申请日2011.08.10
公开(公告)日2012.02.01
IPC分类号C02F3/34; C02F11/02; C02F3/32; C02F3/30
摘要
本发明公开了一种废水污泥同步生物降解复合式反应器，由缺氧池、厌氧池、好氧池和沉淀池依次串联组成;所述的缺氧池内设有搅拌装置，缺氧池顶部设有污泥回流进口;所述的厌氧池内填充生化棉填料;所述的好氧池内底部设有穿孔曝气管，好氧池内上部悬挂球形填料，球形填料下设有若干层板状填料，所述的球形填料和板状填料上挂载水蚯蚓;所述的沉淀池底部设有污泥回流出口。本发明反应器可以实现污水处理系统中废水污泥同步有效降解，达到污水处理与污泥减量同步稳定进行的功效，大大节省污水处理厂基建费用和污泥处置费用。
权利要求书
1.一种废水污泥同步生物降解复合式反应器，由缺氧池、厌氧池、 好氧池和沉淀池依次串联组成;其特征在于：所述的缺氧池内设有搅拌装 置，缺氧池顶部设有污泥回流进口;所述的厌氧池内填充生化棉填料;所 述的好氧池内底部设有穿孔曝气管，好氧池内上部悬挂球形填料，球形填 料下设有若干层板状填料，所述的球形填料和板状填料上挂载水蚯蚓;所 述的沉淀池底部设有污泥回流出口。
2.如权利要求1所述的废水污泥同步生物降解复合式反应器，其特 征在于：缺氧池、厌氧池、好氧池和沉淀池的有效容积比为2∶2∶5∶1。
3.如权利要求1所述的废水污泥同步生物降解复合式反应器，其特 征在于：所述的厌氧池由两块隔板以折流式隔离成三个容积相同的厌氧小 室，各厌氧小室内填充生化棉填料。
4.如权利要求1或3所述的废水污泥同步生物降解复合式反应器， 其特征在于：所述的生化棉填料的孔径为0.3～0.5mm。
5.如权利要求1所述的废水污泥同步生物降解复合式反应器，其特 征在于：所述的球形填料由带孔的聚乙烯球形外壳和球形外壳内填充的竹 纤维组成。
6.如权利要求5所述的废水污泥同步生物降解复合式反应器，其特 征在于：所述的球形外壳直径为8cm，球形外壳的孔径为5mm;球形外 壳内竹纤维的平均空隙孔径为2～3mm;所述的竹纤维经拉毛处理，平均 直径为2mm。
7.如权利要求1所述的废水污泥同步生物降解复合式反应器，其特 征在于：所述的板状填料固定于板状填料支架上，由竹纤维填料层和网状 塑料填料层复合而成，竹纤维填料层在上。
8.如权利要求7所述的废水污泥同步生物降解复合式反应器，其特 征在于：所述的网状塑料填料层所用材料为孔径0.3～0.5mm的生化棉， 网状塑料填料层厚度为2cm。
9.如权利要求7所述的废水污泥同步生物降解复合式反应器，其特 征在于：所述的竹纤维填料层由经拉毛处理、平均直径为2mm的竹纤维 构成，竹纤维填料层厚度为3cm，平均空隙孔径为2～3mm。
10.如权利要求1所述的废水污泥同步生物降解复合式反应器，其特 征在于：所述的沉淀池设有出水口，沉淀池内部由一折流板分成两部分， 折流板距好氧池池壁与距反应器出水口的距离之比为1∶4;沉淀池池底与 水平夹角为60°。
说明书
一种废水污泥同步生物降解复合式反应器
技术领域
本发明涉及一种废水污泥同步生物降解复合式反应器，特别是一种利 用“水蚯蚓-微生物”共生系统实现废水污泥同步生物降解的复合式反应 器，属于环保设备领域。
背景技术
活性污泥法是世界各国广泛采用的市政污水处理方法，但在运行过程 中会产生大量的剩余污泥。由于剩余污泥中重金属、病原菌以及有机微污 染物的存在，使得传统土地利用污泥的做法越来越受到学者与公众的质 疑。因此，焚烧往往成为许多国家处理污泥的最终选择。然而，由于污泥 含水率高使污泥焚烧前不得不进行浓缩和脱水等预处理，再者，小型污水 处理厂往往需要将浓缩、脱水后的污泥外运至污泥焚烧厂(或垃圾焚烧厂) 做集中处置，所以，污泥焚烧的综合成本一般均维持在高位运行。估算表 明，剩余污泥处理、处置费用通常高达整个污水处理厂建设和运行总费用 的50%～60%(H.J.H.Elissen，T.L.G.Hendrickx et al.A new reactor concept for sludge reduction using aquatic worms[J].Water Res.2006，40：3713-3718.)。 因此，研发低成本、可操作的污泥减量技术一直为各国研究人员津津乐道。
