CN104402114A

CN104402114A - 水解酸化污水处理装置

Info

Publication number: CN104402114A
Application number: CN201410551154.XA
Authority: CN
Inventors: 杜平; 郭少辉; 李仁浩; 周影
Original assignee: CHANGYE ENVIRONMENTAL PROTECTION GROUP Co Ltd
Current assignee: CHANGYE ENVIRONMENTAL PROTECTION GROUP Co Ltd
Priority date: 2014-10-16
Filing date: 2014-10-16
Publication date: 2015-03-11
Anticipated expiration: 2034-10-16
Also published as: CN104402114B

Abstract

本发明公开了一种水解酸化污水处理装置，该装置由无动力脉冲布水系统、层递式水解酸化反应区、工艺条件控制系统、澄清出水系统和排泥系统五大系统组成。无动力脉冲布水系统包括进水流量计、进水控制阀、进水管、无动力脉冲布水器、布水管、单向脉冲水射器；层递式水解酸化反应区包括平板式酶浮填料层、悬浮污泥层和污泥床层；工艺条件控制系统包括各反应层的氧化还原电位计和污泥浓度计；澄清出水系统包括澄清区和出水堰；排泥系统包括集泥斗、排泥控制阀、排泥泵、排泥管和排泥流量计。本发明适用于高浓度、难降解有机废水的高效水解酸化处理，能够明显改善废水的可生化性，保障后续生化处理工艺的稳定运行，节约占地、降低处理成本。

Description

水解酸化污水处理装置

技术领域

本发明涉及一种水解酸化污水处理装置，适用于高浓度、难降解有机废水的高效水解酸化处理，能够明显改善废水的可生化性，保障后续生化处理工艺的稳定运行，节约占地、降低处理成本。

背景技术

水解酸化预处理作为提高废水可生化性、增强处理工艺抗水质水量冲击能力的有效手段，收到国内外很多污水处理厂特别是工业废水处理厂的青睐。水解酸化的理论基础为Zeikus等人提出了厌氧消化四类群理论，即水解阶段、酸化阶段、产乙酸阶段、产甲烷阶段。根据以上理论，水解酸化实际上是厌氧消化过程的前两个阶段，即水解阶段和酸化阶段。水解阶段，废水中的高分子或环状有机物在胞外酶的作用下被断链或开环，转为能够透过细胞膜的小分子有机物并被转移进入细胞内；酸化阶段，进入细胞的小分子有机物被进一步转化为更简单的化合物（有机酸、醇类、乳酸等）并分泌到细胞外。一些水解酸化污水处理装置即是基于以上原理，在传统厌氧反应器的基础上改进而来，其运行效果并不理想。

根据微生物的生长形式，水解酸化反应器可分为活性污泥法和生物膜法两大类。活性污泥法水解酸化反应器主要有升流式水解污泥床反应器（UHSB）、折流板反应器（ABR）等。UHSB反应器由经典的升流式厌氧污泥床反应器（UASB）改进而来，反应器无需密封，无需设置三相分离器，但需增设循环泵以强化搅拌，有较大的动力消耗且反应器启动时间长；折流板反应器（ABR）由厌氧折流板反应器改进而来，反应器中设置折板，强化湍流传质，促进颗粒状污泥的形成，由于需将反应室分隔成数个升流式污泥床，结构复杂、建造和运行控制难度大。生物膜法水解酸化反应器主要有水解滤池反应器（HF）、厌氧接触氧化反应器等。水解滤池反应器（HF）由厌氧滤床反应器（AF）改进而来，反应器以组合填料作载体，在其表面形成一层生物膜，污泥世代期较长，耐冲击负荷能力强，水解酸化效果稳定，但反应器载体较昂贵，在废水悬浮物较大情况下，容易发生短流和堵塞，这是生物膜法水解酸化反应器普遍存在的问题，也是其不能广泛推广的主要原因。

