基于臭氧微纳米气泡的污泥减量化处理系统和方法
技术领域
[0001] 本
发明属于污泥处理的技术领域，特别是涉及一种基于臭氧微纳米气泡的污泥减量化处理系统和方法。
背景技术
[0002]
活性污泥的处理一直是垃圾处理领域的一个难题，剩余污泥的处置成本已占到污
水处理厂运行成本的25％-60％，因此实现污泥减量化是目前国内外的主要研究焦点。污泥具有含水率高、体积大及处理成本高等特点，活性污泥的种类主要包括以下几种：初沉池污泥、剩余污泥、回流污泥等。随着世界各国不断出台更严格的环保政策与法规，经济高效的活性污泥处理工艺亟待升级。
[0003] 污泥减量化的技术原理主要可以分为物理法、化学法以及
生物法，主要包括热
水解法、机械破解法、
超声波破解、臭氧化以及厌氧化与好氧
发酵等过程。在这些方法中好氧发酵技术虽是资源化利用中具有代表性的技术之一，但存在周期长、占地面积大、辅料来源以及废气易造成二次污染等缺点。污泥
厌氧消化是目前国际上应用最为广泛的污泥稳定化及减量化的方法，特点是可以进行污泥产能利用以减小成本，但消化设备的运行
稳定性、产沼气率等指标受污泥本身的特性影响较大，因此设备的改进与产物的出路问题需要长时间的探索。
[0004] 因高级氧化法具有工艺过程简单、成本低、无二次污染等优点，从降低外部成本、提高污泥减量化效果和速率及其污泥减量化资源化的需求等方面来看，高级氧化法是较有前途的方法。污泥高级氧化处理技术主要包括Fenton
试剂氧化、O3氧化、湿式空气氧化及
超临界水氧化等技术。目前研究较多的高级氧化法主要是Fenton试剂氧化、O3氧化等。Fenton氧化技术具有快速、经济及环境友好等优点，但有机物矿化不完全等缺点制约其广泛应用。O3是一种常见的强
氧化剂，但是O3的直接性氧化反应具有较高的选择性且反应速率较慢，其利用率也不高。而由于O3的间接氧化作用是利用臭氧在水中分解能产生具有强氧化能
力的自由基的特点来对有机物进行分解，间接氧化具有反应速率快，选择性不强等特点。
发明内容
[0005] 本发明所要解决的技术问题是提供一种基于臭氧微纳米气泡的污泥减量化处理系统和方法，提高对臭氧氧化剂的利用率和污泥减量化处理效率。
[0006] 本发明解决其技术问题所采用的技术方案是提供一种基于臭氧微纳米气泡的污泥减量化处理系统，包括水箱、臭氧发生器、微纳米气泡发生器、污泥反应器、尾气吸收罐和污泥收集罐，所述水箱通过输液管与微纳米气泡发生器连接，所述臭氧发生器与微纳米气泡发生器连接，所述微纳米气泡发生器的出料喷口与污泥反应器连接，所述污泥反应器上部的反应气出口与尾气吸收罐连接、底部污泥出口与污泥收集罐连接。
[0007] 所述臭氧发生器与微纳米气泡发生器之间的输送管上设有气体流量计。
[0009] 本发明解决其技术问题所采用的技术方案是提供一种基于臭氧微纳米气泡的污泥减量化处理方法，使用了上述的基于臭氧微纳米气泡的污泥减量化处理系统，包括以下步骤：
[0010] (1)将臭氧发生器产生的臭氧通入微纳米气泡发生器作为气源，同时向微纳米气泡发生器中通入水，制备臭氧微纳米气泡
水体系；
[0011] (2)通过微纳米气泡发生器的出料喷口将臭氧微纳米气泡水高速射入污泥反应器；
[0012] (3)制备含Fe2+或Mn2+的溶液，通入污泥反应器，与活性污泥充分搅拌后进行污泥氧化处理；
[0013] (4)向尾气吸收罐中加入碘化
钾溶液，尾气通入尾气吸收罐进行尾气吸收。
[0014] 有益效果
[0015] 第一，本发明能够同时利用臭氧的直接氧化作用以及分解产生具有强氧化能力自由基的间接氧化作用对活性污泥进行氧化减量化处理，有利于提高对臭氧的利用率，提升污泥减量化处理效率。
[0016] 第二，本发明利用了臭氧微纳米气泡水体系对活性污泥进行减量化处理，微纳米气泡能够长时间存留于水中，有利于增加臭氧气泡与污泥有机物
接触反应时间，且
比表面积大，内部传质效率高，提高气液交换效率，并且臭氧微纳米气泡自身具有
增压溶解的效果，有利于产生大量的自由基进行污泥氧化反应，使得对臭氧的利用率高，污泥减量化处理效率高。
[0017] 第三，本发明对未反应完全的臭氧进行了吸收处理，避免了产生二次污染。
附图说明
[0018] 图1为本发明的结构示意图。
具体实施方式
[0019] 下面结合具体
实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或
修改，这些等价形式同样落于本
申请所附
权利要求书所限定的范围。
