CN100393639C - 利用生物捕食减少剩余污泥产量的装置 - Google Patents

Abstract

利用生物捕食减少剩余污泥产量的装置，涉及一种生物技术处理污水和污泥的装置。为了减少污水处理厂的污泥处理费用，本发明的利用生物捕食污泥减量化装置的内部由隔板(14)分隔成微型动物生长区、泥水分离区(6)、缺氧区(7)；微型动物生长区的底部布置有管式曝气器(9)，内部设有导流板(13)，导流板(13)与隔板(14)之间填充有填料(11)；微型动物生长区与泥水分离区(6)之间通过隔板(14)上的开口连通，泥水分离区(6)与缺氧区(7)之间通过管道(10)连通。本发明的生物捕食污泥减量化装置不仅具有去除有机物和污泥减量的功能，而且还可以有效去除污水中的总氮，并有助于磷的去除。

Description

利用生物捕食减少剩余污泥产量的装置

技术领域

本发明涉及一种利用生物技术处理污水和污泥的装置，特别涉及一种利用生物捕食法减少剩余污泥量的装置。

背景技术

活性污泥法是当今应用最广泛的污水生物处理方法，但同时副产大量的剩余污泥。目前剩余污泥的处理与处置费用占污水处理厂总运行费用的25％～40％，随着污水处理设施的普及、处理量的增加、处理标准的提高和处理功能的拓展，剩余污泥的产生量将会大幅度增加。因此，如何合理的解决污泥问题，已是当前亟待解决的环保问题之一。

污泥的处理和处置，就是以适当的技术措施，使污泥得到再利用或以某种不损环境的形式重新返回到自然环境中。目前常用的剩余污泥处理方法是污泥浓缩→污泥厌氧消化→机械脱水；污泥最终处置方式主要有：土地利用(如污泥农用、园艺利用等)、卫生填埋、污泥焚烧和投放海洋等。污泥厌氧消化所需构筑物池体庞大，基建投资大，且厌氧消化工艺要求消化池内的温度恒定，操作复杂；上述几种污泥处置方法也存在不足之处，如污泥中重金属的含量通常超过农用污泥重金属最高限量的规定。此外，污泥中还含有病原体、寄生虫卵、呋喃等，如农业利用不当，将对人类的健康造成严重的危害。填埋处置容易对地下水造成污染，同时大量占用土地。焚烧处置可使污泥体积大幅度减小，且可灭菌，但焚烧设备的投资和运行费用都比较大，燃烧产物中的二恶英(dioxin)等大气污染物均对人体造成危害。投放海洋虽然可在短期内避免海岸线及近海受到污染，但其长期危害可能更严重，且污泥运输费用昂贵，已被世界上大多数国家禁用。因此从源头入手，最大程度地减少剩余污泥排放量有着显著的社会效益和经济效益。

