CN212712932U - 一种餐厨垃圾消化液的短程高效生物处理装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种餐厨垃圾消化液的短程高效生物处理装置，包括原水箱、升流式厌氧/缺氧一体反应器、升流式好氧/缺氧交替反应器、出水箱，原水箱通过进水泵与升流式厌氧/缺氧一体反应器进水端连通，升流式厌氧/缺氧一体反应器出水端通过管路与升流式好氧/厌氧交替反应器进水端连通，升流式好氧/缺氧交替反应器出水端通过消化液回流泵与升流式厌氧/缺氧一体反应器连通且与出水箱连通。本实用新型通过升流式厌氧/缺氧一体反应器完成反硝化除磷，通过升流式好氧/缺氧交替反应器完成全程自养脱氮，适用于含有机物、磷、高氨氮、低碳氮比的污水处理，具有无需投加外碳源、无堵塞、处理效果好、抗冲击能力强、易实现自动化、稳定可靠等优点。

Description

一种餐厨垃圾消化液的短程高效生物处理装置

技术领域

本实用新型属于污水处理技术领域，具体涉及一种无需投加外碳源、无堵塞、处理效果好、抗冲击能力强、易实现自动化、稳定可靠的短程高效生物处理装置。

背景技术

随着我国社会经济不断发展，餐厨垃圾产生量逐年增大。餐厨垃圾如不经处理，不仅对环境造成污染，也对人体健康产生严重危害。随着国家对环保监管力度的加大，全国各地纷纷开始建设餐厨垃圾处置设施。

由于餐厨垃圾具有含水率高、盐分高、油脂高、有机物高、易腐败发臭、相对易生物降解等特点，传统处理方法（如制饲料、肥料、填埋和好氧堆肥等）易造成疾病感染及土地、空气和水体污染等问题。因此，目前逐渐采用厌氧消化技术处理餐厨垃圾，不仅投入运行成本低，而且还可产生清洁能源沼气，但餐厨垃圾厌氧消化后会产生大量厌氧沼液，其水质复杂，污染物种类多，若处理不当势必污染土壤、水体和空气。现有技术中对餐厨垃圾厌氧沼液研究相对较少，且处理工艺流程较长，投资和运行管理费用较高。

全程自养脱氮(CANON)是将废水中氨氮在好氧氨氧化菌作用下生成亚硝酸盐氮，亚硝酸盐氮再与剩余氨氮在厌氧氨氧化菌作用下生成氮气及部分硝酸盐氮，该工艺不需外加碳源，曝气量低，污泥产量少。反硝化除磷(DPR)是利用反硝化聚磷菌在厌氧环境下将有机物转化成聚β羟基丁酸的同时充分释磷，在缺氧环境中以硝酸盐氮或亚硝酸盐氮作为电子受体过量吸磷，通过“一碳两用”达到同步脱氮除磷的效果，该工艺可节省碳源且曝气量低、污泥产量少。对于含有机物、磷、高氨氮、低碳氮比的污水，由于全程自养脱氮工艺的有机物去除率低、脱氮效率有限且除磷效果差，处理后出水中有机物、硝酸盐氮和总磷浓度往往达不到相关回用或排放标准，而将全程自养脱氮与反硝化除磷联用，可解决此问题。但目前对全程自养脱氮与反硝化除磷联用的研究，对象绝大部分为人工配水，实际应用价值不高。

现有技术中，为了实现全程自养脱氮工艺，一般需要采用厌氧反应器及好氧反应器两套装置联用，才能达到全程自养脱氮的目的；而反硝化除磷同样也需要采用好氧反应器及缺氧反应器两套装置联用，才能达到反硝化除磷的目的。由于需要分别采用至少两套反应器，才能实现全程自养脱氮及反硝化除磷的联用，不仅导致反应器主要采用间歇式运行以便控制，从而造成处理效率较低，而且导致整个处理装置占地面积大、能耗高、操作及管理复杂、可靠性低的问题。另外，由于餐厨垃圾厌氧沼液水质复杂，污染物种类多，给如何富集反硝化聚磷菌、好氧氨氧化菌和厌氧氨氧化菌带来极大困难。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种无需投加外碳源、无堵塞、处理效果好、抗冲击能力强、易实现自动化、稳定可靠的餐厨垃圾消化液的短程高效生物处理装置。