[0020] 如图1所示的一种基于臭氧微纳米气泡的污泥减量化处理系统，包括水箱1、臭氧发生器2、微纳米气泡发生器3、污泥反应器4、尾气吸收罐5和污泥收集罐6。
[0021] 水箱1通过输液管与微纳米气泡发生器3连接，臭氧发生器2与微纳米气泡发生器3连接，臭氧发生器2与微纳米气泡发生器3之间的输送管上设有气体流量计。微纳米气泡发生器3的出料喷口与污泥反应器4连接，污泥反应器4内部设有搅拌机构。污泥反应器4上部的反应气出口与尾气吸收罐5连接，底部污泥出口与污泥收集罐6连接。
[0022] 下面提供一种基于臭氧微纳米气泡的污泥减量化处理方法，使用了上述的基于臭氧微纳米气泡的污泥减量化处理系统，包括以下步骤：
[0023] (1)将新鲜活性污泥
混合液加入污泥反应器4，污泥混合液浓度为4500mg/L。
[0024] (2)将臭氧发生器2产生的臭氧通入微纳米气泡发生器3作为气源，同时向微纳米气泡发生器3中通入水，制备臭氧微纳米气泡水体系。控制微纳米气泡发生器3的进水pH＝6.5-7.0，进水流量为300ml/min，控制进气流量为12mL/min，控制进气压力为0.2MPa。
[0025] (3)通过微纳米气泡发生器3的出料喷口将臭氧微纳米气泡水高速射入污泥反应器4；
[0026] (4)采用FeSO4·6H2O或MnSO4·2H2O制备含4mmol/L Fe2+或4mmol/L Mn2+的过度
金属离子溶液，通入污泥反应器4，与活性污泥充分搅拌后进行污泥氧化处理；
[0027] (5)向尾气吸收罐5中加入碘化钾溶液，尾气通入尾气吸收罐(5)进行尾气吸收。
[0028] 微纳米气泡通常是指直径为50μm～200nm的混合微小气泡，微纳米气泡在水中的
溶解度超过85％，并且微纳米气泡是以气泡的方式长时间(上升速度6cm/分钟)存留在水中，附着在有机物表面，使臭氧气泡与污泥进行较长时间接触，并在自身增压溶解的过程中产生大量的羟基自由基，以达到充分氧化污泥、提高污泥减量化效率的目的，在本实例中，污泥的减量化效率可达到38％以上。
[0029] 本发明的技术原理如下：
[0030] 第一、化学反应原理：
[0031] (1)O3在液相中产生自由基原理：
[0032] O3+OH-→HO2-+O2
[0033] O3+HO2-→O3-·+HO2-
[0034] O3+O2-·→O3-·+O2
[0035] O3-·+H+→HO3·
[0036] HO3·→·OH+O2
[0037] (2)O3协同过渡金属催化剂产生羟基自由基原理：
[0038] (一)Fe2+
[0039] Fe2++O3→Fe3++O3·-
[0040] O3·-+H+→O2+OH
[0041] Fe2++O3→FeO2++O2
[0042] FeO2++H2O→Fe3++OH+OH-
[0043] Fe3++O3+H2O→FeO2++H++OH+O2
[0044] 2HO·2→H2O2+O2
[0045] (二)Mn2+
[0046] Mn2++O3+2H+→Mn4++O2+H2O
[0047] Mn4++3/2O3+3H+→Mn7++3/2O2+3/2H2O
[0048] M(有机物)+Mn7++3/2H2O→Mn4++3H++P(产物)
[0049] Mn2++Mn4+→2Mn3+
[0050] Mn2++O3+H+→Mn3++O2+OH
[0051] (3)O3碘化钾溶液吸收原理：
[0052] O3(g)+2KI(g)+H2O(1)→O2(g)+I2(有色)+2KOH
[0053] 第二、臭氧在污泥破解过程的作用原理：
[0054] 直接反应：(1)环加成反应：即O3可与有机物的不饱和键发生环加成反应，形成低级O3物,在水溶液中被氧化为
醛、
酮等羰基化合物及部分两性离子，两性离子迅速氧化为羰基-过氧基态,，最终形成羰基化合物及过氧化氢；(2)亲电反应：即
电子云密度较高的
位置上易发生亲电反应，带有给电子基(如-OH、-NH2)的芳香取代物的邻位及对位
碳原子上电子云密度很高，与臭氧反应速度较快，而带有吸电子基(如-COOH、-NO2)的芳香取代物与臭氧反应速度较慢；(3)亲核反应：一般发生在缺电子位，特别是带吸电子基的羰位上，或由O的转移实现。
[0055] 间接反应：(1)电子转移反应，即·OH夺取有机物上电子，被还原为OH-；(2)抽氢反应，即·OH
抽取有机物不同取代基上的H，产生有机物自由基及水；(3)·OH加成反应，即·-OH与烯
烃或
芳香族化合物上的双键发生加成反应，形成OH。
