CN102795750A - 有机污泥深井好氧消化处理装置及处理方法 - Google Patents

Abstract

有机污泥深井好氧消化处理装置及处理方法，其装置包括反应器主体和顶箱，曝气用、循环用进气管进气口均连接空压机；进泥管出泥口位于反应器主体轴向中部；曝气用进气管出气口低于进泥管出泥口；出泥管进泥口位于反应器主体内底部且位于曝气装置下方；反应器主体内的内筒上端口位于顶箱，内筒底端口位于进泥管出泥口与进气管出气口之间；进泥管、曝气用进气管位于内筒外；出泥管、循环用进气管位于内筒中；顶箱的顶部设有排气装置；出泥管向上延伸至顶箱伸出且其出泥口连通至絮凝气浮池；顶箱与絮凝气浮池之间的出泥管上设有抽真空装置。其有机物降解去除速率快，处理后污泥中挥发性固体少，曝气量和能耗少，“一气多用”，节省成本。

Description

有机污泥深井好氧消化处理装置及处理方法

技术领域

本发明涉及一种有机污泥处理装置及处理方法。

背景技术

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，污泥的产生量将会大幅度的增加。目前按照污水处理负荷率75%，每万吨污水产含水率80%的污泥6t估算，我国每年将产生含水率80%的城镇污水污泥约为3000万t。按照预测，到2020年污泥产量将突破年6000万t。在欧美，污泥处理基建费用占污水处理厂总基建费用的比例高达60%～70%。剩余污泥的处理费用占污水厂运行费用的25%～40%，甚至高达60%。在我国污泥处理可占整个污水厂投资及运行费用的25%～65%。污泥处理给污水厂带来了沉重的负担，所以污泥处理是污水处理系统的重要组成部分。

目前污泥常用的最终处置方法有：土地利用、卫生填埋和焚烧等，但是这三类污泥处置方法都各有其缺陷。其中土地利用中，由于剩余污泥中含有重金属离子、呋喃等有害物质，长期将剩余污泥施于土地，有害物质在土壤和植物体内长期积累而影响人体的健康；卫生填埋需要占用大量土地，花费大量运输费用，而且填埋场周围的环境也会恶化，遭受渗滤液、臭气的困扰等；焚烧能耗大，所需的费用很高，而且还存在烟气污染问题，一直难以推广应用。环境标准的日益严格使得常规处置方法变得非常困难，而且随着城市化进程的加快，无论是填埋还是焚烧，选址也成为一大难题，所以对污泥处理采用减量化技术就至关重要。

污泥处理处置的目标是减量化、稳定化和无害化。针对污泥处理过程中的环境问题和经济效益，20世纪90年代提出了剩余污泥减量化的概念。污泥减量化是使整个污水处理系统在保证污水处理效能的前提下，采用适当的物理、化学、生物等方法，使向外排放的生物量达到最少，从而实现在“源头”上减少污泥的产量。目前污泥减量化处理技术主要有：

（1）污泥厌氧消化处理技术。污泥厌氧消化是指污泥在无氧条件下，由兼性菌和厌氧细菌将污泥中的可生物降解的有机物分解成二氧化碳、甲烷和水等。完成整个消化过程，需要经过三个阶段，即水解、酸化阶段，乙酸化阶段，甲烷化阶段。各个阶段都有各自特色的微生物群体，相互联系相互影响，最终使污泥得到稳定，是污泥减量化、稳定化的常用手段之一。污泥厌氧消化从理论上说是很好的处理技术，但目前应用并不广泛，仍存在一些问题尚待解决。比如投资成本较高、水力停留时间长、对温度要求较为苛刻、占地面积较大等。

（2）污泥好氧消化处理技术。污泥好氧消化是污泥稳定化处理的一种方法，污泥在敞开式的消化池中，不需加热，在供氧充分的条件下氧化分解有机物。曝气同时还起搅拌作用，以免污泥沉于池底，形成死区而产生臭味。好氧消化类似于活性污泥法，污泥经过长时间的曝气，有效基质被耗尽，微生物利用本身的细胞物质作为细胞反应的能量，该细胞物质被氧化为二氧化碳、水和氨。挥发性悬浮固体的数量减少了，同时，耗氧量也降至最低水平。污泥好氧消化对有机物的降解程度较高，但其运行费用也较大，污泥有机物分解程度随温度波动大，消化后的污泥进行重力浓缩时，上清液SS的浓度较高。

（3）物理化学处理技术。微生物基于自身细胞溶解产物的生长方式称为隐性生长，整个过程包含了溶胞和生长，其中溶胞为限制步骤。因此，溶胞效率的提高能够导致污泥产量的减少。利用各种物理、化学等溶胞技术，使细菌能够迅速死亡并分解成为基质再次被其他细菌所利用，是污泥减量过程中广为应用的手段。包括：臭氧氧化污泥减量技术、氯氧化污泥减量技术、超声波污泥减量化技术、Fenton试剂法等。此方法投资较高，能耗大，存在二次污染的风险。