本实用新型的目的是这样实现的：包括原水箱、进水泵、升流式厌氧/缺氧一体反应器、升流式好氧/缺氧交替反应器、出水箱、消化液回流泵，所述原水箱通过进水泵与升流式厌氧/缺氧一体反应器的进水端连通，所述升流式厌氧/缺氧一体反应器的出水端通过管路与升流式好氧/厌氧交替反应器的进水端连通，所述升流式好氧/缺氧交替反应器的出水端通过消化液回流泵与升流式厌氧/缺氧一体反应器连通且通过管路与出水箱连通；

所述升流式厌氧/缺氧一体反应器中部设有电动可调隔板且顶部设有排气口，所述电动可调隔板将升流式厌氧/缺氧一体反应器内部分隔为下部升流式厌氧反应器和上部升流式缺氧反应器，所述升流式厌氧反应器上部设有三相分离器Ⅰ，所述三相分离器的顶端通过管路与排气口连通；所述升流式缺氧反应器下部设有排泥口且上部设有三相分离器Ⅱ，所述三相分离器Ⅱ的顶端通过管路与排气口连通；

所述升流式好氧/缺氧交替反应器的底部设有曝气装置且中部设有三相分离器Ⅲ，所述三相分离器Ⅲ的顶端通过管路外排。

本实用新型与现有技术相比具有以下有益效果：

1、本实用新型以餐厨垃圾厌氧沼液为研究对象，将反硝化除磷与全程自养脱氮联用，以全程自养脱氮出水的硝酸盐氮作为反硝化除磷的电子受体，利用厌氧条件下反硝化除磷对有机物去除率较高的原理，同时解决全程自养脱氮对有机物去除率低和出水硝酸盐氮过量的问题，不仅无需投加外碳源，而且以短流程实现了对COD、氮和磷的同步高效去除，且脱氮效率较高，相比现有技术其研究成果更具实际应用价值。

2、本实用新型的升流式厌氧/缺氧一体反应器是在内循环厌氧（IC）反应器基础上，通过对反应器管道改造和中部增设电动可调隔板，实现反应器上部缺氧反应而下部厌氧反应，而且电动可调隔板同时起到污泥内回流和均匀配水的作用，从而实现在连续流情况下反硝化除磷在同一反应器内完成。

3、本实用新型的升流式好氧/缺氧交替反应器是在升流式厌氧污泥床（UASB）基础上，在其底部增设一套空气曝气装置，通过控制控制实现间歇曝气和连续曝气，使反应器内形成好氧/缺氧交替运行的环境，有利于反应器内好氧氨氧化菌（AOB）和厌氧氨氧化菌(AnAOB)的富集，从而实现在连续流情况下全程自养脱氮在同一反应器内完成。

4、本实用新型全程采用连续流反应器，不经占地面积少、处理效率高，而且反应器内基质浓度基本不变，不会因基质浓度降低对反应速率产生影响，整体抗冲击能力强。在升流式厌氧/缺氧一体反应器内，污泥可实现内循环，无需污泥回流泵，扰动较少，更有利于反硝化聚磷菌的富集，同时可将升流式好氧/厌氧交替反应器内的硝酸盐氮等及时排出，避免有害物质积累，增强脱氮性能，从而避免了间歇式反应器的缺点。

5、本实用新型的连续流反应器可加速全程自养脱氮污泥和反硝化除磷污泥的颗粒化进程，有利于形成较大粒径且结构密实的颗粒污泥，污泥沉降性能好，从而既可以避免堵塞，而且可有效提高处理效率和出水水质。

