一种水力空化减泥机及其污水处理方法与流程

本发明涉及一种应用于污水处理系统中的水力空化减泥机及其污水处理方法，属于城镇污水、工业有机废水以及污泥处理技术领域。

背景技术：

目前城镇污水、工业有机废水在采用生化方法处理的过程中都会产生大量的剩余污泥。就一般情况而言，每处理10000m³污水，处理过程会产生含水率80%的泥饼约5-10吨。这种污泥种含有病源体、重金属和持久性有机物等有害物质。污泥大多数自然堆放，尚未得到妥善处置。

目前国内外主要的污泥处理技术有：焚烧、填埋、厌氧消化、好氧发酵、热干化石灰稳定、污泥热解、水热处理等方法。均属于污泥产生后对其再进行的末端处理技术。而这些处理方式都会带来巨大的设备投资和高昂的运行费用，同时，还会产生二次污染以及生态安全风险。我国平均每天产生80%的泥饼约50万吨以上。由于这种污泥运输、储存、处理处置成本昂贵，目前又无经济有效的处理处置方法，从而导致了这种污泥通过堆肥、焚烧、热解处理的数量不足5%,绝大部分仍然自然堆存或无序抛撒，对环境造成巨大危害。因此需要一种减少污泥产量的装备，尤其是在污水处理过程中就可减少污泥产量，实现源头减排，进行清洁生产迫在眉睫，十分必要。

专利号为201310378632.7，专利名称为“一种采用超临界溶气空化设备及其强化污泥减量的方法”公开的空化设备的工作原理是：在污泥高速流过收缩喷管时，从空气吸入管引射空气进入溶气空化腔中与污泥混合后依次进入一次扩散管及二次扩散管，然后从空化喷嘴喷入氧化反应釜中，最后经溶气空化处理后的污泥从污泥输出管排出。该空化设备能够产生两级空化并对污泥混合液进行处理，但在使用中存在以下不足之处：污泥混合液一次性通过该设备时，因过流时间短，两次空化对较大的污泥絮体及其他有机物的破解作用不够充分，为此实际使用时就需要增加该设备的数量，这就造成设备投资增加，能耗升高，且使设备占地面积增大。为此，亟需一种既能进一步提高空化效率，又能节省用电及维护成本、节省占地使用面积的空化设备。

技术实现要素：

本发明目的是提供一种空化效率高，用电及维护成本低、占地面积小的水力空化减泥机及其污水处理方法。

为了实现上述目的，本发明提供了一种水力空化减泥机，其特征在于包括相互串接在一起的至少两级空化装置；

第一级空化装置包括置于一级空化腔内的第一空化器以及正对所述第一空化器出口的粉碎挡板；

第二级空化装置包括顺序连接的第二空化器、射流约束体和二级扩散管，所述射流约束体位于溶气腔内，所述溶气腔设置有溶气调节机构；

含有污泥的待处理混合液进入所述第一空化器后形成高速射流撞击在所述粉碎挡板上，使混合液中的大颗粒污泥絮体破碎，然后进入所述第二空化器，混合液在所述第二空化器内产生溶气空化后再经所述二级扩散管处理后排出。

还包括第三级空化装置和第四级空化装置；所述第二级空化装置、第三级空化装置和第四级空化装置从上到下竖直配置；所述第一级空化装置水平布置且位于所述第二级空化装置的上方；

所述第一级空化装置通过第一支撑封板与所述第二级空化装置连接；所述第二级空化装置通过第二支撑封板与所述第三级空化装置连接；所述第三级空化装置通过第三支撑封板与所述第四级空化装置连接；

含有污泥的待处理混合液经所述第一级空化装置和第二级空化装置的两级空化处理后依次进入下游的所述第三级空化装置内的第三空化器和第四级空化装置内第四空化器进行三级和四级空化处理，最后经出水管排出。

所述第一空化器为第一收缩喷管，该第一收缩喷管水平安装在所述第一级空化装置的壳体上，其出口端伸入由所述第一级空化装置壳体和所述第一支撑封板围成的所述一级空化腔，所述粉碎挡板为与所述第一收缩喷管出口的喷射角适配的弧形粉碎挡板，竖直固定在所述第一支撑封板的后侧。