近年来，随着水解酸化理论和应用技术的不断完善，除反应器水解酸化效能外，反应器结构合理性、经济性、可操作性及通用性逐渐成为研究的重点。结构设计上，需满足高负荷运行的要求，主要通过完善布配水系统、保证泥水混合均匀无短流、丰富微生物种群等手段实现；经济性及可操作性方上，要求通过合理设计减少土建及设备的投资，且便于日常操作及维护；通用性及稳定性上，由于废水水质变化较大，反应器需能承受各种负荷冲击、适应不同废水，能够充分水解酸化难降解有机物，且能够保证长时间运行的稳定性和安全性。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，开发一种占地面积省、工艺参数控制简单灵活、水解酸化效率高、运行控制成本低廉的水解酸化污水处理装置。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种水解酸化污水处理装置，包括无动力脉冲布水系统、层递式水解酸化反应区、工艺条件控制系统、澄清出水系统和排泥系统；

所述无动力脉冲布水系统包括进水流量计、进水控制阀、进水管、无动力脉冲布水器、布水管和单向脉冲水射器，进水流量计、进水控制阀和无动力脉冲布水器依次通过进水管相连接，无动力脉冲布水器、单向脉冲水射器通过布水管相连接；

所述层递式水解酸化反应区由平板式酶浮填料层、悬浮污泥层和污泥床层组成，平板式酶浮填料层、悬浮污泥层和污泥床层在处理装置内自上向下依次分布；

所述工艺条件控制系统包括第一污泥浓度计、第二污泥浓度计、第三污泥浓度计、第一氧化还原电位仪、第二氧化还原电位仪、第三氧化还原电位仪和第四氧化还原电位仪；第一污泥浓度计位于平板式酶浮填料层的底端，第二污泥浓度计位于悬浮污泥层的底端，第三污泥浓度计位于污泥床层的底端；第一污泥浓度计和第二污泥浓度计控制悬浮污泥层的高度及其污泥浓度，第二污泥浓度计和第三污泥浓度计控制污泥床层的高度及其污泥浓度；第一氧化还原电位仪位于平板式酶浮填料层的顶端，第二氧化还原电位仪位于平板式酶浮填料层的底端，第三氧化还原电位仪位于悬浮污泥层的底端，第四氧化还原电位仪位于污泥床层的底端；第一氧化还原电位仪和第二氧化还原电位仪控制平板式酶浮填料层的氧化还原电位，第二氧化还原电位仪和第三氧化还原电位仪控制悬浮污泥层的氧化还原电位，第三氧化还原电位仪和第四氧化还原电位仪控制污泥床层的氧化还原电位；

所述澄清出水系统位于处理装置的上部，包括澄清区和出水堰；

所述排泥系统包括集泥斗、排泥控制阀、排泥泵、排泥管和排泥流量计，集泥斗、排泥控制阀、排泥泵和排泥流量计通过排泥管依次连接。

进一步地，所述单向脉冲水射器的脉冲水流为由内而外的单向流，脉冲下水流速为3～5 m/s。

进一步地，所述平板式酶浮填料层的填料为双层膜结构、经过表面亲水改性的平板式生物填料，填料安装角度为与水平面呈60-75度角，填料安装高度为0.8-1.6m，填料间距为10-20cm。