基于原生/后生动物捕食微生物的污泥减量技术因具有经济高效、无二 次污染等优点，已经引起国内外学者的广泛关注。水蚯蚓作为污水处理系 统中能够观测到的最大后生动物，可附着于填料上生长繁殖，具有较高的 耐污染能力和较大的污泥吞噬能力，因而被广泛应用于污泥减量的研究 中，并被认为是用于污泥减量的一种较为理想的捕食生物。
荷兰瓦根宁大学、中国科学院生态环境研究中心、清华大学等相关研 究团队均开发了相应的水蚯蚓污泥减量反应器，如：荷兰瓦根宁大学的连 续流蠕虫反应器，污泥减量率达60%(T.L.G.Hendrickx H.J.H.Elissen et al. Aquatic worms eating waste sludge in a continuous system[J].Bioresource Technology.2009，100：4642-4648.);中科院生态中心魏源送团队开发的推流 复合式生物污泥减量反应器(魏源送，刘俊新.利用寡毛类蠕虫反应器处理 剩余污泥的研究[J].环境科学学报.2005，25(6)：803-808.)、折流式寡毛类 蠕虫污泥减量反应器(王亚炜，魏源送，刘俊新.颤蚓反应器结构和曝气方 式对剩余污泥处理的影响[J].中国给水排水.2006，22(增刊)：338-342.)， 亦具有明显的污泥减量效果。
上述所述反应器均具有明显的污泥减量效果，但其均独立于污水处理 系统之外，在实际处理过程中需外设水蚯蚓污泥减量系统，增加额外的基 建费用。
通过试验研究，发现水蚯蚓的生活习性和活性污泥好氧生化条件差异 不大，若能开发一种能实现水蚯蚓-微生物稳定共生的生物反应器，实现 废水污泥同步降解效果，则不必新建大量的独立污泥减量设施，甚至只需 对污水处理厂现有设施进行一定改造，不需新建处理设施，从而大大减少 基建成本。因此，有必要开发一种能实现水蚯蚓-微生物稳定共生并具有 良好废水污泥同步降解效果的新型反应器。
发明内容
本发明提供一种废水污泥同步生物降解复合式反应器，实现了水蚯蚓 污泥减量和微生物污染物降解在同一反应器中同时完成。
一种废水污泥同步生物降解复合式反应器，由缺氧池、厌氧池、好氧 池和沉淀池依次串联组成;所述的缺氧池内设有搅拌装置，缺氧池顶部设 有污泥回流进口;所述的厌氧池内填充生化棉填料;所述的好氧池内底部 设有穿孔曝气管，好氧池内上部悬挂球形填料，球形填料下设有若干层板 状填料，所述的球形填料和板状填料上挂载水蚯蚓;所述的沉淀池底部设 有污泥回流出口。
所述反应器中各反应池的有效容积比为：缺氧池∶厌氧池∶好氧池∶沉淀 池=2∶2∶5∶1;沉淀池中污泥和硝化液以混合物状态经污泥回流泵回流至缺 氧池，其污泥/硝化液回流比为150%～200%。
所述的缺氧池设有进水口，池体中间位置安装搅拌装置，实现污泥搅 拌、泥水均匀混合，从而防止污泥沉积于池底，达到提高反应速率与反应 效果的目的。活性污泥在该反应池中主要实现脱氮功能以及部分有机碳的 去除。
所述的厌氧池优选由两块隔板以折流式隔离成三个容积相同的厌氧 小室，各厌氧小室内填充生化棉填料，所述的生化棉填料的孔径为0.3～0.5 mm。水以S型流经整个厌氧池，微生物附着生长于填料上，提高微生物 含量和泥水接触面积，实现反应速率的提高，折流式路径增加污水在厌氧 段的水流停留时间，提高难降解有机物的水解效果。
