專利名稱：一種污泥自熱高溫好氧消化固液自動分離系統(tǒng)及其方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種利用井式污泥好氧消化反應(yīng)裝置對城市污泥進(jìn)行好氧消化并對 產(chǎn)物進(jìn)行自動分離濃縮的系統(tǒng)及其方法，尤其涉及一種井式內(nèi)循環(huán)污泥好氧消化反
應(yīng)裝置。
背景技術(shù)：
城市污泥是對城市污水進(jìn)行生物處理過程中產(chǎn)生的副產(chǎn)品。微生物利用污水中 有機(jī)物作為底物進(jìn)行新陳代謝，并自我增殖產(chǎn)生的多余菌體以及通過物化作用(如 沉淀，絮凝)使污水中懸浮性物質(zhì)分離產(chǎn)生的固體組成了城市污泥。定性地說，城 市污泥是由機(jī)殘片、細(xì)菌菌體、無機(jī)顆粒、膠體等組成的極其復(fù)雜的非均質(zhì)體。就 我國的城市污泥性質(zhì)而言，污泥中有機(jī)物含量平均達(dá)到65%，并含有大量的N、 P等 營養(yǎng)物質(zhì)(其中N含量1. 5% 7. 0%， P含量0, 8% 3%)。
城市污泥在進(jìn)行最后處置之前，需對其進(jìn)行消化處理。消化處理的要求包括以 下三個方面
1、 穩(wěn)定化處理對污泥中有機(jī)物達(dá)到40%以上的去除率；
2、 減量化處理；減少污泥組分中水的比例，縮小污泥的體積；
3、 無害化處理殺滅污泥中的病原體達(dá)到"未能檢測"程度。 污泥好氧消化處理原理是在缺少環(huán)境有機(jī)底物情況下，微生物產(chǎn)生內(nèi)源呼吸作
用，利用氧氣對自身進(jìn)行氧化分解，同時釋放熱量。
ATAD (自動升溫高溫好氧消化工藝)是污泥好氧消化的典型工藝，具有使污泥 穩(wěn)定化、無害化的處理效果。含固率為4 6%的原污泥通過進(jìn)泥管道被引入污泥好氧 消化反應(yīng)裝置反應(yīng)區(qū)內(nèi)。含氧的氣體，通常是空氣，被輸送至位于污泥好氧消化反 應(yīng)裝置底部的曝氣系統(tǒng)。曝氣系統(tǒng)對輸入的管道氣體進(jìn)行切割，形成條形小氣泡從 而增大氧氣向污泥傳導(dǎo)的效率，污泥好氧消化反應(yīng)裝置內(nèi)攪拌器對原污泥進(jìn)行攪拌增強(qiáng)其傳質(zhì)作用并減少污泥好氧消化反應(yīng)裝置內(nèi)流態(tài)"死角"的產(chǎn)生。在污泥好氧 消化反應(yīng)裝置反應(yīng)區(qū)內(nèi)，微生物利用溶解性的氧氣為電子供體，利用自身有機(jī)質(zhì)為 碳源進(jìn)行自身氧化分解的生化反應(yīng)，完成對原污泥的消化并同時產(chǎn)生熱量。氧化分 解的產(chǎn)物是C02、 H20、 NH4+,原污泥中未能生物降解部分構(gòu)成了消化后污泥。工藝?yán)?用產(chǎn)生的熱量(熱量不足時，需通過污泥好氧消化反應(yīng)裝置內(nèi)換熱裝置補(bǔ)充)完成 對污泥的升溫，并基于巴氏消毒法原理對污泥中病原體進(jìn)行殺滅。
在傳統(tǒng)的ATAD系統(tǒng)中， 一般具有2~3個生物消化污泥好氧消化反應(yīng)裝置，它們 彼此串聯(lián)為一個多級好氧消化系統(tǒng)。進(jìn)料污泥為經(jīng)過預(yù)濃縮的原污泥(一般含固率 為3% 6%)，進(jìn)、出料方式為間歇式。污泥好氧消化反應(yīng)裝置中典型的曝氣設(shè)備為葉 輪式和文丘里曝氣攪拌器。污泥好氧消化反應(yīng)裝置外壁一般包裹保溫隔熱材料用以 對污泥好氧消化反應(yīng)裝置保溫。
ATAD設(shè)置多級好氧消化的工藝思想是將污泥消化功能分離。以應(yīng)用較為廣泛的 2級ATAD工藝為例，在第一污泥好氧消化反應(yīng)裝置中主要完成污泥中有機(jī)物的降解 并釋放熱量對污泥完成主要升溫；第二污泥好氧消化反應(yīng)裝置利用污泥中殘余有機(jī) 物繼續(xù)降解所釋放的熱量，來進(jìn)一步提升污泥溫度，并提供足夠的污泥停留時間， 依據(jù)巴氏消毒原理對污泥進(jìn)行病原體殺滅得到A級生物固體。
含固率為4% 6%的原污泥通過進(jìn)泥管道間歇地被引入第一個污泥好氧消化反應(yīng) 裝置內(nèi)，對污泥好氧消化反應(yīng)裝置進(jìn)行曝氣。進(jìn)料污泥的溫度一般為1(T2(TC，進(jìn) 料中的微生物包括低溫消化菌與中溫消化菌。在起初的生物氧化階段，污泥中的有 機(jī)物被中溫消化菌氧化分解，同時釋放熱量對污泥加熱至約45'C，此時高溫消化菌 成為優(yōu)勢菌體。高溫消化菌隨即對污泥中有機(jī)物進(jìn)行快速降解，并利用降解過程中 產(chǎn)生的熱量將污泥溫度提升至45~50°C。至此，在第一污泥好氧消化反應(yīng)裝置內(nèi)的 生物降解過程(稱之為第一反應(yīng)過程)完成，這個過程有機(jī)物去除率占系統(tǒng)總?cè)コ?率的70%以上；第一污泥好氧消化反應(yīng)裝置的主要功能是完成對污泥中有機(jī)物的大 量去除，并利用有機(jī)物降解過程的發(fā)熱對污泥升溫至高溫消化條件。
第一污泥好氧消化反應(yīng)裝置內(nèi)污泥同樣間歇地進(jìn)入第二污泥好氧消化反應(yīng)裝 置。以污泥停留時間IO天為例曝氣每天停止l個小時，在停止曝氣時間內(nèi)，先將 第二污泥好氧消化反應(yīng)裝置內(nèi)1/10容積的污泥排除系統(tǒng)，隨后，第一污泥好氧消化 反應(yīng)裝置內(nèi)1/10容積的污泥輸送至第二污泥好氧消化反應(yīng)裝置，并同時向第一污泥 好氧消化反應(yīng)裝置輸送等量的待消化原污泥。在第二污泥好氧消化反應(yīng)裝置內(nèi)以高溫消化菌為優(yōu)勢菌群，高溫消化菌對有機(jī) 物進(jìn)行快速降解并釋放熱量。污泥中的殘余有機(jī)物被進(jìn)一步降解，伴隨此過程所釋 放的熱量通過攪拌傳熱對系統(tǒng)加熱，使整個污泥好氧消化反應(yīng)裝置內(nèi)的溫度達(dá)到60 'C。第二污泥好氧消化反應(yīng)裝置為污泥中病原體的殺滅提供足夠的停留時間，并且 在出泥口設(shè)置熱交換裝置回收部分熱量對進(jìn)料污泥進(jìn)行加熱。
第二污泥好氧消化反應(yīng)裝置的功能是為高溫滅菌提供足夠的溫度以及相應(yīng)的 污泥停留時間，并對污泥中有機(jī)物進(jìn)行進(jìn)一步降解。
在此出現(xiàn)的術(shù)語進(jìn)行解釋如下 "消化"是指對污泥中有機(jī)物進(jìn)行分解，將結(jié)構(gòu)復(fù)雜的有機(jī)物轉(zhuǎn)換成C02和
貼；
"原污泥"是指未經(jīng)消化反應(yīng)的城市污泥，它是一種固/混合物，固體成分包 括各種形式的有機(jī)物，無機(jī)質(zhì)，細(xì)菌殘體，膠體，液體部分是水； "含固率"是指污泥混合物中固體成分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)；
