反应系统，其中该接触装置还包括一个设置于该接触空间内的整流单元，使细化后的该生物污泥与注入的臭氧充分接触。

较佳地，前述生物污泥溶胞反应系统，其中该整流单元具有多个彼此间隔设置于该接触空间中的整流板，每一个整流板具有多个呈贯穿状的穿孔。

较佳地，前述生物污泥溶胞反应系统，其中该接触装置还包含一个设置于该第二导管中的泄压阀。

较佳地，前述生物污泥溶胞反应系统，其中该第二循环系统具有一条两端分别连通于该反应空间与该引流单元的第二循环管路、一个设置于该第二循环管路并用于提供导流的动力的第三泵浦、一个设置于该第三泵浦下游并用于将该生物污泥与臭氧一同注入该反应空间的第三射流器。

较佳地，前述生物污泥溶胞反应系统，其中该第二循环管路具有一个朝向该反应空间的注入口，该引流单元具有：至少一个第二导流板，呈底端朝下的锥状，且设置于该反应空间内并位于该注入口上方；一个内筒，设置于该第二导流板上方，并围绕出一个反应腔，该反应腔具有一个朝向该第二导流板的输入口，及一个位于该输入口的相反端的输出口；及一个外筒，环设于该内筒的外侧，并与该内筒的外周缘共同围绕出一个引流室，该引流室与该反应腔及该反应空间连通。

较佳地，前述生物污泥溶胞反应系统，其中该溶胞装置的第三本体具有一个设置于该反应空间内并位于该外筒外侧的分隔壁、至少一个形成于该分隔壁上的出流堰，及一条与该反应空间连通的出流管，该分隔壁将该反应空间分隔为一个位于该出流堰前端的再循环区，及 一个位于该出流堰后端并与该出流管连通的出流区。

较佳地，前述生物污泥溶胞反应系统，其中该生物污泥溶胞反应系统还包含一个连通于该受限空间与该引流室间的回气装置，该回气装置包括一个设置于该引流室上端的气液分离器、一条连通于该气液分离器与该第一射流器间的第一回气管，及一条连通于该气液分离器与该第三射流器间的第二回气管。

较佳地，前述生物污泥溶胞反应系统，其中该细化装置的第一本体具有一条连通于该受限空间与该第一回气管间的浮渣管，及一条与该受限空间连通并设置于顶端的排气管。

较佳地，前述生物污泥溶胞反应系统，其中该第一射流器具有一个连通于该第一循环管路的第一入流管部、一个与该第一入流管部及该第一回气管连通的第一内腔室，及一个与该第一内腔室连通的第一振荡腔，该第一振荡腔具有一个朝向该第一入流管部的第一入口，及一个相反于该第一入口的第一出口。

较佳地，前述生物污泥溶胞反应系统，其中该第三射流器具有一个连通于该第二循环管路的第三入流管部、一个与该第三入流管部及该第二回气管连通的第三内腔室，及一个与该第三内腔室连通的第三振荡腔，该第三振荡腔具有一个朝向该第三入流管部的第三入口，及一个相反于该第三入口的第三出口。

本发明的有益效果在于：以水力振荡冲击而细化后的该生物污泥，具有非常大的接触面积，而配合该溶胞装置中的引流单元，能使该生物污泥所含的微生物与通入的臭氧因水流引导而彻底进行反应，通过臭氧破坏所述的微生物的细胞壁，能有效使该生物污泥中所含的微生物细胞内的物质溶出，并借此减量该生物污泥。

附图说明

图1是一流程图，说明一现有的生物污泥处理方法；

图2是一配置图，说明本发明生物污泥溶胞反应系统的一实施例；

图3是一俯视图，说明该实施例的接触装置的一整流板；

图4是一示意图，说明该实施例的一第一射流器；

图5是一示意图，说明该实施例的一细化装置；及

图6是一示意图，说明该实施例的一溶胞装置。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明进行详细说明。

参阅图2，本发明生物污泥溶胞反应系统的实施例，适用于处理一含有微生物的生物污泥，并包含一细化装置2、一设置于该细化装置2下游的接触装置3、一设置于该接触装置3下游的溶胞装置4，及一连通于该细化装置2与该溶胞装置4间的回气装置5。

