申请日2013.01.11
公开(公告)日2014.07.16
IPC分类号C02F11/02
摘要
一种处理污泥的多级生物淋滤反应器工艺及设备，包括多级生物淋滤反应器、污泥浓缩池、曝气装置、污泥内回流泵、污泥外回流泵、脱水泵、箱式压滤机等。利用嗜酸性硫杆菌和耐酸性异养菌等为主的复合微生物菌群，在配合营养物、好氧、适宜温度的情况下，使污泥在多级生物淋滤反应器中酸化，最终pH值降低到3以下，污泥中的重金属被转移到水相中，通过压滤脱水，可得到含水率低于60%的泥饼。曝气装置采用射流曝气，或离心式散流曝气，与现有技术鼓风曝气比，动力消耗降低30%以上。污泥经过生物淋滤反应后，不再产生臭味，99%以上的病原微生物被杀灭，易于脱水，在不加任何药剂情况下，泥饼含水率在60%以下，污泥量大大降低。
权利要求书
1.一种处理污泥的多级生物淋滤反应器工艺及设备，其特征在于，包括第一级生物淋滤反应器(1)、第二级生物淋滤反应器(2)、第三级生物淋滤反应器(3)、污泥浓缩池(4)，第一级生物淋滤反应器曝气装置(5)、第二级生物淋滤反应器曝气装置(6)、第三级生物淋滤反应器曝气装置(7)、污泥内回流泵(8)、污泥外回流泵(9)、污泥脱水泵(10)、箱式压滤机(11)。
2.如权利要求1所述的多级生物淋滤反应器工艺及设备，其特征在于多级生物淋滤反应器可以是三级，也可以是四级或多级。
3.如权利要求1所述的多级生物淋滤反应器工艺及设备，其特征在于每级生物淋滤反应器均采用射流曝气装置或离心式散流曝气装置。
说明书
一种处理污泥的多级生物淋滤反应器工艺及设备
技术领域
本发明涉及市政及工业废水处理产生的剩余污泥中重金属脱除及改善污泥脱水性 能，实现污泥高干度脱水的方法，属于环境工程技术领域。
背景技术
剩余活性污泥是指污水处理厂在净化污水的过程中产生的沉淀物，含有大量的有机 质、氮和磷等植物养分，经常富集了一定的重金属，难以用于农田。剩余活性污泥的资 源化处理是目前环境治理中需要解决的问题之一。
目前，污泥的处置方式包括很多种类，如：填埋、焚烧、投海以及制作建筑业材料 等，污泥的农用无疑是化害为利避免二次污染的最好处置方法之一。然而，剩余污泥中 较多的重金属是剩余污泥能否安全地用于农田的限制因子。因此，降低或去除剩余污泥 中的重金属对于剩余污泥的资源化利用具有非常重要的意义。
事实上，去除重金属的方法主要有两种：化学法和微生物法(生物淋滤法)。利用无 机酸或有机络合剂等化学试剂去除重金属的化学法，虽能在短时间内大幅度的去除重金 属，但耗酸量大，处理费用高，使其难以付诸实践。而微生物法具有运行成本低、重金 属去除率高、适应性强等特点，是化学法无法比拟的，值得更深入地研究。
早在上个世纪50年代，美国就开始利用生物淋滤法浸出铜矿，60年代加拿大又采用 该法浸出铀矿。最近十几年生物淋滤法被应用在去除污泥重金属领域，Xiang.L等人从厌 氧消化污泥中分离得到一株氧化亚铁硫杆菌，其对重金属生物淋滤产生一定的效果;南 开大学将氧化亚铁硫杆菌和嗜酸性异养菌接种于剩余污泥中进行生物淋滤实验，对污泥 中重金属有较高的去除效率;南京农业大学申请了生物淋滤技术(也叫生物沥浸技术) 的若干专利(专利号分别为：02137921.1、02112924.X、200410014801.X、200410044843.8、 200520072316.8、200810242584.8)，主要涉及生物淋滤(也叫生物沥浸)用的各类微生 物和反应器。
已有技术存在的问题：已有技术污泥生物淋滤反应器有两种形式：序批式或连续推 流式，均采用鼓风曝气，曝气设备均为鼓风机和微孔曝气管或微孔曝气头。在生物淋滤 反应器中污泥浓度很高，采用鼓风曝气方式充氧效率很低，必须加大曝气量，使生物淋 滤过程的动力消耗增大，运行成本提高。本发明的生物淋滤工艺为多级生物淋滤反应器， 各级生物淋滤反应器依次串联，每级生物淋滤反应器的曝气方式为射流曝气或离心式散 流曝气。比原有技术采用的鼓风曝气动力消耗降低30%以上，显著降低生物淋滤系统运行 成本。在降低泥饼重金属浓度的同时，污泥得到调理，易于沉降和脱水，处理后的污泥 无恶臭，颜色为土黄色，实现了污泥的无害化和减量化及资源化。
发明内容
本发明提供了一种处理污泥的多级生物淋滤反应器工艺及设备，如附图1所示，主要 由以下几部分组成：
1为第一级生物淋滤反应器、2为第二级生物淋滤反应器、3为第三级生物淋滤反应 器、4为污泥浓缩池、5为第一级生物淋滤反应器曝气装置、6为第二级生物淋滤反应器 曝气装置、7为第三级生物淋滤反应器曝气装置、8为污泥内回流泵、9为污泥外回流泵、 10为脱水泵、11为箱式压滤机、12为泥饼。