附图说明

图1为本实用新型之处理装置结构示意图；

图中：1-原水箱，2-搅拌器，3-进水泵，4-布水装置，5-升流式厌氧/缺氧一体反应器，6-升流式厌氧反应器，7-三相分离器Ⅰ，8-电动可调隔板，9-升流式缺氧反应器，10-排泥口，11-三相分离器Ⅱ，12-排气口，13-空气泵，14-空气流量计，15-空气扩散装置，16-升流式好氧/缺氧交替反应器，17-三相分离器Ⅲ，18-出水箱，19-消化液回流泵，20-导气板，21-回流罩。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的说明，但不以任何方式对本实用新型加以限制，基于本实用新型教导所作的任何变更或改进，均属于本实用新型的保护范围。

如图1所示，本实用新型包括原水箱1、进水泵3、升流式厌氧/缺氧一体反应器5、升流式好氧/缺氧交替反应器16、出水箱18、消化液回流泵19，所述原水箱1通过进水泵3与升流式厌氧/缺氧一体反应器5的进水端连通，所述升流式厌氧/缺氧一体反应器5的出水端通过管路与升流式好氧/厌氧交替反应器16的进水端连通，所述升流式好氧/缺氧交替反应器16的出水端通过消化液回流泵19与升流式厌氧/缺氧一体反应器5连通且通过管路与出水箱18连通；

所述升流式厌氧/缺氧一体反应器5中部设有电动可调隔板8且顶部设有排气口12，所述电动可调隔板8将升流式厌氧/缺氧一体反应器5内部分隔为下部升流式厌氧反应器6和上部升流式缺氧反应器9，所述升流式厌氧反应器6上部设有三相分离器Ⅰ7，所述三相分离器7的顶端通过管路与排气口12连通；所述升流式缺氧反应器9下部设有排泥口10且上部设有三相分离器Ⅱ11，所述三相分离器Ⅱ11的顶端通过管路与排气口12连通；

所述升流式好氧/缺氧交替反应器16的底部设有曝气装置且中部设有三相分离器Ⅲ17，所述三相分离器Ⅲ17的顶端通过管路外排。

所述升流式好氧/缺氧交替反应器16的上部设有溢流槽并与出水端连通，所述出水端的出水部分通过消化液回流泵19回流至升流式缺氧反应器9且另一部分通过管路流入出水箱18。

所述曝气装置包括设置于升流式好氧/缺氧交替反应器16外部的空气泵13、空气流量计14、连通升流式好氧/缺氧交替反应器16内部的空气扩散装置15，所述空气泵13通过空气流量计14与空气扩散装置15的进气端连通，所述空气扩散装置15设有若干连通升流式好氧/缺氧交替反应器16内部的曝气管。

所述升流式厌氧/缺氧一体反应器5的进水端由设于底端的布水装置4构成，所述进水泵3与升流式厌氧/缺氧一体反应器5外部的布水装置4进水端连通，所述布水装置4的出水端通过若干管路延伸至升流式厌氧/缺氧一体反应器5内部的底端。

所述原水箱1上还设有伸入内部的搅拌器2。

所述三相分离器Ⅰ7、三相分离器Ⅱ11和/或三相分离器Ⅲ17为底部开口的锥形结构且顶端设有与管路连通的排气口，所述升流式厌氧/缺氧一体反应器5的内壁在三相分离器Ⅰ7、三相分离器Ⅱ11的下方分设有延伸至锥形开口内的导气板20，所述升流式好氧/缺氧交替反应器16的内壁在三相分离器Ⅲ17的下方设有延伸至锥形开口内的导气板20。

所述升流式厌氧/缺氧一体反应器5的顶端外部设有密闭的回流罩21，所述回流罩21的顶端设有排气口12且底端通过管路延伸至升流式缺氧反应器9的三相分离器Ⅱ11下方，所述三相分离器Ⅰ7及三相分离器Ⅱ11的顶端分别通过管路延伸入回流罩21中。

