CN105565489B - 污泥循环型高效水解反应装置 - Google Patents

Abstract

污泥循环型高效水解反应装置，它涉及污泥循环型高效水解反应装置，包括反应区、泥水提升区、导流区、污泥回流区和沉淀区，所述反应区顶部为伞形，伞形内壁设导流挡板；所述反应区设有长方形搅拌桨，泥水提升区设螺旋桨，二者固定于同轴搅拌联杆；污水在所述装置内呈内循环流态；本发明可实现污泥内循环，无需沉淀池，高效利用了装置内部空间，具有传质能力强，生物量高，水解效率高，且成本低，占地小等优点。

Description

污泥循环型高效水解反应装置

技术领域

本发明属于废水处理领域，主要涉及一种新型可工业化应用，且高效、稳定预处理高浓度有机废水的污泥循环型高效水解反应装置。

背景技术

水解酸化过程主要是利用水解和产酸发酵微生物将水中的固体、大分子和不易生物转化的有机物分解为易于生物降解的小分子有机物，废水的可生化性可以得到较大改善，使后续的好氧或厌氧生物处理单元以较少的能耗和较短的停留时间得到处理。目前，水解酸化反应器大多作为高浓度有机废水的预处理设备，以提高废水的可生化性，并可代替初沉池，从而降低工程投资。

厌氧水解酸化装置的合理设计对于一个运转良好的水解处理单元是至关重要的。水解酸化反应器普遍采用传统推流式设计，对配水系统要求较高，易出现局部酸化，导致污泥上浮，污水处理所需停留时间较长，设备积体庞大，同时还存在沟流、短流现象及表面易结渣等问题，严重影响污水处理效率和出水水质。此外，上流式厌氧污泥床、厌氧滤池等工艺形式也被用作水解酸化反应器，但这些工艺形式对污水水质要求较高，需配套初沉池，对配水系统及工艺操作条件要求较高。近年来，搅拌槽式反应器(CSTR)用作厌氧水解酸化处理，因其具有良好原料适应性、高效、传质均匀的优势，有效避免浮渣、结壳等优点得到了一定应用，但存在着反应器内生物量较低，需要污泥回流设施，抗冲击负荷能力不强的问题。

综上所述，传统厌氧水解酸化装置存在的弊端包括：(1)推流或上升流工艺形式存在传质效果不佳、局部酸化、对进水水质及配水系统要求高等问题；(2)完全混合工艺形式存在生物量低、需污泥回流、抗冲击负荷能力弱等问题。

发明内容

为了克服现有水解酸化反应器的不足，本发明的目的是开发一种具有较强传质能力、较高生物保有能力、水解效率高、无需污泥回流设施并且成本低、占地小的新型高效水解反应装置。

污泥循环型高效水解反应装置，它包括池体、排水堰、进水口、出水口、排泥管、pH与ORP探头、排气管、水封瓶、湿式气体流量计、气体在线监测装置、搅拌电机、气体密封管、气体密封挡板、螺旋桨、搅拌桨、螺旋杆、法兰、顶板、集水槽、排水管、导流挡板、伞形支架和垂直挡板；

所述的池体顶部设置有顶板，气体密封管贯穿于顶板，螺旋杆下端位于池体底部并与搅拌桨连接，螺旋杆上端穿过气体密封管固定于搅拌电机上，螺旋桨与气体密封挡板均设置于螺旋杆上，且位于气体密封管下方，并且螺旋桨位于气体密封挡板下方；导流挡板与伞形支架的斜支架固定连接，伞形支架是由斜支架与竖直支架构成；伞形支架的竖直支架与垂直挡板固定连接，垂直挡板一端与顶板垂直连接，另一端置于池体内；

顶板右侧设置有两个排气管，两个排气管的出气口均与水封瓶的进气口连通，水封瓶的出气口与湿式气体流量计的气体接入口连通，湿式气体流量计的气体输出口与气体在线监测装置的气体接入口连通；