进一步地，所述悬浮污泥层的层高为1.5-2.5m，污泥浓度为4-12g/L，氧化还原电位为-100~50mV。

进一步地，所述污泥床层的层高为1-2m，污泥浓度为12-20g/L。

本发明基于不同微生物对不同污染物处理的专业性原理，以废水分质分段处理思想为指导，总结了已有水解酸化反应器的设计运行经验及存在的关键问题，具备以下有益效果：通过引入无动力脉冲布水系统和单向脉冲水射器，能够有效避免布水管的堵塞；通过进水流量计和进水控制阀控制布水器的进水量，能够精确控制每根布水管的出口流速，确保该水解酸化污水处理装置的布水均匀；通过平板式酶浮填料层、悬浮污泥层和污泥床层的三层设计，将活性污泥法和微生物膜法有机融合于同一处理装置，创新性地在一个水解酸化污水处理装置内建立三个具有相对独立微生物种群系统的生化处理层，确保难降解有机污染物被充分水解酸化；通过工艺条件控制系统，能够精确控制各生化处理层的关键工艺运行参数，确保将其控制在最合理控制区间；通过平板式酶浮填料层的截留和澄清区对残留悬浮物的进一步重力沉淀去除，确保出水悬浮物控制在低浓度，降低对后续工艺的影响；通过引入集泥斗有效收集污泥、避免污泥死角，通过排泥流量计、排泥控制阀和排泥泵精确控制排泥量，确保有效调节层递式水解酸化反应区各反应层的污泥浓度及有效性。通过五大系统的协作运行，能够显著提高处理装置的抗污染物负荷冲击能力、强化有机污染物的去除能力和可生化性的提高、提升处理装置的单位处理负荷，最终实现提高处理效果、节约占地面积、降低土建投资、节省运行费用的目的。

附图说明

图1为水解酸化污水处理装置结构示意图；

图2为平板式酶浮填料层结构示意图；

图中：进水流量计1、进水控制阀2、进水管3、第一污泥浓度计4、第二污泥浓度计5、第三污泥浓度计6、排泥流量计7、排泥管8、排泥泵9、排泥控制阀10、无动力脉冲布水器11、出水堰12、布水管13、第一氧化还原电位仪14、第二氧化还原电位仪15、第三氧化还原电位仪16、第四氧化还原电位仪17、澄清区18、平板式酶浮填料层19、悬浮污泥层20、污泥床层21、集泥斗22、单向脉冲水射器23。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。

本发明水解酸化污水处理装置包括无动力脉冲布水系统、层递式水解酸化反应区、工艺条件控制系统、澄清出水系统和排泥系统。

如图1所示，无动力脉冲布水系统中进水流量计1为电磁流量计，进水控制阀2为电动旋塞阀，进水管3直径200～300 mm，进水管3连接进水流量计1、进水控制阀2和无动力脉冲布水器11，无动力脉冲布水器11具有30-50根跌水管，每根跌水管下部连接布水管13，布水管13直径20～30 mm，管底部连接单向脉冲水射器23，脉冲下水流速3～5 m/s。层递式水解酸化反应区自上而下分布平板式酶浮填料层19、悬浮污泥层20和污泥床层21，布平板式酶浮填料层19的填料为双层膜结构、且表面经过改性处理，填料安装角度60～75度，间距100 mm，高度为0.8～1.6米；悬浮污泥层20与平板式酶浮填料层19间距 0.5-1m，悬浮污泥层20高度为1.5～2.5米，污泥浓度为4～12g/L；污泥床层21高度为1～2米，污泥浓度为12～20 g/L。第一污泥浓度计4安装于平板式酶浮填料层19底部，第二污泥浓度计5安装于悬浮污泥层20和污泥床层21交界面上，第三污泥浓度计6安装于污泥床层21和集泥斗22交界面上，第一污泥浓度计4和第二污泥浓度计5控制悬浮污泥层20的高度及其污泥浓度，第二污泥浓度计5和第三污泥浓度计6控制污泥床层21的高度及其污泥浓度；第一氧化还原电位仪14安装于平板式酶浮填料层19上部，第二氧化还原电位仪15安装于平板式酶浮填料层19底部，第三氧化还原电位仪16安装于悬浮污泥层20和污泥床层21交界面上，第四氧化还原电位仪17安装于污泥床层21和集泥斗22交界面上，第一氧化还原电位仪14和第二氧化还原电位仪15控制平板式酶浮填料层19的氧化还原电位，第二氧化还原电位仪15和第三氧化还原电位仪16控制悬浮污泥层20的氧化还原电位，第三氧化还原电位仪16和第四氧化还原电位仪17控制污泥床层21的氧化还原电位。澄清区18设于平板式酶浮填料层19之上，高度1～1.5m米，出水堰12安装于澄清区18顶部，水面以上预留0.5～0.8米超高。集泥斗22斗底斜壁与水平之夹角为40-60度，排泥控制阀10采用电动旋塞阀，排泥泵9采用立式排污泵，通过排泥管8相连接，排泥管8直径150～200 mm。

