CN102336476B - 一种废水污泥同步生物降解复合式反应器 - Google Patents

一种废水污泥同步生物降解复合式反应器 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种废水污泥同步生物降解复合式反应器，由缺氧池、厌氧池、好氧池和沉淀池依次串联组成；所述的缺氧池内设有搅拌装置，缺氧池顶部设有污泥回流进口；所述的厌氧池内填充生化棉填料；所述的好氧池内底部设有穿孔曝气管，好氧池内上部悬挂球形填料，球形填料下设有若干层板状填料，所述的球形填料和板状填料上挂载水蚯蚓；所述的沉淀池底部设有污泥回流出口。本发明反应器可以实现污水处理系统中废水污泥同步有效降解，达到污水处理与污泥减量同步稳定进行的功效，大大节省污水处理厂基建费用和污泥处置费用。

Description

一种废水污泥同步生物降解复合式反应器
技术领域
本发明涉及一种废水污泥同步生物降解复合式反应器，特别是一种利用“水蚯蚓-微生物”共生系统实现废水污泥同步生物降解的复合式反应器，属于环保设备领域。
背景技术
活性污泥法是世界各国广泛采用的市政污水处理方法，但在运行过程中会产生大量的剩余污泥。由于剩余污泥中重金属、病原菌以及有机微污染物的存在，使得传统土地利用污泥的做法越来越受到学者与公众的质疑。因此，焚烧往往成为许多国家处理污泥的最终选择。然而，由于污泥含水率高使污泥焚烧前不得不进行浓缩和脱水等预处理，再者，小型污水处理厂往往需要将浓缩、脱水后的污泥外运至污泥焚烧厂(或垃圾焚烧厂)做集中处置，所以，污泥焚烧的综合成本一般均维持在高位运行。估算表明，剩余污泥处理、处置费用通常高达整个污水处理厂建设和运行总费用的50％～60％(H.J.H.Elissen，T.L.G.Hendrickx et al.A new reactor conceptfor sludge reduction using aquatic worms[J].Water Res.2006，40：3713-3718.)。因此，研发低成本、可操作的污泥减量技术一直为各国研究人员津津乐道。
基于原生/后生动物捕食微生物的污泥减量技术因具有经济高效、无二次污染等优点，已经引起国内外学者的广泛关注。水蚯蚓作为污水处理系统中能够观测到的最大后生动物，可附着于填料上生长繁殖，具有较高的耐污染能力和较大的污泥吞噬能力，因而被广泛应用于污泥减量的研究中，并被认为是用于污泥减量的一种较为理想的捕食生物。
荷兰瓦根宁大学、中国科学院生态环境研究中心、清华大学等相关研究团队均开发了相应的水蚯蚓污泥减量反应器，如：荷兰瓦根宁大学的连续流蠕虫反应器，污泥减量率达60％(T.L.G.Hendrickx H.J.H.Elissen et al.Aquatic worms eating waste sludge in a continuous system[J].BioresourceTechnology.2009，100：4642-4648.)；中科院生态中心魏源送团队开发的推流复合式生物污泥减量反应器(魏源送，刘俊新.利用寡毛类蠕虫反应器处理剩余污泥的研究[J].环境科学学报.2005，25(6)：803-808.)、折流式寡毛类蠕虫污泥减量反应器(王亚炜，魏源送，刘俊新.颤蚓反应器结构和曝气方式对剩余污泥处理的影响[J].中国给水排水.2006，22(增刊)：338-342.)，亦具有明显的污泥减量效果。
上述所述反应器均具有明显的污泥减量效果，但其均独立于污水处理系统之外，在实际处理过程中需外设水蚯蚓污泥减量系统，增加额外的基建费用。
通过试验研究，发现水蚯蚓的生活习性和活性污泥好氧生化条件差异不大，若能开发一种能实现水蚯蚓-微生物稳定共生的生物反应器，实现废水污泥同步降解效果，则不必新建大量的独立污泥减量设施，甚至只需对污水处理厂现有设施进行一定改造，不需新建处理设施，从而大大减少基建成本。因此，有必要开发一种能实现水蚯蚓-微生物稳定共生并具有良好废水污泥同步降解效果的新型反应器。