集水槽位于池体上端侧面，集水槽由排水堰与池体侧壁共同形成上端开口的环形槽；排水管为“U”形管，“U”形管的一端设置于集水槽下端，并与集水槽连通，另一端与大气连通，排水管的出水口设置于“U”形管的右侧管处；

所述的池体底部中间位置设置排泥管，进水口的出水口与搅拌桨位于同一水平面，且位于搅拌桨边缘外侧线速度最高处，pH与ORP探头设置于池体底部侧面。

本发明的技术方案是：污泥循环型高效水解反应装置包括反应区、泥水提升区、导流区、污泥回流区、沉淀区和排水区，顶盖与池体通过法兰连接。所述反应区设有进水口、搅拌装置及pH、ORP、温度控制装置，顶部伞形内壁设垂直排列的导流挡板，进水口设置于池体侧壁搅拌桨线速度最高处；泥水提升区设有螺旋搅拌桨、气体密封管及气体密封挡板，气体密封挡板固定于同轴套筒式螺旋杆上；泥水下降区呈环形，外壁与反应区顶部挡板保持一定高度；污泥回流区由池体外壁与反应区顶部挡板之间区域形成；沉淀区由池体外壁与泥水下降区外壁之间区域形成；排水区由排水堰、集水槽和排水管组成，排水堰为三角堰，集水槽为环形，排水管为U型管，顶部与大气连通。

在本发明的实施方式中，所述反应区螺旋杆与泥水提升区螺旋杆为同轴，顶部固定于搅拌电机；泥水提升区顶部与沉淀区顶部各设排气孔一个，并与水封瓶连通，水封瓶气体出口接湿式气体流量计，之后接气体在线监测装置；反应区底部设排泥管，底坡设一定倾角。

本发明的优势如下：

(1)本发明的污泥循环型高效水解反应装置继承了传统搅拌槽式反应器(CSTR)的优势，微生物和污水在反应区呈全混反应，传质效率高，反应区搅拌桨使得泥水在反应区内水平方向上均匀混合。同时，设置泥水提升区使得泥水在垂直方向上流动，双搅拌的作用带来了反应器最大程度的泥水混合，停留时间缩短，工程造价降低。双搅拌可实现污泥混合反应与内循环双重功能，并可根据转速调整污泥内回流的循环比，延长SRT，传质速率、污泥活性和浓度都大大提高，提高了水解反应速率。

(2)本发明的污泥循环型高效水解反应装置将反应区、泥水提升区、泥水下降区、导流区、沉淀区设在一个反应装置内，反应区顶部伞形挡板可起到气液固三相分离的作用，可同步实现高效水解酸化和泥水分离，节省了污泥沉淀装置并且污泥保有量高，占地面积小，动力消耗低。本发明的污泥循环型高效水解反应装置对水质要求较低，集初沉池、水解酸化池、污泥沉淀池和回流设施为一体，缩短了污水处理工艺流程，节约了工程造价。

(3)本发明的污泥循环型高效水解反应装置中，反应区顶部内壁设垂直排列的导流挡板使反应区避免由于搅拌造成混合液的旋流，进水口设置于搅拌桨边缘线速度最高处，可使来水迅速扩散，避免了常规反应器中布水不均问题，反应器的抗冲击负荷能力强。

(4)本发明的污泥循环型高效水解反应装置中，泥水提升区中螺旋桨提供较高的水流垂直流速，使泥水提升区和导流区顶部水面处于紊动状态，避免了传统反应器中顶部水面易结渣的弊端。此外，该区中气体密封管和气体密封挡板的设置简单有效的解决了实际生产中由于螺旋杆密封不佳带来的漏气问题。