"低溫、中溫、高溫消化菌" 是根據(jù)微生物生存所適應(yīng)的環(huán)境溫度條件劃分的微生物種類，其低溫、中溫、
高溫消化菌所對應(yīng)的運行溫度分別為10°C~20°C、 2(TC 45。C、 45tT6(TC。由于高 溫消化菌對有機(jī)物的降解速率快，并且產(chǎn)生大量的釋放熱，所以污泥消化工藝應(yīng)盡 可能的在高溫消化狀態(tài)下進(jìn)行。
完成消化后污泥從出泥管道排出。在進(jìn)行后續(xù)機(jī)械脫水之前，需要進(jìn)行固/液分 離。分離一般在獨立的固/液分離器中進(jìn)行，ATAD使用沉淀池在投加定量混凝劑情 況下，依靠污泥的重力作用完成污泥的沉淀分離。
在ATAD中，污泥停留主要是為了滿足有機(jī)物生物降解的時間需要。也意味著在 ATAD的設(shè)計中，污泥停留時間由生物反應(yīng)的速率決定。
ATAD消化工藝中不足
* ATAD工藝曝氣方式下，氧氣利用率(0TE)為10% 15%，意味著工藝中需要 供給微生物攝氧量6 10倍的氧氣，多余的剩余氣體排放。大量供給的剩余氣體 不僅浪費了能耗而且?guī)ё吡藷崃?，影響系統(tǒng)的熱平衡。工藝通常為了維持熱平 衡而降低曝氣速率，使污泥消化在"微好氧"條件下進(jìn)行(通常系統(tǒng)利用外加 熱能保證熱平衡)。較低的曝氣速率致使生化反應(yīng)速率降低，污泥所需消化時間 增大(ATAD達(dá)到有機(jī)物去除40%需要的生物氧化時間為8~12d)， 8 12d的SRT意味著生物污泥好氧消化反應(yīng)裝置的體積為日處理污泥體積的8 12倍；
* ATAD利用機(jī)械攪拌方式對污泥進(jìn)行攪拌，使污泥處于懸浮狀態(tài)。ATAD中機(jī) 械攪拌的方法只是促進(jìn)了污泥與氧氣的傳質(zhì)，而并沒有對高溫消化菌進(jìn)行有效 回流，這就直接造成了在第一污泥好氧消化反應(yīng)裝置內(nèi)，必須先經(jīng)過中溫消化 來對有機(jī)物進(jìn)行緩慢地降解，并對系統(tǒng)緩慢地升溫；
ATAD污泥產(chǎn)物中N以NH/形式存在，而且污泥產(chǎn)物中含有大量蛋白質(zhì)、脂肪 類，單價陽離子和高分子聚合物的存在對混凝的吸附架橋作用帶來不利影響， 影響了污泥產(chǎn)物的脫水性能；
*以沉淀池形式的固/液分離方式，得到的濃縮污泥含固率只有大約6%。 對改良型工藝需要改進(jìn)的方面是
1、 提高氧氣的利用率，減少空氣的需求量；
2、 改良高溫消化菌的回流系統(tǒng)，將系統(tǒng)總體控制在高溫消化狀態(tài)，提高生 物降解速率；
3、 消除NH/的影響，提高蛋白質(zhì)，脂肪類的去除效率，而提高污泥產(chǎn)物的 脫水性能；
4、 增強(qiáng)固/液分離的效果，增大濃縮污泥含固率。

發(fā)明內(nèi)容
針對上述問題，本發(fā)明提供一種在獲得符合美國EPA中A級生物固體污泥的條 件下實現(xiàn)提高污泥生物氧化的速率，節(jié)省動力的消耗，以及減少污泥體積的污泥自 熱高溫好氧消化固液自動分離系統(tǒng)及其方法。
本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案為
一種污泥自熱高溫好氧消化固液自動分離系統(tǒng)，其包括污泥進(jìn)泥裝置、污泥好 氧消化反應(yīng)裝置和固液兩相流分離及固體濃縮裝置，所述污泥進(jìn)泥裝置出泥口連接 所述污泥好氧消化反應(yīng)裝置進(jìn)泥口，所述污泥好氧消化反應(yīng)裝置出泥口連接所述固 液兩相流分離及固體濃縮裝置進(jìn)泥口，所述污泥好氧消化反應(yīng)裝置包括一個潛置于 地下的鋼筒， 一個置于鋼筒頂端地上的頂部脫氣池，
所述污泥好氧消化反應(yīng)裝置包括有內(nèi)循環(huán)區(qū)、全混式混合區(qū)以及高溫滅菌區(qū)三
個水力分離的獨立功能區(qū)，分別對污泥的消化處理和病毒殺滅實施單元操作；
鋼筒上部以及頂部脫氣池構(gòu)成內(nèi)循環(huán)區(qū)，內(nèi)循環(huán)區(qū)包括一個直徑小于主體鋼筒的中心套筒并被安裝在主體鋼筒的上部，中心套筒與主體鋼筒壁形成一個環(huán)形空間， 中心套筒與環(huán)形空間在它們的上部和下部分別通過頂部脫氣池和污泥好氧消化反應(yīng) 裝置空間連接，組成一個完整的循環(huán)回路，中心套筒是污泥的下降區(qū)，環(huán)形空間是 污泥的上升區(qū)；
污泥好氧消化反應(yīng)裝置進(jìn)泥口設(shè)置在環(huán)形套筒中，進(jìn)泥管為環(huán)狀穿孔管，所述 環(huán)狀穿孔管連接有空氣輸送管，在中心套筒下安裝第一級高壓空氣水下均流布?xì)庋b
置；
全混式混合區(qū)位于內(nèi)循環(huán)區(qū)以下，全混式混合區(qū)底部設(shè)置有與第二級高壓空氣 水下均流布?xì)庋b置為全混式混合區(qū)供氣，全混式混合區(qū)接受來自內(nèi)循環(huán)區(qū)的出泥， 這是一個單向的污泥流，全混式混合區(qū)最終運行溫度為5(T60'C;
高溫滅菌區(qū)位于全混式混合區(qū)以下直至反應(yīng)器鋼筒的底部，在高溫滅菌區(qū)底部 設(shè)置出泥管，出泥管端部設(shè)置喇叭口集泥裝置，在高溫滅菌區(qū)的出泥口位于反應(yīng)區(qū)中心。
所述污泥進(jìn)泥裝置包括一套格柵除渣機(jī)、 一套原污泥儲存池和配套的污泥螺桿 泵，所述污泥螺桿泵連接污泥好氧消化反應(yīng)裝置的進(jìn)泥管。
所述鋼筒外壁有砼護(hù)壁。
所述高溫滅菌區(qū)底部出泥管中裝配有氣提管與喇叭口集泥器。
所述高壓空氣水下均流布?xì)庋b置為圓柱形，沿圓周安裝鋸齒形均流堰，布?xì)馄?沿曝氣面均分4個曝氣口 ，并分別與4根獨立的空氣進(jìn)氣管道相連。
所述污泥好氧消化反應(yīng)裝置環(huán)形空間與頂部脫氣池的中間有一組導(dǎo)流管，導(dǎo)流 管的進(jìn)口端在環(huán)形空間的外壁上，出口端靠近頂部脫氣池池壁。
所述固液兩相流自動分離裝置及固體自動濃縮裝置包括一個帶旁流超越槽的 "氣泡發(fā)生池"， 一個與"氣泡發(fā)生池"共壁的濃縮污泥儲存池、 一個與"氣泡發(fā)生 池"相連的非均勻氣泡成核固液兩相流自動分離裝置。
一種污泥自熱好氧消化固液自動分離方法，其包括以下步驟
a、 將通過預(yù)濃縮后污泥含固率為3%~4.5%的原污泥輸送至內(nèi)循環(huán)區(qū)的上升管 內(nèi)；
b、 將高壓空氣輸送至內(nèi)循環(huán)區(qū)，在空氣提升的作用下，污泥開始進(jìn)行內(nèi)循環(huán)單 向流動，在循環(huán)流動過程中，微生物攝取空氣中的氧對原污泥進(jìn)行氧化分解， 稱之為"第一次污泥消化"，在內(nèi)循環(huán)過程中完成了第一次生物消化后污泥，稱之為"內(nèi)循環(huán)出泥"； C、內(nèi)循環(huán)出泥以潛流的方式與單向的循環(huán)污泥流分離，并以活塞流的形式進(jìn)入 下部所謂全混混合區(qū)，成為全混混合區(qū)的進(jìn)泥；
