申请日2013.03.29
公开(公告)日2014.10.01
IPC分类号C02F11/02
摘要
本发明涉及污泥处理领域，具体为一种水丝蚓附着型反应器及提高其污泥减量效果的方法，它是提高利用霍夫水丝蚓捕食实现污泥减量、改性效果的研究方法，解决了反应器污泥减量效果随操作条件波动而不稳定的问题。本发明方法得出了溶解氧浓度、温度、蠕虫密度和污泥负荷是蠕虫捕食过程的主要影响因素，水丝蚓附着型反应器的最适运行条件为DO介于1.8～3.1mg/L、T介于18.4～21.7℃、蠕虫密度低于1.7gww/cm2、污泥负荷介于563～734mg TSS/gww，在此操作条件下获得的污泥减量速率均高于100mgTSS/(gww·d);此外，经过多次实验比较，供水丝蚓附着的填料材质宜选用柔软有均匀弹性孔隙(直径1～2mm)的聚乙烯或聚丙烯纤维面板(厚度<0.5cm)。同时，本发明为实现水丝蚓附着型反应器的自动控制提供了有益参考。
权利要求书
1.一种水丝蚓附着型反应器，其特征在于，该反应包括：溶解氧/温度探头、盛污泥容器、搅拌器、气泵、盛水容器、污泥相、微孔曝气头、水相、填料，具体结构如下：
盛污泥容器中为污泥相，搅拌器的一端插入污泥相，搅拌器的另一端与控制器电连接;盛污泥容器的外部设置盛水容器，盛水容器中为水相，溶解氧/温度探头的一端插入水相，溶解氧/温度探头的另一端与控制器电连接;微孔曝气头的一端置于水相，微孔曝气头的另一端连接气泵，气泵与控制器电连接;盛污泥容器以供水丝蚓附着的填料为底，填料中装填蠕虫。
2.按照权利要求1所述的水丝蚓附着型反应器，其特征在于，水相中的溶解氧和温度由溶解氧/温度探头实时监测，并根据具体设定操作条件由控制器启闭温控仪和气泵，以保证溶解氧和温度的相对恒定，而气泵通过微孔曝气头均匀地为水相充氧。
3.按照权利要求1所述的水丝蚓附着型反应器，其特征在于，盛水容器的外侧缠绕电热丝，电热丝与温控仪的输出端连接，温控仪的输入端连接控制器，温控仪通过缠绕在外层玻璃盛水容器上的电热丝加热水相。
4.按照权利要求1所述的水丝蚓附着型反应器，其特征在于，填料的选择以适合水丝蚓附着为原则，填料结构具有网状多孔性，内部孔道纵横交错上下相通，以便模拟蠕虫的天然生活环境。
5.按照权利要求1所述的水丝蚓附着型反应器，其特征在于，填料为柔软有均匀弹性孔隙的聚乙烯或聚丙烯纤维面板，填料的弹性孔隙直径为1-2mm，填料的厚度<0.5cm。
6.按照权利要求1所述的水丝蚓附着型反应器，其特征在于，装填蠕虫时，将填料板沿厚度从中间剖开进行均匀装填，或选择两块相同的填料板将蠕虫平行包裹。
7.按照权利要求1所述的水丝蚓附着型反应器，其特征在于，盛污泥容器内部加以搅拌器搅拌，由控制器控制搅拌器的转速，并根据溶解氧/温度探头的信号启闭温控仪和气泵，以维持所设定的实验条件。
8.按照权利要求1所述的水丝蚓附着型反应器，其特征在于，负载蠕虫并盛装污泥相的盛污泥容器和外面盛装水相并负责调节溶解氧和温度的盛水容器相对独立，它们之间需要维持压强的平衡，否则污泥相和水相间会通过填料层相互渗透，这就破坏操作条件设定值进而影响后面的分析;考虑到污泥含水率通常为99wt%甚至更高，因此在调好水相中的溶解氧和温度后盛装污泥相时，需要在倒入污泥的同时始终保持污泥相液面和外部水相液面相平，直至倒入全部污泥，且污泥体积为盛污泥容器的2/3。
9.一种提高权利要求1所述的水丝蚓附着型反应器污泥减量效果的方法，其特征在于，研究各个操作条件对蠕虫捕食的影响时，先选取参数范围设定间隔，然后采取控制变量法研究单因素对反应器性能的影响，或者采取正交试验法选取有代表性的水平组合研究各因素同时对反应器性能的综合影响效果。
10.按照权利要求9所述的提高水丝蚓附着型反应器污泥减量效果的方法，其特征在于，确定溶解氧浓度、温度、蠕虫密度和污泥负荷是蠕虫捕食过程的主要影响因素，并以实验数据结合模型分析，得出水丝蚓附着型反应器针对采用活性污泥法处理城市生活污水产生的剩余活性污泥的各参数范围和设定间隔如下：溶解氧浓度0.5-4.5mg/L，间隔1mg/L;温度14-28℃，间隔2℃;蠕虫面密度1-2.5gww/cm2，间隔0.5gww/cm2;污泥负荷350-900mg TSS/gww，间隔110mg TSS/gww。