（4）微型动物捕食污泥处理技术。包括接种微生物和生物相分离。接种微型动物的方法即在原有的污水处理系统中接种微型原、后生动物进行污泥减量。现阶段，蠕虫是活性污泥中观察到的最大后生动物，比较常见的蠕虫有颤蚓、红斑瓢体虫、仙女虫等，一般红斑瓢体虫或仙女虫在系统中占据优势。生物相分离是指在好氧生物处理中，虽然寡毛类后生动物的存在可以降低污泥的产量，但生物反应器的设计是基于细菌的生长，而不是基于寡毛类后生动物的生长，因而限制了寡毛类后生动物的生长，使其污泥减量的潜能得不到有效发挥。为此需设计一个适合寡毛类后生动物生长的反应器，用它来处理活性污泥系统中排放的剩余污泥，或者与活性污泥系统作为一个整体来处理回流污泥，以此实现污泥减量化。该方法要求较长的水力停留时间，不仅增加了反应器容积，而且大大增加了投资和处理成本，并且目前对操作参数和微型动物生长的关系，及怎样控制和维持微型动物在高密度条件下长时间生长等方面研究还不够，不适于大范围推广。

发明内容

为了克服上述现有技术存在的缺点，本发明的目的在于提供一种有机污泥深井好氧消化处理装置及处理方法，处理过程中氧传质效率高，微生物对有机物的降解去除速率和效率高，缩短停留时间，减少容积和占地；经处理后污泥中挥发性固体大大降低，且与普通好氧消化相比，较高的氧气利用率大大减少了曝气量和能耗，实现“一气多用”，大大节省了运行成本，实现污泥深井好氧消化反应器与自絮凝上浮分离的过程耦合。

为了解决上述问题，本发明采用以下技术方案：有机污泥深井好氧消化处理装置，包括反应器主体和顶箱，所述反应器主体内设置有曝气装置、进泥管、曝气用进气管、循环用进气管、出泥管，所述曝气用进气管、循环用进气管的进气口连接空气压缩机；

所述进泥管的出泥口位于反应器主体在轴向上的中部；

所述曝气用进气管的出气口低于进泥管的出泥口；

所述出泥管的进泥口位于所述反应器主体内底部且位于所述曝气装置的下方；

所述反应器主体内还设有一内筒；内筒的上端口高于反应器主体的顶端位于所述顶箱内，内筒的底端口低于进泥管的出泥口且高于进气管的出气口；

所述进泥管、曝气用进气管位于内筒与反应器主体之间的环形空间内；所述出泥管、循环用进气管位于内筒中；且循环用进气管的出气口高于内筒的底端口且出气方向向下；

所述顶箱的顶部设有排气装置；

所述出泥管向上延伸至所述顶箱，并由顶箱伸出，出泥管的出泥口连通至絮凝气浮池的泥水输入口；位于所述顶箱与絮凝气浮池之间的出泥管上设有抽真空装置。

进一步的技术方案：所述内筒与所述反应器主体同轴线，所述进泥管、曝气用进气管、循环用进气管、出泥管分别设置有多根；所述多根进泥管、多根曝气用进气管、多根循环用进气管、多根出泥管分别绕反应器主体的轴线圆周均布。

进一步的技术方案：所述的反应器主体深100m，反应器主体的直径为0.5～3m。

本发明还提供一种有机污泥深井好氧消化处理方法，包括如下步骤：

1）、深井反应器的反应器主体内，污泥注入点位于反应器主体轴向的中部，且污泥注入点位于深井反应器的反应器主体与内筒之间的环形空间内，污泥注入方向向上；在反应器主体内高度在污泥注入点上方的为氧化区；

曝气用空气注入点位于所述污泥注入点的下方，反应器主体内高度在污泥注入点与曝气用空气注入点之间的区域为混合区；

曝气用空气注入点的下方设有曝气装置；反应器主体内高度在曝气装置下方的为活塞式流动区；

循环用空气注入点位于内筒中，且高于内筒的底端口；

2）、曝气用空气经曝气用进气管输送至深井反应器的反应器主体内底部，经曝气装置升起气泡；循环用空气注入内筒后，带动内筒中的混合液体向下，同时带动内筒与反应器主体之间的混合液从内筒顶端口进入，即建立起混合液的循环圈；

3）、将未经处理的有机污泥通过进泥管引入高于曝气用空气注入点的再循环液体内并向上；压力和深度导致了高的氧气传导速率，从而保证所述混合区内的混合液体中具有高的溶解氧量，氧化区内高的反应速率使得有机物能在垂直循环圈的上部被生物氧化；

