生物汙泥溶胞反應系統的製作方法

2023-05-10 11:14:11

本發明涉及一種廢棄物處理系統，特別是涉及一種的生物汙泥溶胞反應系統。

背景技術：

生物汙泥為廢(汙)水處理廠的生物處理系統進行生物反應所產生的固體廢棄物，所述的生物汙泥主要成分有：具有活性的微生物群體、微生物代謝的殘留物質、汙水挾帶的有機物質，及汙水挾帶的無機物質。

參閱圖1，為一現有的生物汙泥處理方法，適用於處理一含有微生物的生物汙泥，並包含一脫水步驟11、一乾燥步驟12，及一處置步驟13。該脫水步驟11是先添加高分子混凝劑形成大顆絮狀物後，再以離心或者過濾的方式予以分離該生物汙泥的水分，並製成一汙泥餅。而該乾燥步驟12則進一步利用烘烤的方式，再次減少該汙泥餅的含水量。最後，該處置步驟13是將減少含水量的汙泥餅進行掩埋或者焚燒。

然而，該生物汙泥處理方法並未對該生物汙泥中所含的微生物進行針對性處理，因此就算在該處置步驟13中進行掩埋，仍有可能因其中所含的混凝劑與微生物而對土壤造成不良影響。而縱然在該處置步驟13中進行焚燒，可減少微生物對環境的影響，但該生物汙泥處理方法並未能有效減量，也因而造成處理成本的提高，且消耗大量能源，不利於環境友善和節能減碳。因此，如何以一個系統化的設備，確實針對該生物汙泥的微生物進行處理，並且有效減量該生物汙泥，則成為相關領域從事者的主要研發課題。

技術實現要素：

本發明的目的在於提供一種能完全破壞微生物的細胞壁，溶出微生物的細胞內物質，並且有效達成生物汙泥減量的生物汙泥溶胞反應系統。

本發明生物汙泥溶胞反應系統，適用於處理一含有微生物的生物汙泥，並包含一細化裝置、一設置於該細化裝置下遊的接觸裝置，及一設置於該接觸裝置下遊的溶胞裝置。

該細化裝置包括一圍繞出一受限空間的第一本體、一連通於該受限空間的第一循環系統，及一設置於該受限空間中的內循環單元。該第一循環系統使該生物汙泥與水隨該內循環單元的引導，在該受限空間中產生循環，通過水力振蕩的方式，衝散該生物汙泥中呈絮狀集中的菌膠團，以細化該生物汙泥，並增加該生物汙泥的接觸面積，以利於對該生物汙泥進行後續的反應和處理。

該接觸裝置包括一圍繞出一接觸空間的第二本體、一連通於該受限空間與該接觸空間間的第一導管、一連接於該第一導管並用於供給臭氧的供氣管，及一連通於該接觸空間並設置於該接觸空間下遊的第二導管。經過細化的該生物汙泥，經由該第一導管而輸入至該接觸空間，與自該供氣管注入的臭氧接觸，使該生物汙泥中所含的微生物與臭氧進行初步混合接觸反應。

該溶胞裝置包括一圍繞出一反應空間的第三本體、一連通於該第二導管與該反應空間的第二循環系統，及一設置於該反應空間中的引流單元。該第二循環系統使該生物汙泥與臭氧在該反應空間中循環，該生物汙泥與臭氧的氣液混合流體是由該引流單元引流而充分混合，並在該反應空間中產生氣水振蕩而充分反應，使臭氧對該生物汙泥所含的微生物的細胞壁進行破壞，藉此使該生物汙泥所含的微生物的細胞內的物質溶出，減少所述的微生物所佔的固體體積，以達成減量該生物汙泥的目的。

較佳地，前述生物汙泥溶胞反應系統，其中該第一循環系統具有一條兩端分別連通於該受限空間的第一循環管路、一條連通於該第一循環管路的進流管、一個設置於該第一循環管路並用於提供循環動力的第一泵浦，及一個設置於該第一循環管路中並用於朝向該內循環單元注水的第一射流器。

較佳地，前述生物汙泥溶胞反應系統，其中該第一循環管路具有一個朝向該內循環單元的出水口，該內循環單元具有一個設置於該受限空間底部並圍繞出一個外循環腔的環擋板，及一個設置於該外循環 腔中的第一導流板，該第一導流板圍繞出一個呈錐狀且頂端及底端分別與該外循環腔連通的內導流腔，該出水口位於該內導流腔中，且朝向呈錐狀的該內導流腔的頂端。