发明内容
本发明提供一种废水污泥同步生物降解复合式反应器，实现了水蚯蚓污泥减量和微生物污染物降解在同一反应器中同时完成。
一种废水污泥同步生物降解复合式反应器，由缺氧池、厌氧池、好氧池和沉淀池依次串联组成；所述的缺氧池内设有搅拌装置，缺氧池顶部设有污泥回流进口；所述的厌氧池内填充生化棉填料；所述的好氧池内底部设有穿孔曝气管，好氧池内上部悬挂球形填料，球形填料下设有若干层板状填料，所述的球形填料和板状填料上挂载水蚯蚓；所述的沉淀池底部设有污泥回流出口。
所述反应器中各反应池的有效容积比为：缺氧池∶厌氧池∶好氧池∶沉淀池＝2∶2∶5∶1；沉淀池中污泥和硝化液以混合物状态经污泥回流泵回流至缺氧池，其污泥/硝化液回流比为150％～200％。
所述的缺氧池设有进水口，池体中间位置安装搅拌装置，实现污泥搅拌、泥水均匀混合，从而防止污泥沉积于池底，达到提高反应速率与反应效果的目的。活性污泥在该反应池中主要实现脱氮功能以及部分有机碳的去除。
所述的厌氧池优选由两块隔板以折流式隔离成三个容积相同的厌氧小室，各厌氧小室内填充生化棉填料，所述的生化棉填料的孔径为0.3～0.5mm。水以S型流经整个厌氧池，微生物附着生长于填料上，提高微生物含量和泥水接触面积，实现反应速率的提高，折流式路径增加污水在厌氧段的水流停留时间，提高难降解有机物的水解效果。
所述的球形填料由带孔的聚乙烯球形外壳和球形外壳内填充的竹纤维填料组成，其中竹纤维填充满球形外壳，其平均空隙孔径为2～3mm，；球形外壳直径为8cm，球形外壳的孔径为5mm。
所述的板状填料由竹纤维填料层和网状塑料填料层复合而成，并且竹纤维填料层在上。板状填料固定于板状填料支架上，板状填料支架是由有机玻璃材料制作，以网状作为其基本整体形状的支架，其中内部支架骨的平行间距为10cm，整体尺寸根据反应池实际大小设定；网状塑料填料层所用材料为孔径0.3～0.5mm的生化棉材料，网状塑料填料层厚度为2cm，尺寸与板状填料支架尺寸一致；竹纤维填料层由经拉毛处理、平均直径为2mm的竹纤维构成，竹纤维填料层厚度为3cm，平均空隙孔径为2～3mm，竹纤维填料层整体尺寸与板状填料支架尺寸一致。
所述的板状填料布置的数量根据实际池体大小而定，比如分为上下两层，每层左右平行两块，一共四块，最底层板状填料距池底15cm，上下两层垂直距离20cm，水平两块间距10cm，板状填料与左右两侧池壁间距5cm。所述的球形填料以串状从好氧池左端开始挂载，相邻两串球形填料间距为5cm，挂载串数根据实际池体大小而定，其中每串填料上的球形个数根据最上层板状填料与液面的垂直距离而定。水蚯蚓以该两种填料作为其附着、栖息场所。球形填料的比表面积巨大，附着于该填料上的水蚯蚓能最大限度利用所提供的巨大接触面积进行污泥捕食，实现污泥减量。由于受到水力扰动和曝气气泡的冲击影响，附着于球形填料上的水蚯蚓会部分掉落，而该部分水蚯蚓继而掉落于板状填料上，以该种填料进行附着生长，虽然比表面积较球形填料小，但其上的水蚯蚓仍能继续生长并进行污泥捕食，起到污泥减量辅助作用。将两者有机结合，既能防止水蚯蚓掉落而影响其生长、捕食效果，又能有效利用反应池空间，实现生物膜的形成，从而强化污水处理功能。
所述的沉淀池设有出水口，其内部由一折流板分成两部分，折流板距好氧池池壁与距反应器出水口的距离之比为1∶4；池底与水平夹角为60°，有助于污泥沉淀。
本发明反应器具有生活污水达标处理、污泥明显减量同步稳定实现的功能。反应器整体工艺流程为标准的脱氮除磷工艺，能实现污染物质的有效去除；好氧池中填料上的水蚯蚓在好氧条件下，具有污泥捕食的最大活性，在较为稳定的生长环境中进行有效污泥捕食，并生长繁殖，从而实现稳定、持续的污泥减量效果；于反应器厌氧池和好氧池内装填填料，形成生物膜，使该系统成为生物膜反应器，大大提高其污泥浓度，增强其污染物去除能力；虽然水蚯蚓在其生长过程中会产生粪便等代谢产物、死亡残体等，但由这部分物质所产生的氨氮、有机物等污染物会被微生物以底物形式进行高效去除，对出水水质基本不产生影响。经过以上过程，整个系统实现水蚯蚓与微生物的稳定共生，并各自发挥污泥减量和污染物去除功能，达到废水污泥同步降解的最佳效果。
