CN110655293A - 一种框架复合结构蚯蚓反应器及其处理污泥的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种框架复合结构蚯蚓反应器，包括主体框架以及位于主体框架内的多层反应器箱体；主体框架每层的底部设有底板，反应器箱体可移动的设置在每层的底板上；每层的反应器箱体内设有曝气管和滤液收集管；主体框架的一侧分别设有与各层曝气管连接的曝气供气管、以及与各层滤液收集管连接的滤液集中管；曝气供气管连接至外部的曝气装置，滤液集中管底部连接外部的储液罐。本发明反应器处理污泥周期较短，污泥处理周期可缩短至3‑5天，而且一次投放蚯蚓能够连续处理20批次及以上的污泥，节省大量人力物力。同时蚯蚓粪、蚯蚓滤液和成品蚯蚓等产品收集更加方便，还能够有效避免蚯蚓处理污泥过程中的臭气扩散和蚊虫滋生问题。
Description
技术领域
本发明涉及污泥处理及资源化利用的方法，特别是一种框架复合结构蚯蚓反应器及其处理污泥的方法。
背景技术
随着社会经济和城市化的发展，城镇污水处理厂日益增多，随之而来的污泥处理与处置问题也日趋成为人们关注的焦点。污泥中含水率高，寄生着各种细菌、病毒等有害微生物；同时，污泥中还浓缩着锌、铅、镉、铜等重金属化合物，加之污泥结构的复杂多变性，使得污泥处置处理问题较为棘手。目前，国内外主要应用的污泥处置技术有填埋、焚烧、堆肥和生物修复等，这些处理技术各有特点但大都存在着二次污染和成本制约的问题。
随着技术的发展，以蚯蚓处理技术为代表的生物修复方法已然成为环保有效的处理途径。利用蚯蚓处理技术处理污泥，不仅能够灭活各种细菌、病毒，钝化固化重金属化合物，消除污泥的有毒有害性，还能够最大程度上将污泥中养分物质保留下来，并且在蚯蚓复杂的消化代谢作用下形成高效生物有机肥蚯蚓粪。具有较高的经济效益和环境效益。但传统的蚯蚓处理技术却一般又存在着受气温气候影响、占地面积大、处理效率低、处理周期长、人工用量大、污泥运输过程易扩大污染范围等缺点，使得蚯蚓处理技术大规模的应用一直受到限制。
发明内容
发明目的：本发明结合污泥的理化性质、蚯蚓处理的特点以及蚯蚓的生理习性进行污泥处理，提供一种框架复合结构蚯蚓反应器，以解决现有技术中存在的蚯蚓处理周期长、占地面积大、蚊虫滋生和臭气等问题。
为了解决上述技术问题，本发明公开了一种框架复合结构蚯蚓反应器，包括主体框架以及位于主体框架内的多层反应器箱体；所述主体框架每层的底部设有底板，所述反应器箱体可移动的设置在每层的底板上，并能够从主体框架内抽出；
每层的反应器箱体内设有曝气管和滤液收集管；主体框架的一侧分别设有与各层曝气管连接的曝气供气管、以及与各层滤液收集管连接的滤液集中管；所述曝气供气管连接至外部的曝气装置，滤液集中管底部连接外部的储液罐，收集处理过程中产生的蚯蚓滤液。
具体地，所述反应器箱体包括顶部开口的主箱体、以及在主箱体内自下而上分别铺设的隔离过滤层、沙粒补充层、蚯蚓栖息层、营养补充层以及处理污泥层；优选地，各层反应器箱体的曝气管均位于蚯蚓栖息层内，其位于主箱体外侧的一端与曝气供气管连接；曝气管位于主箱体内的管壁上开有通气孔，通过曝气作用控制箱体内的温度、湿度、含氧量等条件；各层的滤液收集管均位于隔离过滤层底部外壁上。