較佳地，前述生物汙泥溶胞反應系統，其中該接觸裝置還包括一個設置於該第一導管中的動力單元，該動力單元包括一個設置於該第一導管並用於提供導流的動力的第二泵浦，及一個設置於該第二泵浦下遊並用於朝向該接觸空間注入該生物汙泥的第二射流器。

較佳地，前述生物汙泥溶胞反應系統，其中該接觸裝置還包括一個設置於該接觸空間內的整流單元，使細化後的該生物汙泥與注入的臭氧充分接觸。

較佳地，前述生物汙泥溶胞反應系統，其中該整流單元具有多個彼此間隔設置於該接觸空間中的整流板，每一個整流板具有多個呈貫穿狀的穿孔。

較佳地，前述生物汙泥溶胞反應系統，其中該接觸裝置還包含一個設置於該第二導管中的洩壓閥。

較佳地，前述生物汙泥溶胞反應系統，其中該第二循環系統具有一條兩端分別連通於該反應空間與該引流單元的第二循環管路、一個設置於該第二循環管路並用於提供導流的動力的第三泵浦、一個設置於該第三泵浦下遊並用於將該生物汙泥與臭氧一同注入該反應空間的第三射流器。

較佳地，前述生物汙泥溶胞反應系統，其中該第二循環管路具有一個朝向該反應空間的注入口，該引流單元具有：至少一個第二導流板，呈底端朝下的錐狀，且設置於該反應空間內並位於該注入口上方；一個內筒，設置於該第二導流板上方，並圍繞出一個反應腔，該反應腔具有一個朝向該第二導流板的輸入口，及一個位於該輸入口的相反端的輸出口；及一個外筒，環設於該內筒的外側，並與該內筒的外周緣共同圍繞出一個引流室，該引流室與該反應腔及該反應空間連通。

較佳地，前述生物汙泥溶胞反應系統，其中該溶胞裝置的第三本體具有一個設置於該反應空間內並位於該外筒外側的分隔壁、至少一個形成於該分隔壁上的出流堰，及一條與該反應空間連通的出流管，該分隔壁將該反應空間分隔為一個位於該出流堰前端的再循環區，及 一個位於該出流堰後端並與該出流管連通的出流區。

較佳地，前述生物汙泥溶胞反應系統，其中該生物汙泥溶胞反應系統還包含一個連通於該受限空間與該引流室間的回氣裝置，該回氣裝置包括一個設置於該引流室上端的氣液分離器、一條連通於該氣液分離器與該第一射流器間的第一回氣管，及一條連通於該氣液分離器與該第三射流器間的第二回氣管。

較佳地，前述生物汙泥溶胞反應系統，其中該細化裝置的第一本體具有一條連通於該受限空間與該第一回氣管間的浮渣管，及一條與該受限空間連通並設置於頂端的排氣管。

較佳地，前述生物汙泥溶胞反應系統，其中該第一射流器具有一個連通於該第一循環管路的第一入流管部、一個與該第一入流管部及該第一回氣管連通的第一內腔室，及一個與該第一內腔室連通的第一振蕩腔，該第一振蕩腔具有一個朝向該第一入流管部的第一入口，及一個相反於該第一入口的第一出口。

較佳地，前述生物汙泥溶胞反應系統，其中該第三射流器具有一個連通於該第二循環管路的第三入流管部、一個與該第三入流管部及該第二回氣管連通的第三內腔室，及一個與該第三內腔室連通的第三振蕩腔，該第三振蕩腔具有一個朝向該第三入流管部的第三入口，及一個相反於該第三入口的第三出口。

本發明的有益效果在於：以水力振蕩衝擊而細化後的該生物汙泥，具有非常大的接觸面積，而配合該溶胞裝置中的引流單元，能使該生物汙泥所含的微生物與通入的臭氧因水流引導而徹底進行反應，通過臭氧破壞所述的微生物的細胞壁，能有效使該生物汙泥中所含的微生物細胞內的物質溶出，並藉此減量該生物汙泥。