附图说明

图1为污泥循环型高效水解反应装置的示意图；

图2为污泥循环型高效水解反应装置启动阶段COD浓度变化情况，其中，A为进水COD浓度变化，B为出水COD浓度变化，C为COD去除率；

图3为污泥循环型高效水解反应装置启动阶段pH的变化情况，其中，A为进水的pH变化，B为出水的pH的变化；

图4为不同稀释倍数下处理前后制药废水的发光抑制率；其中，A为进水的发光抑制率；B为出水的发光抑制率。

具体实施方式

具体实施方式一：结合图1，本实施方式的污泥循环型高效水解反应装置污泥循环型高效水解反应装置，其特征在于它包括池体1、排水堰2、进水口3、出水口4、排泥管5、pH与ORP探头6、排气管7、水封瓶8、湿式气体流量计9、气体在线监测装置10、搅拌电机11、气体密封管12、气体密封挡板13、螺旋桨14、搅拌桨15、螺旋杆16、法兰17、顶板18、集水槽19、排水管20和导流挡板21；

所述的池体1顶部设置有顶板18，气体密封管12贯穿于顶板18，螺旋杆16下端位于池体1底部并与搅拌桨15连接，螺旋杆16上端穿过气体密封管12固定于搅拌电机11上，螺旋桨14与气体密封挡板13均设置于螺旋杆16上，且位于气体密封管12下方，并且螺旋桨14位于气体密封挡板13下方；导流挡板21与伞形支架22的斜支架22-1固定连接，伞形支架22是由斜支架22-1与竖直支架22-2构成；伞形支架22的竖直支架22-2与垂直挡板23固定连接，垂直挡板23一端与顶板18垂直连接，另一端置于池体1内；

顶板18右侧设置有两个排气管7，两个排气管7的出气口均与水封瓶8的进气口连通，水封瓶8的出气口与湿式气体流量计9的气体接入口连通，湿式气体流量计9的气体输出口与气体在线监测装置10的气体接入口连通；

集水槽19位于池体1上端侧面，集水槽19由排水堰2与池体1侧壁共同形成上端开口的环形槽；排水管20为“U”

形管，“U”形管的一端设置于集水槽19下端，并与集水槽19连通，另一端与大气连通，排水管20的出水口4设置于“U”形管的右侧管处；

所述的池体1底部中间位置设置排泥管5，进水口3的出水口与搅拌桨15位于同一水平面，且位于搅拌桨15边缘线速度最高处，pH与ORP探头6设置于池体1底部侧面。

具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：所述的两个排气管7分别设置在气体密封管12与垂直挡板23之间的顶板18上，以及垂直挡板23与池体壁之间的的顶板18上。其它与具体实施方式一相同。

具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一不同的是：所述的伞形支架22与池体1底部区域共同形成反应区。其它与具体实施方式一相同。

反应区底部与水平面夹角为10°，以利于定期在反应器停止搅拌后进行排泥工作。

具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一不同的是：所述的导流挡板21共6个，并垂直固定连接在斜支架22-1上。其它与具体实施方式一相同。

具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一不同的是：所述的斜支架22-1与水平面的夹角为25°。其它与具体实施方式一相同。

具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一不同的是：竖直支架22-2与垂直挡板23共同形成了导流区。其它与具体实施方式一相同。

具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式一不同的是：池体1内壁与斜支架22-1共同形成了污泥回流区。其它与具体实施方式一相同。

具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式一不同的是：池体1内壁与垂直挡板23共同形成了沉淀区。其它与具体实施方式一相同。

具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式一不同的是：反应器池体1材质为不锈钢，有效容积为350L。其它与具体实施方式一相同。

具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式一不同的是：螺旋杆16为同轴联杆，为内外套筒式结构，内外套筒之间采用轴承连接，螺旋桨14固定于外层套筒，搅拌桨15固定于内层套筒。其它与具体实施方式一相同。

搅拌桨15转速应控制为15～30rpm，起到机械搅拌的作用。螺旋桨14转速应控制为80～100rpm，确保泥水提升区具有一定的压头。

具体实施方式十一：本实施方式与具体实施方式一不同的是：泥水提升区为圆柱形结构。其它与具体实施方式一相同。

导流区的横截面积等于或略大于泥水提升区的横截面积，保证导流区的导流效果。

污水经进水口3流入反应器中，进水口3位于搅拌桨15外缘线速度最高处，在搅拌电机11的带动下，污水在反应区内呈现环形流动，进水中有机物快速扩散，避免了常规反应器中布水不均问题，对进水起到了一定稀释作用，并与微生物迅速接触，反应器的传质效率大大提高。