可实现污泥减量的污水净化技术就是要在保证污水处理效果的前提下，采取适当的技术措施，尽量降低处理相同量污水时所产生的污泥量。目前的污泥减量化技术可分为四类：(1)解偶联技术。正常情况下，生物的分解代谢和合成代谢是由ATP(三磷酸腺苷)和ADP(二磷酸腺苷)之间的转化而联系在一起的，即分解一定的底物，将有一定比例的生物体合成。但在污水处理系统中存在解偶联剂的情况下，底物被氧化的同时ATP未大量合成或合成以后迅速由其他途径释放，总体上使得细菌的分解代谢和合成代谢不再由ATP的合成与分解反应偶联在一起。这样细菌在保持正常分解底物的同时，自身合成速度减慢，表观速率降低，从而达到降低污泥产量的目的，这就是所谓的解偶联。但在实际应用中存在以下问题：所投的解偶联剂在较长时间后由于微生物的驯化而被降解，从而失去解偶联作用；加入解偶联剂后，需要更多的氧去氧化未能转化成污泥的有机物，从而使得供氧量增加；投加解偶联剂的费用昂贵，其在污水中需要维持的浓度为4～80mg/l，用量惊人；解偶联剂通常是较难生物降解或对生物有较大毒性的化合物，存在环境安全问题。(2)增加生物体自身氧化速率。常规活性污泥法中常用氧化沟工艺。该工艺可以延长污泥龄或降低污泥负荷从而减少污泥产量，但氧化沟占地较大，处理效率低。膜法污水处理工艺中的膜生物反应器可以在长污泥龄或完全不排污泥的情况下操作，从而导致极低的污泥产率。但采用该方法会导致严重的膜污染，从而增加膜组件的更换费用，此外，膜生物反应器中的污泥粘度大，脱水性能差，增加了污泥脱水的费用。(3)生物隐性生长技术。通过强化细胞的隐性生长也可以达到污泥减量的目的。隐性生长是指细菌利用衰亡细菌所形成的二次基质生长，整个过程包含了溶胞和生长。通常的溶胞作用包括各种化学、物理、生物及其相互联合的作用。化学溶胞法中有报道采有臭氧、酸碱溶胞，但增加了污水处理的投资和能耗；当采用氯气溶胞时，氯气与污泥中的有机物发生反应生成三卤甲烷，危害环境。物理溶胞法中的热处理和机械破碎法同样需要较多的额外能量输入；超声波虽然可以破坏细胞壁，但它的作用受到液体的许多参数(温度、粘度、表面张力等)和超声波发生设备的影响，在短时间内还不可能投入实用。生物溶胞中的投加酶制剂或抗菌素法在经费上不太现实。(4)生物捕食。主要是利用微型动物(如原/后生动物)对细菌的捕食作用。从生态学角度，当系统中食物链越长，能量损失越多，可用于合成生物体的能量就越少，最终形成的总的生物量也就越少。因此，延长食物链或强化食物链中微型动物的捕食作用均能达到减少剩余污泥产量的目的。常规活性污泥法中，微型动物与细菌共存于曝气池，而曝气池的运行条件主要是利于细菌等微生物吞食有机物，并不完全适合于具有捕食细菌作用的高等微型动物的生长，从而导致污泥减量化效果不明显。同其它三类污泥减量技术相比，生物捕食法具有经济和环境友好等显著优点，发展前景良好。

发明内容

本发明的目的在于提供一种适合于细菌、原生动物、后生动物和大型微型动物生长，利用食物链中的生物捕食作用减少剩余污泥产量的设备，为减少污水处理厂的污泥处理费用提供经济有效的途径。

本发明的上述发明目的通过如下技术方案得以实现：生物捕食污泥减量化装置为一容器，其内部由隔板分隔成微型动物生长区、泥水分离区、缺氧区；微型动物生长区的底部布置有管式曝气器，内部设有导流板，导流板与隔板之间填充有填料；微型动物生长区与泥水分离区之间通过隔板上的开口连通，泥水分离区与缺氧区之间通过管道连通，所述微型动物生长区由隔板(14)依次分隔成细菌分散生长区(2)、原生动物生长区(3)、后生动物生长区(4)、大型微型动物生长区(5)，其中细菌分散生长区(2)与原生动物生长区(3)之间通过隔板(14)下部的开孔相通，原生动物生长区(3)与后生动物生长区(4)之间通过隔板(14)上部的开孔相通，后生动物生长区(4)与大型微型动物生长区(5)之间通过隔板(14)下部的开孔相通，所述细菌分散生长区(2)、原生动物生长区(3)、后生动物生长区(4)和大型微型动物生长区(5)的容积比为2～2.5∶1.5～2∶1～1.5∶1.5～2。

原/后生动物及大型微型动物可分为在混合液中自由游动生长的游离型和在填料上附着生长的附着型，均为好氧型微生物。原生动物主要有纤毛虫、鞭毛虫、肉足虫等；后生动物主要有轮虫、线虫；大型微型动物主要有水熊、水蚤以及寡毛纲中的颤蚓、红斑顠体虫、仙女虫等。本发明的利用生物捕食减少污泥产量装置可分别为不同类型的微型动物提供稳定的生长环境，使它们各自相对独立的成为优势种群，减少了种间竞争，从而有效提高污水净化效果，并因对分散细菌的捕食减少了污泥产量。因此本工艺可以降低污水处理厂的污水处理成本和污泥处理处置费用。

