专利名称：一种超声联合过硫酸盐污泥灭菌装置

专利号：ZL 2019 2 2208818.3

专利类型：实用新型

授权日期：2020年8月11日

专利权人：扬州大学

发明人：刘俊利，吴晓歌

（一）发明创新点

(1) 本实用新型通过由升降驱动机构带动超声辐射装置作上下往复运动，超声电源驱动超声辐射器辐射超声波，同时蠕动泵通过超声辐射器中心管路持续泵入过硫酸盐污溶液的方式，形成对污泥受药通畅的通道，给药均匀，构简单，药物使用率高，方便操作，不另需机械搅拌装置或预先埋置于污泥中给药管路。

(2) 本实用新型是利用低频超声产生的空化泡可破坏细胞膜，导致细胞裂孔形成的特性以及空化气泡破碎时产生的高温高压激活过硫酸盐协同产生硫酸根自由基，从而有效的降低剩余活性污泥含菌量，达到可观的灭活效果。

(3) 本实用新型主要应用于剩余活性污泥灭菌，对污泥中的难降解有机污染物也有较好的去除效果，同时还能起到对污泥的胞内脱水作用。

(4) 本实用新型提供的污泥处理方式简便快捷，实现了污泥的大量连续灭菌处理，同时本发明装置可与污泥脱水工艺结合，有效的提高工艺脱水效率。

（二）应用领域和范围

应用于水处理时剩余活性污泥灭菌，对污泥中的难降解有机污染物也有较好的去除效果，同时还能起到对污泥的胞内脱水作用。

（三）实施效果

该装置通过由升降驱动机构带动超声辐射装置作上下往复运动，超声电源驱动超声辐射器辐射超声波，同时蠕动泵通过超声辐射器中心管路持续泵入过硫酸盐污溶液，超声波活化过硫酸盐对污泥中的各微生物进行灭活，超声波产生同时活化过硫酸盐，使硫酸根自由基充分的与匀质污泥进行反应。该装置结构简单，药物使用率高，方便操作，不另需机械搅拌装置或预先埋置于污泥中给药管路。

（四）产业化及市场应用情况

采用上述专利技术，已完成实验室阶段。

如图1所示，一种超声协同过硫酸盐污泥灭菌的装置，所述升降驱动机构带动超声辐射装置作上下往复运动，超声电源驱动超声辐射器辐射超声波，同时蠕动泵通过超声辐射器中心管路持续泵入过硫酸盐污溶液。在污泥淹没超声变幅杆时开始以5min为间隔50ml/min的速率实现浓度为3g/L的过硫酸盐加药，基本使反应区的过硫酸盐浓度达到10mg/L,同时输入20kHz的超声能量，反应整体时间为5min。有效处理污泥后输送至下一阶段。    对于污泥灭菌处理量较大时，可采用本装置组合使用，如图2所示。

图1 超声联合过硫酸盐污泥灭菌装置示意图

图2本装置组合使用示意图

（五）技术优势

针对目前废水处理后剩余活性污泥含菌量过多、污泥受药通路不畅、效率低下，给药不够均匀，灭菌率不高等问题，本实用新型在使用时，废水处理后产生的污泥从进液管进入污泥池，超声波发生组件将交流电转化输出高频机械振荡，高频机械振荡经超声辐射头输出超声波，过硫酸盐溶液经通孔流入超声辐射头，过硫酸盐溶液受超声作用在超声辐射头与污泥接触的界面发生雾化和空化，空化气泡破碎时产生的高温高压激活过硫酸盐协同产生硫酸根自由基，使硫酸根自由基（•SO₄^-）有更高的氧化还原电位，连接板的上下移动带动超声波发生组件上下移动，使超声辐射头随着超声波发生组件上下移动，增大了污泥与过硫酸盐的接触面积，进而使硫酸根自由基可充分的与污泥进行反应，实现对污泥中的各种微生物进行灭活，完成灭菌处理的污泥可从出液管排出污泥池，本实用新型中通孔的设置，可实现超声波发生组件活化过硫酸盐，灭菌效率高；连接板和超声波发生组件的设置，可使超声波发生组件在污泥池内上下移动，增大了过硫酸盐与污泥的接触面积，提高了过硫酸盐的灭菌效果；可应用于污泥的灭菌处理工作中。

该装置结构简单，药物使用率高，方便操作，不另需机械搅拌装置或预先埋置于污泥中给药管路。

（六）专利运用及保护

本实用新型并不局限于上述实施例，在本实用新型公开的技术方案的基础上，本领域的技术人员根据所公开的技术内容，不需要创造性的劳动就可以对其中的一些技术特征作出一些替换和变形，这些替换和变形均在本实用新型保护范围内。

（七）效益分析

此装置结构简单，制造价格不高。运行能耗低，效率高，且可配合污泥脱水工艺同时进行。工艺环境友好，污温室气体排放量少，符合国家“碳中和”、“碳达峰”的目标，社会、经济和环保效益十分显著。

（八）应用前景

剩余活性污泥是废水处理过程中经生化处理后产生的含有大量的微生物、寄生虫卵以及其他有毒有害物质的有害副产物，含菌量过多的活性污泥脱水率低、回收利用率低，有效处理费用高。不仅我国剩余活性污泥难处理，乃至全世界的污泥处理费用都达到了整个污水处理费用的25%～65%，并呈现逐年上升趋势。

现有技术中，为了降低污泥中的菌群含量，常采用向污泥池中加氯技术杀死微生物，但有些细菌对氯的耐受性很高，同时会产生具有致癌性氯消毒副产物，而经典的亚铁离子-过氧化氢构成的Fenton氧化体系在酸性条件下才能高效地进行氧化反应，生成的铁泥沉淀，需要额外且耗时耗能的工艺除去，工作效率低且处理效果差。

超声协同过硫酸盐污泥灭菌装置具有性能稳定可靠、速度快、结构简单、实用性强等优点，具有较好的应用前景。契合了如今的“碳达峰”“碳中和”主旋律，具有极大的市场潜力与价值。

（九）获奖情况

本专利2019年申请，2020年授权。相关成果已发表SCI共两篇。

1. Xiaoge Wu, Guofeng Xu, Jun-Jie Zhu, Sonochemical synthesis of Fe₃O₄/carbon nanotubes using low frequency ultrasonic devices and their performance for heterogeneous sono-persulfate process on inactivation of Microcystis aeruginosa, Ultrasonics Sonochemistry, 2019, 58: 104634.  

2. Xiaoge Wu, Lei Yan, Guofeng Xu, Xiaozhi Wang, JuanJuan Wang, Dionysios D. Dionysiou, High frequency ultrasonication enhances iron-catalyzed sulphate inactivation of Escherichia coli and Staphylococcus aureus, Chemical Engineering Journal Advances, 2021, 8: 100170.