该细化装置2包括一围绕出一受限空间211的第一本体21、一连通于该受限空间211的第一循环系统22，及一设置于该受限空间211中的内循环单元23。其中，该第一循环系统22具有一条两端分别连通于该受限空间211的第一循环管路221、一连通于该第一循环管路221的进流管222、一设置于该第一循环管路221并用于提供循环动力的第一泵浦223，及一设置于该第一循环管路221中并用于朝向该内循环单元23注水的第一射流器224，而该第一循环管路221则具有一朝向该内循环单元23的出水口225。

参阅图2，该内循环单元23具有一设置于该受限空间211底部并围绕出一外循环腔239的环挡板231，及一设置于该外循环腔239中的第一导流板232。该第一导流板232围绕出一呈锥状且顶端及底端分别与该外循环腔239连通的内导流腔238，该出水口225位于该内导流腔238中，且朝向呈锥状的该内导流腔238顶端。

该接触装置3包括一围绕出一接触空间311的第二本体31、一连通于该受限空间211与该接触空间311间的第一导管32、一连接于该第一导管32并用于供给臭氧的供气管33、一连通于该接触空间311并设置于该接触空间311下游的第二导管34、一设置于该第一导管32中的动力单元35、一设置于该接触空间311内的整流单元36，及一设置于该第二导管34中的泄压阀37。该动力单元35包括一设置于该第一导管32并用于提供导流动力的第二泵浦351，及一设置于该第二泵浦351下游并用于朝向该接触空间311注入该生物污泥的第二射流器352。参阅图2与图3，该整流单元36具有多个彼此间隔设置于该接触空间311中的整流板361，每一整流板361具有多个呈贯穿状的穿孔360。

重新参阅图2，该溶胞装置4包括一围绕出一反应空间400的第 三本体41、一连通于该第二导管34与该反应空间400的第二循环系统42，及一设置于该反应空间400中的引流单元43。其中，该第二循环系统42具有一条两端分别连通于该反应空间400与该引流单元43的第二循环管路421、一设置于该第二循环管路421并用于提供导流动力的第三泵浦422、一设置于该第三泵浦422下游并用于将该生物污泥与臭氧的气液混合流体一同注入该反应空间400的第三射流器423，而该第二循环管路421具有一朝向该反应空间400的注入口424。

该引流单元43具有两个设置于该反应空间400内并位于该注入口424上方的第二导流板431、一设置于该第二导流板431上方并围绕出一反应腔401的内筒432，及一环设于该内筒432外侧，并与该内筒432外周缘共同围绕出一引流室402的外筒433。其中，每一第二导流板431是呈底端朝下的锥状，而该反应腔401具有一朝向该第二导流板431的输入口4011，及一位于该输入口4011的相反端的输出口4012，且该引流室402与该反应腔401及该反应空间400连通。为了配合该引流单元43的设计，该溶胞装置4的第三本体41具有一设置于该反应空间400内并位于该外筒433外侧的分隔壁411、至少一形成于该分隔壁411上的出流堰412，及一与该反应空间400连通的出流管413。该分隔壁411将该反应空间400分隔为一位于该出流堰412前端的再循环区4001，及一位于该出流堰412后端并与该出流管413连通的出流区4002。

该回气装置5包括一设置于该引流室402的上端的气液分离器50、一连通于该气液分离器50与该第一射流器224间的第一回气管51，及一连通于该气液分离器50与该第三射流器423间的第二回气管52。其中，为配合该回气装置5，该细化装置2的第一本体21具有一连通于该受限空间211与该第一回气管51间的浮渣管212，及一与该受限空间211连通并设置于顶端的排气管213。

参阅图2与图4，该回气装置5亦提供该第一射流器224与该第三射流器423运作时所需的气体。其中，该第一射流器224具有一连通于该第一循环管路221的第一入流管部2241、一与该第一入流管部2241及该第一回气管51连通的第一内腔室2242，及一与该第一内腔室2242连通的第一振荡腔2243。该第一振荡腔2243具有一朝向该第 一入流管部2241的第一入口2244，及一相反于该第一入口2244的第一出口2245。而该第三射流器423具有一连通于该第二循环管路421的第三入流管部4231、一与该第三入流管部4231及该第二回气管52连通的第三内腔室4232，及一与该第三内腔室4232连通的第三振荡腔4233，该第三振荡腔4233具有一朝向该第三入流管部4231的第三入口4234，及一相反于该第三入口4234的第三出口4235。