进一步地，所述主箱体位于处理污泥层的两侧为能够上下滑动的挡板，其下方位于主箱体两侧的内壁设有对应的滑轨，挡板延滑轨方向上下滑动；所述滑轨的底部封口，主箱体两侧外壁设有用于固定挡板的螺钉；所述螺钉拧紧后穿过主箱体外壁与滑轨内的挡板接触并将挡板固定；在完成一个处理周期后降下挡板完成取料过程，升起挡板完成补料过程。
更进一步地，所述营养补充层和处理污泥层之间设有带孔的隔离板，孔洞直径为1.5-4.5cm，孔洞数量为25-85个，取料过程时直接将隔离板上处理完的污泥刮取出来，隔离板带孔方便蚯蚓上下活动。
具体地，所述主箱体高为15-25 cm，长为30-70 cm，宽为20-60cm；
隔离过滤层填充有厚度为0.5-2 cm的粉碎秸秆；所述沙粒补充层填充有厚度为0.5-1.5 cm的细沙粒，细度模数为2.2~1.6；所述蚯蚓栖息层填充有厚度为5-9 cm的蚯蚓粪；所述营养补充层填充有厚度为0.5-2 cm的腐熟后牛粪和易腐垃圾；所述处理污泥层用于添加待处理的污泥，铺设厚度为3-10 cm。
具体地，所述主体框架高为100-250 cm，长为32-72 cm，宽为22-62 cm，分5-20层，每层承载一个反应器箱体，每层高18-30 cm。
本发明进一步提供采用上述框架复合结构蚯蚓反应器处理污泥的方法，包括如下步骤：
（1）向各反应器箱体内的蚯蚓栖息床投入成年带环赤子爱胜蚓1.2-4.5kg，置于18-28℃避光的条件下培养2-7天，期间每天向反应器箱体内喷水以保持蚯蚓栖息床含水率在60-80 wt%；
（2）向污泥储泥池中的污泥内加入调理剂，再投入菌液混合均匀进行腐熟12-48小时；
（3）取步骤（2）腐熟后的污泥均匀铺入步骤（1）培养结束后的各反应器箱体内的蚯蚓栖息床上；
（4）将各反应器箱体分别放入主体框架内，并依次连通曝气供气管和滤液集中管；开启曝气进行一个周期的污泥处理；
（5）当各反应器箱体内的污泥全部转化为蚯蚓粪之后，取出各反应器箱体，并将各反应器箱体内处理后的污泥和表层蚯蚓刮取收集，补充待处理的污泥进行下一周期污泥的处理；
（6）刮取收集的处理产物经过筛网分离蚯蚓粪和成品蚯蚓，分离后的蚯蚓粪一部分作为新的调理剂回用，剩余的蚯蚓粪和成品蚯蚓作为产品进行集中储存。
进一步地，因为反应器内蚯蚓容易在反应器内近亲繁殖造成蚯蚓退化，还包括步骤（7）：连续处理20周期结束后向每个反应器箱体内投加复壮后的蚯蚓0.1-0.35 kg，投加复壮后蚯蚓为反应器内蚯蚓种群提供外来基因，保持反应器内蚯蚓种群活力。
具体地，步骤（2）中，所述的污泥为含水率75-90 wt%的市政污泥；所述调理剂为粉碎秸秆和蚯蚓粪的混合物，粉碎秸秆加入量为污泥质量的3-7%，蚯蚓粪为步骤（6）得到的蚯蚓粪，含水率为40%-60%，碳氮比（C/N）为7.5-12.5，加入量为污泥质量的10-25%；所述菌液为从滤液集中管收集下来的蚯蚓滤液。
加入调理剂用于调节污泥的含水率、孔隙率和污泥蚯蚓适口性，是前处理的必须步骤。粉碎秸秆可以给蚯蚓活动提供更多的附着面、增加含氧量和改善污泥结构更有利于蚯蚓取食污泥。蚯蚓粪的物质结构和其含有的微生物种群类型是蚯蚓最喜欢和最适宜生存的，因而选择回用部分蚯蚓粪作为调理剂可以提升污泥的适口性、减少蚯蚓接触污泥的适应时间和降低污泥中有毒物质对蚯蚓的伤害，进而提高处理效率并且减少蚯蚓死亡率。
蚯蚓堆肥过程中收集的蚯蚓滤液中含有大量的营养物质和微生物种群，通过收集处理过程中产生的蚯蚓滤液代替传统菌剂进行蚯蚓发酵腐熟不仅速度较快而且腐熟后的污泥蚯蚓适口性更好，可以减少蚯蚓接触适应时间进而提高蚯蚓处理效率，同时还可以节省菌剂成本。