所述第二空化器为竖直向下设置的第二收缩喷管，所述第二空化器位于加热腔中，所述加热腔由所述第二收缩喷管外壁面、所述第一支撑封板、所述第二级空化装置外壳和第一支撑板包尾而成，所述加热腔的壁面设置有加热圈。

所述加热圈为不锈钢云母加热圈，所述加热腔的壁面设置有隔热板。

所述溶气腔由第一支撑板、第二支撑板和连接两支撑板的竖壁包围而成；所述溶气调节机构包括与所述溶气腔连通的进气管以及安装在所述进气管上的空气流量计和调气阀。

所述第二空化器的出口伸入所述溶气腔中，所述第二空化器的出口处还设置有用于产生涡流空化并保持射流流畅的射流约束体，所述射流约束体的出口与所述二级扩散管的入口对接。

所述第三空化器为竖直向下设置的第三收缩喷管；所述第四空化器为竖直向下设置的第四收缩喷管，该第四收缩喷管上还设置有多个空化喷嘴。

本发明还公开了一种所述的水力空化减泥机的污水处理方法，其特征在于包括如下步骤：

A. 由无堵塞排污泵提供一定流量和压力的污泥混合液进入第一空化器后产生高速射流撞击在与所述第一空化器正对的粉碎挡板上，使污水混合液中的大颗粒污泥絮体破碎，导致一级空化腔内的混合液压力进一步增大；

B. 经一级空化后的污水混合液进入第二空化器，在第二级空化装置内的溶气腔及射流约束体的共同作用下产生溶气空化；

C. 二级空化后的污水混合液通过二级扩散管进入下游的空化装置处理后排出。

污水混合液经过两级空化处理后，还要经过第三级空化装置和第四级空化装置的空化步骤，使污泥絮体破碎化并使其中的难降解有机物直接分解成C0₂、H₂0，难降解有机物大分子链断裂为小分子链，然后被氧化成脂肪酸，从而提高污水有机物的可生化性。

与现有技术相比，本发明空化效率更高，维护成本低、占地面积小。

附图说明

图1是本发明水力空化减泥机的结构示意图；

图2是本发明水力空化减泥机与回流及剩余污泥池连接的系统图；

图3是本发明水力空化减泥机与生化反应池连接的系统图；

图4是本发明水力空化减泥机与污泥均质池连接的系统图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明水力空化减泥机，包括相互串接在一起的至少两级空化装置。

如图1所示，所述第一级空化装置100包括一级空化腔101，置于一级空化腔101内的第一空化器103，以及设置于一级空化腔101内并正对第一空化器103出口的粉碎挡板102。所述第一空化器103具体为第一收缩喷管，该第一收缩喷管水平安装在所述第一级空化装置100的壳体上，其出口端伸入由所述第一级空化装置100壳体和第一支撑封板104围成的一级空化腔101内。所述粉碎挡板102竖直固定在所述第一支撑封板104的后侧。优选的，所述粉碎挡板102为弧形粉碎挡板，该弧形粉碎挡板与所述第一收缩喷管出口的喷射角适配。当含有污泥的混合液进入第一空化器103后产生高速射流并撞击粉碎挡板102，通过撞击粉碎挡板102，使混合物中的污泥絮体先被破坏，便于后续空化能对污泥细胞进行充分作用，以提高空化对污泥细胞的破壁效率，强化一级空化效应。

第二级空化装置20包括顺序连接的第二空化器21、射流约束体25和二级扩散管26。所述射流约束体25位于溶气腔23内，所述溶气腔23设置有溶气调节机构。所述第二空化器21为竖直向下设置的第二收缩喷管。为了增强空化效率，优选地，所述第二空化器21可以设置位于加热腔22中，所述第二收缩喷管外壁面、第一支撑封板104、第二级空化装置20外壳和第一支撑板223包尾形成所述加热腔22，所述加热腔22的壁面设置有加热圈221。优选地，所述加热圈221为不锈钢云母加热圈。通过加热圈221可以满足当地水温工况对空化器的要求进而增强空化效率。所述加热腔22的壁面设置有隔热板222。所述加热腔22为可选择装置，在没有设置加热腔22时也能够实现空化效果，但是增加加热腔22后，能提高空化的效率。所述二级扩散管26与第二级空化装置20外壳之间还设置有第二支撑板24，所述第一支撑板223与所述第二支撑板24以及连接两支撑板的竖壁包围形成所述溶气腔23。所述溶气调节机构用于满足第二级空化装置20中射流溶气空化对于进气量的要求，具体包括与所述溶气腔23连通的进气管273，安装在所述进气管273上的空气流量计272以及设置在进气管273入口处的调气阀271。所述第二空化器20的出口伸入所述溶气腔23中，所述第二空化器20的出口处还设置有射流约束体25，用于使射流流畅并产生涡流空化。所述射流约束体25的竖切面大致呈“V”型。所述射流约束体25出口与所述二级扩散管26的入口对接。