4）、再循环液体沿着反应器主体的侧壁向上到达顶箱中，在顶箱中由微生物呼吸作用产生的含有废气的气泡将废气通过顶箱的排气装置释放到大气中；

同时，小部分混合液体从混合区进入活塞式流动区；活塞式流动区内污泥中剩余的有机物被高度氧化；随着有机物的氧化，释放的热量使污泥温度不断升高；消化后的污泥快速到达地表的絮凝气浮池，使得砂粒和固体物质不会沉积在井底；混合液体行至地表的过程中快速的减压可以导致固体物质从液体中分离并悬浮于表面，实现自絮凝上浮分离。

本发明的有益效果是：它利用潜置于地下的竖向深井反应器对城镇污水处理厂或工业废水处理站产生的有机污泥进行超深水好氧生物处理，过程中氧传质效率高达50%，深井反应器内提供的高温、高压、高溶解氧的好氧消化环境，大大提高了微生物对有机物的降解去除速率和效率，缩短了停留时间，减少了容积和占地，同时还提供了杀灭病菌的有力条件，经处理后污泥中挥发性固体至少可以降低40%～50%，与普通好氧消化相比，较高的氧气利用率大大减少了曝气量和能耗，实现“一气多用”（反应器内的曝气还用于泥水搅拌、气提、气浮泥水分离等），大大节省了运行成本。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明做进一步的说明：

图1为本发明实施例的结构示意图；

图2为图1的A-A剖视图；

图中：1反应器主体，2顶箱，3曝气装置，4进泥管，41出泥口，5曝气用进气管，51出气口，6出泥管，61进泥口，7空气压缩机，8内筒，81上端口，82底端口，9排气装置，10絮凝气浮池，11抽真空装置，12循环用进气管。

具体实施方式

如图1所示，该有机污泥深井好氧消化处理装置，包括反应器主体1和顶箱2，所述反应器主体1内设置有曝气装置3、进泥管4、曝气用进气管5、循环用进气管12、出泥管6，曝气用进气管5、循环用进气管12的进气口连接空气压缩机7。

其中，进泥管4的出泥口41位于反应器主体1在轴向上的中部且出泥方向为向上。

曝气用进气管5的出气口51低于进泥管4的出泥口41。

出泥管6的进泥口61位于反应器主体1内底部且位于曝气装置3的下方。

反应器主体1内还设有一内筒8。内筒8的上端口81高于反应器主体1的顶端位于所述顶箱2内，内筒8的底端口82低于进泥管4的出泥口41且高于进气管5的出气口51。

所述进泥管4、曝气用进气管5位于反应器主体1与内筒8之间的环形空间内。所述出泥管6、循环用进气管12位于内筒8中。

所述顶箱2的顶部设有排气装置9。

所述出泥管6向上延伸至顶箱2，并由顶箱2伸出。出泥管6的出泥口连通至絮凝气浮池10的泥水输入口；位于顶箱2与絮凝气浮池10之间的出泥管6上设有抽真空装置11。

如图2所示：内筒8与反应器主体1同轴线，进泥管4、曝气用进气管5、出泥管6分别设置有四根。循环用进气管12设置有两根。进泥管4、曝气用进气管5、循环用进气管12、出泥管6各自分别绕反应器主体1的轴线圆周均布。多根进泥管4、曝气用进气管5、循环用进气管12、出泥管6及均布设置的方式，有利于提高污泥处理效率及处理质量。

所述的反应器主体深100m，反应器主体的直径为0.5～3m。

利用上述有机污泥深井好氧消化装置实现的处理方法，如下：

1）、深井反应器的反应器主体1内，污泥注入点（即进泥管的出泥口41）位于反应器主体1轴向的中部，且污泥注入点位于深井反应器的反应器主体1与内筒8之间的环形空间内；污泥注入方向向上；在反应器主体1内高度在污泥注入点上方的为氧化区；

曝气用空气注入点（即曝气用进气管5的出气口51）位于所述污泥注入点的下方，反应器主体1内高度在污泥注入点与曝气用空气注入点之间的区域为混合区；

曝气用空气注入点的下方设有曝气装置3；反应器主体1内高度在曝气装置3下方的为活塞式流动区；

循环用空气注入点位于内筒中，且高于内筒的底端口；

2）、曝气用空气经曝气用进气管5输送至深井反应器的反应器主体1内底部；经曝气装置3升起气泡；循环用空气注入后，带动内筒8中的混合液体向下，同时带动内筒8与反应器主体1之间的混合液从内筒8顶端口进入，即建立起混合液的循环圈，使得空气在所述氧化区内循环；