步骤（3）中，腐熟后的污泥铺泥厚度为3-10cm。铺泥厚度不宜过厚或者过薄，铺泥太厚会阻隔空气降低堆肥箱内的含氧量进而影响处理效率；铺泥太薄则会导致周期处理污泥过少浪费更多的时间收集和补充污泥，降低整体处理效率。
步骤（4）中，所述曝气采用间歇曝气的方式，曝气量为0.03-0.15L/Min，曝气30分钟停止曝气3小时。间隙曝气的方式能够最大层度上在补充堆肥箱内氧气的情况下减少曝气对蚯蚓活动产生的影响。
有益效果：
1、本发明框架复合结构结构合理，占地面积小（100t/d处理规模占地面积仅为800m2，相比较传统大田养殖模式占地面积减少几十倍）、操作简单、建设成本和处理成本远低于其他污泥处理工艺。产出大量的成品蚯蚓、高质量蚯蚓粪有机肥和蚯蚓滤液；适应面广，经济效益、环境效益和社会效益良好。
2、本发明所采用的方法处理污泥周期较短，污泥处理周期可缩短至3-5天，是传统蚯蚓处理污泥方法所需时间的1/5-1/10。而且一次投放蚯蚓能够连续处理20批次及以上的污泥，节省大量人力物力。同时蚯蚓粪、蚯蚓滤液和成品蚯蚓等产品收集更加方便，还能够有效避免蚯蚓处理污泥过程中的臭气扩散和蚊虫滋生问题。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明做更进一步的具体说明，本发明的上述和/或其他方面的优点将会变得更加清楚。
图1为本发明框架复合结构蚯蚓反应器的整体结构示意图。
图2为本发明各反应器箱体的结构示意图。
其中，各附图标记分别代表：1主体框架；2底板；3反应器箱体；31主箱体；32隔离过滤层；33沙粒补充层；34蚯蚓栖息层；35营养补充层；36处理污泥层；37挡板；38滑轨；39螺钉；4曝气管；5滤液收集管；6曝气供气管；7滤液集中管；8万向轮。
具体实施方式
根据下述实施例，可以更好地理解本发明。
说明书附图所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容所能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“前”、“后”、“中间”等用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。
实施例1
本发明采用如图1所示的框架复合结构蚯蚓反应器进行污泥的处理。该框架复合结构蚯蚓反应器包括主体框架1以及位于主体框架1内的多层反应器箱体3；主体框架1每层的底部设有底板2，主体框架1的底部设有万向轮8；反应器箱体3可移动的设置在每层的底板2上，并能够从主体框架1内抽出。主体框架1长52cm、宽44cm、高230cm，共15层，每层高15cm。主体框架1可以承载15个反应器箱体3（标准化蚯蚓堆肥箱），占地面积约为0.23m2。
每层的反应器箱体3内设有曝气管4和滤液收集管5；主体框架1的一侧分别设有与各层曝气管4连接的曝气供气管6、以及与各层滤液收集管5连接的滤液集中管7；所述曝气供气管6连接至外部的曝气装置，滤液集中管7底部连接外部的储液罐，收集处理过程中产生的蚯蚓滤液。各层的曝气管4均位于蚯蚓栖息层34内，其位于主箱体31外侧的一端与曝气供气管6连接；曝气管4位于主箱体31内的管壁上开有通气孔，通过曝气作用控制箱体内的温度、湿度、含氧量等条件；各层的滤液收集管5均位于隔离过滤层32底部外壁上。