所述的球形填料由带孔的聚乙烯球形外壳和球形外壳内填充的竹纤 维填料组成，其中竹纤维填充满球形外壳，其平均空隙孔径为2～3mm，; 球形外壳直径为8cm，球形外壳的孔径为5mm。
所述的板状填料由竹纤维填料层和网状塑料填料层复合而成，并且竹 纤维填料层在上。板状填料固定于板状填料支架上，板状填料支架是由有 机玻璃材料制作，以网状作为其基本整体形状的支架，其中内部支架骨的 平行间距为10cm，整体尺寸根据反应池实际大小设定;网状塑料填料层 所用材料为孔径0.3～0.5mm的生化棉材料，网状塑料填料层厚度为2cm， 尺寸与板状填料支架尺寸一致;竹纤维填料层由经拉毛处理、平均直径为 2mm的竹纤维构成，竹纤维填料层厚度为3cm，平均空隙孔径为2～3mm， 竹纤维填料层整体尺寸与板状填料支架尺寸一致。
所述的板状填料布置的数量根据实际池体大小而定，比如分为上下两 层，每层左右平行两块，一共四块，最底层板状填料距池底15cm，上下 两层垂直距离20cm，水平两块间距10cm，板状填料与左右两侧池壁间 距5cm。所述的球形填料以串状从好氧池左端开始挂载，相邻两串球形填 料间距为5cm，挂载串数根据实际池体大小而定，其中每串填料上的球形 个数根据最上层板状填料与液面的垂直距离而定。水蚯蚓以该两种填料作 为其附着、栖息场所。球形填料的比表面积巨大，附着于该填料上的水蚯 蚓能最大限度利用所提供的巨大接触面积进行污泥捕食，实现污泥减量。 由于受到水力扰动和曝气气泡的冲击影响，附着于球形填料上的水蚯蚓会 部分掉落，而该部分水蚯蚓继而掉落于板状填料上，以该种填料进行附着 生长，虽然比表面积较球形填料小，但其上的水蚯蚓仍能继续生长并进行 污泥捕食，起到污泥减量辅助作用。将两者有机结合，既能防止水蚯蚓掉 落而影响其生长、捕食效果，又能有效利用反应池空间，实现生物膜的形 成，从而强化污水处理功能。
所述的沉淀池设有出水口，其内部由一折流板分成两部分，折流板距 好氧池池壁与距反应器出水口的距离之比为1∶4;池底与水平夹角为60°， 有助于污泥沉淀。
本发明反应器具有生活污水达标处理、污泥明显减量同步稳定实现的 功能。反应器整体工艺流程为标准的脱氮除磷工艺，能实现污染物质的有 效去除;好氧池中填料上的水蚯蚓在好氧条件下，具有污泥捕食的最大活 性，在较为稳定的生长环境中进行有效污泥捕食，并生长繁殖，从而实现 稳定、持续的污泥减量效果;于反应器厌氧池和好氧池内装填填料，形成 生物膜，使该系统成为生物膜反应器，大大提高其污泥浓度，增强其污染 物去除能力;虽然水蚯蚓在其生长过程中会产生粪便等代谢产物、死亡残 体等，但由这部分物质所产生的氨氮、有机物等污染物会被微生物以底物 形式进行高效去除，对出水水质基本不产生影响。经过以上过程，整个系 统实现水蚯蚓与微生物的稳定共生，并各自发挥污泥减量和污染物去除功 能，达到废水污泥同步降解的最佳效果。
该反应器的优点在于：1、该反应器在传统A2/O活性污泥工艺的基础 上，于厌氧池和好氧池添加填料，有利于扩大微生物与污水的接触时间、 提高单位体积内的污泥质量，从而提高微生物对污染物的去除能力;2、 在好氧池填料上挂载水蚯蚓，丰富了生物处理系统内的种群，延长了食物 链，通过水蚯蚓对活性污泥的捕食，达到污泥减量目的;3、反应器内的 填料组成、填料结构以及曝气方式，有利于水蚯蚓的稳定生长，不会对其 产生明显扰动，同时曝气效果能满足微生物的好氧生化反应需求。
本发明与现有技术相比较的有益效果：
1、可以实现污水处理系统中废水污泥同步有效降解，达到污水处理 与污泥减量同步稳定进行的功效，大大节省污水处理厂基建费用和污泥处 置费用。
2、在实现污泥有效减量20%～40%的情况下，仍保持较高的污染物 去除效率，TN去除率达30%左右，其余指标均达到《污水综合排放标准》 (GB 8978-1996)一级标准。