本发明的利用生物捕食减少污泥产量装置可应用于城市污水处理厂和工业污水处理厂的污水处理和污泥减量化工艺，具有如下优点：

1、工艺简单，结构紧凑，运行稳定可靠，操作管理方便，可完全实现自动化控制。

2、利用生物捕食减少污泥产量装置可分别为原/后生动物和大型微型动物提供稳定的生长环境，使它们各自相对独立的成为优势种群，减少种间竞争，可有效提高污水净化效果，并因对细菌的捕食作用减少污泥产量，从而降低污水处理厂的污水处理成本和污泥处理处置费用。

3、利用生物捕食减少污泥产量装置可使系统不仅具有去除有机物和减少污泥产量的功能，而且还可以有效去除污水中的总氮，并有助于磷的去除。

4、系统中的原/后生动物不仅可以捕食细菌而且也可以直接吞食污泥颗粒和污水中的有机残渣，因此系统中大量的原/后生动物有助于提高污水净化效果。

5、由于微型动物的捕食作用，设备内活性污泥的沉降性能和脱水性能良好，且无结团现象。

附图说明

图1为本发明所述装置的结构示意图。

具体实施方式

具体实施方式一：如图1所示，本实施方式的利用生物捕食减少污泥产量化装置为一个矩形容器，由隔板14将其内部分隔成微型动物生长区(细菌分散生长区2、原生动物生长区3、后生动物生长区4、大型微型动物生长区5)、泥水分离区6、缺氧区7；细菌分散生长区2与原生动物生长区3之间的隔板14下部开孔，细菌分散生长区2与原生动物生长区3之间只能通过隔板14的开孔相通；原生动物生长区3与后生动物生长区4之间的隔板14上部开孔，此孔的孔口上缘高度低于设备正常运行时的水面高度，原生动物生长区3与后生动物生长区4之间只能通过隔板14的开孔相通；后生动物生长区4与大型微型动物生长区5之间的隔板14下部开孔，后生动物生长区4与大型微型动物生长区5只能通过隔板14的开孔相通；大型微型动物生长区5与泥水分离区6之间的隔板14上部开孔，大型微型动物生长区5与泥水分离区6只能通过隔板14的开孔相通；泥水分离区6与缺氧区7之间则通过管道10连接；细菌分散生长区2的进口与污水输送泵1连接；泥水分离区6的下部有排泥口15；缺氧区7的下部与污泥输送泵8连接。

本实施方式的细菌分散生长区2、原生动物生长区3、后生动物生长区4、大型微型动物生长区5均为好氧区，所述的混合液是指好氧区内的生物污泥和污水的混合物。

本实施方式中所述的微型动物生长区(细菌分散生长区2、原生动物生长区3、后生动物生长区4、大型微型动物生长区5)的底部在一侧布置管式曝气器9，细菌分散生长区2内的曝气器9靠近池壁一侧，原生动物生长区3、后生动物生长区4和大型微型动物生长区5内的曝气器靠近隔板14。曝气方式可采用单侧循环曝气。

本实施方式中所述的微型动物生长区(细菌分散生长区2、原生动物生长区3、后生动物生长区4、大型微型动物生长区5)的内部设有导流板13，导流板的底端与容器底之间留有空隙，其高度低于设备正常运行时的水面高度。导流板将其所在的区域分成大区和小区。

本实施方式中所述的原生动物生长区3、后生动物生长区4、大型微型动物生长区5内均布设填料11，填料11的安装位置在高度方向上位于池体中部，水平方向上则位于导流板13与隔板所围成的大区内。所述的填料是用来为微型动物(包括原生动物、后生动物和大型微型动物)的稳定生长提供适宜的栖息场所，提高设备的空间利用率。此外，反硝化菌还可以在填料内部生长，发挥反硝化作用，有利于总氮的去除。填料的空间结构为螺旋体状，其在原生动物生长区3、后生动物生长区4和大型微型动物生长区5内的填充比分别为20％～50％、10％～30％和20％～50％。