如图2所示，反应器箱体3包括顶部开口的主箱体31、以及在主箱体31内自下而上分别铺设的隔离过滤层32、沙粒补充层33、蚯蚓栖息层34、营养补充层35以及处理污泥层36。主箱体31高为12 cm，长为50 cm，宽为40 cm。隔离过滤层填充有厚度为2 cm的粉碎秸秆。沙粒补充层填充有厚度为0.5 cm的细沙粒。蚯蚓栖息层填充有厚度为6 cm蚯蚓粪，通过牛粪和秸秆混合蚯蚓堆肥后产生。营养补充层有厚度为1 cm的腐熟后牛粪和易腐垃圾。
主箱体31位于处理污泥层36的两侧为能够上下滑动的挡板37，其下方位于主箱体31两侧的内壁设有对应的滑轨38，挡板37延滑轨38方向上下滑动；所述滑轨38的底部封口，主箱体31两侧外壁设有用于固定挡板37的螺钉39；所述螺钉39拧紧后穿过主箱体31外壁与滑轨38内的挡板37接触并将挡板37固定；在完成一个处理周期后降下挡板完成取料过程，升起挡板完成补料过程。营养补充层35和处理污泥层36之间设有带孔的隔离板，取料过程时直接将隔离板上处理完的污泥刮取出来，隔离板带孔方便蚯蚓上下活动。
采用上述框架复合结构蚯蚓反应器处理某地市政污泥，具体步骤为：向每个标准化蚯蚓堆肥箱内的蚯蚓栖息床投入成年带环赤子爱胜蚓2kg，置于18-28℃避光的条件下培养3天，期间每天向蚯蚓栖息床表面喷水以保持湿度。含水率87%市政污泥加入调理剂粉碎秸秆和蚯蚓粪，加入量分别为待处理污泥重量的5%和15%，再投入蚯蚓渗滤液加工制成的菌液，混合均匀后进行腐熟24小时。将腐熟后污泥均匀铺入标准化蚯蚓堆肥箱内的蚯蚓栖息床上，铺泥厚度为5cm。将所有标准化蚯蚓堆肥箱放入主体框架并联通曝气供气管和滤液集中管，打开曝气开关开始曝气，进行一个周期的污泥处理。4天后标准化蚯蚓堆肥箱内的污泥已经全部转化为蚯蚓粪，取出标准化蚯蚓堆肥箱，降下标准化蚯蚓堆肥箱两侧的挡板通过取料窗口将处理好污泥刮取收集。升起挡板添加新的待处理污泥后将标准化蚯蚓堆肥箱放回主体框架内并联通管道开始下一周期污泥处理。刮取的处理后污泥经过筛网分离蚯蚓粪和成品蚯蚓。分离后的蚯蚓粪部分作为新的调理剂回用，剩余蚯蚓粪和成品蚯蚓作为产品进行集中储存。
共测试7个处理污泥周期后发现，在铺泥厚度为5cm的情况下单个处理周期所需要的时间基本稳定在3-4天。污泥全部转变为蚯蚓粪后体积减小32.7%-40.8%。含水率由87%降至61%，有机质含量由45.1%降至38.6%。每个周期投加的污泥质量为100kg可收取蚯蚓粪46.5kg-56.3kg，七个周期产出蚯蚓粪总质量为投入污泥质量的47%，收取各种大小蚯蚓23kg，其中收货成年蚯蚓6.7kg。收集到蚯蚓滤液1.3L。
以本次实施例获得的蚯蚓粪、风干研磨后的纯污泥和水稻田土作为培养基质，用于小白菜的盆栽研究，小白菜品种选用江浙地区常用的上海青，结果表明，和水稻田土相比较纯污泥对小白菜的生长会起到一定的抑制作用，并有可能导致其体内的重金属积累。蚯蚓粪使小白菜地上部产量分别提高了132.4%，且无明显的重金属积累现象，经本发明中所述方法蚯蚓处理后的蚯蚓粪可以作为植物生长的培养基质。
实施例2
采用的框架复合结构蚯蚓反应器与实施例1相同。采用上述框架复合结构蚯蚓反应器处理某地市政污泥，具体步骤为：
