申请日2019.01.03
公开(公告)日2019.05.24
IPC分类号C02F11/00; C02F3/28; B01J19/10
摘要
本发明是一种超声波污泥破解预处理方法。采用柱形升流式耦合超声波反应器;反应器顶部设置有反应器的排气控制阀，底部侧壁设置有进口控制阀;反应器槽体的顶部设置有检修法兰口;顶部侧壁设置有出口控制阀;反应器槽体的底部设置有排污控制阀;反应器内设有污泥液位监测的浮球式低液位报警器;打开排气控制阀、进口控制阀、出口控制阀，保持排污控制阀关闭状态，启动污泥泵电源开关，由污泥泵向超声波污泥柱体内输送污泥;待污泥达到出口液位时会由出口控制阀中流出，关闭排气控制阀;启动大功率及多频低功率超声波电源，开始破解反应。污泥在超声波反应器中破解后，溶解性蛋白质和多糖均有增加，产气量增加15%以上，周期缩短7天以上。
权利要求书
1.一种超声波污泥破解预处理方法;其特征是采用柱形升流式耦合超声波反应器;反应器主要由反应器底部的大功率超声波换能器、反应器槽体、多频低功率超声波换能器、反应器外壳、超声波电源和电路系统组成;大功率超声波换能器设置在反应器底部，多台多频低功率超声波换能器布置于反应器槽体侧壁上，且每侧壁的上下换能器、两侧壁相邻的左右换能器频率依次不同;反应器顶部设置有反应器的排气控制阀，反应器的多频低功率超声波换能器设置在反应器槽体侧壁外，反应器外壳为柱形，大功率超声波换能器设置在反应器槽体底部，反应器底部侧壁设置有进口控制阀;反应器槽体的顶部设置有检修法兰口;反应器槽体的顶部侧壁设置有出口控制阀;反应器槽体的底部设置有排污控制阀，污泥反应器槽体为柱形槽体，位于反应器外壳内部，槽体内为污泥破解区域;反应器内设有污泥液位监测的浮球式低液位报警器;操作步骤如下：
1)打开排气控制阀、进口控制阀、出口控制阀，保持排污控制阀关闭状态，启动污泥泵电源开关，由污泥泵向超声波污泥柱体内输送污泥 ;
2)待污泥达到出口液位时会由出口控制阀中流出，此时关闭排气控制阀;
3)启动大功率及多频低功率超声波电源，开始破解反应。
2.如权利要求1所述的方法，其特征是大功率超声波换能器参数为：频率20-40kHz，功率1-3kW。
3.如权利要求1所述的方法，其特征是多频低功率超声波换能器参数为：频率为20-60kHz，单个换能器功率50-200W。
4.如权利要求1所述的方法，其特征是污泥泵的流量Q，应根据污泥在反应器中所需的破解时间T和反应器的容积V计算选择，Q=V/T。
5.如权利要求1所述的方法，其特征是超声波电源设有两台，一台控制大功率超声波换能器，一台控制多频低功率超声波换能器;两台超声波电源控制换能器单独启停;根据破解效果调整布置不同数量的换能器。
6.如权利要求1所述的反应器;其特征是超声波电源功率数字显示实时超声波功率，且在操作过程中，根据破解效果在0-100%范围内调增或调减输入功率。
说明书
一种超声波污泥破解预处理方法
技术领域
本发明公开了一种超声波污泥破解预处理方法。
背景技术
随着经济的发展，城镇化进度不断加快，污水处理厂的数量也逐渐增多，污泥，作为污水处理厂的副产物，数量也逐渐增加。污泥中组分复杂，包括大量有机物、氮、磷、重金属等物质，如果没有进行妥善处理处置，会对环境产生较为严重的污染。常用的污泥处理方法有填埋、焚烧、厌氧消化等，其中，厌氧消化可以实现污泥的减量化、稳定化、资源化和无害化，是众多处理方法中，厌氧消化极有应用前景。但是由于污泥中大量的有机物被微生物菌胶团所包裹，如果直接进行厌氧消化，常需要较长的时间才能水解微生物细胞壁和菌胶团，释放有机物进入液相，极大的抑制了厌氧消化效率和甲烷的产量。超声波作为一种预处理的方法，可以破解污泥细胞壁和菌胶团，将污泥中的有机物暴露于液相环境，从而有效的缩短厌氧消化的时间，提高反应效率，增加生物气产量。
超声波是指频率在20-100kHz范围内的声波，作为一种物理化学方法，在医疗、机械制造、清洗等行业已有成熟应用。随着环境技术的发展，超声在污水处理领域也有了工业化应用，其作用机制主要是利用声波在液体中的空化作用，产生爆裂气泡和自由基，从而降解有机污染物。自19世纪90年代超声波首次应用于污泥的破解研究开始，近年来超声波已经成为了污泥领域研究的热点。许多文献已报道超声波可以有效破解污泥，使污泥中有机物从固相转化为液相，从而促进厌氧消化效率。然而，现有的超声波技术和设备大多是高能耗低处理量，这严重制约了超声波技术的工业化进程。因此，截至目前，超声波技术在污泥处理领域仍未见成熟的工业化应用。