该反应器的优点在于：1、该反应器在传统A2/O活性污泥工艺的基础上，于厌氧池和好氧池添加填料，有利于扩大微生物与污水的接触时间、提高单位体积内的污泥质量，从而提高微生物对污染物的去除能力；2、在好氧池填料上挂载水蚯蚓，丰富了生物处理系统内的种群，延长了食物链，通过水蚯蚓对活性污泥的捕食，达到污泥减量目的；3、反应器内的填料组成、填料结构以及曝气方式，有利于水蚯蚓的稳定生长，不会对其产生明显扰动，同时曝气效果能满足微生物的好氧生化反应需求。
本发明与现有技术相比较的有益效果：
1、可以实现污水处理系统中废水污泥同步有效降解，达到污水处理与污泥减量同步稳定进行的功效，大大节省污水处理厂基建费用和污泥处置费用。
2、在实现污泥有效减量20％～40％的情况下，仍保持较高的污染物去除效率，TN去除率达30％左右，其余指标均达到《污水综合排放标准》(GB 8978-1996)一级标准。
附图说明
图1是废水污泥同步生物降解复合式反应器侧视结构示意图；
图2是废水污泥同步生物降解复合式反应器好氧池俯视结构示意图；
图3是经拉毛处理的竹纤维的示意图；
图4是球状填料结构示意图；
图5是板状填料结构示意图。
其中
1-缺氧池     2-厌氧池      3-好氧池        4-沉淀池
5-球形填料   6-板状填料    7-穿孔曝气管    8-搅拌装置
9-回流污泥进口    10-回流污泥出口    11-生化棉填料
12-污泥回流泵     13-球形填料外壳    14-水蚯蚓
15-竹纤维填料层   16-网状塑料填料层
17-板状填料支架   18-竹纤维
19-进水口         20-出水口
具体实施方式
如图1、图2所示的一种废水污泥同步生物降解复合式反应器，包括串联的缺氧池1、厌氧池2、好氧池3、沉淀池4，有效容积比：缺氧池∶厌氧池∶好氧池∶沉淀池＝2∶2∶5∶1。缺氧池1左侧距池顶10cm处为反应器进水口19，于高于液面10cm处侧壁开一回流污泥进口9，池体中间位置安装一台变频搅拌机作为搅拌装置8，转速为100～150r/min。污水经过缺氧池反应后，进入厌氧池2中。厌氧池2由三个容积相同的厌氧小室组成，由两块隔板隔离而成，各厌氧小室填充孔径为0.5mm的生化棉填料11，污水在其内部以S型流经整个厌氧池2。污水经厌氧池后，进入好氧池3。好氧池2底部铺设穿孔曝气管7，池体下半部分安装板状填料6，上半部分安装球形填料5；板状填料6为上下两层，同一平面内左右平行两块，一共四块，最底层板状填料6距池底15cm，上下两层垂直距离20cm，水平两块间距10cm，板状填料6与左右两侧池壁间距5cm；球形填料5以串状从好氧池3左端开始挂载，相邻两串球形填料5间距为5cm，挂载串数根据实际池体大小而定，其中每串填料上的球形个数根据最上层板状填料6与液面的垂直距离而定。最后污水进入沉淀池4进行泥水分离。沉淀池4右侧距池顶12cm处开孔为出水口20，其内部由一折流板分成两部分，折流板距好氧池3池壁与距反应器出水口20的距离之比为1∶4；池底与水平夹角为60°，并于斜板底部侧壁开一污泥回流出口10，污泥/硝化液回流比为150％～200％。
如图4所示的球形填料5由聚乙烯球形外壳13和竹纤维18构成，竹纤维18经拉毛处理、平均直径为2mm(如图3所示)。其中竹纤维18填充满球形外壳13，竹纤维18平均空隙孔径为2～3mm，；球形外壳13直径为8cm，外壳孔径为5mm。水蚯蚓14附着于球形外壳13内的竹纤维18中，以此为其栖息、生长场所，蚓体通过球形外壳13的孔隙游动于水体中，同时进行污泥捕食活动。微生物在填料表面形成生物膜，增加单位体积污泥量，提高污水处理能力和效果。