向每个标准化蚯蚓堆肥箱内的蚯蚓栖息床投入成年带环赤子爱胜蚓2kg，置于18-28℃避光的条件下培养3天，期间每天向蚯蚓栖息床表面喷水以保持湿度。含水率87%市政污泥共4份分别加入调理剂A粉碎秸秆和蚯蚓粪、B粉碎秸秆和牛粪、C粉碎秸秆和易腐垃圾、D粉碎秸秆和蓝藻，加入量分别为待处理污泥重量的5%和15%，再投入蚯蚓渗滤液加工制成的菌液，混合均匀后进行腐熟24小时。将腐熟后污泥分别均匀铺入4组标准化蚯蚓堆肥箱内的蚯蚓栖息床上，铺泥厚度为5cm。将所有标准化蚯蚓堆肥箱放入主体框架并联通曝气供气管和滤液集中管，打开曝气开关开始曝气，进行一个周期的污泥处理。标准化蚯蚓堆肥箱内的污泥已经全部转化为蚯蚓粪，取出标准化蚯蚓堆肥箱，降下标准化蚯蚓堆肥箱两侧的挡板通过取料窗口将处理好污泥刮取收集。升起挡板添加新的待处理污泥后将标准化蚯蚓堆肥箱放回主体框架内并联通管道开始下一周期污泥处理。
在铺泥厚度都为5cm的情况下使用C粉碎秸秆和易腐垃圾、D粉碎秸秆和蓝藻作为调理剂调理污泥单个处理周期所需要的时间基本在9-13天，单个周期单个标准化蚯蚓堆肥箱收获蚓茧数量2，收获蚯蚓质量0.21，平均质量2.58g。
使用B粉碎秸秆和牛粪作为调理剂调理污泥单个处理周期所需要的时间基本在7-9天，单个周期单个标准化蚯蚓堆肥箱收获蚓茧数量21，收获蚯蚓质量0.17，平均质量1.64g。
使用A粉碎秸秆和蚯蚓粪作为调理剂调理污泥单个处理周期所需要的时间基本在3-4天，单个周期单个标准化蚯蚓堆肥箱收获蚓茧数量18，收获蚯蚓质量0.36kg，蚯蚓平均质量3.62g。
对比后得出，使用粉碎后秸秆和蚯蚓粪作为调理剂可以大大提高蚯蚓处理污泥的效率缩短处理周期，同时使用粉碎机秸秆和蚯蚓粪作为调理剂调理污泥产出的蚯蚓较多且中大号占比更多，可以产生更大的经济效益。
本发明提供了一种框架复合结构蚯蚓反应器及其处理污泥的方法的思路及方法，具体实现该技术方案的方法和途径很多，以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。本实施例中未明确的各组成部分均可用现有技术加以实现。
Claims (10)
1.一种框架复合结构蚯蚓反应器，其特征在于，包括主体框架（1）以及位于主体框架（1）内的多层反应器箱体（3）；所述主体框架（1）每层的底部设有底板（2），所述反应器箱体（3）可移动的设置在每层的底板（2）上，并能够从主体框架（1）内抽出；
每层的反应器箱体（3）内设有曝气管（4）和滤液收集管（5）；主体框架（1）的一侧分别设有与各层曝气管（4）连接的曝气供气管（6）、以及与各层滤液收集管（5）连接的滤液集中管（7）；所述曝气供气管（6）连接至外部的曝气装置，滤液集中管（7）底部连接外部的储液罐。
2.根据权利要求1所述的框架复合结构蚯蚓反应器，其特征在于，所述反应器箱体（3）包括顶部开口的主箱体（31）、以及在主箱体（31）内自下而上分别铺设的隔离过滤层（32）、沙粒补充层（33）、蚯蚓栖息层（34）、营养补充层（35）以及处理污泥层（36）；各层反应器箱体的曝气管（4）均位于蚯蚓栖息层（34）内，其位于主箱体（31）外侧的一端与曝气供气管（6）连接；曝气管（4）位于主箱体（31）内的管壁上开有通气孔；各层的滤液收集管（5）均位于隔离过滤层（32）底部外壁上。