附圖說明

圖1是一流程圖，說明一現有的生物汙泥處理方法；

圖2是一配置圖，說明本發明生物汙泥溶胞反應系統的一實施例；

圖3是一俯視圖，說明該實施例的接觸裝置的一整流板；

圖4是一示意圖，說明該實施例的一第一射流器；

圖5是一示意圖，說明該實施例的一細化裝置；及

圖6是一示意圖，說明該實施例的一溶胞裝置。

具體實施方式

下面結合附圖及實施例對本發明進行詳細說明。

參閱圖2，本發明生物汙泥溶胞反應系統的實施例，適用於處理一含有微生物的生物汙泥，並包含一細化裝置2、一設置於該細化裝置2下遊的接觸裝置3、一設置於該接觸裝置3下遊的溶胞裝置4，及一連通於該細化裝置2與該溶胞裝置4間的回氣裝置5。

該細化裝置2包括一圍繞出一受限空間211的第一本體21、一連通於該受限空間211的第一循環系統22，及一設置於該受限空間211中的內循環單元23。其中，該第一循環系統22具有一條兩端分別連通於該受限空間211的第一循環管路221、一連通於該第一循環管路221的進流管222、一設置於該第一循環管路221並用於提供循環動力的第一泵浦223，及一設置於該第一循環管路221中並用於朝向該內循環單元23注水的第一射流器224，而該第一循環管路221則具有一朝向該內循環單元23的出水口225。

參閱圖2，該內循環單元23具有一設置於該受限空間211底部並圍繞出一外循環腔239的環擋板231，及一設置於該外循環腔239中的第一導流板232。該第一導流板232圍繞出一呈錐狀且頂端及底端分別與該外循環腔239連通的內導流腔238，該出水口225位於該內導流腔238中，且朝向呈錐狀的該內導流腔238頂端。

該接觸裝置3包括一圍繞出一接觸空間311的第二本體31、一連通於該受限空間211與該接觸空間311間的第一導管32、一連接於該第一導管32並用於供給臭氧的供氣管33、一連通於該接觸空間311並設置於該接觸空間311下遊的第二導管34、一設置於該第一導管32中的動力單元35、一設置於該接觸空間311內的整流單元36，及一設置於該第二導管34中的洩壓閥37。該動力單元35包括一設置於該第一導管32並用於提供導流動力的第二泵浦351，及一設置於該第二泵浦351下遊並用於朝向該接觸空間311注入該生物汙泥的第二射流器352。參閱圖2與圖3，該整流單元36具有多個彼此間隔設置於該接觸空間311中的整流板361，每一整流板361具有多個呈貫穿狀的穿孔360。

重新參閱圖2，該溶胞裝置4包括一圍繞出一反應空間400的第 三本體41、一連通於該第二導管34與該反應空間400的第二循環系統42，及一設置於該反應空間400中的引流單元43。其中，該第二循環系統42具有一條兩端分別連通於該反應空間400與該引流單元43的第二循環管路421、一設置於該第二循環管路421並用於提供導流動力的第三泵浦422、一設置於該第三泵浦422下遊並用於將該生物汙泥與臭氧的氣液混合流體一同注入該反應空間400的第三射流器423，而該第二循環管路421具有一朝向該反應空間400的注入口424。

該引流單元43具有兩個設置於該反應空間400內並位於該注入口424上方的第二導流板431、一設置於該第二導流板431上方並圍繞出一反應腔401的內筒432，及一環設於該內筒432外側，並與該內筒432外周緣共同圍繞出一引流室402的外筒433。其中，每一第二導流板431是呈底端朝下的錐狀，而該反應腔401具有一朝向該第二導流板431的輸入口4011，及一位於該輸入口4011的相反端的輸出口4012，且該引流室402與該反應腔401及該反應空間400連通。為了配合該引流單元43的設計，該溶胞裝置4的第三本體41具有一設置於該反應空間400內並位於該外筒433外側的分隔壁411、至少一形成於該分隔壁411上的出流堰412，及一與該反應空間400連通的出流管413。該分隔壁411將該反應空間400分隔為一位於該出流堰412前端的再循環區4001，及一位於該出流堰412後端並與該出流管413連通的出流區4002。

該回氣裝置5包括一設置於該引流室402的上端的氣液分離器50、一連通於該氣液分離器50與該第一射流器224間的第一回氣管51，及一連通於該氣液分離器50與該第三射流器423間的第二回氣管52。其中，為配合該回氣裝置5，該細化裝置2的第一本體21具有一連通於該受限空間211與該第一回氣管51間的浮渣管212，及一與該受限空間211連通並設置於頂端的排氣管213。

