申请日2018.07.04
公开(公告)日2018.11.27
IPC分类号C02F11/00; C02F11/02
摘要
本发明公开了一种二重旋转竖立式水蚯蚓污泥减量反应器及其方法，属于环保设备领域。该减量反应器包括污泥前处理器和污泥减量器;所述的污泥前处理器位于污泥减量器前端，与污泥减量器共同组成污泥减量反应器;其中污泥减量器包括竖立式可旋转水蚯蚓捕食装置、可升降曝气系统和过滤回流系统。本发明基于附着性水蚯蚓附着填料和摄食污泥的原理，利用反应区内“‑捕食‑冲出‑沉降‑附着‑旋转‑”的循环，配合污泥前处理器、可升降曝气系统和过滤回流系统，做到了污泥颗粒的碎化，加强水蚯蚓捕食和消化的效率，同时还实现了污泥、蚓粪、蚓体三者的及时分离，提高污泥减量的效率。
权利要求书
1.一种二重旋转竖立式水蚯蚓污泥减量反应器，其特征在于，包括污泥前处理器(1)和污泥减量器(2);所述的污泥前处理器(1)位于污泥减量器(2)前端，与污泥减量器(2)共同组成污泥减量反应器;
其中污泥减量器(2)包括竖立式可旋转水蚯蚓捕食装置(3)、可升降曝气系统(4)和过滤回流系统(5);污泥减量器(2)外壳呈筒状，竖立式可旋转水蚯蚓捕食装置(3)设置于外壳内部，由两个竖直模块(7)和两个水平模块(8)组成，竖直模块(7)外壁由镶嵌于外边框内的多孔填料板(6)围成无底无盖的中空长方体，水平模块(8)外壁由镶嵌于外边框内的多孔填料板(6)围成两个对向侧面贯通的中空长方体;竖直模块(7)和水平模块(8)由中心的二重旋转器(9)连接，两个竖直模块(7)竖向布置于二重旋转器(9)的上下两侧，两个水平模块(8)水平布置于二重旋转器(9)的左右两侧，形成十字交叉形状;位于上方的竖直模块(7)顶部还设有排泥口(29)，排泥口(29)正对竖直模块(7)的内腔;两个竖直模块(7)的多孔填料板(6)之间存在间隔空间但外边框相连成一体，两个竖直模块(7)之间的间隔空间通过两块模块连接板(901)进行契合填补，使两个竖直模块(7)的内腔连续不间断;两个水平模块(8)的多孔填料板(6)与所述模块连接板(901)之间也存在间隔空间但两个水平模块(8)的外边框相连成一体;两个水平模块(8)朝向二重旋转器(9)的一侧开口分别设有一块侧面封堵板(902)进行封堵;二重旋转器(9)右侧的水平模块(8)右侧面以及二重旋转器(9)下方的竖直模块(7)底面通过孔板进行封堵，所述孔板上开设有成排的单向进气孔;
所述的二重旋转器(9)包括旋转轴(13)和旋转手柄(14)，旋转轴(13)沿竖直模块(7)和水平模块(8)所在平面的交汇线水平铺设，旋转轴(13)两端通过轴承固定于污泥减量器(2)外壳上，且一端伸出污泥减量器(2)外壳并连接旋转手柄(14);旋转轴(13)上同轴套有一个前内齿环(12)和一个后内齿环(10)，两个水平模块(8)侧部的侧面封堵板(902)分别通过贯穿模块连接板(901)的连接杆(903)固定于后内齿环(10)周侧，使两块侧面封堵板(902)和两块模块连接板(901)与后内齿环(10)形成一个能同步转动的整体;两个竖直模块(7)和两个水平模块(8)的外框架与前内齿环(12)相连，使两个竖直模块(7)和两个水平模块(8)与前内齿环(12)也形成一个能同步转动的整体;两个竖直模块(7)和两个水平模块(8)朝向二重旋转器(9)的一侧侧面距离旋转轴(13)的距离相等;在前内齿环(12)和后内齿环(10)之间的旋转轴(13)上同轴固定有两个中间齿轮(11);在旋转轴(13)轴向移动时，靠近前内齿环(12)的中间齿轮(11)能嵌入前内齿环(12)中构成齿轮配合传动，靠近后内齿环(10)的中间齿轮(11)能嵌入后内齿环(10)中构成齿轮配合传动;
