本實(shí)用新型涉及一種針對(duì)不同污水處理廠剩余污泥脫水的裝置，屬于市政工程及環(huán)境工程技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

污水處理廠在活性污泥處理污水過程中，由于同化有機(jī)物使得微生物過量繁殖，部分活性污泥回流到生化池中，過量微生物繁殖產(chǎn)生的剩余污泥成分復(fù)雜，含水率高，微生物活性大。傳統(tǒng)的混凝劑預(yù)處理增大污泥顆粒，然后通過板框壓濾，真空抽濾等方式實(shí)現(xiàn)污泥脫水的目的。

大量的研究表明剩余污泥中的菌膠團(tuán)包含的水分無法通過簡單的污泥脫水方式去除，菌膠團(tuán)中的胞外聚合物（EPS）成分束縛了大量的水分，因此破壞胞外聚合物（EPS）結(jié)構(gòu)，使得EPS中被束縛的水分能夠釋放出來對(duì)提高污泥脫水性能起到極大的作用。芬頓反應(yīng)在反應(yīng)過程中產(chǎn)生OH?氧化性極強(qiáng)，能夠破壞EPS結(jié)構(gòu)，使得EPS中糖類，蛋白質(zhì)，水分能夠釋放出來，從而提高脫水性能；超聲波是彈性介質(zhì)中的一種機(jī)械波，頻率為10～15kHz，超聲波在處理污泥過程中會(huì)發(fā)生空化現(xiàn)象，產(chǎn)生的空化氣泡瞬間破碎會(huì)發(fā)出剪切力從而能夠破解污泥中微生物細(xì)胞，從而使得污泥脫水性能提高。

因此，采用超聲波聯(lián)合芬頓反應(yīng)強(qiáng)化剩余污泥脫水就顯得十分具有可行性，然而實(shí)際污泥脫水實(shí)踐表明，芬頓反應(yīng)需要投加大量的酸，F(xiàn)e²⁺離子和H₂O₂，不僅工程經(jīng)濟(jì)無法承受，同時(shí)，產(chǎn)泥量大，處理費(fèi)用高。如申請(qǐng)?zhí)枮?01510709116.7公開了一種污水深度處理芬頓法污泥的資源化利用方法，其中提到了Fe²⁺投加量控制在1000mg/L，產(chǎn)泥量是城市污水處理廠產(chǎn)泥量的五倍，處理費(fèi)用大大增加。

針對(duì)我國長江水流域污水處理廠剩余污泥有機(jī)物含量大，黃河流域污水處理廠剩余污泥有機(jī)物含量偏低，同時(shí)生物活性低，因此H₂O₂投加量相對(duì)于長江流域污水處理廠剩余污泥處理過程中肯定需要減少，但是針對(duì)不同區(qū)域污水處理廠剩余污泥采用芬頓反應(yīng)過程中如何確定芬頓試劑投加量還沒有有效確定的方法和技術(shù)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的目的在于，提供一種針對(duì)不同污水處理廠剩余污泥脫水的裝置，為不同污水處理廠找到一種提高剩余污泥脫水效率的方法，同時(shí)優(yōu)化污水處理過程中芬頓試劑和酸的投加量，節(jié)約污泥脫水所需費(fèi)用并降低產(chǎn)泥量，從而克服現(xiàn)有技術(shù)的不足。

本實(shí)用新型的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的：

本實(shí)用新型的一種針對(duì)不同污水處理廠剩余污泥脫水的裝置為，包括生化預(yù)處理池，在生化預(yù)處理池上設(shè)有超聲波發(fā)生器和攪拌槳，并且超聲波發(fā)生器和攪拌槳能夠插入裝在生化預(yù)處理池內(nèi)的待處理剩余污泥中，攪拌槳與電機(jī)連接。

由于采用了上述技術(shù)方案，本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型采用超聲波和芬頓反應(yīng)聯(lián)合處理剩余污泥，使污泥中EPS被破壞，細(xì)胞壁和細(xì)胞膜被破壞導(dǎo)致細(xì)胞水溶出，剩余污泥脫水性能大大增強(qiáng)，經(jīng)過板框壓濾后剩余污泥含水率能夠降低到60%，同時(shí)芬頓試劑投加量和酸的投加量能夠大大降低。經(jīng)試驗(yàn)證明，本實(shí)用新型不僅具有對(duì)污水處理廠的適應(yīng)性十分普遍、能有效增強(qiáng)剩余污泥脫水性能的優(yōu)點(diǎn)，而且還具有結(jié)構(gòu)簡單、制作成本低、使用維護(hù)都方便的優(yōu)點(diǎn)。

附圖說明

圖1是本實(shí)用新型所用裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是Fe²⁺不變時(shí)的三維響應(yīng)曲面照片；