d、 將高壓空氣輸送至全混混合區(qū)下部，氣體對污泥進(jìn)行攪拌，污泥攝取空氣中 的氧對污泥中殘余有機(jī)物進(jìn)行進(jìn)一步氧化分解(污泥消化)，稱之為"第二 次污泥消化"；完成第二次污泥消化后污泥，稱之為"全混混合區(qū)"出泥；
e、 全混合混合區(qū)出泥自流進(jìn)入污泥好氧消化反應(yīng)裝置下部第三個反應(yīng)區(qū)，稱之 為"高溫滅菌區(qū)"，這個區(qū)域不進(jìn)行曝氣，利用區(qū)域內(nèi)的高溫和提供足夠的 停留時間來對污泥中病原體進(jìn)行殺滅；
f、 高溫滅菌后污泥成為污泥好氧消化反應(yīng)裝置最終處理后污泥，經(jīng)喇叭口收集 進(jìn)入出泥管內(nèi)；
g、 通過氣提管對出泥管注入大氣泡提升出泥的流速，使出流污泥以0.8m/s以上 的速度排出；
h、 污泥好氧消化裝置的出泥成為氣泡發(fā)生池的進(jìn)泥，氣泡發(fā)生池的進(jìn)泥區(qū)設(shè)計 為"跌水區(qū)"，進(jìn)泥在"下跌"過程中勢能轉(zhuǎn)換為攪拌的動能，為污泥混合 的攪拌提供能量；
i、 污泥進(jìn)入氣泡發(fā)生池后，用于在消化裝置出泥管中提升污泥流速的氣泡迅速 釋放，這部分氣泡是相對較大且不均勻的，能夠在跌水造成的攪拌強(qiáng)度下促 進(jìn)溶解空氣以微小氣泡的形式釋放；
j、在氣泡發(fā)生池內(nèi)設(shè)置超越旁流槽，當(dāng)來料污泥瞬時流量過大時，氣泡發(fā)生池 將會溢流進(jìn)入旁流槽，直接進(jìn)入濃縮污泥儲存池；
k、完成了氣泡產(chǎn)生的污泥流進(jìn)入與氣泡產(chǎn)生池共壁連接的非均勻氣泡成核固 液兩相流分離裝置，在個裝置內(nèi)污泥的水力流態(tài)表現(xiàn)為平流式，污泥顆粒在 進(jìn)水區(qū)內(nèi)的緩慢攪拌作用的促進(jìn)下，通過互相的碰撞集結(jié)在一起形成絮體， 污泥流中過飽和溶氣釋放產(chǎn)生的微小氣泡聚集并粘附與污泥絮體的周圍，形 成一個以污泥絮體為核的氣固混合物，在此稱之為"污泥膠團(tuán)"；
1、所述"污泥膠團(tuán)"的密度小于固液兩相流中水的密度，將會自動上浮，并濃 縮聚集在固液兩相流分離裝置的頂部。 本發(fā)明能夠達(dá)到的效果
1、整個污泥好氧消化反應(yīng)裝置內(nèi)無活動件；2、 污泥好氧消化反應(yīng)裝置能夠自動升溫30 50'C，最高可以達(dá)到55'C;
污泥中有機(jī)物生物降解過程是一個放熱過程，其放熱能力為去除每千克有機(jī) 物放熱23000KJ。在所述污泥好氧消化反應(yīng)裝置中，原污泥進(jìn)入消化反應(yīng)裝置后， 污泥中有機(jī)物在生物消化過程中釋放熱量，此時由于原污泥溫度與環(huán)境溫度(主 要是地下反應(yīng)區(qū)周圍土壤溫度， 一般為25°C)的溫度差別小，而呈現(xiàn)出較小的 溫差梯度，有機(jī)物消化釋放的熱量向周圍環(huán)境傳導(dǎo)的熱量少，而用于對進(jìn)料污泥 升溫的熱量多，所以污泥呈現(xiàn)出較快的升溫速度。隨著污泥溫度的升高，其與周 圍環(huán)境的溫差梯度增大，此時釋放的熱量較多地向周圍環(huán)境傳遞，而用于污泥升 溫的熱量減少，污泥的升溫速度減慢，直至有機(jī)物消化釋放的熱量與向周圍環(huán)境 傳遞的熱量平衡，污泥的升溫停止，系統(tǒng)達(dá)到熱工平衡。
通過我們的熱工計算，當(dāng)污泥中有機(jī)物含量為60%~80%時，我們的反應(yīng)裝 置能夠?qū)崿F(xiàn)30 55'C的自動升溫。
3、 能夠?qū)崿F(xiàn)濃縮污泥(TS=3~4.5%)的穩(wěn)定內(nèi)循環(huán)；污泥好氧消化反應(yīng)裝置能實現(xiàn) 循環(huán)區(qū)、全混混和區(qū)、高溫滅菌區(qū)實現(xiàn)水力流態(tài)分離，處理功能目標(biāo)明確的"單 元操作"；
4、 進(jìn)料污泥能在5min內(nèi)，均勻分布于ICZ區(qū)內(nèi)表現(xiàn)為ICZ內(nèi)各點性質(zhì)一樣；
5、 ICZ、 CMZ、 PZ分別控制為活塞流、混流、活塞流流態(tài)-,
6、 系統(tǒng)獲得超過50%~80%的氧氣傳導(dǎo)率，剩余氣體的排放量為9.7mVkgVSS去除；
7、 在4天停留時間內(nèi)，有機(jī)物去除率超過40%,沙門氏菌，大腸桿菌等病原體達(dá) 到"不能檢測"污泥產(chǎn)物達(dá)到EPA中A級生物固體要求；
8、 電耗參數(shù)為1.4kW h/kgVSS去除；
本發(fā)明中，污泥好氧消化反應(yīng)裝置對于有機(jī)物去除的電耗為1.4kW 4!/kgVSS 去除，而在ATAD工藝中此數(shù)值為2.3,所述發(fā)明工藝省電40%。這是由于，在 所述井式污泥好氧消化裝置中利用高壓曝氣增大污泥中氧氣的溶解度，提高氧氣 利用率，減小空氣輸入動力消耗。并且，利用輸入進(jìn)行污泥攪拌節(jié)省機(jī)械攪拌所 需能量。
根據(jù)可壓縮流體動力輸出需求公式，氣量輸出減小1半動力輸出減少1半， 而壓力輸出增大l倍，動力輸出不是增大l倍，而是大約0.5倍。
本發(fā)明中在髙壓狀態(tài)下輸入空氣，減少空氣輸出量。由于高壓輸氣增大了空 氣輸入設(shè)備(空壓機(jī))的輸出功率，但是同時氣量的減少使空氣輸入設(shè)備的輸出功率成倍地減少。綜合比較，空氣輸出部分呈現(xiàn)節(jié)能。
9、 VOC排放量少，利用生物濾池進(jìn)行尾氣處理可以達(dá)到99%的VOC去除率；
10、 污泥中的有機(jī)氮以銨鹽的形式被固定，磷元素以20 40倍的濃度被富集在消化污泥中，增加了污泥產(chǎn)物的肥性使消化污泥成為了良好的生化肥料；
11、 經(jīng)過消化處理后污泥，使用離心脫水機(jī)能脫水至含固率35~40%;本發(fā)明中，利用污泥好氧消化反應(yīng)裝置對污泥好氧消化過程中，能夠?qū)崿F(xiàn)對
微生物細(xì)胞的裂解使細(xì)胞中的結(jié)合水得以釋放，而細(xì)胞中的結(jié)合水是污泥脫水中最難脫除的部分。另外，影響污泥脫水性能的NH4+以碳酸鹽的形式被固定，消除了陽離子對污泥脫水的影響。
并且通過非均勻氣泡成核技術(shù)分離濃縮后污泥，實現(xiàn)含固率為12%的濃縮污泥，完成了預(yù)濃縮。經(jīng)過后續(xù)的離心脫水可以使污泥的含固率達(dá)到35~40%。
在此出現(xiàn)的代號解釋如下
ICZ:內(nèi)循環(huán)區(qū)(Internal Cycle Zone)
CMZ:全混式混合區(qū)(Complete-mixingZone)
PZ:高f顯滅菌區(qū)(Pasteurized Zone)