所述的污泥前处理器(1)用于对污泥进行破碎，污泥前处理器(1)的出泥口通过输泥管(30)连接至竖直模块(7)顶部的排泥口(29);
所述的可升降曝气系统(4)位于竖直模块正下方且能够上下调节高度，用于向竖直模块(7)的底面以及两侧进行曝气;所述的过滤回流系统(5)设置于污泥减量器(2)底部，用于对污泥减量器(2)底部的固体和液体进行分离回流。
2.如权利要求1所述的二重旋转竖立式水蚯蚓污泥减量反应器，其特征在于，所述的污泥前处理器(1)中包括搅拌粉碎器(27)和超声波碎化装置(28)，搅拌粉碎器(27)的搅拌桨叶伸入污泥前处理器(1)外壳内部，用于对污泥进行搅拌;超声波碎化装置(28)安装于污泥前处理器(1)内壁上，用于对污泥施加超声波空化作用。
3.如权利要求1所述的二重旋转竖立式水蚯蚓污泥减量反应器，其特征在于，所述的可升降曝气系统(4)包括进气管以及于进气管连通的一排锥形曝气管(15)和两排管状曝气管(16);一排锥形曝气管(15)布置于竖直模块(7)的底面下方，且锥形曝气管(15)的锥形曝气口刚好正对竖直模块(7)底面孔板上的单向进气孔;两排管状曝气管(16)分别布置于竖直模块(7)的两侧;污泥减量器(2)的外壳上开设有竖向的升降孔(18)，可升降曝气系统(4)整体通过连杆与设置在污泥减量器(2)外的升降手柄(17)相连，所述连杆穿过升降孔(18)且能够在升降孔(18)中上下移动。
4.如权利要求1所述的二重旋转竖立式水蚯蚓污泥减量反应器，其特征在于，所述的过滤回流系统(5)包括污水回流管(25)和污泥回流管(26);污泥减量器(2)底部具有集泥斗，连接集泥斗的泥水出口的泥水管道分为两条支路，第一支路依次经过第一电磁阀(20)、蚓粪过滤器(22)、第一输送泵(31)后通过污水回流管(25)回流至污泥减量器(2)底部;第二支路依次经过第二电磁阀(21)、蚓体过滤器(23)、第二输送泵(32)后通过污泥回流管(26)回流至竖直模块(7)顶部的排泥口(29);所述的蚓粪过滤器(22)、蚓体过滤器(23)底部分别设有控制排污的第一开关(19)、第二开关(24)。
5.如权利要求1所述的二重旋转竖立式水蚯蚓污泥减量反应器，其特征在于，所述的多孔填料板(6)采用热塑性弹性体TPE制成的多孔填料板，填料板内外壁皆具有粗糙度，厚度为3毫米，目数为45。
6.如权利要求1所述的二重旋转竖立式水蚯蚓污泥减量反应器，其特征在于，所述的单向进气孔上覆盖有盖板，盖板尺寸大于下方的孔径，盖板铰接于所述孔板上，仅能够向模块内腔开启。
7.如权利要求1所述的二重旋转竖立式水蚯蚓污泥减量反应器，其特征在于，所述的两个竖直模块(7)中填充有用于培养水蚯蚓的污泥。
8.如权利要求1所述的二重旋转竖立式水蚯蚓污泥减量反应器，其特征在于，所述的可升降曝气系统(4)位于高度最低位置时，锥形曝气管(15)的锥形曝气口脱离单向进气孔，且两者保持一定距离;所述的可升降曝气系统(4)位于高度最高位置时，锥形曝气管(15)的锥形曝气口伸入所述的单向进气孔中。
9.如权利要求4所述的二重旋转竖立式水蚯蚓污泥减量反应器，其特征在于，所述的蚓粪过滤器(22)中设有目数为70的滤膜，蚓体过滤器(23)中设有目数为20的滤膜;两个过滤器中混合液均从过滤器底部流入，在过滤器中由下至上通过滤膜后从上方排出。