本实施方式中所述的泥水分离区6位于好氧区和缺氧区7之间，其上部设有集水槽12，用来收集泥水分离区的上清液；其底部设有滑泥板16，使污泥易于沉降；管道10可以使沉降后的部分污泥流入缺氧区7。

本实施方式中所述的细菌分散生长区2中无污泥回流且水力停留时间相对短，污泥龄小于水力停留时间。该池主要是利用丰富的有机食料刺激繁殖迅速的细菌生长，该池中细菌呈分散而不是菌胶团状态。分散生长的细菌没有了菌胶团的保护，在后续构筑物中更易被高等微生物所捕食。细菌分散生长还可以增大其与有机底物及水中溶解氧的接触面积，加速传质过程，缩短污水处理的时间，减小构筑物的占地面积。所述细菌为好氧菌。

本实施方式中原生动物生长区3中的原生动物对细菌和真菌具有捕食作用，可减少细菌分散生长区所引入的过量生物污泥(细菌活体或死亡菌体)，从而减少系统污泥产量。原生动物生长区中底物浓度及供氧条件仅适合于原生动物的生长，并使其成为这一区域内的优势种群。

本实施方式中后生动物生长区4主要是利用后生动物对原生动物、细菌的捕食作用减少剩余污泥产量。该区域内的有机底物浓度已经大大降低，不适于世代时间较短的原生动物、尤其是细菌的生长，后生动物成为了其中的优势种群。

本实施方式中大型微型动物生长区5中大型微型动物的数量明显增多，它们对生物污泥的捕食能力更强，对减少污泥产量的贡献率也最大。另外由于该池的混合液直接进入到泥水分离区6中进行固液分离，也是系统出水水质的保障单元。

本实施方式中微型动物生长区(2、3、4、5)除进一步发挥分散细菌去除有机物的能力外，大量原生动物对细菌、后生动物对原生动物和细菌的捕食可减少污泥产量，此外，微型动物可直接吞食有机颗粒，降解有机物。微型动物生长区中有污泥回流，污泥龄大于水力停留时间。细菌分散生长区2、原生动物生长区3、后生动物生长区4和大型微型动物生长区5的容积比为2～2.5∶1.5～2∶1～1.5∶1.5～2。

具体实施方式二：如图1所示，本实施方式的利用生物捕食减少污泥产量化装置主要由细菌分散生长区2、原生动物生长区3、后生动物生长区4、大型微型动物生长区5、泥水分离区6、缺氧区7组成，用于减少污水处理过程中的剩余污泥产量，同时使污水中的有机物得以去除。

污水由污水输送泵1送至细菌分散生长区2，利用其中的细菌降解污水中的有机物。污水在该区域内的水力停留时间为1～2小时，混合液中的溶解氧不低于0.5mg/l，水温为20～25℃，pH值为6～9，池中悬浮污泥浓度为5.0～6.0g/l。

污水中的大部分有机物被降解后，细菌分散生长区2中的混合液进入原生动物生长区3，利用原生动物对分散细菌的捕食作用减少系统的污泥产量，并继续利用活体细菌分解有机物。污水在该池中的水力停留时间为1～1.5小时，混合液中的溶解氧不低于0.5mg/l，水温为20～25℃，pH值为6～9，池中悬浮污泥浓度为4.0～5.0g/l，生物膜后度为2～2.5mm。

污水流经原生动物生长区3后进入后生动物生长区4，依据据食物链中的生物捕食原理，利用后生动物捕食原生动物和细菌，以减少污泥产量。污水在该池中的水力停留时间为1小时，混合液中的溶解氧不低于1.0mg/l，水温为20～25℃，pH值为6～9，池中悬浮污泥浓度为4.0～5.0g/l，生物膜后度为1～1.5mm。