本發(fā)明包括如下附圖
圖1為本發(fā)明實施例井式內(nèi)循環(huán)污泥好氧消化反應(yīng)裝置示意圖2為本發(fā)明實施例環(huán)狀穿孔管布泥裝置示意圖3為本發(fā)明實施例高壓空氣水下均流布?xì)庋b置俯視圖4為本發(fā)明實施例高壓空氣水下均流布?xì)庋b置主視圖5為本發(fā)明實施例管式氣液兩相流分離裝置APLS主視圖6為本發(fā)明實施例管式氣液兩相流分離裝置APLS俯視圖7為本發(fā)明實施例固液兩相流自動分離及固體自動濃縮的裝置示意其中l(wèi).污泥進(jìn)泥管、2.啟動空氣管、3.空氣閥門、4.布泥管、5.環(huán)形空間、6.管式氣液兩相流分離裝置ALSP、 7.頂部脫氣池、8.中心套筒、9. 一級高壓空氣水下均流布?xì)庋b置、10. 二級高壓空氣水下均流布?xì)庋b置、ll.出泥管、12.出泥氣體提升管、13.氣/固/液三相流量計、14.廢氣 排放管、15,高壓空氣水下均流布?xì)庋b置主體、16.布?xì)饷姘濉?7,出氣 口、 18.圓孔、19.齒形出流堰、20.導(dǎo)流管、21.旁流超越槽、22.頂部 刮渣裝置、23.底部刮泥裝置、24.沉積污泥氣提管、25.濃縮污泥輸 送管、26.出流管、27.空氣輸入管、28.污泥釋放孔、31.污泥進(jìn)泥 裝置、32.污泥消化的污泥好氧消化反應(yīng)裝置、33.固液兩相流自動分 離及固體自動濃縮的裝置、41.內(nèi)循環(huán)區(qū)、42.全混式混合區(qū)、43.高 溫滅菌區(qū)、44.氣泡發(fā)生池、45.非均勻氣泡成核固液兩相流分離區(qū)、 46,濃縮污泥儲存池。
具體實施例方式
下面根據(jù)附圖和實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明
圖1所示，本實施例包括一個污泥好氧消化反應(yīng)裝置在本發(fā)明中稱之為"井式 內(nèi)循環(huán)污泥好氧消化反應(yīng)裝置"，包含一個潛置于地下的鋼筒(沿鋼筒外壁有砼護(hù) 壁)， 一個置于鋼筒頂端的地上型頂池，稱之為頂部脫氣池7。
地下型反應(yīng)鋼筒內(nèi)部包含有三個水力分離的獨立功能區(qū)，分別對污泥的消化處 理和病毒殺滅實施單元操作，這三個區(qū)在此分別稱之為內(nèi)循環(huán)區(qū)41 (Internal Cycle Zone,以下簡稱ICZ)、全混式混合區(qū)42 (Complete-mixing Zone, CMZ)以及高溫 滅菌區(qū)43 (Pasteurized Zone, PZ)。
上部以及整個地上型頂池構(gòu)成內(nèi)循環(huán)區(qū)41。內(nèi)循環(huán)區(qū)41包括一個直徑小于主 體鋼筒的中心套筒8并被安裝在主體鋼筒的上部，中心套筒8與主體鋼筒壁形成一 個環(huán)形空間5。中心套筒8與環(huán)形空間5在它們的上部和下部分別通過頂部脫氣池7 和全混式混合區(qū)42連接，組成一個完整的循環(huán)回路。在此發(fā)明的污泥好氧消化反應(yīng) 裝置中，中心套筒8是污泥的下降區(qū)，環(huán)形空間5是污泥的上升區(qū)。
進(jìn)泥點設(shè)置在環(huán)形套筒中，進(jìn)泥管1與布泥管4相連，布泥管4為環(huán)狀穿孔管， 布泥管4在污泥好氧消化反應(yīng)裝置啟動時可用作啟動曝氣管，啟動空氣由啟動空氣 管2通過空氣閥門3進(jìn)入污泥進(jìn)泥管1，當(dāng)內(nèi)循環(huán)區(qū)41中的內(nèi)循環(huán)形成后，關(guān)閉空 氣閥門3。在中心套筒8以下8~12m處安裝第一級高壓空氣水下均流布?xì)庋b置9 (所 述"高壓空氣水下均流布?xì)庋b置"能夠?qū)⒏邏嚎諝庠谏钏幸詺馀莘绞骄鶆蜥尫?。 內(nèi)循環(huán)區(qū)41中利用氣提式污泥內(nèi)循環(huán)流，實現(xiàn)污泥的水力攪拌、高溫消化菌的回收以及熱量的交換。污泥在環(huán)形空間5內(nèi)的上升過程中攝取氧氣完成對原污泥 的第一次生物氧化。并且取得對污泥中有機(jī)物28%~30%的去除率，對污泥升溫30 35
。C的效果。
污泥在內(nèi)循環(huán)區(qū)41內(nèi)的處理流程如下
a、 將通過預(yù)濃縮后污泥含固率為3%~4.5%的原污泥輸送至內(nèi)循環(huán)區(qū)的環(huán)形空
間5內(nèi)；
b、 將高壓空氣輸送至內(nèi)循環(huán)區(qū)41，在空氣提升的作用下，污泥沿環(huán)形空間5 進(jìn)行上升，在上升過程中，污泥中微生物攝取空氣中的氧對原污泥進(jìn)行氧 化分解，稱之為"第一次污泥消化"，當(dāng)污泥流上升至環(huán)形空間5頂端時， 通過管式氣液兩相流分離裝置(Air/Liquor Separation Pipe) 6，在此稱之 為ALSP帶廢氣被脫除；
c、 脫氣后的污泥流達(dá)到中心套筒8內(nèi)，并沿中心套筒8下降至內(nèi)循環(huán)區(qū)41下
部，至此完成一次內(nèi)循環(huán)過程，并重復(fù)開始第二次內(nèi)循環(huán)；
d、 在內(nèi)循環(huán)過程中完成了第一次生物消化后污泥，稱之為"內(nèi)循環(huán)出泥"；
e、 內(nèi)循環(huán)出泥以潛流的方式與單向的循環(huán)污泥流分離，并以活塞流的形式進(jìn)入 下部所謂的全混混合區(qū)42，成為全混式混合區(qū)全混式混合區(qū)的進(jìn)泥；
經(jīng)過第一次好氧消化后的污泥成為了內(nèi)循環(huán)區(qū)41出泥，在內(nèi)循環(huán)流路中內(nèi)循環(huán) 區(qū)41出泥能夠脫離循環(huán)流，并潛流進(jìn)入內(nèi)循環(huán)區(qū)41下部的全混式混合區(qū)42 (Complete-mixing Zone ， CMZ )。
全混式混合區(qū)42位于內(nèi)循環(huán)區(qū)41以下，緊鄰內(nèi)循環(huán)區(qū)41約占總體污泥好氧消 化反應(yīng)裝置體積的3/8。全混式混合區(qū)42底部設(shè)置有與第一級高壓空氣水下均流布 氣裝置9相同的第二級高壓空氣水下均流布?xì)庋b置10為全混式混合區(qū)42供氣。全 混式混合區(qū)42接受來自內(nèi)循環(huán)區(qū)41的出泥，這是一個單向的污泥流，全混式混合 區(qū)的污泥不會返混至內(nèi)循環(huán)區(qū)41。全混式混合區(qū)42接受來自內(nèi)循環(huán)區(qū)41的高溫菌， 更重要的是接受了污泥中潛在的熱量。
污泥進(jìn)入全混式混合區(qū)后，在輸入空氣的攪拌下進(jìn)行全混流混合，微生物對氧 氣開始繼續(xù)攝取，對污泥中有機(jī)物進(jìn)一步氧化分解，這一部分降解的有機(jī)物占據(jù)總 體有機(jī)物去除量的20%，并且能夠利用有機(jī)物降解的產(chǎn)熱對污泥繼續(xù)升溫，升溫幅 度為10-12。C，全混式混合區(qū)42內(nèi)最終運行溫度為50~60°C。由于全混式混合區(qū)壓