水解酸化污水处理装置在结构上均由无动力脉冲布水系统、层递式水解酸化反应区、工艺条件控制系统、澄清出水系统和排泥系统组成。废水从进水管3进入布水器11，通过进水流量计1和进水控制阀2控制布水器11的进水量，废水经过布水器11上跌水管，均匀跌落进入每根布水管13，精确控制每根布水管13的脉冲下水流速；废水经过污泥床层21，水中悬浮和胶体态物质被吸附截留并沉淀落入集泥斗22，水中溶解性有机物与活性污泥预混合，部分溶解性有机物被水解；废水升流进入悬浮污泥层20，水中溶解性有机物在悬浮污泥层20被丰富的水解微生物彻底水解转化为可透过细胞膜的小分子有机物；废水继续升流，经过平板式酶浮填料层19，小分子有机物被附着于平板式酶浮填料上的酸化微生物吸收进入细胞内进行酸化反应，同时，平板式酶浮填料层19的斜板沉淀作用有效截留残余的悬浮物质，强化澄清区出水效果；经过吸附截留、水解、酸化作用后，废水中的非溶解性有机物、难降解有机物或进入集泥斗22排出，或降解为挥发性脂肪酸（VFA）、醇类、乳酸等代谢产物，从出水堰12排出，从而改善废水后续处理的可生化性；集泥斗22排出剩余污泥。

具体操作说明如下：

1）接种污泥的装入：在处理废水前，将已经测定各项物理性状的水解酸化污泥通过进水管3接种进入层递式水解酸化反应区，根据第一污泥浓度计4、第二污泥浓度计5和第三污泥浓度计6判断进水管3进泥或排泥管8排泥操作，进而控制悬浮污泥层20和污泥床层21的高度及污泥浓度，其中悬浮污泥层20的污泥浓度为4～12 g/L，污泥床层21的污泥浓度为12～20g/L。

2）无动力脉冲布水系统

废水通过进水管3进入布水器11，通过跌水管均匀进入布水管13，利用布水管13重力布水，布水管13设有单向脉冲水射器23，将脉冲入水流速提高至3～5m/s，脉冲布水的作用除防止管路堵塞外，还可使废水充分混合均匀并形成湍流，增强有机物与微生物间的传质。

3）层递式水解酸化处理系统

废水在装置中呈升流状，升流流速为0.5～2 m/h，非溶解性悬浮物在升流中，在污泥床层21被吸附截留，通过截留作用增强悬浮物的停留时间，进而增强非溶解性悬浮物质的降解作用。溶解性有机物在升流中，通过污泥床层21的吸附作用、悬浮污泥层的水解作用、平板式酶浮填料层19的酸化作用，形成三个具有相对独立微生物种群系统的生化处理层，确保难降解的有机污染物被充分水解酸化。

4）工艺条件控制系统

通过进水流量计1监控进水量，确保必要的水力停留时间，水力停留时间控制为6～24 h；污泥浓度计可以实时监控装置中各污泥层的分布状况，进而选择性排泥；在装置充满水且流动保持稳定后，根据氧化还原电位仪监控各区氧化还原电位，其中悬浮污泥层20、污泥床层21氧化还原电位为-100～50 mV，以保证水解反应的发生，平板式酶浮填料层19氧化还原电位为-300～-100 mV，以保证酸化反应的发生。

5）平板式酶浮填料层

如图2所示，平板式酶浮填料层19具有悬浮物的重力截留作用、并作为酸化微生物的载体。通过截留、吸附，可以增加有机物质的停留时间，进一步改善其降解效果；填料为双层膜结构且经过亲水改性处理，能有效增大比表面积，改善微生物的附着能力。填料安装角度60～75度，间距10-20cmm，高度为0.8～1.6米。

