一种利用脉冲磁场协同Fenton氧化反应的污泥预处理装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及污泥处理技术领域，具体涉及一种利用脉冲磁场协同Fenton氧化反应的污泥预处理装置及方法；所述装置包括自上而下设置的上部反应容器和下部反应容器；上部反应容器的顶部分别设置有伸入至容器腔体内的五个试剂喷嘴，上部反应容器的内部还设置有pH传感器、温度传感器和搅拌器，上部反应容器的底部设有污泥出料口；下部反应容器内设置有压滤容器，压滤容器的底部开设有排水口，污泥出料口与压滤容器相连通；下部反应容器的外侧设置有强脉冲磁场仪；本发明专利技术先向反应设备中的原污泥添加Fenton试剂，进行第一步处理，之后再将污泥投强入脉冲磁场仪，从而实现极大地缩短污泥厌氧消化过程中的水解反应所需要的时间同时还解决了反应过程中伴随有散发异味的问题。决了反应过程中伴随有散发异味的问题。决了反应过程中伴随有散发异味的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种利用脉冲磁场协同Fenton氧化反应的污泥预处理装置及方法


[0001]本专利技术涉及污泥处理
，具体涉及一种利用脉冲磁场协同Fenton氧化反应的污泥预处理装置及方法。

技术介绍

[0002]随着城市化进程不断加快，城市污泥量也在飞速增长，污泥处理过程中的碳减排有着很大的必要性。我国污水行业碳排放量占全社会总排放量的1~2%，污水甲烷排放量排名第一，虽然碳排放量整体占比不大，但结合行业自身的发展需求，污水处理需要节能降耗和碳减排。污泥作为污水处理的副产物，富集了污水中带入和污水处理过程产生的难降解的有机物、重金属和病原体等有毒有害物质，同时含有N、P、K等营养物质，源头上具有“污染”和“资源”的双重属性。因此，污泥处理过程中实现碳减排对污水处理行业的“减污降碳”具有重要意义。
[0003]目前对污泥处理多采用厌氧消化的方法。由于污泥固体属难生物降解物质，因此厌氧消化时间周期长，并且在此期间会持续散发异味。由于水解过程厌氧微生物所需要的营养物质大部分存在于污泥絮体以及微生物的细胞壁(膜)内部原生质中，胞外分泌酶无法与营养基质充分有效接触，严重限制了厌氧消化的速率。因此，要对污泥进行预处理，即破碎污泥絮体和污泥细胞壁(膜)，使营养基质得以释放，进而加快整体厌氧消化过程。