參閱圖2與圖4，該回氣裝置5亦提供該第一射流器224與該第三射流器423運作時所需的氣體。其中，該第一射流器224具有一連通於該第一循環管路221的第一入流管部2241、一與該第一入流管部2241及該第一回氣管51連通的第一內腔室2242，及一與該第一內腔室2242連通的第一振蕩腔2243。該第一振蕩腔2243具有一朝向該第 一入流管部2241的第一入口2244，及一相反於該第一入口2244的第一出口2245。而該第三射流器423具有一連通於該第二循環管路421的第三入流管部4231、一與該第三入流管部4231及該第二回氣管52連通的第三內腔室4232，及一與該第三內腔室4232連通的第三振蕩腔4233，該第三振蕩腔4233具有一朝向該第三入流管部4231的第三入口4234，及一相反於該第三入口4234的第三出口4235。

參閱圖2與圖5，以該實施例對該生物汙泥進行處理時，是先利用該第一循環系統22的第一泵浦223，將自該進流管222輸入的含有生物汙泥的液體引入該第一循環管路221，再通過該第一射流器224朝向該內循環單元23而注入該受限空間211。配合參閱圖4，其中，該第一射流器224是通過自該第一入流管部2241所輸入的液體，以及該第一回氣管51輸入的氣體，先行在該第一內腔室2242中混合後，再自該第一入口2244引入該第一振蕩腔2243而產生脈衝振蕩，最後再由該第一出口2245輸入，以朝向該受限空間211注入脈衝式的射流。接著，當該第一射流器224將水以及該生物汙泥朝向該內循環單元23的第一導流板232注入時，由於該第一導流板232圍繞出一呈錐狀且頂端及底端分別與該外循環腔239連通的內導流腔238，因該內導流腔238的引導，自該內導流腔238底端往該頂端的方向流動的液體流速會越來越快，並且以相對較快的流速流入該外循環腔239。另外，由於該外循環腔239是呈一頂端形成於該第一本體21底部且底端朝上的錐狀，故液體流入該外循環腔239後，除了會因流速落差而產生水循環，也會漸漸自該內導流腔238的底端再次流入該內導流腔238，或者自該外循環腔239的底端流入該受限空間211，以產生各種方向多變的水循環，藉此產生水力振蕩，擊散該生物汙泥中易凝聚的絮狀菌膠團，有效使該生物汙泥細化，以增加該生物汙泥的接觸面積。

要特別說明的是，由於該生物汙泥的重量百分濃度通常為1％至3％，在該受限空間211中配合該生物汙泥而注入的水量，經過實際操作而評估，較佳是使該生物汙泥的重量百分濃度下降至1％至1.5％，使該生物汙泥所含的微生物聚集而形成的菌膠團，較容易在該受限空間211中因受循環水力振蕩衝擊而細化。

經過該細化裝置2處理後的該生物汙泥，是由該動力單元35的第二泵浦351提供動力，經過該第一導管32並通過該第二射流器352注入該接觸空間311。在該生物汙泥由該第二射流器352注入該接觸空間311的同時，與該第二射流器352連通的該供氣管33，同時也提供臭氧，使該生物汙泥與臭氧一同注入該接觸空間311中。注入該接觸空間311中的該生物汙泥與臭氧，會因液面漸漸上升，依序由下而上通過該等整流板361的該等穿孔360，通過該等穿孔360進行聚散整流而能充分的混合與接觸。而在該生物汙泥與臭氧的混合流體的液面上升的過程中，經過該細化裝置2進行細化處理後的生物汙泥，由於具有較大的接觸面積，故會在該接觸空間311內與注入的臭氧均勻且充分地接觸，並進行初步反應。其中，該生物汙泥中所含的微生物與臭氧進行初步反應時，由於臭氧在氧化還原反應中屬於強氧化劑，故會先行腐蝕所述的微生物的細胞壁。而在該接觸空間311中與臭氧接觸並且進行初步反應的生物汙泥，會繼續經由該第二導管34而輸送至下遊。

要特別說明的是，自該供氣管33導入的臭氧的重量，是配合該生物汙泥的幹基重量，經過實際操作並且評估計算，每1克該生物汙泥的幹基重量，是配合引入0.06至0.13克的臭氧，能達成較佳的處理效果。而該接觸裝置3的洩壓閥37，則用於維持該接觸裝置3中一定的工作壓力。