具体说明如下：污水处理厂排放的剩余污泥经浓缩后顺序进入第一级生物淋滤反应 器1、第二级生物淋滤反应器2、第三级生物淋滤反应器3，再自流进入污泥浓缩池4;第 三级生物淋滤反应器3的混合液通过污泥内回流泵8回流到第一级生物淋滤反应器1，污泥 浓缩池4的浓缩污泥一部分通过外回流泵9回流到第一级生物淋滤反应器1，一部分用脱水 泵10打入箱式压滤机11进行污泥脱水。开始运行时在第一级生物淋滤反应器1中接种以嗜 酸性硫杆菌和耐酸性异养菌等为主的复合微生物菌群，在配合营养物、好氧、适宜温度 的情况下，污泥在一级生物淋滤反应器1、二级生物淋滤反应器2及第三级生物淋滤反应 器3中逐渐酸化，最终PH值降低到3，或更低，污泥中的重金属被转移到水相中，通过压 滤脱水，可得到含水率低于60%的泥饼12，泥饼12中的重金属被有效去除。污泥浓缩池4 的上清液溢流排出，与箱式压滤机11的滤液合并后用石灰中和、沉淀再脱水，得到重金 属污泥，可回收或安全填埋处置。
曝气装置5为第一级生物淋滤反应器充氧，曝气装置6为第二级生物淋滤反应器充氧， 曝气装置7为第三级生物淋滤反应器充氧。曝气装置5可以是一台，也可以是多台，曝气 装置6可以是一台，也可以是多台，曝气装置7可以是一台，也可以是多台。曝气装置可 以是射流曝气，也可以是离心散流曝气。
有两种污泥回流方式：用内回流泵8将第三级生物淋滤反应器3的混合液回流到第一 级生物淋滤反应器1，也可以用外回流泵9将污泥浓缩池4的底泥回流到第一级生物淋滤反 应器1，两种方式可利用一种，也可以同时利用。
本发明采用的射流曝气装置的原理是生物淋滤反应器中的泥水混合物用泵推入射流 器形成射流，在射流喷嘴处产生负压区，将空气吸入，在射流器的喉管内进行气、水、 泥的充分混合，又通过射流器的扩散管将射流的动能逐步转变成压能，迫使气体继续剪 切、粉碎并乳化，保证绝大部分氧充分溶解于水中，提高了氧转移效率和充氧能力。在 射流器的扩散管后可连接散流装置，进一步提高搅拌和充氧能力。
本发明采用的离心散流曝气装置的原理是电机带动叶轮旋转，旋转的叶轮使泥水产 生离心力，在叶轮周围形成一个负压区，空气通过进气管被吸入，并同时吸入泥、水， 被吸入的空气、水和泥在叶轮作用下充分混合，大量氧气被溶解在水中，同时形成含大 量微小气泡的混合液，该混合液在离心力作用下向四周快速排出，在曝气装置外形成对 流，进一步提高溶氧效率。
因为污泥生物淋滤反应器内的污泥浓度远远高于污水处理的曝气池，故采用离心式 散流曝气或射流曝气比采用鼓风曝气具有非常明显的优势：
1、动力消耗比传统的鼓风曝气降低30%以上。
2、具有更佳的搅拌效果，混合均匀，提高了反应器的容积利用率。
3、系统简单、性能可靠。
在本发明的设施中，生物淋滤反应器可以合璧共建，可采用钢筋混凝土结构，也可 采用钢结构，内部需要做防腐处理。生物淋滤反应器容积较大，液位较深时，为进一步 提高动力效率，可采用鼓风机为射流曝气装置或离心式散流曝气装置供气。
有益效果
本发明的有益效果是：
1、本发明提供的多级生物淋滤反应器可以采用钢筋混凝土结构，也可采用钢结构， 可以合璧共建，因采用射流曝气或离心式散流曝气，动力消耗比鼓风曝气低30% 以上。
2、污泥经过生物淋滤反应器后，可消除臭味，同时污泥中的病原微生物杀灭率可达 99.5%以上。
3、污泥经过生物淋滤后，更易于脱水，脱水后泥饼的含水率可降低到60%以下，显 著降低污泥量。
具体实施方式
实施例一：采用三级生物淋滤，每天处理35吨市政污泥
根据本发明所提及的工艺及设备，建立了一套生物淋滤法处理市政污泥的小型系统， 三级生物淋滤反应器为圆柱形，均用玻璃钢制造，直径3.8米，高4.2米，水深3.5米，内 部分别安装一台离心散流曝气机，功率均为1.1千瓦，总功率为3.3千瓦。污泥浓缩池上 部为圆柱形，下部为倒圆锥形，圆柱形直径为2.2米，总高5.0米。采用了一台小型箱式 压滤机，过滤面积30m2。该系统每天可处理含水率为97%的市政污泥35吨，原始污泥铬含 量为480mg/kg干污泥，经生物淋滤脱水后，泥饼含水率为57%，污泥含铬量为273mg/kg干 污泥。
实施例二：采用四级生物淋滤，每天处理200吨市政污泥
根据本发明所提及的工艺及设备，将四级淋滤反应器和污泥浓缩池合璧共建成一座 钢筋混凝土水池，分五格。前四格为四级生物淋滤池，每格有效容积200m2，污泥顺序流 过第一、第二、第三、第四格，第一格和第二格中各安装一台功率为11千瓦的离心式散 流曝气机，第三格和第四格中各安装一台功率为7.5千瓦的离心式散流曝气机。第五格为 污泥浓缩池，有效容积130m3，底部有泥斗。配一台过滤面积为150m2的箱式压滤机。该 系统每天可处理含水率为97%的市政污泥200吨，经生物淋滤脱水后，泥饼含水率小于60%， 泥饼重量比以前减少了50%。