含有污泥的待处理混合液进入所述第一空化器103后形成高速射流撞击在所述粉碎挡板102上，使混合液中的大颗粒污泥絮体破碎，然后进入所述第二空化器21，混合液在所述第二空化器21内产生溶气空化，二级空化的混合液再经所述二级扩散管26进入下游空化装置处理后排出。

如图1所示，本发明还包括第三级空化装置30和第四级空化装置40。所述三级空化装置30包括第三空化器32以及与其连接的三级扩散管33。所述第三空化器32具体为竖直向下设置的第三收缩喷管。所述四级空化装置40包括第四空化器42。第四空化器42具体为竖直向下设置的第四收缩喷管，该第四收缩喷管上还设置有多个空化喷嘴。第四空化器42向下伸入第四空化腔43中。所述四级空化装置40底部还设置有出水管45以及泄水阀44。

第二级空化装置20、第三级空化装置30和第四级空化装置40从上到下竖直配置；第一级空化装置100水平布置且位于所述第二级空化装置20的上方。

第一级空化装置100通过第一支撑封板104与所述第二级空化装置20连接；所述第二级空化装置20通过第二支撑封板31与所述第三级空化装置30连接；所述第三级空化装置30通过第三支撑封板41与所述第四级空化装置40连接。

含有污泥的待处理混合液经所述第一级空化装置100和第二级空化装置20的两级空化处理后依次进入所述第三级空化装置30内的第三空化器32和第四级空化装置40内第四空化器42进行三级和四级空化处理，最后经出水管45排出。

本发明水力空化减泥机底部还设置有支座46。

本发明水力空化减泥机的污水处理方法，包括如下步骤：

A. 由无堵塞排污泵提供一定流量和压力的污泥混合液进入第一空化器103后产生高速射流撞击在与所述第一空化器103正对的粉碎挡板102上，使污水混合液中的大颗粒污泥絮体破碎，导致一级空化腔101内的混合液压力进一步增大。强化了一级空化效应。

B. 经一级空化后的污水混合液进入第二空化器21，在第二级空化装置20内的溶气腔23及射流约束体25的共同作用下产生溶气空化。

C. 二级空化后的污水混合液通过二级扩散管26进入下游的空化装置处理后排出。

所述步骤B优选为：经一级空化后的污水混合液进入第二空化器21，在第二级空化装置20内的加热圈221、溶气腔23及射流约束体25的共同作用下产生溶气空化。

污水混合液经过两级空化处理后，还要经过第三级空化装置30和第四级空化装置40的空化步骤。经过上述四级空化的连续作用，强化了空化效应，使污泥絮体破碎化并使其中的难降解有机物直接分解成C0₂、H₂0，难降解有机物大分子链断裂为小分子链，然后被氧化成脂肪酸，从而提高污水有机物的可生化性。为后续生化反应创造有利条件，使有机物通过生化作用更易分解而减少，实现了有机污泥减量化。污水厂使用该方法后，污泥产出量可减少60～70％。

可以理解，本发明的水力空化减泥机可以仅由第一级空化装置和第二级空化装置连接而成，也可根据实际需要的空化效果，增加空化装置的数量以提高空化效率，例如由五级空化装置连接而成。具体的空化装置数量根据实际的空化效果具体设定。