10.一种利用如权利要求1～9任一所述减量反应器的污泥减量处理方法，其特征在于，步骤如下：
首先让污泥进入污泥前处理器(1)，利用由搅拌粉碎器(27)产生的搅拌粉碎机械力和由超声波碎化装置(28)超声波空化引起的水力剪切力，共同作用使污泥颗粒得到充分碎化;经过前处理后的污泥通过输泥管(30)排入竖直模块(7)中，污泥沿多孔填料板(6)的粗糙内壁沉降并填满竖直模块(7);两块竖直模块(7)都填充好污泥形成泥室后，在竖直模块(7)上接种并密集培养水蚯蚓，等水蚯蚓生长稳定后，减量反应器正式开始工作;
然后，启动可升降曝气系统(4)开始曝气，水蚯蚓附着在竖直模块(7)左右两边填料板上，头部穿过填料板并钻进泥相内捕食污泥，尾部则处于水相中进行呼吸及排泄，排泄物沿填料板表面向下沉淀，最后沉淀到污泥减量器(2)底部;当排泄物沉积到一定量，关闭第二电磁阀(21)，开启第一电磁阀(20)和第一输送泵(31)，保持污水回流管(25)畅通，混合液从蚓粪过滤器(22)底部流入，在过滤器中由下至上通过目数为70的滤膜，蚓粪得到过滤，滤液从过滤器顶部排出，通过污水回流管(25)重新排入污泥减量器(2)中;完成蚓粪过滤后，关闭第一电磁阀(20)，打开蚓粪过滤器(22)底部的第一开关(19)，利用污水回流管(25)内的水流，从蚓粪过滤器(22)顶部流入，在过滤器中由上至下通过滤膜，起反冲洗作用，将蚓粪过滤器(22)中的蚓粪即可从过滤器底部排出;
以4小时为污泥减量器(2)的反应周期，每反应一个周期后，在过滤掉污泥减量器(2)底部蚓粪前提下，使可升降曝气系统(4)在锥形曝气管(15)的锥形曝气口脱离所述单向进气孔的状态下开始曝气，水蚯蚓因受到扰动钻入竖直模块的泥相中，此时向上拉曝气系统的升降手柄(17)，使锥形曝气管(15)的锥形曝气口通过竖直模块(7)底部的单向进气孔插入竖直模块(7)中，进一步加大曝气量，使蚓体和污泥一同被冲出，悬浮在水相中，然后停止曝气，使水蚯蚓和污泥沉降到水平模块(8)填料板上表面上，水蚯蚓附着于填料，活性好的水蚯蚓会穿过填料板钻进泥相;在等待水蚯蚓重新附着的时间里，重新向竖直模块中排入污泥;待水蚯蚓重新附着完成后，通过推动旋转手柄(14)使靠近后内齿环(10)的中间齿轮(11)嵌入后内齿环(10)中构成齿轮配合传动，顺时针旋转旋转手柄(14)，带动两块侧面封堵板(902)和两块模块连接板(901)旋转90°，使水平模块(8)通过两块模块连接板(901)连通在一起形成整体，两块侧面封堵板(902)封堵竖直模块(7)的两个侧面;再拉动旋转手柄(14)使靠近前内齿环(12)的中间齿轮(11)嵌入前内齿环(12)中构成齿轮配合传动，顺时针旋转旋转手柄(14)，带动整个竖立式可旋转水蚯蚓捕食装置(3)旋转，完成竖直模块(7)与水平模块(8)位置互换，水蚯蚓在新的竖直模块(7)上捕食污泥;
当进行一次竖直模块(7)与水平模块(8)位置互换后，需对反应器底部的蚓体进行过滤，关闭第一电磁阀(20)，开启第二电磁阀(21)，保持污泥回流管(26)畅通，混合液从蚓体过滤器(23)底部流入，在过滤器中由下至上通过目数为20的滤膜，蚓体得到过滤，带有污泥的滤液从过滤器顶部排出，通过污泥回流管(26)，从竖直模块(7)顶部的排泥口(29)重新排入竖直模块(7)中，实现污泥回流;完成蚓体过滤后，关闭第二电磁阀(21)，打开蚓体过滤器(23)底部的第二开关(24)，利用污泥回流管(26)中的水流，从蚓体过滤器(23)顶部进入，在过滤器中由上而下通过滤膜，起反冲洗作用，过滤的蚓体即可从蚓体过滤器(23)底部排出。