11.按照权利要求10所述的提高水丝蚓附着型反应器污泥减量效果的方法，其特征在于，各参数范围最适运行条件为：溶解氧浓度介于1.8-3.1 mg/L，温度介于18.4-21.7 ℃，蠕虫密度低于1.7 gww/cm2，污泥负荷介于563-734 mg TSS/gww;在此操作条件下获得的污泥减量速率均高于100 mgTSS/(gww·d)，单位中的gww为每克霍夫水丝蚓湿重、TSS为总悬浮固体浓度。
12.按照权利要求10所述的提高水丝蚓附着型反应器污泥减量效果的方法，其特征在于，将光照条件对蠕虫捕食的影响纳入研究范围，有光照实验是在连续光源照射下进行的，反之无光照实验是在完全黑暗的环境中进行。
13.按照权利要求10所述的提高水丝蚓附着型反应器污泥减量效果的方法，其特征在于，将蠕虫附着情况对蠕虫捕食的影响纳入研究范围。
说明书
一种水丝蚓附着型反应器及提高其污泥减量效果的方法
技术领域
本发明涉及污泥处理领域，具体为一种水丝蚓附着型反应器及提高其污泥减 量效果的方法，它是提高利用霍夫水丝蚓捕食实现污泥减量、改性效果的研究。
背景技术
城市生活污水经普通活性污泥法处理后进水BOD的48%～58%会转化为污 泥，其产量约占总处理水量的0.5～1.0%，大量的污水污泥不仅成为城市及污水处 理厂的负担，而且污水污泥是一种潜在的危险物质，其中富含有机物、重金属、 致病微生物等有害物质，处理不当就会造成导致严重的环境问题。当今常用的污 泥处置方法有：农业利用、填埋、焚烧和远洋投放、污泥干化和热处理、污泥堆 肥等，但这些处置方式都存在弊端，如大量占用土地、二次污染、能耗高等，因 此基于微生物内源呼吸作用以及微型动物对细菌捕食作用机理而产生的污泥隐性 生长、解偶联、代谢平衡、生物捕食等污泥过程减量技术获得了更多关注，其中 微型动物的污泥捕食作用，不仅直接带来污泥的减量，同时可激发污泥细菌的代 谢活性，对污泥有改良、改性、减量的协同作用，具有“纯生态、低能耗、无二 次污染”的优势。相对于原生动物和小型的后生动物来说，霍夫水丝蚓体型较大， 营养级更高，更大限度地延长了系统中的食物链，使物质和能量在食物链传递过 程中更大程度地散失到环境中，其宽广的捕食范围，表明它的捕食亦不受细菌生 长方式的影响。然而，目前研究设计的附着型蠕虫反应器的污泥减量效果却受运 行条件的影响而不够稳定。
发明内容
本发明的目的是提供一种水丝蚓附着型反应器及提高其污泥减量效果的方 法，解决水丝蚓附着型反应器污泥减量效果波动大的问题，找出影响霍夫水丝蚓 捕食污泥的主要环境因素，并给出各影响因素的适宜参数范围，以便在处理不同 性质的剩余污泥时为反应器确定不同的操作运行条件，从而达到稳定的污泥减量 效果。
本发明的技术方案是：
一种水丝蚓附着型反应器，该反应包括：溶解氧/温度探头、盛污泥容器、搅 拌器、气泵、盛水容器、污泥相、微孔曝气头、水相、填料，具体结构如下：
盛污泥容器中为污泥相，搅拌器的一端插入污泥相，搅拌器的另一端与控制 器电连接;盛污泥容器的外部设置盛水容器，盛水容器中为水相，溶解氧/温度探 头的一端插入水相，溶解氧/温度探头的另一端与控制器电连接;微孔曝气头的一 端置于水相，微孔曝气头的另一端连接气泵，气泵与控制器电连接;盛污泥容器 以供水丝蚓附着的填料为底，填料中装填蠕虫。
所述的水丝蚓附着型反应器，水相中的溶解氧和温度由溶解氧/温度探头实时 监测，并根据具体设定操作条件由控制器启闭温控仪和气泵，以保证溶解氧和温 度的相对恒定，而气泵通过微孔曝气头均匀地为水相充氧。
所述的水丝蚓附着型反应器，盛水容器的外侧缠绕电热丝，电热丝与温控仪 的输出端连接，温控仪的输入端连接控制器，温控仪通过缠绕在外层玻璃盛水容 器上的电热丝加热水相。
所述的水丝蚓附着型反应器，填料的选择以适合水丝蚓附着为原则，填料结 构具有网状多孔性，内部孔道纵横交错上下相通，以便模拟蠕虫的天然生活环境。
所述的水丝蚓附着型反应器，填料为柔软有均匀弹性孔隙的聚乙烯或聚丙烯 纤维面板，填料的弹性孔隙直径为1～2mm，填料的厚度<0.5cm。
所述的水丝蚓附着型反应器，装填蠕虫时，将填料板沿厚度从中间剖开进行 均匀装填，或选择两块相同的填料板将蠕虫平行包裹。