力較大，而且污泥不會返混至壓力較低區(qū)域。所以其在氧化過程中產(chǎn)生的C02能夠溶解在污泥中，并且與污泥中的NH4+結(jié)合成碳酸鹽離子，將NH4+固定。
經(jīng)過全混式混合區(qū)42處理后的污泥在性質(zhì)上已經(jīng)滿足穩(wěn)定化的要求(VSS去除 40%)。經(jīng)過全混式混合區(qū)42處理后的污泥成為全混式混合區(qū)42出泥，同時也是全 混式混合區(qū)42以下高溫滅菌區(qū)43的進(jìn)泥。
高溫滅菌區(qū)(Pasteurized Zone, PZ)位于全混式混合區(qū)42以下，約占總體污泥 好氧消化反應(yīng)裝置體積的1/8。在高溫滅菌區(qū)43底部設(shè)置出泥管。來自全混式混合 區(qū)42的污泥潛流進(jìn)入高溫滅菌區(qū)43內(nèi)。進(jìn)入高溫滅菌區(qū)43的污泥溫度達(dá)到了 60 °C，并且仍殘留部分可生物降解的有機(jī)物，高溫滅菌區(qū)43內(nèi)高壓力環(huán)境使污泥含有 整個污泥好氧消化反應(yīng)裝置內(nèi)最高的溶解氧。我們發(fā)現(xiàn)在超高溶解氧狀態(tài)下(DO: 30~50mg/L)，微生物活性大為增強(qiáng)，并且能對污泥中有機(jī)物進(jìn)行深度降解。
高溫滅菌區(qū)43的設(shè)計是根據(jù)病原體殺滅溫度與停留時間的關(guān)系來確定的。根據(jù) 美國EPA中規(guī)定，對含固率<7%的污泥的滅菌在60°。時需要4.8個小時，而55"C時 需要大約24小時。污泥能自熱達(dá)到的溫度跟有機(jī)物含量有關(guān)，對與不同有機(jī)物含量 的污泥，高溫滅菌區(qū)43的設(shè)計將有所不同。
高溫滅菌區(qū)43的容積為污泥中病原體的殺滅提供對應(yīng)溫度下足夠的停留時間， 經(jīng)過高溫滅菌后污泥成為PZ的出泥，同時也是污泥好氧消化反應(yīng)裝置的出泥。
污泥好氧消化反應(yīng)裝置在底部出泥，為了不造成底部污泥的沉積，需要出泥以 較快的速度(>0.8m/S)通過出泥管11。本發(fā)明出泥管11的設(shè)計附加以出泥氣體提 升管12，在出泥時開啟氣提管閥門控制污泥出流的速度。并在出泥管11的出口端 安裝氣/固/液三相流量計13以檢測三相混合流出流的速度，以此檢測值為信號指示 氣提管的閥門開啟程度。
污泥好氧消化反應(yīng)裝置中的運行可以采取間歇或連續(xù)的方式，視處理污泥的量 而定。
總體污泥好氧消化反應(yīng)裝置中污泥的處理流程如下
1、 將經(jīng)過預(yù)濃縮后污泥含固率為3%~4.5%的原污泥輸送至內(nèi)循環(huán)區(qū)的上升管 內(nèi)；
2、 將高壓空氣輸送至內(nèi)循環(huán)區(qū)41,在空氣提升的作用下，污泥沿環(huán)形空間5 進(jìn)行上升，在上升過程中，污泥中微生物攝取空氣中的氧對原污泥進(jìn)行氧化分 解，稱之為"第一次污泥消化"，當(dāng)污泥流上升至環(huán)形空間5頂端時，通過管式 氣液兩相流分離裝置6，在此稱之為ALSP到達(dá)頂部脫氣池7，污泥流中夾帶廢氣被脫除；
3、 脫氣后的污泥流達(dá)到中心套筒8內(nèi)，并沿中心套筒8下降至內(nèi)循環(huán)區(qū)41下 部，至此完成一次內(nèi)循環(huán)過程，并重復(fù)開始第二次內(nèi)循環(huán)；
4、 在內(nèi)循環(huán)過程中完成了第一次生物消化后污泥，稱之為"內(nèi)循環(huán)出泥"；
5、 內(nèi)循環(huán)出泥以潛流的方式與單向的循環(huán)污泥流分離，并以活塞流的形式進(jìn)入 下部所述全混混合區(qū)，成為全混混合區(qū)的進(jìn)泥；
6、 將高壓空氣輸送至全混混合區(qū)下部，氣體對污泥進(jìn)行攪拌，污泥攝取空氣中 的氧對污泥中殘余有機(jī)物進(jìn)行進(jìn)一步氧化分解(污泥消化)，稱之為"第二次污 泥消化"；完成第二次污泥消化后污泥，稱之為"全混混合區(qū)"出泥；
7、 全混合混合區(qū)出泥自流進(jìn)入污泥好氧消化反應(yīng)裝置下部第三個反應(yīng)區(qū)，稱之 為"高溫滅菌區(qū)"，這個區(qū)域不進(jìn)行曝氣，利用區(qū)域內(nèi)的高溫和提供足夠的停留 時間來對污泥中病原體進(jìn)行殺滅 ，
8、 高溫滅菌后污泥成為污泥好氧消化反應(yīng)裝置最終處理后污泥，經(jīng)喇叭口收集 進(jìn)入出泥管內(nèi)；
9、 通過氣提管對出泥管注入大氣泡提升出泥的流速，使出流污泥以0.8m7s以上 的速度排出；
10、 消化過程產(chǎn)生廢氣通過廢氣排放管14排放出反應(yīng)裝置。
圖2所示，本實施例的污泥好氧消化反應(yīng)裝置中包括一個布泥裝置，稱之為"環(huán) 狀穿孔布泥管"。
輸入的污泥通過進(jìn)泥管1進(jìn)入環(huán)狀穿孔布泥管4內(nèi)，沿布泥管4外壁均勻分布 口徑不一的污泥釋放孔28，污泥經(jīng)由污泥釋放孔28釋放。
本發(fā)明工藝中，空氣被輸送至井式污泥好氧消化反應(yīng)裝置中，作用有兩個1) 為生物氧化提供氧氣；2)為污泥的內(nèi)循環(huán)流動提供動力。為了保證生物氧化作用的 高效，需要提高微生物與氧氣的傳質(zhì)作用(污泥與氧氣充分均勻接觸)；為了保證污 泥好氧消化反應(yīng)裝置內(nèi)內(nèi)循環(huán)流態(tài)的均勻穩(wěn)定，需要在環(huán)形空間5內(nèi)提供均勻的氣 流。這兩個方面的實現(xiàn)都需要將高壓空氣在污泥好氧消化反應(yīng)裝置中均分。
我們發(fā)現(xiàn)，在0.6-1.2Mpa壓力的水下，環(huán)狀鋸齒形出流堰能夠?qū)Ω邏嚎諝饬鬟M(jìn) 行均分。這一點我們沒有理論根據(jù)來進(jìn)行證明，但是我們認(rèn)為可能是由于在高壓下， 壓縮空氣流的流體性質(zhì)表現(xiàn)為跟水相類似的特性。而鋸齒型分流堰對于水流的均分 在眾多的給排水工程中已經(jīng)得到了證明。本發(fā)明中采用圓柱形的曝氣頭并沿圓周安裝鋸齒形出流堰。鋸齒高度一般為 100mm，帶齒型空氣出流堰的圓柱形氣體切割分流裝置作為曝氣頭。曝氣頭進(jìn)氣采 用獨立進(jìn)氣管均布多點進(jìn)氣。
多點進(jìn)氣管能夠保證輸送的高壓氣體在曝氣面內(nèi)分布均勻；齒形出流堰能將氣 流進(jìn)行切割形成氣泡，并使氣泡沿堰板均勻的流出。
本發(fā)明中高壓空氣水下均流技術(shù)能夠達(dá)到的效果
1、 在無活動件設(shè)置下，能對壓力為0.6 1.2Mpa的高壓空氣流進(jìn)行均勻切割，
切割氣泡直徑為10 12mm;
2、 每個堰口空氣的出流量差別在2%以內(nèi)。