说明书
二重旋转竖立式水蚯蚓污泥减量反应器及其方法
技术领域
本发明属于环保设备领域，具体涉及一种二重旋转竖立式水蚯蚓污泥减量反应器及其方法。
背景技术
伴随着污水处理量和处理率的增加，产生的大量剩余污泥已成为一急需解决的环境问题。基于经济、高效、环境友好等原因，利用水蚯蚓处理剩余污泥已成为一重要方法。水蚯蚓污泥减量工艺主要分为原位污泥减量工艺和两段法污泥减量工艺，水蚯蚓污泥减量反应器也可分为原位法工艺污泥减量反应器和两段法工艺污泥减量反应器。水蚯蚓在不同的反应器环境中，捕食污泥的效率也不同，因此水蚯蚓污泥减量反应器的研究和开发也是很有必要的。
水蚯蚓在摄食污泥的生长代谢过程中，会产生不少的排泄物，同时也存在衰老的、死亡的、对环境不适应的失活蚓体，这两种物质在反应器内存在时间长后，会释放N、P等营养盐，产生一些抑制水蚯蚓活性物质，影响反应器的污泥减量环境和水蚯蚓活性，降低污泥减量效率。又如水蚯蚓摄食污泥，存在富集污泥中重金属的现象，重金属易转移到蚓粪和蚓体中去，为避免重金属又重新回到污泥和污水中，对蚓粪和失活蚓体进行及时分离是很有必要的。新型水蚯蚓污泥减量反应器中有不少的是与氧化沟、MBR等工艺结合，能达到不错的污泥减量效果，但在污泥、蚓粪、失活蚓体的及时分离和污泥前处理上还研究得较少。当前的水蚯蚓减量反应器存在捕食效率低，污泥、蚓粪、蚓体等无法及时分离的问题，因此有待于进一步完善。
发明内容
本发明的目的在于解决现有技术中存在的问题，并提供一种二重旋转竖立式水蚯蚓污泥减量反应器及其方法。
本发明所采用的具体技术方案如下：
二重旋转竖立式水蚯蚓污泥减量反应器，其包括污泥前处理器和污泥减量器;所述的污泥前处理器位于污泥减量器前端，与污泥减量器共同组成污泥减量反应器;
其中污泥减量器包括竖立式可旋转水蚯蚓捕食装置、可升降曝气系统和过滤回流系统;污泥减量器外壳呈筒状，竖立式可旋转水蚯蚓捕食装置设置于外壳内部，由两个竖直模块和两个水平模块组成，竖直模块外壁由镶嵌于外边框内的多孔填料板围成无底无盖的中空长方体，水平模块外壁由镶嵌于外边框内的多孔填料板围成两个对向侧面贯通的中空长方体;竖直模块和水平模块由中心的二重旋转器连接，两个竖直模块竖向布置于二重旋转器的上下两侧，两个水平模块水平布置于二重旋转器的左右两侧，形成十字交叉形状;位于上方的竖直模块顶部还设有排泥口，排泥口正对竖直模块的内腔;两个竖直模块的多孔填料板之间存在间隔空间但外边框相连成一体，两个竖直模块之间的间隔空间通过两块模块连接板进行契合填补，使两个竖直模块的内腔连续不间断;两个水平模块的多孔填料板与所述模块连接板之间也存在间隔空间但两个水平模块的外边框相连成一体;两个水平模块朝向二重旋转器的一侧开口分别设有一块侧面封堵板进行封堵;二重旋转器右侧的水平模块右侧面以及二重旋转器下方的竖直模块底面通过孔板进行封堵，所述孔板上开设有成排的单向进气孔;
所述的二重旋转器包括旋转轴和旋转手柄，旋转轴沿竖直模块和水平模块所在平面的交汇线水平铺设，旋转轴两端通过轴承固定于污泥减量器外壳上，且一端伸出污泥减量器外壳并连接旋转手柄;旋转轴上同轴套有一个前内齿环和一个后内齿环，两个水平模块侧部的侧面封堵板分别通过贯穿模块连接板的连接杆固定于后内齿环周侧，使两块侧面封堵板和两块模块连接板与后内齿环形成一个能同步转动的整体;两个竖直模块和两个水平模块的外框架与前内齿环相连，使两个竖直模块和两个水平模块与前内齿环也形成一个能同步转动的整体;两个竖直模块和两个水平模块朝向二重旋转器的一侧侧面距离旋转轴的距离相等;在前内齿环和后内齿环之间的旋转轴上同轴固定有两个中间齿轮;在旋转轴轴向移动时，靠近前内齿环的中间齿轮能嵌入前内齿环中构成齿轮配合传动，靠近后内齿环的中间齿轮能嵌入后内齿环中构成齿轮配合传动;
