[发明专利]一种低速水力旋流剪切破碎污泥释放碳源的方法和反应器

说明书

本发明涉及一种低速水力旋流剪切破碎污泥释放碳源的方法和反应器，是一种低能耗的市政有机污泥破解方法，通过在反应器底部设置叶轮搅拌，利用机械搅拌、水力、摩擦力和离心力等共同作用，驱动反应器内的小颗粒球磨珠旋转翻腾，从而充分碰撞、剪切破碎污泥，释放出碳源，污泥得以减量化、资源化和无害化。本方法装备简单、安全可靠、运行能耗低、剪切破碎效果好。污泥碳源释放充分，一般可释放污泥COD的40～50％以上，污泥减量效果显著。处理后的污泥一般需要经过进一步生化处理，最终形成的二次污泥有机质含量低，处理处置成本低。

技术领域

本发明属于水环境保护技术领域，具体涉及一种低速水力旋流剪切破碎污泥释放碳源的方法和反应器。

背景技术

市政污水处理厂碳源不足成为影响污水处理效率的制约因素之一，目前常采用的措施有开发新的工艺、额外投加碳源(如甲醇等)或采用碳源替代材料(如黄铁矿等)。随着对出水水质要求的不断提高，出水总氮浓度进一步降低，对碳源的需求进一步增加了。同时，污水厂污水经过处理后，常常有数量不菲的剩余污泥需要处理和处置，而污泥的主要成分是有机质。但是由于污泥性质相对稳定，不可能直接作为碳源利用，故开发污泥释放的有机物代替碳源是近年来水环境保护领域的热点技术之一。

国内外学者对污泥破解释放碳源进行了大量研究，破解方法可以分为物理方法、化学方法、生物方法和联合处理方法。污泥的物理破解方法主要有超声波、热处理、微波、光辐射、机械球磨、高压喷射等。化学法是向污泥中添加各种化学药剂，主要为强氧化剂(如臭氧、Fenton试剂、ClO₂等)和强碱[NaOH、CaO、Ca(OH)₂等]。氧化剂和强碱能破坏污泥的絮体结构，溶解微生物的细胞壁(膜)，使细胞内容物溶出，增加污泥中SCOD浓度。生物法是利用酶制剂(如溶菌酶)或可分泌胞外酶的细菌(如嗜热菌)对污泥中微生物细胞壁的水解作用，使微生物细胞壁破裂、胞内物质溶出。滚筒式球磨机破碎污泥能耗相对较低，但装备构造较复杂，设备成本高。

发明内容

本发明的目的就在于为了解决现有技术的缺点，通过构建一定的反应器构造，在机械力和水力共同作用下，维持在较低的流速下驱动反应器底部的污水/污泥/球磨珠不断混合研磨、剪切从而达到将污泥细胞破碎的目的。细胞充分破碎后，一方面污泥细胞内含物释放，可以释放一部分小分子有机物，此部分有机物多可以直接作为污水脱氮工艺之碳源；另一方面，构成细胞壁和细胞膜成分的大分子也能够被充分破碎、剪切和研磨，也能够碎片化为更小的颗粒态有机物，有利于后续进一步处理从而深度释放碳源。本发明方法能耗低于传统机械球磨法；同时具有装备简单的优点，若与生物法联合适用，碳源可以充分回收利用。

本发明通过以下技术方案来实现上述目的：

一种低速水力旋流剪切破碎污泥释放碳源的方法，将污水、污泥通入反应器内，污泥与不同规格的球磨珠按照比例旋流混合，在反应器内控制较低的底部旋流速度，在旋转过程中不同规格球磨珠之间相互碰撞、研磨，不断剪切污泥，将污泥细胞破碎，释放出碳源。

作为本发明的进一步优化方案，在污水、污泥、球磨珠在反应器内混合旋流过程中，污泥被不断剪切而破碎，胞内含物释放，细胞壁和细胞膜被破碎，再向反应器中通入混凝剂，破碎后的污泥碎片与混凝剂混合，絮凝沉淀，沉淀的污泥碎片被球磨珠进一步破碎，碳源跟随水流从反应器排出，并采用厌氧生物方法处理，以充分释放碳源。对于已经破碎后的污泥碎片，特别时破碎后尺度为胶体大小的颗粒(尺度约在0.05μm以上)，由于其密度相对较小，难以沉降回到底部区域，故可以投加混凝剂促使其凝聚。对于更小的污泥碎片(粒径约在0.02μm以下)，因为已经充分破碎，故随水流出反应器，从而污泥细胞能够得到较好的破碎效果。

作为本发明的进一步优化方案，所述球磨珠采用玻璃珠、锆珠或钢珠，球磨珠形状为球形，且球磨珠的平均直径在0.6～4.5mm范围内。