圖3、圖4所示，本實施例的污泥好氧消化反應(yīng)裝置中包括2級相同的高壓空 氣布?xì)庋b置，稱之為"高壓空氣水下均流布?xì)庋b置"(圖1所示一級高壓空氣水下均 流布?xì)庋b置9、 二級高壓空氣水下均流布?xì)庋b置10)，單個裝置包含一個帶齒形堰板 的圓環(huán)型鋼筒，稱之為高壓空氣水下均流布?xì)庋b置主體15， 4根獨立均勻分布連接 于高壓空氣水下均流布?xì)庋b置主體15的空氣輸入管27。
高壓空氣水下均流布?xì)庋b置主體15包含布?xì)饷姘?6，沿布?xì)饷姘?6對稱連接 4根空氣輸入管27，空氣輸入管27的末端表現(xiàn)為出氣口 17，高壓空氣水下均流布 氣裝置主體15中心留有圓孔18使出泥管11穿過，高壓空氣水下均流布?xì)庋b置主體 15兩側(cè)配備齒形出流堰19。
設(shè)備運行時，空氣通過14到達(dá)出氣口 17,從出氣口 17釋放進(jìn)入高壓空氣水下 均流布?xì)庋b置主體15，此時釋放的空氣以氣泡流形式存在，并且大致均勻的分布于 高壓空氣水下均流布?xì)庋b置主體15內(nèi)，氣泡流沿.齒形出流堰19被均勻分布，并且 從齒型口勻速溢出進(jìn)入污泥好氧消化反應(yīng)裝置反應(yīng)區(qū)內(nèi)。
在污泥的好氧消化中，廢氣(主要成分為N2和C02)會以分散氣泡的形式存在
于污泥中。而殘留的廢氣能夠影響微生物對氧氣的攝取，以及污泥好氧消化反應(yīng)裝 置中流態(tài)的控制，進(jìn)而影響污泥好氧消化的效果。所以廢氣的脫除對于污泥的好氧 消化正常進(jìn)行有重要的意義。在本發(fā)明中，我們設(shè)計了一套管式氣液兩相流分離裝 置來對污泥消化過程產(chǎn)生的廢氣進(jìn)行脫除。
圖1及圖7所示，本實施例的污泥好氧消化反應(yīng)裝置中包括1套管式氣液兩相 流分離裝置ALSP。
我們發(fā)現(xiàn)分散氣體在污泥中釋放的條件與水中分散氣體類似，需要有攪拌的
17機(jī)械能量輔助。
分散氣體在污泥中釋放的對于能量水平的需求與溶解性氣體攪拌試驗類似。我 們發(fā)現(xiàn)污泥中分散氣體完全釋放對于能量的最低需求大概是300S—，攪拌時間 100s。在傳統(tǒng)污泥好氧消化工藝中，脫氣經(jīng)常采用的是機(jī)械攪拌輔以大面積的脫氣 池。所以，污泥中廢氣的脫除需要有兩個條件1)最低300S—的攪拌速度梯度；2)
一定的攪拌時間。
本發(fā)明工藝流程中，當(dāng)污泥流從污泥好氧消化反應(yīng)裝置環(huán)形空間5以一定的速
度上升時，它是一股具有動能的流體，而如果其被提升到一定的高度并且有一個下 降的過程那么另外還具有勢能。這兩股能量通過轉(zhuǎn)換可以作為攪拌能量。 管式氣液兩相流分離裝置以能量需求為設(shè)計基礎(chǔ)，利用污泥在管式氣液兩相流
分離裝置中能量的轉(zhuǎn)換，為攪拌提供攪拌能(G-300S—)，并輔以脫氣頂池作為脫氣 場所，促進(jìn)污泥脫氣。
所述"管式氣液兩相流分離裝置"(以下簡稱ALSP)是在污泥好氧消化反應(yīng)裝置 環(huán)形空間5與頂部脫氣池7的中間，增設(shè)一組彎管對污泥進(jìn)行導(dǎo)流。為了保證污泥 流體輸送的平衡，管道的設(shè)置采用均布的形式，即沿環(huán)形空間5池壁均布8根導(dǎo)流 管20。導(dǎo)流管20的進(jìn)口端在環(huán)形空間5的外壁上，出口端靠近頂部池池壁，并距 離地面約2.5米處。管徑的大小控制污泥在管式氣液兩相流分離裝置中上升的流速， 設(shè)計速度為5m/s。
當(dāng)上升污泥流到達(dá)ALSP進(jìn)口端時，由于橫截面積的減小，污泥的上升流速會 迅速增大。污泥流速的提升使其具有了增大的速度梯度，當(dāng)污泥達(dá)到脫氣管出口端 時會迅速的從管口噴出與頂池內(nèi)污泥對撞，此時污泥流中的動能轉(zhuǎn)換成了污泥混合 攪拌的機(jī)械能，并表現(xiàn)為較大的速度梯度。在頂池中，污泥流的流動方向是沿中心 套筒8下降，而中心套筒8筒口處的位置是低于ALSP出口端的，所以從ALSP釋 放污泥流還具有一定的勢能，而這部分能量在污泥的對撞中也轉(zhuǎn)換成了攪拌能。
所以本發(fā)明中的ALSP實際包括了脫氣彎管和頂部脫氣池7兩個部分。對于 ALSP管口的直徑和高度以及頂部脫氣池7尺寸的設(shè)計我們的依據(jù)是保證每立方 米污泥有36000焦耳的能量輸入。
本發(fā)明能夠達(dá)到的效果脫氣后中心套筒4污泥的持氣率小于0.5%，可以認(rèn)為 污泥中廢氣已經(jīng)被完全脫除。
所謂"持氣率"在垂直管道中，在某一長度的管段內(nèi)氣流相體積與該管道總?cè)莘e的百分比。
如圖1及圖7所示，本實施例工藝總體方法包括了一套污泥進(jìn)泥裝置31， 一套 污泥消化的污泥好氧消化反應(yīng)裝置32， 一套用于固液兩相流自動分離及固體自動濃 縮的裝置33，以及各設(shè)備之間的連接和控制方法。
污泥進(jìn)泥裝置31包括一套格柵除渣機(jī)， 一套污泥儲存池和配套的污泥螺桿泵。 經(jīng)過預(yù)濃縮的原污泥通過格柵除渣機(jī)去除大塊的固體雜質(zhì)以防止影響后續(xù)設(shè)備的正 常工作。經(jīng)過格柵機(jī)篩分的污泥進(jìn)入原污泥儲存池，池體的大小設(shè)計為3h儲泥量。 污泥螺桿泵將原污泥儲存池內(nèi)污泥動力輸送至后續(xù)污泥好氧消化反應(yīng)裝置內(nèi)。而進(jìn) 泥的速率是根據(jù)后續(xù)污泥好氧消化反應(yīng)裝置的工況(頂部池的液位高度)進(jìn)行自控。
污泥好氧消化反應(yīng)裝置在本發(fā)明中稱之為"井式內(nèi)循環(huán)污泥好氧消化污泥好氧 消化反應(yīng)裝置"，包含一個潛置于地下的鋼筒(沿鋼筒外壁有砼護(hù)壁)， 一個置于鋼 筒頂端的地上型頂池，稱之為頂部脫氣池7。
污泥好氧消化反應(yīng)裝置運行流程如圖1所述。
所述固液兩相流自動分離及固體自動濃縮裝置包括一個帶旁流超越槽的"氣泡 發(fā)生池"， 一個與"微氣泡釋放混合池"共壁設(shè)計濃縮污泥儲存池、 一個與"微氣泡 釋放混合池"相連的非均勻氣泡成核固液兩相流分離裝置?？傮w裝置完成對II出料 固液分離及固體濃縮。
我們所說的從污泥消化的污泥好氧消化反應(yīng)裝置32中排出的污泥通常是污泥 (生物固體)與污水的混合液，即固液兩相流。當(dāng)消化污泥進(jìn)行脫水或最終處置之 前，必須對污泥進(jìn)行固液分離。在傳統(tǒng)的ATAD工藝中分離通常是在沉淀池中依靠 重力沉降作用進(jìn)行，分離濃縮的效果不是很好。
當(dāng)我們的工藝中，消化污泥從污泥消化的污泥好氧消化反應(yīng)裝置32底部上升至 表面的過程中，隨著水壓的下降，溶解性氣體將會以氣泡的形式被釋放出來。因此 當(dāng)污泥上升到表面時，已經(jīng)有一部分分散氣泡產(chǎn)生，另外也還有一部分溶解氣體以 過飽和的狀態(tài)溶解在液體中。出泥中含有過飽和溶解空氣的特性，使污泥進(jìn)行氣浮 分離有了可能。