3.根据权利要求2所述的框架复合结构蚯蚓反应器，其特征在于，所述主箱体（31）位于处理污泥层（36）的两侧为能够上下滑动的挡板（37），其下方位于主箱体（31）两侧的内壁设有对应的滑轨（38）；所述滑轨（38）的底部封口，主箱体（31）两侧外壁设有用于固定挡板（37）的螺钉（39）；所述螺钉（39）拧紧后穿过主箱体（31）外壁与滑轨（38）内的挡板（37）接触并将挡板（37）固定。
4.根据权利要求3所述的框架复合结构蚯蚓反应器，其特征在于，所述营养补充层（35）和处理污泥层（36）之间设有带孔的隔离板，孔洞直径为1.5-4.5cm，孔洞数量为25-85个。
5.根据权利要求2所述的框架复合结构蚯蚓反应器，其特征在于，所述主箱体（31）高为15-25 cm，长为30-70 cm，宽为20-60 cm；
隔离过滤层（32）填充有厚度为0.5-2 cm的粉碎秸秆；所述沙粒补充层（33）填充有厚度为0.5-1.5 cm的细沙粒，细度模数为2.2~1.6；所述蚯蚓栖息层（34）填充有厚度为5-9 cm的蚯蚓粪；所述营养补充层（35）填充有厚度为0.5-2 cm的腐熟后牛粪和易腐垃圾；所述处理污泥层（36）用于添加待处理的污泥，铺设厚度为3-10 cm。
6.根据权利要求1所述的框架复合结构蚯蚓反应器，其特征在于，所述主体框架（1）高为100-250 cm，长为32-72 cm，宽为22-62 cm，分5-20层，每层承载一个反应器箱体（3），每层高18-30 cm。
7.采用权利要求1所述的框架复合结构蚯蚓反应器处理污泥的方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）向各反应器箱体（3）内的蚯蚓栖息床投入成年带环赤子爱胜蚓1.2-4.5kg，置于18-28℃避光的条件下培养2-7天，期间每天向反应器箱体（3）内喷水以保持蚯蚓栖息床含水率在60-80wt%；
（2）向污泥储泥池中的污泥内加入调理剂，再投入菌液混合均匀进行腐熟12-48小时；
（3）取步骤（2）腐熟后的污泥均匀铺入步骤（1）培养结束后的各反应器箱体（3）内的蚯蚓栖息床上；
（4）将各反应器箱体（3）分别放入主体框架（1）内，并依次连通曝气供气管（6）和滤液集中管（7）；开启曝气进行一个周期的污泥处理；
（5）当各反应器箱体（3）内的污泥全部转化为蚯蚓粪之后，取出各反应器箱体（3），并将各反应器箱体（3）内处理后的污泥和表层蚯蚓刮取收集，补充待处理的污泥进行下一周期污泥的处理；
（6）刮取收集的处理产物经过筛网分离蚯蚓粪和成品蚯蚓，分离后的蚯蚓粪一部分作为新的调理剂回用，剩余的蚯蚓粪和成品蚯蚓作为产品进行集中储存。
8.根据权利要求7所述的处理污泥的方法，其特征在于，还包括步骤（7）：连续处理20周期结束后向每个反应器箱体（3）内投加复壮后的蚯蚓0.1-0.35 kg。
9.根据权利要求7所述的处理污泥的方法，其特征在于，步骤（2）中，所述的污泥为含水率75-90 wt%的市政污泥；所述调理剂为粉碎秸秆和蚯蚓粪的混合物，粉碎秸秆加入量为污泥质量的3-7%，蚯蚓粪为步骤（6）得到的蚯蚓粪，含水率为40%-60%，碳氮比为7.5-12.5，加入量为污泥质量的8-35%；所述菌液为从滤液集中管收集下来的蚯蚓滤液。
10.根据权利要求7所述的处理污泥的方法，其特征在于，步骤（4）中，曝气采用间歇曝气的方式，曝气量为0.03-0.15L/Min，每曝气30分钟停止曝气3小时；污泥处理的一个周期为3-5天。
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