如图5所示的板状填料6由竹纤维填料层15和网状塑料填料层16两者复合而成，竹纤维填料层15在上，固定于板状填料支架17上，其中板状填料支架17由有机玻璃材料制作，其基本整体形状为网状，其中内部支架骨的平行间距为10cm，整体尺寸根据反应池实际大小设定；网状塑料填料层16所用材料为孔径0.5mm的生化棉材料，厚度为2cm，尺寸与板状填料支架尺寸一致；竹纤维填料层15由自制经拉毛处理、平均直径为2mm的竹纤维18构成，填料层厚度为3cm，平均空隙孔径为2～3mm，竹纤维填料层15整体尺寸与板状填料支架17尺寸一致。部分水蚯蚓14生长于该板状填料6上，球形填料5中受水力扰动等因素掉落的水蚯蚓被该填料所拦截，防止其积聚于池底而大量死亡。水蚯蚓14在竹纤维18层中栖息、生长，并进行污泥捕食，其填料层为多孔介质，可使溶氧、污染物质等顺利通过，达到较好的传质效果和处理效果。
应用例
采用如图1所示的反应器，其中反应器尺寸为800mm×500mm×600mm，好氧池中共设两层、四块尺寸为400mm×150mm×50mm的平板填料以及2个球形填料为1串，共6串的球形填料。在搅拌速度为120r/min、污泥/硝化液回流比为200％、好氧池溶解氧(DO)为3.0mg/L的条件下，处理实际生活污水，总水力停留时间(HRT)为10h。经试验组和对照组进行为期2个月的对照试验，对其进出水水质指标、反应器中各反应池的污泥浓度和污泥排放量进行监测，试验组反应器出水COD、氨氮平均浓度分别为35.02mg/L、8.48mg/L，去除率分别达到88.33％、71.73％，且稳定运行40余天，出水水质达到《污水综合排放标准》(GB 8978-1996)一级标准；试验组较对照组污泥总量减少27.60％，污泥减量效果明显。

Claims (8)

1.一种废水污泥同步生物降解复合式反应器，由缺氧池、厌氧池、好氧池和沉淀池依次串联组成；其特征在于：所述的缺氧池内设有搅拌装置，缺氧池顶部设有污泥回流进口；所述的厌氧池内填充生化棉填料；所述的好氧池内底部设有穿孔曝气管，好氧池内上部悬挂球形填料，球形填料下设有若干层板状填料，所述的球形填料和板状填料上挂载水蚯蚓；所述的沉淀池底部设有污泥回流出口；
所述的球形填料由带孔的聚乙烯球形外壳和球形外壳内填充的竹纤维组成；
所述的板状填料固定于板状填料支架上，由竹纤维填料层和网状塑料填料层复合而成，竹纤维填料层在上。
2.如权利要求1所述的废水污泥同步生物降解复合式反应器，其特征在于：缺氧池、厌氧池、好氧池和沉淀池的有效容积比为2∶2∶5∶1。
3.如权利要求1所述的废水污泥同步生物降解复合式反应器，其特征在于：所述的厌氧池由两块隔板以折流式隔离成三个容积相同的厌氧小室，各厌氧小室内填充生化棉填料。
4.如权利要求1或3所述的废水污泥同步生物降解复合式反应器，其特征在于：所述的生化棉填料的孔径为0.3～0.5mm。
5.如权利要求1所述的废水污泥同步生物降解复合式反应器，其特征在于：所述的球形外壳直径为8cm，球形外壳的孔径为5mm；球形外壳内竹纤维的平均空隙孔径为2～3mm；所述的竹纤维经拉毛处理，平均直径为2mm。
6.如权利要求1所述的废水污泥同步生物降解复合式反应器，其特征在于：所述的网状塑料填料层所用材料为孔径0.3～0.5mm的生化棉，网状塑料填料层厚度为2cm。
7.如权利要求1所述的废水污泥同步生物降解复合式反应器，其特征在于：所述的竹纤维填料层由经拉毛处理、平均直径为2mm的竹纤维构成，竹纤维填料层厚度为3cm，平均空隙孔径为2～3mm。
8.如权利要求1所述的废水污泥同步生物降解复合式反应器，其特征在于：所述的沉淀池设有出水口，沉淀池内部由一折流板分成两部分，折流板距好氧池池壁与距反应器出水口的距离之比为1∶4；沉淀池池底与水平夹角为60°。
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