技术实现思路

[0004]本专利技术为解决采用厌氧消化的方法对污泥处理时，发酵过程时间长并且过程中会持续散发异味，在不适宜的条件下，污泥厌氧消化的效率低的技术问题，提供一种利用脉冲磁场协同Fenton氧化反应的污泥预处理装置及方法。
[0005]由于水解过程厌氧微生物所需要的营养物质大部分存在于污泥絮体以及微生物的细胞壁(膜)内部原生质中，因此从两个角度对污泥进行预处理。首先通过向污泥中加入Fenton试剂，利用Fe
2+
作为催化剂，使H2O2产生活泼的羟基自由基(
·
OH)，加快有机物和还原物质的氧化反应，破坏污泥絮体结构。同时，Fenton试剂可以氧化还原性的恶臭物质，能有效减少厌氧消化过程中散发的异味。另一方面，利用变化的脉冲磁场能够在细胞膜上产生振荡效应，激烈的振荡效应可以破坏污泥中微生物的细胞壁（膜），从而促进污泥水解以及有机物释放。使用强脉冲磁场进行污泥预处理，随着磁场强度或脉冲数的增加，污泥破壁效果也可能更好。
[0006]先向反应设备中的原污泥添加Fenton试剂，进行第一步处理，之后再将污泥投入强脉冲磁场仪，从而实现极大地缩短污泥厌氧消化过程中的水解反应所需要的时间同时还解决反应过程中伴随有散发异味的问题。
[0007]为解决上述技术问题，本专利技术所采用的技术方案为：一种利用脉冲磁场协同Fenton氧化反应的污泥预处理装置，包括自上而下设置的
上部反应容器和下部反应容器；上部反应容器的顶部分别设置有伸入至容器腔体内的H2SO4喷淋嘴、FeSO4喷淋嘴、H2O2喷淋嘴、乙二胺四乙酸喷淋嘴和NaOH喷淋嘴，所述上部反应容器的内部还设置有pH传感器、温度传感器和搅拌器，上部反应容器的底部设有污泥出料口；所述下部反应容器内设置有压滤容器，压滤容器内可拆卸的连接有压盘，压滤容器的底部开设有排水口，排水口伸出下部容器外侧，所述污泥出料口与压滤容器相连通；所述下部反应容器的外侧设置有强脉冲磁场仪，所述强脉冲磁场仪内壁两侧设有脉冲磁体。
[0008]一种利用脉冲磁场协同Fenton氧化反应的污泥预处理，采用上述装置进行，包括以下步骤：1）将采集的污泥填入上部反应容器中，通过H2SO4喷淋嘴向反应设备中加入H2SO4溶液，对污泥进行酸化，通过pH传感器监测，调节PH在3~4之间；2）通过FeSO4喷淋嘴，H2O2喷淋嘴向上部反应容器中加入FeSO4和H2O2试剂，喷淋试剂过程中启动搅拌器，使Fenton氧化反应充分进行；污泥中的微生物通过表面的相互作用形成稳定的絮状结构，H2O2在Fe
2+
的催化作用下分解产生羟基自由基（
·
OH），
·
OH可降解污泥微生物表面的胞外聚合物并且破坏细胞结构使其内溶物更容易流出；3）通过乙二胺四乙酸喷淋嘴加入乙二胺四乙酸作为Fenton氧化反应的络合物，可增加对有机物的去除率；4）待Fenton反应完成后通过NaOH喷淋嘴向反应设备中加入NaOH溶液对污泥进行调质，利用pH传感器监测直至污泥的pH为7左右；由于微生物对pH的变化非常敏感，污泥厌氧消化系统中，各种细菌所适应的酸碱度范围只允许在中性附近波动。
[0009]5）将絮状结构破坏的污泥通过污泥出料口送往压滤容器，通过压盘对污泥进行挤压，降低污泥的含水率；脱水过程中可以除去之前添加的化学试剂并且有效消除恶臭、病菌等有害物质，排挤出的废水通过排水口连通容器外，可用于后续回收利用；6）启动强脉冲磁场仪，通过电容放电电源产生的电流流过需要用液氮进行冷却的脉冲磁体，从而产生强脉冲磁场对步骤5）压滤后的污泥进行脉冲处理，污泥预处理结束；上述反应步骤中通过温度传感器实时监测温度变化并且及时干预反应容器的温度在适宜条件下，防止反应过程中放热升温或者搅拌升温破坏污泥厌氧消化。
[0010]生物体内的大多数分子和原子具有极性和磁性，外加磁场必会对生物产生作用。不同强度分布的外加磁场对不同生物的影响程度不同，而且振荡磁场还能松弛离子和蛋白质间的化学键，键的松弛会影响细胞的代谢活动而使微生物失活。由于脉冲磁场是变化的，在极短的时间内，磁场的频率和强度会发生极大变化，在细胞膜上产生振荡效应，激烈的振荡效应能使污泥中微生物细胞壁（膜）破裂。在短时间内就可以把污泥预处理到可应用于厌氧发酵的状态下。
[0011]考虑在污泥厌氧消化过程中，温度对有机物负荷和产气量有明显影响。在污泥厌氧消化过程中，温度发生
±
3℃变化时，就会抑制污泥厌氧消化速度；温度发生
±
5℃变化时，就会突然停止产气，使有机酸大量积累而使细胞失活。通过温度传感器实时监测温度变化并且及时控制反应设备的温度在适宜条件下，防止反应过程中放热升温或者搅拌升温破坏污泥厌氧消化。
[0012]进一步的，步骤1）中 H2SO4溶液的浓度为0.1mol/L，使污泥体系的pH值为3。
[0013]进一步的，步骤2）中加入硫酸亚铁溶液使污泥体系的Fe
2+
离子浓度为0.20g/L，加
入质量分数为30%H2O2溶液使污泥体系的H2O2浓度为0.60g/L。
[0014]进一步的，步骤4）中NaOH溶液的浓度为0.2mol/L。
[0015]进一步的，步骤5）中污泥的含水率降低至53%以下。
[0016]进一步的，步骤6）中脉冲处理的设置条件为：磁场强度为8T、脉冲数为20个，单次作用时间为0.1s。
[0017]与现有技术相比本专利技术具有以下有益效果：目前所发展的污泥预处理技术主要有：热处理、化学处理、机械处理等。脉冲磁场技术是一种物理冷杀菌技术，利用高强度磁场发生器发出强脉冲磁场，微生物受到强脉冲本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种利用脉冲磁场协同Fenton氧化反应的污泥预处理装置，其特征在于，包括自上而下设置的上部反应容器和下部反应容器；上部反应容器的顶部分别设置有伸入至容器腔体内的H2SO4喷淋嘴（1）、FeSO4喷淋嘴（2）、H2O2喷淋嘴（3）、乙二胺四乙酸喷淋嘴（4）和NaOH喷淋嘴（5），所述上部反应容器的内部还设置有pH传感器（6）、温度传感器（7）和搅拌器（8），上部反应容器的底部设有污泥出料口（9）；所述下部反应容器内设置有压滤容器（12），压滤容器（12）内可拆卸的连接有压盘（10），压滤容器（12）的底部开设有排水口（11），排水口（11）伸出下部容器外侧，所述污泥出料口（9）与压滤容器（12）相连通；所述下部反应容器的外侧设置有强脉冲磁场仪（14），所述强脉冲磁场仪（14）内壁两侧设有脉冲磁体（13）。2.一种利用脉冲磁场协同Fenton氧化反应的污泥预处理，其特征在于，包括以下步骤：1）将采集的污泥填入上部反应容器中，通过H2SO4喷淋嘴（1）向反应设备中加入H2SO4溶液，对污泥进行酸化，通过pH传感器（6）监测，调节PH在3~4之间；2）通过FeSO4喷淋嘴（2），H2O2喷淋嘴（3）向上部反应容器中加入FeSO4和H2O2试剂，喷淋试剂过程中启动搅拌器（8），使Fenton氧化反应充分进行；3）通过乙二胺四乙酸喷淋嘴（4）加入乙二胺四乙酸作为Fenton氧化反应的络合物；4）待Fenton反应完成后通过NaOH喷淋嘴（5）向反应设备中加入NaOH溶液对污泥进行调质，利用pH传感器（6）监测直至...

【专利技术属性】
技术研发人员：乔晓磊，牛俊天，程鹏，王彦霖，刘泮霖，崔文科，刘雅莉，杜健，樊保国，金燕，贾里，
申请(专利权)人：太原理工大学，
类型：发明
国别省市：