所述排气口12和/或三相分离器Ⅲ17的顶端通过管路与酸洗塔的进气端连通。

实施例1

如图1所示，厌氧沼液为餐厨垃圾经分选、制浆、厌氧消化、压滤、沉淀和过滤后的废液，具体水质：pH为7.1~7.9（均值7.5），COD浓度为168.5~256.9mg/L（均值209.5mg/L），TN浓度为188.5~265.6mg/L（均值220.5mg/L），NH₄ ⁺-N浓度为171.2~257.9mg/L（均值207.3mg/L），NO₂ ^--N及NO₃ ^--N浓度均为0.12~0.46mg/L，PO₄ ^3--P浓度为5.98~8.87mg/L（均值7.24mg/L），TP浓度为7. 23~10.37mg/L（均值8.72mg/L）。升流式厌氧反应器6有效体积6.2L，升流式缺氧反应器9有效体积5.3L，升流式好氧/缺氧交替反应器16有效体积10.4L。具体启动和处理过程如下：

1、污泥预培养：以城市生活污水中反硝化除磷系统的污泥和全程自养脱氮系统的污泥为接种污泥，两种污泥固体浓度分别为5.8g/L和7.2g/L，其中前者投入升流式厌氧/缺氧一体反应器5，后者投入升流式好氧/缺氧交替反应器16。升流式厌氧/缺氧一体反应器5内，通入清水使混合液悬浮固体浓度（MLSS）控制在3500~4500mg/L，调整pH为7.2~7.6，在温度28~32℃的条件下培养12d，同时排除杂质、浮泥等，使反硝化聚磷菌（DPAOs）得到初步富集。升流式好氧/缺氧交替反应器16内，通入清水使MLSS控制在3000~4000mg/L，通过曝气装置进行连续曝气使溶解氧（DO）控制在0.6~1.0mg/L，调整pH值为7.2~7.6，在温度28~32℃的条件下培养12d，同时也排除杂质、浮泥等，使好氧氨氧化菌（AOB）得到初步富集。

2、全程自养脱氮：包括短程消化和厌氧氨氧化，均在A步骤准备好的升流式好氧/缺氧交替反应器16内完成：

1）短程消化：通过曝气装置进行连续曝气使DO控制在0.6~1.0mg/L，运行到16d，亚硝酸盐累积率为62.5%，NH₄ ⁺-N去除率为78.5%；运行到20d，NH₄ ⁺-N去除率迅速下降，反应器中NO₂ ^--N浓度增至121.2mg/L，NO₃ ^--N浓度降为35.3mg/L，亚硝酸盐累积率为71. 8%；运行到25d，NH₄ ⁺-N去除率降为51.2%，反应器中NO₂ ^--N浓度为127.2mg/L，NO₃ ^--N浓度为31.2mg/L，亚硝酸盐累积率为78.3%，表明反应器中AOB得到充分富集，亚消化率已满足厌氧氨氧化菌(AnAOB)对NO₂ ^--N与NH₄ ⁺-N的需求，故认为运行到25d可成功实现短程消化的启动。

2）厌氧氨氧化：在短程消化成功启动后，曝气系统按1h:1h的曝停时间比进行间歇微曝气使DO控制在0.2~0.5mg/L，使AnAOB得到富集，水力停留时间为7~8h。在27~54d运行期间，反应器中NH₄ ⁺-N和NO₂ ^--N去除率整体呈现出先上升后下降趋势，NH₄ ⁺-N去除率从最高的53.4%下降至25. 3%，NO₂ ^--N去除率从最高的49.8%下降至25.4%；当NH₄ ⁺-N和NO₂ ^--N去除率达到最大时，厌氧氨氧化(ANAMMOX)菌活性增强，具有一定的厌氧氨氧化，但NH₄ ⁺-N和NO₂ ^--N去除率下降后，ANAMMOX菌活性受到抑制。在55~75d运行期间，NH₄ ⁺-N去除率明显上升并趋于平缓，NH₄ ⁺-N和NO₂ ^--N去除率最高可分别达到84.3%和81.5%，表明厌氧氨氧化程度已较高；在76~170d运行期间，ANAMMOX菌快速富集，反应器中NH₄ ⁺-N和NO₂ ^--N浓度显著一致下降。试验结果表明，运行95d后，反应器中NH₄ ⁺-N和NO₂ ^--N摩尔比保持在1:1.2，NH₄ ⁺-N和NO₂ ^--N去除率分别达到92.4%和94.6%，表明厌氧氨氧化成功启动，然后将部分上清液流入出水箱18。在整个运行期间，全程自养脱氮（即短程消化加厌氧氨氧化）对COD的去除率保持在16%左右。