所述的水丝蚓附着型反应器，盛污泥容器内部加以搅拌器搅拌，由控制器控 制搅拌器的转速，并根据溶解氧/温度探头的信号启闭温控仪和气泵，以维持所设 定的实验条件。
所述的水丝蚓附着型反应器，负载蠕虫并盛装污泥相的盛污泥容器和外面盛 装水相并负责调节溶解氧和温度的盛水容器相对独立，它们之间需要维持压强的 平衡，否则污泥相和水相间会通过填料层相互渗透，这就破坏操作条件设定值进 而影响后面的分析;考虑到污泥含水率通常为99wt%甚至更高，因此在调好水相 中的溶解氧和温度后盛装污泥相时，需要在倒入污泥的同时始终保持污泥相液面 和外部水相液面相平，直至倒入全部污泥，且污泥体积为盛污泥容器的2/3。
一种提高所述的水丝蚓附着型反应器污泥减量效果的方法，研究各个操作条 件对蠕虫捕食的影响时，先选取参数范围设定间隔，然后采取控制变量法研究单 因素对反应器性能的影响，或者采取正交试验法选取有代表性的水平组合研究各 因素同时对反应器性能的综合影响效果。
所述的提高水丝蚓附着型反应器污泥减量效果的方法，确定溶解氧浓度、温 度、蠕虫密度和污泥负荷是蠕虫捕食过程的主要影响因素，并以实验数据结合模 型分析，得出水丝蚓附着型反应器针对采用活性污泥法处理城市生活污水产生的 剩余活性污泥的各参数范围和设定间隔如下：溶解氧浓度0.5～4.5mg/L，间隔 1mg/L;温度14～28℃，间隔2℃;蠕虫面密度1～2.5gww/cm2，间隔0.5gww/cm2; 污泥负荷350～900mg TSS/gww，间隔110mg TSS/gww。
所述的提高水丝蚓附着型反应器污泥减量效果的方法，各参数范围最适运行 条件为：溶解氧浓度介于1.8～3.1mg/L，温度介于18.4～21.7℃，蠕虫密度低于 1.7gww/cm2，污泥负荷介于563～734mg TSS/gww;在此操作条件下获得的污泥 减量速率均高于100mgTSS/(gww·d)，单位中的gww为每克霍夫水丝蚓湿重、 TSS为总悬浮固体浓度。
所述的提高水丝蚓附着型反应器污泥减量效果的方法，将光照条件对蠕虫捕 食的影响纳入研究范围，有光照实验是在连续光源照射下进行的，反之无光照实 验是在完全黑暗的环境中进行。
所述的提高水丝蚓附着型反应器污泥减量效果的方法，将蠕虫附着情况对蠕 虫捕食的影响纳入研究范围。
本发明的优点及有益效果是：
1、本发明运行序批式蠕虫反应器，它是一个同时包含污泥和蠕虫的容积为 1L的圆柱体有机玻璃容器，反应器的底部用特殊载体覆盖以增加水丝蚓的附着面 积，此端朝下部分浸没在水相(3L)。由于霍夫水丝蚓以头部捕食、以尾部摄 氧和排泄，故通过给水相曝气，蠕虫将从填料中伸出尾部到水相摄取O2，同时将 头部伸进污泥相中捕食污泥，水相中的溶解氧(DO)和温度(T)则根据所设计 的实验工况确定。反应器内部污泥相中的DO基本低于0.5mg/L，为了避免反硝 化作用引起污泥上浮而伴以缓慢搅动。每一批实验周期为24h，可以综合考察污 泥性质、DO、T、pH、蠕虫附着情况、光照等诸多因素对水丝蚓降解污泥活力的 影响。
2、本发明根据霍夫水丝蚓的生理特点，将其对污泥中菌体的捕食过程和摄取 氧气及排泄代谢废物的过程在空间上分开，便于进一步深入研究污泥中的微生物 被水丝蚓消化后的成分组成变化情况，从机理上解释生物捕食对污泥的减量、改 性作用。根据本发明涉及的序批式蠕虫反应器的构造特点，结合自适应神经模糊 推理系统(ANFIS)建模分析，确定了适宜的附着填料类型、溶解氧浓度、温度、 污泥负荷、蠕虫密度范围，并发现光照条件对蠕虫捕食污泥的过程没有显著作用。
3、本发明的研究方法确定了溶解氧浓度(DO)、温度(T)、蠕虫密度和污 泥负荷是蠕虫捕食过程的主要影响因素，并以实验数据结合模型分析得出蠕虫附 着型反应器的最适运行条件为DO介于1.8～3.1mg/L、T介于18.4～21.7℃、蠕虫 密度低于1.7gww/cm2、污泥负荷介于563～734mg TSS/gww，在此操作条件下获 得的污泥减量速率均高于100mgTSS/(gww·d)(注：单位中的gww为每克霍夫 水丝蚓湿重、TSS为总悬浮固体浓度)。此外，经过多次实验比较，供水丝蚓附着 的填料材质宜选用柔软有均匀孔隙(直径1～2mm)的聚乙烯或聚丙烯纤维面板(厚 度<0.5cm)。同时，本发明为实现水丝蚓附着型反应器的自动控制提供了有益参 考。