所謂"氣浮分離"是指微小的氣泡粘附在污泥絮體的周圍，或直接被呈絮狀的 固體挾帶，形成氣固兩相混合物。由于氣泡的作用使污泥的比重減小，當(dāng)有足夠的 氣泡粘附與污泥絮體之上時，會使其比重小于水而在水中自動上浮并與水分離。 要獲得高效的固液氣浮分離需要有兩個條件l)粒徑較小的污泥顆粒，凝聚成較大的污泥絮體；2)有足夠的微小氣泡產(chǎn)生并粘附于污泥絮體之上。
獲得較好的污泥凝聚作用通常需要提供一個適當(dāng)時間的緩慢攪拌過程(攪拌能量 G=100S.)使污泥顆粒增大彼此碰撞的幾率，而能夠彼此集結(jié)在一起形成絮體。而要 使含有過飽和溶解空氣的液體中以微小氣泡的形式將空氣釋放通常需要的是提供相 對劇烈的攪拌能量(G>200S-)。從固液氣浮分離的機(jī)理上看存在攪拌強(qiáng)度需求的矛 盾關(guān)系，我們的工藝中也基于平衡這個矛盾關(guān)系來獲得良好的污泥分離濃縮效果。
我們發(fā)現(xiàn)在含有過飽和溶解空氣的流體中，混合一些相對較大且不均勻氣泡
能夠在攪拌強(qiáng)度不大的情況下促進(jìn)溶解空氣以微小氣泡的形式釋放。這一點與非均 勻氣泡成核的原理類似。當(dāng)過飽和溶液中被注入足夠的微小氣泡或分散氣泡時就能 夠為溶解氣體釋放提供成核的條件。憑借非均質(zhì)氣泡成核原理產(chǎn)生的氣泡被稱之為 "氣泡發(fā)生"。
我們的發(fā)明中，在污泥好氧消化反應(yīng)裝置的底部出泥管中增設(shè)一根氣提管，在 對出泥進(jìn)行加速提升的同時為含有過飽和溶氣的污泥提供非均勻的大氣泡。出泥在 進(jìn)入固液兩相流自動分離裝置及固體自動濃縮裝置之前，我們提供了一個用于對污 泥產(chǎn)生攪拌作用，并利用非均質(zhì)氣泡成核原理促進(jìn)過飽和空氣以氣泡形式釋放的"氣 泡發(fā)生池"。在氣泡發(fā)生池的進(jìn)水區(qū)被設(shè)計為"跌水區(qū)"，將污泥流下跌產(chǎn)生的勢能 轉(zhuǎn)換為緩慢攪拌所需要的機(jī)械能。在混合池中完成了對污泥的緩慢攪動，污泥顆粒 凝聚成為了絮體，而且不均勻的大氣泡促進(jìn)了氣泡發(fā)生作用。通過這樣的改良，本 發(fā)明工藝平衡了污泥凝聚與氣泡發(fā)生作用對于攪拌能量需求的矛盾關(guān)系，能夠得到 良好的污泥分離濃縮效果。
本發(fā)明中污泥自動分離濃縮能夠達(dá)到的效果為
1、 污泥中SS的捕獲率超過99%;
2、 濃縮污泥的含固率達(dá)到12%以上。 這點在我們的試驗室模擬試驗中得到了驗證。
所述井式內(nèi)循環(huán)污泥好氧消化污泥好氧消化反應(yīng)裝置出泥，固液兩相流自動分
離，固體濃縮工藝的流程描述如下
1、 所述井式高溫自熱污泥好氧消化裝置32的出泥在氣提作用下，通過裝置底 部的出泥管以X).8m/s的速度進(jìn)入氣泡發(fā)生池44，污泥消化的污泥好氧消化 反應(yīng)裝置32的出泥成為氣泡發(fā)生池44的進(jìn)泥；
2、 氣泡發(fā)生池44的進(jìn)泥區(qū)設(shè)計為"跌水區(qū)"，進(jìn)泥在"下跌"過程中勢能轉(zhuǎn)換
20為攪拌的動能，為污泥混合的攪拌提供能量(G=100S—);
3、 污泥進(jìn)入氣泡發(fā)生池44后，用于在污泥消化的污泥好氧消化反應(yīng)裝置32 中出泥管中提升污泥流速的氣泡迅速釋放，這部分氣泡是相對較大且不均勻 的，能夠在跌水造成的攪拌強(qiáng)度下促進(jìn)溶解空氣以微小氣泡的形式釋放；
4、 在氣泡發(fā)生池44內(nèi)設(shè)置超越旁流槽21，當(dāng)來料污泥瞬時流量過大時，氣泡 發(fā)生池44中多余污泥將會溢流進(jìn)入旁流超越槽21，直接進(jìn)入濃縮污泥儲存 池46;
5、 完成了氣泡產(chǎn)生的污泥流進(jìn)入與氣泡發(fā)生池44共壁連接的非均勻氣泡成核 固液兩相流分離區(qū)45，在個裝置內(nèi)污泥的水力流態(tài)表現(xiàn)為平流式，污泥顆 粒在進(jìn)水區(qū)內(nèi)的緩慢攪拌作用的促進(jìn)下，通過互相的碰撞集結(jié)在一起形成絮 體，污泥流中過飽和溶氣釋放產(chǎn)生的微小氣泡聚集并粘附與污泥絮體的周 圍，形成一個以污泥絮體為核的氣固混合物，在此稱之為"污泥膠團(tuán)"；
6、 所述"污泥膠團(tuán)"的密度小于固液兩相流中水的密度，將會自動上浮，并濃 縮聚集在非均勻氣泡成核固液兩相流分離區(qū)45的頂部；
7、 一小部分粘附氣泡后比重仍大于水的消化污泥，不能產(chǎn)生上浮作用，將會沉 積于非均勻氣泡成核固液兩相流分離區(qū)45的底部；
8、 非均勻氣泡成核固液兩相流分離區(qū)45頂部的濃縮上浮污泥與底部的沉積污 泥分別被裝配于其中的頂部刮渣裝置22和底部刮泥裝置23收集；
9、 頂部刮渣裝置收集污泥后，自動傳送至濃縮污泥儲存池46;
10、 在非均勻氣泡成核固液兩相流分離區(qū)45底部設(shè)置有沉積污泥氣提管 24，底部刮泥裝置23收集的沉積污泥通過此管提升至濃縮污泥儲存池46;
11、 在濃縮污泥儲存池46底部設(shè)置有濃縮污泥輸送管25,并與濃縮污泥泵 連接，濃縮污泥泵將濃縮污泥輸送至后續(xù)脫水機(jī)房進(jìn)行常規(guī)污泥脫水，得到 最終含固率為65%~70%的減量化污泥；
12、 分離出來的液相流通過出流管26排出。
本領(lǐng)域技術(shù)人員不脫離本發(fā)明的實質(zhì)和精神，可以有多種變形方案實現(xiàn)本發(fā)明， 以上所述僅為本發(fā)明較佳可行的實施例而已，并非因此局限本發(fā)明的權(quán)利范圍，凡 運用本發(fā)明說明書及附圖內(nèi)容所作的等效結(jié)構(gòu)變化，均包括于本發(fā)明的權(quán)利范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1、一種污泥自熱高溫好氧消化固液自動分離系統(tǒng)，其包括污泥進(jìn)泥裝置、污泥好氧消化反應(yīng)裝置和固液兩相流分離裝置及固體濃縮裝置，所述污泥進(jìn)泥裝置出泥口連接所述污泥好氧消化反應(yīng)裝置進(jìn)泥口，所述污泥好氧消化反應(yīng)裝置出泥口連接所述固液兩相流自動分離裝置進(jìn)泥口，其特征在于所述污泥好氧消化反應(yīng)裝置包括一個潛置于地下的鋼筒，一個置于鋼筒頂端地上的頂部脫氣池，所述污泥好氧消化反應(yīng)裝置包括有內(nèi)循環(huán)區(qū)、全混式混合區(qū)以及高溫滅菌區(qū)三個水力分離的獨立功能區(qū)；鋼筒上部以及頂部脫氣池構(gòu)成內(nèi)循環(huán)區(qū)，內(nèi)循環(huán)區(qū)包括一個直徑小于主體鋼筒的中心套筒并被安裝在主體鋼筒的上部，中心套筒與主體鋼筒壁形成一個環(huán)形空間，中心套筒與環(huán)形空間在它們的上部和下部分別通過頂部脫氣池和污泥好氧消化反應(yīng)裝置空間連接，組成一個完整的循環(huán)回路，中心套筒是污泥的下降區(qū)，環(huán)形空間是污泥的上升區(qū)；所述污泥好氧消化反應(yīng)裝置進(jìn)泥口設(shè)置在環(huán)形套筒中，進(jìn)泥管為環(huán)狀穿孔管，所述環(huán)狀穿孔管連接有空氣管，在中心套筒下安裝第一級高壓空氣水下均流布?xì)庋b置；全混式混合區(qū)位于內(nèi)循環(huán)區(qū)以下，全混式混合區(qū)底部設(shè)置有第二級高壓空氣水下均流布?xì)庋b置，全混式混合區(qū)接受來自內(nèi)循環(huán)區(qū)的出泥，這是一個單向的污泥流，全混式混合區(qū)最終運行溫度為50~60℃；高溫滅菌區(qū)位于全混式混合區(qū)以下至鋼筒的底部，在高溫滅菌區(qū)底部設(shè)置出泥管，在高溫滅菌區(qū)的出泥口位于反應(yīng)區(qū)中心，出泥口為喇叭狀。