參閱圖2與圖6，自該第二導管34輸入該第二循環系統42的生物汙泥以及臭氧的氣液混合流體，是由該第二循環系統42的第三泵浦422提供動力，並由該第三射流器423注入該反應空間400。配合參閱圖4，其中，如同該第一射流器224的運作，該第三射流器423同樣通過該第三入流管部4231輸入的液體，及自該第二回氣管52輸入的氣體，在該第三內腔室4232進行混合後，在該第三振蕩腔4233產生脈衝式的振蕩，再自該第三出口4235注入該反應空間400。注入該反應空間400的生物汙泥以及臭氧，首先會經過該等第二導流板431，而該等第二導流板431是分別呈底端朝下的錐狀，故配合該第三射流器423自單方向將流體注入該反應空間400的設計，會引導流體在流經每一第二導流板431時呈一螺旋渦流而向上流動，通過所述 的螺旋渦流的攪動，能使生物汙泥與臭氧接著進行進一步接觸而反應。接著，該生物汙泥與臭氧是自該反應腔401的輸入口4011而輸入該反應腔401，輸入該反應腔401的生物汙泥與臭氧，會持續進行反應並且自該反應腔401的輸出口4012溢流至該引流室402。其中，該生物汙泥中所含的微生物徹底和臭氧反應時，臭氧則確實破壞所述的微生物的細胞壁，使所述的微生物發生通透性畸變，並溶出細胞內的物質。所述的微生物細胞內的物質溶出後，即會溶於水中而佔據較少的固體體積，故能藉此處理方式而使該生物汙泥減量。進入該引流室402的生物汙泥與臭氧，比重較重的部分，也就是尚未反應完全的部分，會留在該反應空間400的再循環區4001，由所述的螺旋渦流帶動而再次引入該反應腔401中；而其餘比重較輕而向上流動而未被引入該反應腔401的部分，也就是已反應完全的部分，則會自該分隔壁411上所形成的出流堰412流入該反應空間400的出流區4002，並且自該出流管413排出。

為了完整利用自該供氣管33輸入的臭氧，設置於該引流室402上端的氣液分離器50，能在該生物汙泥與臭氧混合的流體通過該引流室402時，將其中的臭氧分離並引入該第一回氣管51及該第二回氣管52。其中，引入該第二回氣管52的臭氧會重新由該第三射流器423注入該反應空間400，使回收的臭氧在該反應空間400中繼續與該生物汙泥中所含的微生物反應，並協助該第三射流器423的運作。而引入該第一回氣管51的臭氧，則是重新由該第一射流器224注入該第一本體21所圍繞出的該受限空間211，使生物汙泥在進行細化的同時則與回收的臭氧進行初步反應，也協助該第一射流器224的運作，藉此達成充分利用臭氧的功效，並使該生物汙泥中的微生物能徹底與臭氧反應，徹底使該生物汙泥所含的微生物的細胞壁破裂，並溶出細胞內的物質。

另外，為了配合該回氣裝置5的運作，該第一本體21設置有一浮渣管212及一排氣管213，當該受限空間211中的液面較高而使該生物汙泥進入該浮渣管212時，能經由該浮渣管212的引導，並通過與該第一射流器224連通的該第一回氣管51，自該第一射流器224注回該受限空間211中，繼續利用水循環而進行細化，或者經由該第 一導管32輸送至該接觸裝置3進行後續處理。而在該受限空間211中的氣體，則會因密度較小而浮於液體的液面的上方，並經由設置於頂端的該排氣管213而排出。

由該出流管413排出的該生物汙泥，已經過該實施例的處理而減量，並且消滅其中所含的微生物。後續的處理方面，較佳是以一壓濾機(圖未繪示)對該生物汙泥進行加壓過濾處理。而由於該壓濾機以及該壓濾機的運作方式，為相關領域常用的設備以及技術，故於此不再多加敘述。經由該壓濾機的處理作業，能分離該生物汙泥的水分，此時，已溶解死亡的微生物殘餘物會隨著水分而被濾除。接著，減量後的該生物汙泥，則以加壓方式處理為一汙泥餅，使水含量低於70％，以利於後續的利用、儲放，或者銷毀作業。當該生物汙泥經由該壓濾機的處理而形成所述的汙泥餅後，由於該生物汙泥含有可供後續利用的成分，只要視前端產業的類型而評估該汙泥餅的成分，更能將該汙泥餅回收而再利用，以落實廢棄物處理再利用的環保理念。例如若是該汙泥餅富含鈣、鎂，或鋁等等的礦物質成分，則能將該汙泥餅燒結而當作建築用材使用。而若是該汙泥餅富含氮、磷，或鉀等等的礦物質成分，由於該生物汙泥中的微生物已被消滅，故能在不影響環境的情況下，將該汙泥餅當作肥料使用。