反应区中污泥和污水经过螺旋桨14提升进入污水提升区，泥水提升区中螺旋桨提供较高的水流垂直流速，使泥水提升区和导流区顶部水面处于紊动状态，避免了传统反应器中顶部水面易结渣的弊端。然后泥水在螺旋桨14提供的水头作用下向下流经导流区，进入泥水分离区，比重相对较大的污泥优先回流至反应区中，泥水如此在反应区、泥水提升区、导流区和污泥回流区之间循环往复，在双搅拌桨的作用下，实现了泥水在反应器水平和垂直方向上最大程度的泥水混合，反应器容积利用率和传质效率比传统水解酸化反应器大大提高，停留时间缩短，工程造价降低。

泥水提升区与导流区中泥水上升或下降流速为1～3mm/s，导流区出口流速应大于1mm/s，确保泥水提升区具有较高的压头，从而使得泥水在反应器中的内循环过程。同时也可保证污泥回流区中水流紊乱，避免污泥在此区域沉积，导致反应器出现沟流、短流，避免反应器在污泥回流区中出现局部酸化现象。沉淀区的水流速度应小于1mm/s，使反应器具有较高的污泥截留能力，保证反应器中具有较高的生物量。

采用下述实验验证本发明效果：

结合图1，本实施例构建了污泥循环型高效水解反应装置处理某高浓度制药废水，将药厂污水处理站二沉池回流污泥过筛、活化后投入本发明装置中，接种量为反应器有效容积的2/3。

试验结果如下:

(1)发明装置处理某高浓度制药废水COD去除率

实验中采用低负荷启动本发明装置。控制水力停留时间6h，将某高浓度制药废水进行稀释，并逐步降低稀释倍数，提高有机负荷。控制COD浓度从1000mg/L逐渐增大至4000mg/L，此时，有机负荷为2kgCOD/(m³·d)～8kgCOD/(m³·d)。

水解酸化反应器启动初期，悬浮污泥稳定，出水中几乎没有污泥流出。如图2所示，COD去除率虽有波动但整体呈上升趋势，去除率由10％逐渐增加到25％，表明水解酸化菌逐渐处于优势地位，慢慢适应了水质的波动，初步具备了抗冲击负荷能力。

运行25天左右，系统内污泥生长状态良好，由黑色有臭味变为灰褐色臭味不明显，出水呈现弱酸性，COD去除率稳定在25％～30％左右，此时反应器启动成功并稳定运行。

(2)发明装置处理某高浓度制药废水pH变化情况

水解酸化阶段会产生大量的有机酸、醇，这些物质的积累必然会使系统的pH下降，通过系统进出水pH的变化可以判定水解酸化进行的程度，连续监测水解酸化反应器进水和出水的pH，结果如图3所示。

在本实施例装置启动初期，由于水解酸化菌所占的比重较少，导致有机酸产生的速率慢，所以pH虽有下降但是不是很显著，pH仅仅从6.17降到6.0左右。第5天以后，水解酸化菌的数量越来越多，且活性越来越强。进水的容积负荷不断提高，产生的有机酸增多，从而导致了pH下降加快。第20天后，水解酸化系统满负荷运行，此时，水解酸化菌大量繁殖，占据主导地位，出水pH基本保持稳定，最终稳定在5.3左右。出水pH的相对稳定也是系统启动成功的标志之一。

(3)发明装置处理某高浓度制药废水综合毒性的去除效果

高浓度制药废水对微生物有较强抑制作用，从图4可以看出，经过本实施例装置处理过的制药废水对发光细菌的毒性有所降低。系统出水对发光细菌的半致死浓度EC₅₀为稀释2倍，即浓度为50％时，而进水对发光细菌的半致死浓度EC₅₀为进水稀释16倍时，即浓度为6.25％时，进水的毒性是系统出水毒性的8倍。当经过系统后的废水稀释26倍时，废水对发光细菌的毒性抑制率为0，而此时进水对发光细菌的毒性抑制率为40％。而进水需要稀释28倍才能达到对发光细菌的毒性抑制率为0。本实施例装置处理制药废水，起到了降低废水毒性的作用，为后续生物处理提供了更好的可生化性条件。