3）、将未经处理的有机污泥通过进泥管4引入高于曝气用空气注入点的再循环液体内并向上；压力和深度导致了高的氧气传导速率，从而保证所述混合区内的混合液体中具有高的溶解氧量，氧化区内高的反应速率使得有机物能在垂直循环圈的上部被生物氧化；

4）、再循环液体沿着反应器主体1的侧壁向上到达顶箱2中，在顶箱2中由微生物呼吸作用产生的含有废气的气泡将废气通过顶箱2的排气装置9释放到大气中；

同时，小部分混合液体从混合区进入活塞式流动区；活塞式流动区内污泥中剩余的有机物被高度氧化；随着有机物的氧化，释放的热量使污泥温度不断升高；消化后的污泥快速到达地表的絮凝气浮池10，使得砂粒和固体物质不会沉积在井底；混合液体行至地表的过程中快速的减压可以导致固体物质从液体中分离并悬浮于表面，实现自絮凝上浮分离。分离出来的高浓度生物固体12具有不同的用处，剩余部分液体13则进行二级处理以便于达标排放。

有机污泥深井好氧消化装置中的抽真空装置11，可以防止减压造成的泥水混合液无法流至絮凝气浮池的现象发生。

Claims (4)

1.有机污泥深井好氧消化处理装置，其特征是：包括反应器主体和顶箱，所述反应器主体内设置有曝气装置、进泥管、曝气用进气管、循环用进气管、出泥管，所述曝气用进气管、循环用进气管的进气口连接空气压缩机；

所述进泥管的出泥口位于反应器主体在轴向上的中部且出泥方向为向上；

所述曝气用进气管的出气口低于进泥管的出泥口；

所述出泥管的进泥口位于所述反应器主体内底部且位于所述曝气装置的下方；

所述反应器主体内还设有一内筒；内筒的上端口高于反应器主体的顶端，位于所述顶箱内，内筒的底端口低于进泥管的出泥口且高于进气管的出气口；

所述进泥管、曝气用进气管位于内筒与反应器主体之间的环形空间内；所述出泥管、循环用进气管位于内筒中；且循环用进气管的出气口高于内筒的底端口且出气方向向下；

所述顶箱的顶部设有排气装置；

所述出泥管向上延伸至所述顶箱，并由顶箱伸出，出泥管的出泥口连通至絮凝气浮池的泥水输入口；位于所述顶箱与絮凝气浮池之间的出泥管上设有抽真空装置。

2.根据权利要求1所述的有机污泥深井好氧消化处理装置，其特征是：所述内筒与所述反应器主体同轴线，所述进泥管、曝气用进气管、循环用进气管、出泥管分别设置有多根；所述多根进泥管、多根曝气用进气管、多根循环用进气管、多根出泥管分别绕反应器主体的轴线圆周均布。

3.根据权利要求1或2所述的有机污泥深井好氧消化处理装置，其特征是：所述的反应器主体深100m，反应器主体的直径为0.5～3m。

4.有机污泥深井好氧消化处理方法，其特征是，包括如下步骤：

1）、深井反应器的反应器主体内，污泥注入点位于反应器主体轴向的中部，且污泥注入点位于深井反应器的反应器主体与内筒之间的环形空间内，污泥注入方向向上；在反应器主体内高度在污泥注入点上方的为氧化区；

曝气用空气注入点位于所述污泥注入点的下方，反应器主体内高度在污泥注入点与曝气用空气注入点之间的区域为混合区；

曝气用空气注入点的下方设有曝气装置；反应器主体内高度在曝气装置下方的为活塞式流动区；

循环用空气注入点位于内筒中，且高于内筒的底端口；

2）、曝气用空气经曝气用进气管输送至深井反应器的反应器主体内底部，经曝气装置升起气泡；循环用空气注入内筒后，带动内筒中的混合液体向下，同时带动内筒与反应器主体之间的混合液从内筒顶端口进入，即建立起混合液的循环圈；；

3）、将未经处理的有机污泥通过进泥管引入高于曝气用空气注入点的再循环液体内并向上；压力和深度导致了高的氧气传导速率，从而保证所述混合区内的混合液体中具有高的溶解氧量，氧化区内高的反应速率使得有机物能在垂直循环圈的上部被生物氧化；

4）、再循环液体沿着反应器主体的侧壁向上到达顶箱中，在顶箱中由微生物呼吸作用产生的含有废气的气泡将废气通过顶箱的排气装置释放到大气中；

同时，小部分混合液体从混合区进入活塞式流动区；活塞式流动区内污泥中剩余的有机物被高度氧化；随着有机物的氧化，释放的热量使污泥温度不断升高；消化后的污泥快速到达地表的絮凝气浮池，使得砂粒和固体物质不会沉积在井底；混合液体行至地表的过程中快速的减压可以导致固体物质从液体中分离并悬浮于表面，实现自絮凝上浮分离。

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