6）澄清出水系统

进入澄清区的废水，升流速度相对平缓，废水中悬浮物质可通过重力作用被沉淀，进一步提高出水的质量。出水堰12能够有效保证澄清区的平缓环境，同时避免形成短流或沟流。

7）排泥系统

装置运行过程中，随着废水中悬浮物质的截留、微生物的大量增殖，污泥浓度会增加，通过各区污泥浓度计动态监控污泥浓度，进而选择性排泥。集泥斗22的污泥在成层沉淀、压缩沉淀作用下进行浓缩，浓缩后的污泥通过排泥管8排出，流量可由排泥流量计7监控。

Claims

1.一种水解酸化污水处理装置，其特征在于，包括无动力脉冲布水系统、层递式水解酸化反应区、工艺条件控制系统、澄清出水系统和排泥系统；

所述无动力脉冲布水系统包括进水流量计(1)、进水控制阀(2)、进水管(3)、无动力脉冲布水器(11)、布水管(13)和单向脉冲水射器(23)，进水流量计(1)、进水控制阀(2)和无动力脉冲布水器(11)依次通过进水管(3)相连接，无动力脉冲布水器(11)、单向脉冲水射器(23)通过布水管(13)相连接；

所述层递式水解酸化反应区由平板式酶浮填料层(19)、悬浮污泥层(20)和污泥床层(21)组成，平板式酶浮填料层(19)、悬浮污泥层(20)和污泥床层(21)在处理装置内自上向下依次分布；

所述工艺条件控制系统包括第一污泥浓度计(4)、第二污泥浓度计(5)、第三污泥浓度计(6)、第一氧化还原电位仪(14)、第二氧化还原电位仪(15)、第三氧化还原电位仪(16)和第四氧化还原电位仪(17)；第一污泥浓度计(4)位于平板式酶浮填料层(19)的底端，第二污泥浓度计(5)位于悬浮污泥层(20)的底端，第三污泥浓度计(6)位于污泥床层(21)的底端；第一污泥浓度计(4)和第二污泥浓度计(5)控制悬浮污泥层(20)的高度及其污泥浓度，第二污泥浓度计(5)和第三污泥浓度计(6)控制污泥床层(21)的高度及其污泥浓度；第一氧化还原电位仪(14)位于平板式酶浮填料层(19)的顶端，第二氧化还原电位仪(15)位于平板式酶浮填料层(19)的底端，第三氧化还原电位仪(16)位于悬浮污泥层(20)的底端，第四氧化还原电位仪(17)位于污泥床层(21)的底端；第一氧化还原电位仪(14)和第二氧化还原电位仪(15)控制平板式酶浮填料层(19)的氧化还原电位，第二氧化还原电位仪(15)和第三氧化还原电位仪(16)控制悬浮污泥层(20)的氧化还原电位，第三氧化还原电位仪(16)和第四氧化还原电位仪(17)控制污泥床层(21)的氧化还原电位；

所述澄清出水系统位于处理装置的上部，包括澄清区(18)和出水堰(12)；

所述排泥系统包括集泥斗(22)、排泥控制阀(10)、排泥泵(9)、排泥管(8)和排泥流量计(7)，集泥斗(22)、排泥控制阀(10)、排泥泵(9)和排泥流量计(7)通过排泥管(8)依次连接。

2.根据权利要求1所述一种水解酸化污水处理装置，其特征在于，所述单向脉冲水射器(23)的脉冲水流为由内而外的单向流，脉冲下水流速为3～5m/s。

3.根据权利要求1所述一种水解酸化污水处理装置，其特征在于，所述平板式酶浮填料层(19)的填料为双层膜结构、经过表面亲水改性的平板式生物填料，填料安装角度为与水平面呈60-75度角，填料安装高度为0.8-1.6m，填料间距为10-20cm。

4.根据权利要求1所述一种水解酸化污水处理装置，其特征在于，所述悬浮污泥层(20)的层高为1.5-2.5m，污泥浓度为4-12g/L，氧化还原电位为-100～50mV。

5.根据权利要求1所述一种水解酸化污水处理装置，其特征在于，所述污泥床层(21)的层高为1-2m，污泥浓度为12-20g/L。