应用实施例一：本发明的水力空化减泥机与回流及剩余污泥池连接的系统简图如图2所示。通过管道将生化反应池7、二次沉淀池8、回流及剩余污泥池5、剩余污泥泵9、污泥均质池10和污泥脱水机11依次连接在一起构成污水污泥处理系统。无堵塞排污泵1的吸入管路13连接回流及剩余污泥池5，无堵塞排污泵1的提升加压管路2连接本发明水力空化减泥机3，水力空化减泥机3的输出管路4连接回流及剩余污泥池5，回流及剩余污泥池5采用回流污泥输送管路14经回流污泥提升泵6连接生化反应池7的污水进口管道。无堵塞排污泵1的吸入管路13连接回流及剩余污泥池5时，无堵塞排污泵1把回流及剩余污泥池5容积的50-80%的污泥量，提送至水力空化减泥机3中进行空化处理，将空化处理后80-100%的改性剩余污泥量通过剩余污泥泵9泵入污泥均质池10后，由污泥脱水机11进行脱水处理。

应用实施例二：本发明的水力空化减泥机与生化反应池连接的系统简图，如图3所示。通过管道将生化反应池7、二次沉淀池8、回流及剩余污泥池5、剩余污泥泵9、污泥均质池10和污泥脱水机11依次连接在一起构成污水污泥处理系统，无堵塞排污泵1的吸入管路13连接生化反应池7，无堵塞排污泵1的提升加压管路2连接本发明水力空化减泥机3，水力空化减泥机3的输出管路4连接生化反应池7，回流及剩余污泥池5采用回流污泥输送管路14经回流污泥提升泵6连接生化反应池7的污水进口管道。无堵塞排污泵1的吸入管路13连接生化反应池7时，无堵塞排污泵1把生化反应池7容积的80-100%的污水量，提送至水力空化减泥机3中进行空化处理，处理后的污水经二次沉淀池8沉淀后清水排放，将二次沉淀池8底沉淀压缩的回流及剩余污泥池容积30%-100%的污泥量的回流返送至生化反应池7,0-70%的剩余污泥送至污泥脱水机11处理。

应用实施例三：本发明的水力空化减泥机与污泥均质池连接的系统简图，如图4所示。通过管道将生化反应池7、二次沉淀池8、回流及剩余污泥池5、剩余污泥泵9、污泥均质池10和污泥脱水机11依次连接在一起构成污水污泥处理系统。无堵塞排污泵1的吸入管路13连接污泥均质池10，无堵塞排污泵1的提升加压管路2连接本发明水力空化减泥机3，水力空化减泥机3的输出管路4连接污泥均质池10，回流及剩余污泥池5采用回流污泥输送管路14经回流污泥提升泵6连接生化反应池7的污水进口管道。无堵塞排污泵1的吸入管路13连接污泥均质池10时，无堵塞排污泵1把污泥均质池10容积100%的污泥量，提送至水力空化减泥机3中进行空化处理，一部分被处理污泥经溢流管道15溢流至生化反应池7进行再次生化处理，其余被处理污泥由污泥脱水机11处理。

实验证明，污水处理厂采用本发明水力空化减泥机后，污泥产出量减少了60-70%。

本发明水力空化减泥机为综合水力空化实用设备。工作原理如下：由无堵塞排污泵提供一定流量和压力的污泥混合液进入本发明水力空化减泥机中，产生四级空化的连续作用，强化了对污泥的处理程度。无堵塞排污泵使污泥混合液高速进入一级空化器，在一级空化器空化作用及一级空化器出口高速水流撞击弧形粉碎挡板的综合作用下实现对污泥混合液的第一次预处理，以达到大颗粒污泥絮体破碎化，并为第二级空化效应提供足够的压力及流量配比。接下来连续的三级空化对一级空化预处理过的泥水进行更充分地处理，以此提高减泥机对泥水的一次性通过处理效率。

上述四级空化效应的耦合作用，使污泥水中的有机物质得到充分的氧化分解。同时空化产生时伴随强烈的冲击波的微射流，并以每秒数万次连续作用发生着，带来高效机械切碎效应，并产生具有高化学活性的自由基-OH，随后与溶液中有机污染物发生氧化反应，将混合液中有机污染物氧化分解成为低分子量物质，冲击波和高速微射流在混合液中产生的强大水力剪切力，对污泥结构进行有效破坏，使大分子主链上的碳键断裂，转变为短链底分子有机物，使细胞内溶质流出，并进一步被分解掉。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。