圖3是H₂SO₄不變時(shí)的三維響應(yīng)曲面照片；

圖4是H₂O₂不變時(shí)的三維響應(yīng)曲面照片。

圖中的標(biāo)記為：1-生化預(yù)處理池、2-待處理剩余污泥、3-超聲波發(fā)生器、4-電機(jī)、5-攪拌槳。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步的詳細(xì)說明，但不作為對(duì)本實(shí)用新型的任何限制。

本實(shí)用新型是用于下述的一種針對(duì)不同污水處理廠剩余污泥脫水方法中的，該方法是在超聲波的作用下采用芬頓反應(yīng)強(qiáng)化剩余污泥的脫水效果；超聲波的強(qiáng)度不小于100W，超聲波的頻率控制在10～15kHz，超聲波的作用時(shí)間控制在1～2小時(shí)。并在芬頓反應(yīng)過程中控制Fe²⁺、H₂SO₄和H₂O₂的投加量，具體做法是依次保持以上三個(gè)參數(shù)中的其中一個(gè)不變，通過調(diào)節(jié)另外兩個(gè)參數(shù)的大小，獲得板框壓濾脫水后的水分去除率，分別建立Fe²⁺不變時(shí)的三維響應(yīng)曲面（圖2）、H₂SO₄不變時(shí)的三維響應(yīng)曲面（圖3）和H₂O₂不變時(shí)的三維響應(yīng)曲面（圖4）；然后運(yùn)用方差分析（ANOVA）軟件對(duì)上述三個(gè)三維響應(yīng)曲面進(jìn)行分析后生成模型方程：

Y=a₁X₁+a₂X₂+a₃X₃+a₁₂X₁X₂+a₁₃X₁X₃+a₁₁X₁²+a₂₂X₂²+a₂₃X₂X₃+a₃₃X₃²

模型方程：Y表示經(jīng)過板框壓濾后剩余污泥的水分去除率，用百分?jǐn)?shù)表示；

X₁表示剩余污泥中Fe²⁺的濃度值；當(dāng)投入的Fe²⁺發(fā)生變化時(shí)，剩余污泥中Fe²⁺的濃度值也隨著變化；

X₂表示剩余污泥的pH值；當(dāng)投入的酸發(fā)生變化時(shí)，剩余污泥的pH值也隨著變化；

X₃表示指剩余污泥中H₂O₂的濃度值；當(dāng)投入的H₂O₂發(fā)生變化時(shí)，剩余污泥中的H₂O₂的濃度值也隨著變化；

a₁、a₂、a₃、a₁₁、a₁₂、a₁₃、a₂₂、a₂₃和a₃₃均表示剩余污泥性質(zhì)的指標(biāo)參數(shù)，當(dāng)剩余污泥確定后a₁、a₂、a₃、a₁₁、a₁₂、a₁₃、a₂₂、a₂₃和a₃₃均為常數(shù)；

當(dāng)不同污水處理廠需要對(duì)剩余污泥進(jìn)行脫水時(shí)，只需要將表示剩余污泥性質(zhì)的指標(biāo)參數(shù)a₁、a₂、a₃、a₁₁、a₁₂、a₁₃、a₂₂、a₂₃和a₃₃代入模型方程，并輸入預(yù)定的經(jīng)過板框壓濾后剩余污泥的水分去除率Y即可計(jì)算出FeSO₄、H₂SO₄和H₂O₂的最佳投加量；實(shí)現(xiàn)提高剩余污泥脫水效率節(jié)約污泥脫水所需費(fèi)用和降低產(chǎn)泥量的目的。

用于上述方法的本實(shí)用新型的一種針對(duì)不同污水處理廠剩余污泥脫水的裝置，包括生化預(yù)處理池1，在生化預(yù)處理池1上設(shè)有超聲波發(fā)生器3和攪拌槳5，并且超聲波發(fā)生器3和攪拌槳5能夠插入裝在生化預(yù)處理池1內(nèi)的待處理剩余污泥2中，攪拌槳5與電機(jī)4連接。

本實(shí)用新型所用的超聲波發(fā)生器3和攪拌槳5可直接采用市場上出售的成品裝置進(jìn)行安裝。

本實(shí)用新型采用響應(yīng)面曲線法建立芬頓反應(yīng)參數(shù)與剩余污泥脫水效果的關(guān)系，從而通過響應(yīng)面曲線探究不同污水處理廠剩余污泥的芬頓反應(yīng)最佳條件，其中以Fe²⁺濃度，pH值，H₂O₂濃度為變化參數(shù)，分別以X₁， X₂， X₃代表，以經(jīng)過板框壓濾后剩余污泥含水率降低百分?jǐn)?shù)為相應(yīng)參數(shù)Y，建立模型方程，大量的國內(nèi)外研究表明剩余污泥含水率降低百分?jǐn)?shù)和芬頓試劑投加量的二次方成正相關(guān)，因此模型方程擬定如下：