传统的超声波反应器可分为变幅杆式超声波反应器和槽式超声波反应器。变幅杆式超声波反应器的特点是具有较大的破解功率，从而具有较强的破解声场，污泥在该反应器中可以在短时间内得到有效的破解，然而由于所有的功率集中于单换能器探头上，在反应器内的破解声场均匀度较差，容易造成能源的浪费。而槽式超声波反应器主要是利用多个压电陶瓷式超声波换能器布置于反应器底部或侧壁，其反应器声场均匀度较好，且有声波驻波可以增强其破解效果，能源利用效率较高，并且槽式超声波反应器具有较大的处理流量，但是由于其功率较低，声场弱，常需要较长的破解时间才能达到理想的破解效果。目前，德国科学家在变幅杆式超声波反应器预处理污泥领域已有工业化的尝试，但由于其能耗较高，处理量有限，在世界范围内应用较少。而槽式超声波反应器虽然在超声波清洗领域已有成熟应用，但由于破解程度较低，在污泥预处理领域仅限于实验室规模，未见有工业化规模的应用。
各国的科学家对如何降低超声能耗、提高超声反应器处理效率和缩短停留时间上进行了大量的试验研究。其中大部分是通过和其他方法相结合，如超声波耦合碱解、超声波耦合生物菌剂、超声波耦合热预处理等等，通过和其他方法耦合时不同破解机制的作用，发挥协同作用，可以取得较好的破解效果，但是由于该类方法需要对设备或工艺进行更新，极大了增加了工艺成本，或要求投加药剂，容易对环境带来污染，因此并未得到广泛的应用。
发明内容
为解决此类问题，本发明提出了一种超声波污泥破解预处理方法。污泥由该柱形升流式耦合超声波反应器底部流入，升流至顶部流出，升流的目的第一是可以使污泥充分填满整个反应器，从而超声波不会空放，且底部流入顶部流出，可以使污泥处于搅拌的状态，污泥更均匀的流经反应器腔体，有利于超声破解;第二是可以实现动态破解，从而处理量扩大化，实现工业化应用。
本发明的技术方案如下：
一种超声波污泥破解预处理方法;采用柱形升流式耦合超声波反应器;反应器主要由反应器底部的大功率超声波换能器、反应器槽体、多频低功率超声波换能器、反应器外壳、超声波电源和电路系统组成;大功率超声波换能器设置在反应器底部，多台多频低功率超声波换能器布置于反应器槽体侧壁上，且每侧壁的上下换能器、两侧壁相邻的左右换能器频率依次不同;反应器顶部设置有反应器的排气控制阀，反应器的多频低功率超声波换能器设置在反应器槽体侧壁外，反应器外壳为柱形，大功率超声波换能器设置在反应器槽体底部，反应器底部侧壁设置有进口控制阀;反应器槽体的顶部设置有检修法兰口;反应器槽体的顶部侧壁设置有出口控制阀;反应器槽体的底部设置有排污控制阀，污泥反应器槽体为柱形槽体，位于反应器外壳内部，槽体内为污泥破解区域;反应器内设有污泥液位监测的浮球式低液位报警器;操作步骤如下：
1)打开排气控制阀、进口控制阀、出口控制阀，保持排污控制阀关闭状态，启动污泥泵电源开关，由污泥泵向超声波污泥柱体内输送污泥;
2)待污泥达到出口液位时会由出口控制阀中流出，此时关闭排气控制阀;
3)启动大功率及多频低功率超声波电源，开始破解反应。
所述大功率超声波换能器参数为：频率20-40kHz，功率1-3kW。
所述多频低功率超声波换能器参数为：频率为20-60kHz，单个换能器功率50-200W。
所述污泥泵的流量Q，应根据污泥在反应器中所需的破解时间T和反应器的容积V计算选择，Q=V/T。
所述超声波电源设有两台，一台控制大功率超声波换能器，一台控制多频低功率超声波换能器;两台超声波电源控制换能器单独启停;根据破解效果调整布置不同数量的换能器。
所述超声波电源功率数字显示实时超声波功率，且在操作过程中，根据破解效果在0-100%范围内调增或调减输入功率。
一种柱形升流式耦合超声波反应器;柱形升流式耦合超声波反应器主要由反应器底部的大功率超声波换能器、反应器槽体、多频低功率超声波换能器、反应器外壳和超声波电源组成;大功率超声波换能器设置在反应器底部，多台多频低功率超声波换能器布置于反应器槽体侧壁上，且每侧壁的上下换能器、两侧壁相邻的左右换能器频率依次不同。
所述反应器顶部设置有反应器的排气控制阀，反应器的多频低功率超声波换能器设置在反应器槽体侧壁外，反应器外壳为柱形，大功率超声波换能器设置在反应器槽体底部，反应器底部侧壁设置有进口控制阀;反应器槽体的顶部设置有检修法兰口;反应器槽体的顶部侧壁设置有出口控制阀;反应器槽体的底部设置有排污控制阀，污泥反应器槽体为柱形槽体，位于反应器外壳内部，槽体内为污泥破解区域。
所述的反应器底部设有单台大功率超声波换能器的探头，在大功率换能器探头辐射范围的反应器槽体侧壁外面，分别设有多台多个频率、低功率的超声波换能器，多个频率交错布置，使每侧壁上下、相邻左右两侧壁两个相邻的换能器频率均不相同;底部和侧壁超声波换能器共同辐射污泥破解反应区域。
反应器内设有污泥液位监测的浮球式低液位报警器，液位监测的系统采用浮球式低液位报警器。当反应器内污泥液位较低，即未达到超声波换能器辐射范围液位时，如果此时强行开启超声波换能器电源，会自动启动报警，当污泥液位达到超声波换能器辐射范围时，此时可以开启超声波换能器电源。