污水进入大型微型动物生长区5，由于大型微型动物是污水生物处理系统中的最高级消费者，其对更低等微生物(如细菌、原生动物)的捕食作用也就更明显，因此该区段中的污泥减量化效果也最显著。污水在该池中的水力停留时间为1～1.5小时，混合液中的溶解氧不低于2.0mg/l，水温为20～25℃，pH值为6～9，池中悬浮污泥浓度为3.0～4.0g/l，生物膜后度为0.5～1.0mm。

混合液流经大型微型动物生长区5后，进入泥水分离区6进行泥水分离，泥水分离区6中的上清液由集水槽12收集，经消毒后即可排入受纳水体或深度处理后作为中水回用，而沉淀下来的污泥除少量排放外，其余部分则经由管道10回流至缺氧区7，回流比为50～100％。

利用缺氧区7的底氧化还原电位条件使污泥腐化，以进一步减少污泥量。缺氧池内的氧化还原电位控制在-200～-100mV。

缺氧区7的污泥经污泥回流泵8送入原生动物生长区3。

原污水有机物(COD)浓度为1200mg/l、悬浮物(SS)浓度为320mg/l时，采用生物捕食减少污泥产量装置处理后，其出水中的COD和SS浓度分别为60mg/l和30mg/l，满足污水综合排放标准GB8978-2002一级标准；污泥产率为0.1～0.2kgSS/kgCOD_去除，大大低于常规活性污泥法的污泥产率(0.7～1.0kgSS/kgCOD_去除)，污泥减量效果显著。

Claims (7)

1.利用生物捕食减少剩余污泥产量的装置，其特征在于所述装置为一容器，其内部由隔板(14)分隔成微型动物生长区、泥水分离区(6)、缺氧区(7)；微型动物生长区的底部布置有管式曝气器(9)，微型动物生长区的内部设有导流板(13)，导流板(13)与隔板(14)之间填充有填料(11)；微型动物生长区与泥水分离区(6)之间通过隔板(14)上的开口连通，泥水分离区(6)与缺氧区(7)之间通过管道(10)连通，所述微型动物生长区由隔板(14)依次分隔成细菌分散生长区(2)、原生动物生长区(3)、后生动物生长区(4)、大型微型动物生长区(5)，其中细菌分散生长区(2)与原生动物生长区(3)之间通过隔板(14)下部的开孔相通，原生动物生长区(3)与后生动物生长区(4)之间通过隔板(14)上部的开孔相通，后生动物生长区(4)与大型微型动物生长区(5)之间通过隔板(14)下部的开孔相通，所述细菌分散生长区(2)、原生动物生长区(3)、后生动物生长区(4)和大型微型动物生长区(5)的容积比为2～2.5∶1.5～2∶1～1.5∶1.5～2。

2.根据权利要求1所述的利用生物捕食减少剩余污泥产量的装置，其特征在于所述泥水分离区(6)的下部开有排泥口(15)。

3.根据权利要求1所述的利用生物捕食减少剩余污泥产量的装置，其特征在于所述导流板(13)的底端与容器底之间留有空隙，导流板(13)的高度低于设备正常运行时的水面高度。

4.根据权利要求1所述的利用生物捕食减少剩余污泥产量的装置，其特征在于所述原生动物生长区(3)、后生动物生长区(4)和大型微型动物生长区(5)内填充有填料(11)。

5.根据权利要求4所述的利用生物捕食减少剩余污泥产量的装置，其特征在于所述填料(11)的安装位置在高度方向上位于生长区中部，水平方向上位于导流板(13)与隔板(14)所围成的区域内。

6.根据权利要求4所述的利用生物捕食减少剩余污泥产量的装置，其特征在于所述原生动物生长区(3)、后生动物生长区(4)和大型微型动物生长区(5)内填料(11)的填充比分别为20％～50％、10％～30％和20％～50％。

7.根据权利要求1所述的利用生物捕食减少剩余污泥产量的装置，其特征在于所述泥水分离区(6)的上部设有集水槽(12)，泥水分离区(6)的底部设有滑泥板(16)。

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