Claims (8)

1.污泥循环型高效水解反应装置，其特征在于它包括池体(1)、排水堰(2)、进水口(3)、出水口(4)、排泥管(5)、pH与ORP探头(6)、排气管(7)、水封瓶(8)、湿式气体流量计(9)、气体在线监测装置(10)、搅拌电机(11)、气体密封管(12)、气体密封挡板(13)、螺旋桨(14)、搅拌桨(15)、螺旋杆(16)、法兰(17)、顶板(18)、集水槽(19)、排水管(20)、导流挡板(21)、伞形支架(22)和垂直挡板(23)；

所述的池体(1)顶部设置有顶板(18)，气体密封管(12)贯穿于顶板(18)，螺旋杆(16)下端位于池体(1)底部并与搅拌桨(15)连接，螺旋杆(16)上端穿过气体密封管(12)固定于搅拌电机(11)上，螺旋桨(14)与气体密封挡板(13)均设置于螺旋杆(16)上，且位于气体密封管(12)下方，并且螺旋桨(14)位于气体密封挡板(13)下方；导流挡板(21)与伞形支架(22)的斜支架(22-1)固定连接，伞形支架(22)是由斜支架(22-1)与竖直支架(22-2)构成；伞形支架(22)的竖直支架(22-2)与垂直挡板(23)固定连接，垂直挡板(23)一端与顶板(18)垂直连接，另一端置于池体(1)内；

顶板(18)右侧设置有两个排气管(7)，两个排气管(7)的出气口均与水封瓶(8)的进气口连通，水封瓶(8)的出气口与湿式气体流量计(9)的气体接入口连通，湿式气体流量计(9)的气体输出口与气体在线监测装置(10)的气体接入口连通；

集水槽(19)位于池体(1)上端侧面，集水槽(19)由排水堰(2)与池体(1)侧壁共同形成上端开口的环形槽；排水管(20)为“U”形管，“U”形管的一端设置于集水槽(19)下端，并与集水槽(19)连通，另一端与大气连通，排水管(20)的出水口(4)设置于“U”形管的右侧管处；

所述的池体(1)底部中间位置设置排泥管(5)，进水口(3)的出水口与搅拌桨(15)位于同一水平面，且位于搅拌桨(15)边缘外侧线速度最高处，pH与ORP探头(6)设置于池体(1)底部侧面；搅拌桨(15)的转速为15～30rpm；螺旋桨(14)的转速为80～100rpm。

2.根据权利要求1所述的污泥循环型高效水解反应装置，其特征在于所述的导流挡板(21)共6个，并垂直固定连接在斜支架(22-1)上。

3.根据权利要求2所述的污泥循环型高效水解反应装置，其特征在于所述的斜支架(22-1)与水平面的夹角为25°。

4.根据权利要求1所述的污泥循环型高效水解反应装置，其特征在于池体(1)底端为倒“梯形”形状，其与水平面夹角为10°。

5.根据权利要求1所述的污泥循环型高效水解反应装置，其特征在于螺旋杆(16)为同轴联杆，为内外套筒式结构，内外套筒之间采用轴承连接，螺旋桨(14)固定于外层套筒，搅拌桨(15)固定于内层套筒。

6.根据权利要求1所述的污泥循环型高效水解反应装置，其特征在于搅拌桨(15)的转速为20～30rpm。

7.根据权利要求1所述的污泥循环型高效水解反应装置，其特征在于螺旋桨(14)的转速为90～100rpm。

8.根据权利要求1所述的污泥循环型高效水解反应装置，其特征在于所述的两个排气管(7)分别设置在气体密封管(12)与垂直挡板(23)之间的顶板(18)上，以及垂直挡板(23)与池体壁之间的的顶板(18)上。