Y=a₁X₁+a₂X₂+a₃X₃+a₁₂X₁X₂+a₁₃X₁X₃+a₁₁X₁²+a₂₂X₂²+a₂₃X₂X₃+a₃₃X₃²

通過大量的正交現(xiàn)場脫水試驗(yàn)結(jié)果，運(yùn)用(ANOVA)分析軟件得出模型方程中參數(shù)，針對(duì)不同污水處理廠的生化性質(zhì)不同，特別是剩余污泥中有機(jī)質(zhì)的含量差別很大，運(yùn)行該方程得出不同污水處理廠的芬頓反應(yīng)參數(shù)，從而得到芬頓反應(yīng)的最佳Fe²⁺，pH值，H₂O₂濃度。根據(jù)進(jìn)水流量，從而計(jì)算出最佳Fe²⁺，酸，H₂O₂的最佳投加量。

由于超聲波破碎剩余污泥細(xì)胞過程中，聲強(qiáng)增大，破碎程度越大，但是聲強(qiáng)過大會(huì)導(dǎo)致空化泡在聲波的負(fù)壓下長得很大，致使空化泡崩潰不充分，從而降低了剪切力對(duì)剩余污泥中EPS結(jié)構(gòu)和微生物細(xì)胞的破壞作用，同時(shí)超聲波探頭功率太大會(huì)導(dǎo)致探頭空化腐蝕嚴(yán)重，因此剩余超聲波發(fā)生器功率采用100W，產(chǎn)生的超聲波頻率為15kHz。

實(shí)施例1

如圖1所示，在生化預(yù)處理池1中，超聲波發(fā)生器3發(fā)出的超聲波頻率為15kHz，超聲波發(fā)生器功率為100W，在超聲波作用1.5小時(shí)下，空化泡產(chǎn)生又崩潰產(chǎn)生的剪切力起到破壞剩余污泥EPS和微生物細(xì)胞結(jié)構(gòu)的作用。同時(shí)，在生化預(yù)處理池1中投加不同比例的H₂O₂，F(xiàn)e²⁺，同時(shí)投加稀硫酸調(diào)節(jié)待處理剩余污泥2的pH值，攪拌槳5在電機(jī)4的帶動(dòng)下不斷攪動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)芬頓試劑和剩余污泥的混合均勻，增強(qiáng)芬頓反應(yīng)強(qiáng)度，先進(jìn)氧化工藝芬頓反應(yīng)生產(chǎn)的OH?能夠破壞EPS結(jié)構(gòu)中蛋白質(zhì)、多糖等結(jié)構(gòu)，同時(shí)OH?能夠破壞剩余污泥中微生物的細(xì)胞膜和細(xì)胞壁從而能夠分別使得EPS和微生物中水分能夠更容易被釋放，從而提高了剩余污泥的脫水性能。

實(shí)施例2

江蘇鹽城某化工廠的剩余污泥在脫水過程中，15kHz超聲波和芬頓反應(yīng)處理2小時(shí)，采用芬頓反應(yīng)強(qiáng)化剩余污泥脫水效果，在剩余污泥芬頓反應(yīng)調(diào)節(jié)過程中，建立響應(yīng)面曲線法探測芬頓反應(yīng)最佳反應(yīng)條件。芬頓反應(yīng)過程中，控制Fe²⁺投加量、H₂SO₄投加量和H₂O₂投加量任何一個(gè)參數(shù)不變，通過調(diào)節(jié)另外兩個(gè)因素的大小，根據(jù)現(xiàn)場芬頓反應(yīng)參數(shù)和板框壓濾脫水效果，建立三維響應(yīng)面曲線如圖2～4，然后運(yùn)用方差分析（ANOVA）軟件生成模型方程，根據(jù)圖中數(shù)據(jù)擬合，最終得到模型方程為

Y = 7.63 + 12.57X₁ + 6.28X₂ - 3.91X₃ + 4.48X₁² - 5.32X₃² + 7.43X₁X₂ + 3.15X₁X₃ - 0.75X₂X₃ R²=0.956

從方程中可見，擬合系數(shù)R²達(dá)到95.6%，擬合系數(shù)數(shù)值越接近1，表明該方程能夠很好的符合脫水效率和芬頓實(shí)際投加量的關(guān)系，具有很好的運(yùn)用價(jià)值?？梢娫摲匠叹哂休^強(qiáng)的準(zhǔn)確性和適用性。針對(duì)該污水處理廠生化特性，得出最佳pH為2.3，同時(shí)最佳投加量分別為：422克 H₂O₂濃液/千克剩余污泥；302克Fe²⁺濃液/千克剩余污泥。