3、反硝化除磷：经过全程自养脱氮（即短程消化加厌氧氨氧化）后，通过进水泵3将原水箱1内的餐厨垃圾消化液泵入升流式厌氧反应器6内，同时升流式好氧/缺氧交替反应器16的部分上清液通过消化液回流泵19回流至升流式缺氧反应器9中，作为反硝化除磷的电子受体实现除磷。实际运行中，餐厨垃圾消化液与上清液的回流比根据消化回流液中NO₂ ^--N和NO₃ ^--N浓度变化进行调整。回流污泥量则通过调整电动可调挡板8的开启度大小来控制，并实现污泥内回流。污泥又经过15d培养驯化后，运行至28d，升流式厌氧反应器6释磷量达到12.7mg/L，升流式缺氧反应器9出水和系统出水中PO₄ ^3--P浓度分别为4.5mg/L和4.9mg/L，PO₄ ^3--P去除率为32.3%。运行至48d，消化回流液中NO₂ ^--N浓度/NO₃ ^--N浓度=24.8 /6.9mg/L，此时PO₄ ^3--P去除率突降至9.8%，又运行4d后，PO₄ ^3--P去除率仍较低。随后降低回流比使反应器中NO₂ ^--N浓度在20 mg/L以下，运行至第75d时，PO₄ ^3--P去除率由9.8%提高至30.7%。运行至102d，消化回流液中NO₂ ^--N浓度/NO₃ ^--N浓度=7.8 /13.9mg/L，NO₃ ^--N浓度大于NO₂ ^--N浓度，PO₄ ^3--P去除率保持上升趋势。运行至125d，出水中NO₂ ^--N浓度/NO₃ ^--N浓度=0.16/22.7mg/L，回流水质稳定，有利于反硝化聚磷菌(DPAOs)的富集，PO₄ ^3--P去除率继续保持上升。运行至150d，PO₄ ^3--P去除率达到76.5%，又运行20d，PO₄ ^3--P去除率保持在76%以上，表明反硝化除磷成功启动，然后将消化液流入升流式好氧/缺氧交替反应器16内。在整个运行期间，反硝化除磷对COD的去除率保持在70%以上。

在稳定运行期间，整个系统对COD去除率达到86%以上，其中反硝化除磷和全程自养脱氮对COD的去除率分别为70%以上和16%左右。整个系统对TN和TP的去除率分别为91.5%和78.6%。试验结果表明：运行稳定后，在不投加外碳源情况下，系统出水COD为24~36mg/L，TN为16.0~22.5mg/L，

TP为1.55~2.22 mg/L，其中COD达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)一级A标准，TN、TP达到二级标准。

Claims (8)

1.一种餐厨垃圾消化液的短程高效生物处理装置，其特征在于包括原水箱（1）、进水泵（3）、升流式厌氧/缺氧一体反应器（5）、升流式好氧/缺氧交替反应器（16）、出水箱（18）、消化液回流泵（19），所述原水箱（1）通过进水泵（3）与升流式厌氧/缺氧一体反应器（5）的进水端连通，所述升流式厌氧/缺氧一体反应器（5）的出水端通过管路与升流式好氧/厌氧交替反应器（16）的进水端连通，所述升流式好氧/缺氧交替反应器（16）的出水端通过消化液回流泵（19）与升流式厌氧/缺氧一体反应器（5）连通且通过管路与出水箱（18）连通；