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的一種污泥自熱高溫好氧消化固液自動分離系統(tǒng)，其特征在于所述污泥進(jìn)泥裝置包括一套格柵除渣機(jī)、 一套污泥儲存池和配套的污泥螺桿泵，所述污泥螺桿泵連接在污泥進(jìn)泥裝置的出泥口。
3、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的一種污泥自熱高溫好氧消化固液自動分離系統(tǒng)，其特征在于所述鋼筒外壁有砼護(hù)壁。
4、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的一種污泥自熱高溫好氧消化固液自動分離系統(tǒng)，其特征在于所述污泥自熱好氧消化裝置底部出泥管中有氣提裝置。
5、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的一種污泥自熱高溫好氧消化固液自動分離系統(tǒng)，其特 征在于所述高壓空氣水下均流布?xì)庋b置為圓柱形，沿圓周安裝鋸齒形出流堰，進(jìn) 氣口沿曝氣面均勻布置，進(jìn)氣口分別與獨立進(jìn)氣管連接。
6、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的一種污泥自熱高溫好氧消化固液自動分離系統(tǒng)，其特 征在于所述污泥好氧消化反應(yīng)裝置環(huán)形空間與頂部脫氣池的中間有一組導(dǎo)流管， 導(dǎo)流管的進(jìn)口端在環(huán)形空間的外壁上，出口端靠近頂部池池壁。
7、 根據(jù)權(quán)利要求l-6任意一項所述的一種污泥自熱高溫好氧消化固液自動分離 系統(tǒng)的污泥處理方法，其特征在于包括以下步驟a、 將通過預(yù)濃縮后污泥含固率為3%~4.5%的原污泥輸送至內(nèi)循環(huán)區(qū)的上升管 內(nèi)；b、 將高壓空氣輸送至內(nèi)循環(huán)區(qū)，在空氣提升的作用下，污泥開始進(jìn)行內(nèi)循環(huán)單 向流動，在循環(huán)流動過程中，微生物攝取空氣中的氧對原污泥進(jìn)行氧化分解， 為"第一次污泥消化"，在內(nèi)循環(huán)過程中完成了第一次生物消化后污泥，為"內(nèi)循環(huán)出泥"；C、內(nèi)循環(huán)出泥以潛流的方式與單向的循環(huán)污泥流分離，并以活塞流的形式進(jìn)入 下部的全混混合區(qū)，成為全混混合區(qū)的進(jìn)泥；d、 將高壓空氣輸送至全混混合區(qū)下部，氣體對污泥進(jìn)行攪拌，污泥攝取空氣中 的氧對污泥中殘余有機(jī)物進(jìn)行進(jìn)一步氧化分解，完成第二次污泥消化后的污 泥為全混混合區(qū)出泥；e、 全混合混合區(qū)出泥在導(dǎo)流板及導(dǎo)流管的引導(dǎo)下，進(jìn)入污泥好氧消化反應(yīng)裝置 底部的高溫滅菌區(qū)，這個區(qū)域利用高溫和足夠的停留時間來對污泥中病原體 進(jìn)行殺滅；f、 高溫滅菌后污泥成為污泥好氧消化反應(yīng)裝置最終處理后污泥，經(jīng)喇叭口收集 進(jìn)入出泥管內(nèi)；g、 通過氣提管對出泥管注入大氣泡提升出泥的流速，使出流污泥以0.8m/s以 上的速度排出；h、 污泥好氧消化裝置的出泥成為氣泡發(fā)生池的進(jìn)泥，氣泡發(fā)生池的進(jìn)泥區(qū)設(shè)計 為"跌水區(qū)"，進(jìn)泥在"下跌"過程中勢能轉(zhuǎn)換為攪拌的動能，為污泥混合 的攪拌提供能量；i、污泥進(jìn)入氣泡發(fā)生池后，用于在消化裝置出泥管中提升污泥流速的氣泡迅速 釋放，這部分氣泡是相對較大且不均勻的，能夠在跌水造成的攪拌強(qiáng)度下促 進(jìn)溶解空氣以微小氣泡的形式釋放；J、在氣泡發(fā)生池內(nèi)設(shè)置超越旁流槽，當(dāng)來料污泥瞬時流量過大時，氣泡發(fā)生池 將會溢流進(jìn)入旁流槽，直接進(jìn)入濃縮污泥儲存池；k、完成了氣泡產(chǎn)生的污泥流進(jìn)入與氣泡產(chǎn)生池共壁連接的非均勻氣泡成核固 液兩相流自動分離裝置及固體自動濃縮裝置，在個裝置內(nèi)污泥的水力流態(tài)表 現(xiàn)為平流式，污泥顆粒在進(jìn)水區(qū)內(nèi)的緩慢攪拌作用的促進(jìn)下，通過互相的碰 撞集結(jié)在一起形成絮體，污泥流中過飽和溶氣釋放產(chǎn)生的微小氣泡聚集并粘 附與污泥絮體的周圍，形成一個以污泥絮體為核的氣固混合物，在此稱之為 "污泥膠團(tuán)"；l、所述"污泥膠團(tuán)"的密度小于固液兩相流中水的密度，將會自動上浮，并濃 縮聚集在固液兩相流自動分離裝置及固體自動濃縮裝置的頂部。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種污泥自熱高溫好氧消化固液自動分離系統(tǒng)，其包括污泥進(jìn)泥裝置、污泥好氧消化反應(yīng)裝置和固液兩相流分離及固體濃縮裝置，污泥好氧消化反應(yīng)裝置包括有內(nèi)循環(huán)區(qū)、全混式混合區(qū)以及高溫滅菌區(qū)三個水力分離的獨立功能區(qū)，分別對污泥的消化處理和病毒殺滅實施單元操作，污泥好氧消化反應(yīng)裝置出泥系統(tǒng)為底部出泥，并附加氣提升管。本發(fā)明中污泥消化能夠達(dá)到的效果為在4天的污泥停留時間內(nèi)，獲得40％以上有機(jī)物去除率；去除每千克有機(jī)物耗電為1.4kW·h；污泥中病原體殺滅能夠達(dá)到“未能檢測”的標(biāo)準(zhǔn)；污泥自動分離濃縮能夠達(dá)到的效果為污泥中SS的捕獲率超過99％；濃縮污泥的含固率達(dá)到12％以上。
文檔編號C02F11/00GK101659505SQ20091019005
公開日2010年3月3日 申請日期2009年9月15日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月15日
發(fā)明者曦 曹 申請人:深圳市藍(lán)鳳凰環(huán)?？萍加邢薰?br>