参阅图2与图5，以该实施例对该生物污泥进行处理时，是先利用该第一循环系统22的第一泵浦223，将自该进流管222输入的含有生物污泥的液体引入该第一循环管路221，再通过该第一射流器224朝向该内循环单元23而注入该受限空间211。配合参阅图4，其中，该第一射流器224是通过自该第一入流管部2241所输入的液体，以及该第一回气管51输入的气体，先行在该第一内腔室2242中混合后，再自该第一入口2244引入该第一振荡腔2243而产生脉冲振荡，最后再由该第一出口2245输入，以朝向该受限空间211注入脉冲式的射流。接着，当该第一射流器224将水以及该生物污泥朝向该内循环单元23的第一导流板232注入时，由于该第一导流板232围绕出一呈锥状且顶端及底端分别与该外循环腔239连通的内导流腔238，因该内导流腔238的引导，自该内导流腔238底端往该顶端的方向流动的液体流速会越来越快，并且以相对较快的流速流入该外循环腔239。另外，由于该外循环腔239是呈一顶端形成于该第一本体21底部且底端朝上的锥状，故液体流入该外循环腔239后，除了会因流速落差而产生水循环，也会渐渐自该内导流腔238的底端再次流入该内导流腔238，或者自该外循环腔239的底端流入该受限空间211，以产生各种方向多变的水循环，借此产生水力振荡，击散该生物污泥中易凝聚的絮状菌胶团，有效使该生物污泥细化，以增加该生物污泥的接触面积。

要特别说明的是，由于该生物污泥的重量百分浓度通常为1％至3％，在该受限空间211中配合该生物污泥而注入的水量，经过实际操作而评估，较佳是使该生物污泥的重量百分浓度下降至1％至1.5％，使该生物污泥所含的微生物聚集而形成的菌胶团，较容易在该受限空间211中因受循环水力振荡冲击而细化。

经过该细化装置2处理后的该生物污泥，是由该动力单元35的第二泵浦351提供动力，经过该第一导管32并通过该第二射流器352注入该接触空间311。在该生物污泥由该第二射流器352注入该接触空间311的同时，与该第二射流器352连通的该供气管33，同时也提供臭氧，使该生物污泥与臭氧一同注入该接触空间311中。注入该接触空间311中的该生物污泥与臭氧，会因液面渐渐上升，依序由下而上通过该等整流板361的该等穿孔360，通过该等穿孔360进行聚散整流而能充分的混合与接触。而在该生物污泥与臭氧的混合流体的液面上升的过程中，经过该细化装置2进行细化处理后的生物污泥，由于具有较大的接触面积，故会在该接触空间311内与注入的臭氧均匀且充分地接触，并进行初步反应。其中，该生物污泥中所含的微生物与臭氧进行初步反应时，由于臭氧在氧化还原反应中属于强氧化剂，故会先行腐蚀所述的微生物的细胞壁。而在该接触空间311中与臭氧接触并且进行初步反应的生物污泥，会继续经由该第二导管34而输送至下游。

要特别说明的是，自该供气管33导入的臭氧的重量，是配合该生物污泥的干基重量，经过实际操作并且评估计算，每1克该生物污泥的干基重量，是配合引入0.06至0.13克的臭氧，能达成较佳的处理效果。而该接触装置3的泄压阀37，则用于维持该接触装置3中一定的工作压力。