所述升流式厌氧/缺氧一体反应器（5）中部设有电动可调隔板（8）且顶部设有排气口（12），所述电动可调隔板（8）将升流式厌氧/缺氧一体反应器（5）内部分隔为下部升流式厌氧反应器（6）和上部升流式缺氧反应器（9），所述升流式厌氧反应器（6）上部设有三相分离器Ⅰ（7），所述三相分离器Ⅰ（7）的顶端通过管路与排气口（12）连通；所述升流式缺氧反应器（9）下部设有排泥口（10）且上部设有三相分离器Ⅱ（11），所述三相分离器Ⅱ（11）的顶端通过管路与排气口（12）连通；

所述升流式好氧/缺氧交替反应器（16）的底部设有曝气装置且中部设有三相分离器Ⅲ（17），所述三相分离器Ⅲ（17）的顶端通过管路外排。

2.根据权利要求1所述餐厨垃圾消化液的短程高效生物处理装置，其特征在于所述升流式好氧/缺氧交替反应器（16）的上部设有溢流槽并与出水端连通，所述出水端的出水部分通过消化液回流泵（19）回流至升流式缺氧反应器（9）且另一部分通过管路流入出水箱（18）。

3.根据权利要求2所述餐厨垃圾消化液的短程高效生物处理装置，其特征在于所述曝气装置包括设置于升流式好氧/缺氧交替反应器（16）外部的空气泵（13）、空气流量计（14）、连通升流式好氧/缺氧交替反应器（16）内部的空气扩散装置（15），所述空气泵（13）通过空气流量计（14）与空气扩散装置（15）的进气端连通，所述空气扩散装置（15）设有若干连通升流式好氧/缺氧交替反应器（16）内部的曝气管。

4.根据权利要求1、2或3所述餐厨垃圾消化液的短程高效生物处理装置，其特征在于所述升流式厌氧/缺氧一体反应器（5）的进水端由设于底端的布水装置（4）构成，所述进水泵（3）与升流式厌氧/缺氧一体反应器（5）外部的布水装置（4）进水端连通，所述布水装置（4）的出水端通过若干管路延伸至升流式厌氧/缺氧一体反应器（5）内部的底端。

5.根据权利要求4所述餐厨垃圾消化液的短程高效生物处理装置，其特征在于所述原水箱（1）上还设有伸入内部的搅拌器（2）。

6.根据权利要求4所述餐厨垃圾消化液的短程高效生物处理装置，其特征在于所述三相分离器Ⅰ（7）、三相分离器Ⅱ（11）和/或三相分离器Ⅲ（17）为底部开口的锥形结构且顶端设有与管路连通的排气口，所述升流式厌氧/缺氧一体反应器（5）的内壁在三相分离器Ⅰ（7）、三相分离器Ⅱ（11）的下方分设有延伸至锥形开口内的导气板（20），所述升流式好氧/缺氧交替反应器（16）的内壁在三相分离器Ⅲ（17）的下方设有延伸至锥形开口内的导气板（20）。

7.根据权利要求4所述餐厨垃圾消化液的短程高效生物处理装置，其特征在于所述升流式厌氧/缺氧一体反应器（5）的顶端外部设有密闭的回流罩（21），所述回流罩（21）的顶端设有排气口（12）且底端通过管路延伸至升流式缺氧反应器（9）的三相分离器Ⅱ（11）下方，所述三相分离器Ⅰ（7）及三相分离器Ⅱ（11）的顶端分别通过管路延伸入回流罩（21）中。

8.根据权利要求7所述餐厨垃圾消化液的短程高效生物处理装置，其特征在于所述排气口（12）和/或三相分离器Ⅲ（17）的顶端通过管路与酸洗塔（22）的进气端连通。

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