参阅图2与图6，自该第二导管34输入该第二循环系统42的生物污泥以及臭氧的气液混合流体，是由该第二循环系统42的第三泵浦422提供动力，并由该第三射流器423注入该反应空间400。配合参阅图4，其中，如同该第一射流器224的运作，该第三射流器423同样通过该第三入流管部4231输入的液体，及自该第二回气管52输入的气体，在该第三内腔室4232进行混合后，在该第三振荡腔4233产生脉冲式的振荡，再自该第三出口4235注入该反应空间400。注入该反应空间400的生物污泥以及臭氧，首先会经过该等第二导流板431，而该等第二导流板431是分别呈底端朝下的锥状，故配合该第三射流器423自单方向将流体注入该反应空间400的设计，会引导流体在流经每一第二导流板431时呈一螺旋涡流而向上流动，通过所述 的螺旋涡流的搅动，能使生物污泥与臭氧接着进行进一步接触而反应。接着，该生物污泥与臭氧是自该反应腔401的输入口4011而输入该反应腔401，输入该反应腔401的生物污泥与臭氧，会持续进行反应并且自该反应腔401的输出口4012溢流至该引流室402。其中，该生物污泥中所含的微生物彻底和臭氧反应时，臭氧则确实破坏所述的微生物的细胞壁，使所述的微生物发生通透性畸变，并溶出细胞内的物质。所述的微生物细胞内的物质溶出后，即会溶于水中而占据较少的固体体积，故能借此处理方式而使该生物污泥减量。进入该引流室402的生物污泥与臭氧，比重较重的部分，也就是尚未反应完全的部分，会留在该反应空间400的再循环区4001，由所述的螺旋涡流带动而再次引入该反应腔401中；而其余比重较轻而向上流动而未被引入该反应腔401的部分，也就是已反应完全的部分，则会自该分隔壁411上所形成的出流堰412流入该反应空间400的出流区4002，并且自该出流管413排出。

为了完整利用自该供气管33输入的臭氧，设置于该引流室402上端的气液分离器50，能在该生物污泥与臭氧混合的流体通过该引流室402时，将其中的臭氧分离并引入该第一回气管51及该第二回气管52。其中，引入该第二回气管52的臭氧会重新由该第三射流器423注入该反应空间400，使回收的臭氧在该反应空间400中继续与该生物污泥中所含的微生物反应，并协助该第三射流器423的运作。而引入该第一回气管51的臭氧，则是重新由该第一射流器224注入该第一本体21所围绕出的该受限空间211，使生物污泥在进行细化的同时则与回收的臭氧进行初步反应，也协助该第一射流器224的运作，借此达成充分利用臭氧的功效，并使该生物污泥中的微生物能彻底与臭氧反应，彻底使该生物污泥所含的微生物的细胞壁破裂，并溶出细胞内的物质。

另外，为了配合该回气装置5的运作，该第一本体21设置有一浮渣管212及一排气管213，当该受限空间211中的液面较高而使该生物污泥进入该浮渣管212时，能经由该浮渣管212的引导，并通过与该第一射流器224连通的该第一回气管51，自该第一射流器224注回该受限空间211中，继续利用水循环而进行细化，或者经由该第 一导管32输送至该接触装置3进行后续处理。而在该受限空间211中的气体，则会因密度较小而浮于液体的液面的上方，并经由设置于顶端的该排气管213而排出。

由该出流管413排出的该生物污泥，已经过该实施例的处理而减量，并且消灭其中所含的微生物。后续的处理方面，较佳是以一压滤机(图未绘示)对该生物污泥进行加压过滤处理。而由于该压滤机以及该压滤机的运作方式，为相关领域常用的设备以及技术，故于此不再多加叙述。经由该压滤机的处理作业，能分离该生物污泥的水分，此时，已溶解死亡的微生物残余物会随着水分而被滤除。接着，减量后的该生物污泥，则以加压方式处理为一污泥饼，使水含量低于70％，以利于后续的利用、储放，或者销毁作业。当该生物污泥经由该压滤机的处理而形成所述的污泥饼后，由于该生物污泥含有可供后续利用的成分，只要视前端产业的类型而评估该污泥饼的成分，更能将该污泥饼回收而再利用，以落实废弃物处理再利用的环保理念。例如若是该污泥饼富含钙、镁，或铝等等的矿物质成分，则能将该污泥饼烧结而当作建筑用材使用。而若是该污泥饼富含氮、磷，或钾等等的矿物质成分，由于该生物污泥中的微生物已被消灭，故能在不影响环境的情况下，将该污泥饼当作肥料使用。