所述的污泥前处理器用于对污泥进行破碎，污泥前处理器的出泥口通过输泥管连接至竖直模块顶部的排泥口;
所述的可升降曝气系统位于竖直模块正下方且能够上下调节高度，用于向竖直模块的底面以及两侧进行曝气;所述的过滤回流系统设置于污泥减量器底部，用于对污泥减量器底部的固体和液体进行分离回流。
作为优选，所述的污泥前处理器中包括搅拌粉碎器和超声波碎化装置，搅拌粉碎器的搅拌桨叶伸入污泥前处理器外壳内部，用于对污泥进行搅拌;超声波碎化装置安装于污泥前处理器内壁上，用于对污泥施加超声波空化作用。
作为优选，所述的可升降曝气系统包括进气管以及于进气管连通的一排锥形曝气管和两排管状曝气管;一排锥形曝气管布置于竖直模块的底面下方，且锥形曝气管的锥形曝气口刚好正对竖直模块底面孔板上的单向进气孔;两排管状曝气管分别布置于竖直模块的两侧;污泥减量器的外壳上开设有竖向的升降孔，可升降曝气系统整体通过连杆与设置在污泥减量器外的升降手柄相连，所述连杆穿过升降孔且能够在升降孔中上下移动。
作为优选，所述的过滤回流系统包括污水回流管和污泥回流管;污泥减量器底部具有集泥斗，连接集泥斗的泥水出口的泥水管道分为两条支路，第一支路依次经过第一电磁阀、蚓粪过滤器、第一输送泵后通过污水回流管回流至污泥减量器底部;第二支路依次经过第二电磁阀、蚓体过滤器、第二输送泵后通过污泥回流管回流至竖直模块顶部的排泥口;所述的蚓粪过滤器、蚓体过滤器底部分别设有控制排污的第一开关、第二开关。
作为优选，所述的多孔填料板采用热塑性弹性体TPE制成的多孔填料板，填料板内外壁皆具有粗糙度，厚度为3毫米，目数为45。
作为优选，所述的单向进气孔上覆盖有盖板，盖板尺寸大于下方的孔径，盖板铰接于所述孔板上，仅能够向模块内腔开启。
作为优选，所述的两个竖直模块中填充有用于培养水蚯蚓的污泥。
作为优选，所述的可升降曝气系统位于高度最低位置时，锥形曝气管的锥形曝气口脱离单向进气孔，且两者保持一定距离;所述的可升降曝气系统位于高度最高位置时，锥形曝气管的锥形曝气口伸入所述的单向进气孔中。
作为优选，所述的蚓粪过滤器中设有目数为70的滤膜，蚓体过滤器中设有目数为20的滤膜;两个过滤器中混合液均从过滤器底部流入，在过滤器中由下至上通过滤膜后从上方排出。
本发明的另一目的在于提供一种利用上述任一方案所述减量反应器的污泥减量处理方法，其特征在于，步骤如下：
首先让污泥进入污泥前处理器，利用由搅拌粉碎器产生的搅拌粉碎机械力和由超声波碎化装置超声波空化引起的水力剪切力，共同作用使污泥颗粒得到充分碎化;经过前处理后的污泥通过输泥管排入竖直模块中，污泥沿多孔填料板的粗糙内壁沉降并填满竖直模块;两块竖直模块都填充好污泥形成泥室后，在竖直模块上接种并密集培养水蚯蚓，等水蚯蚓生长稳定后，减量反应器正式开始工作;
然后，启动可升降曝气系统开始曝气，水蚯蚓附着在竖直模块左右两边填料板上，头部穿过填料板并钻进泥相内捕食污泥，尾部则处于水相中进行呼吸及排泄，排泄物沿填料板表面向下沉淀，最后沉淀到污泥减量器底部;当排泄物沉积到一定量，关闭第二电磁阀，开启第一电磁阀和第一输送泵，保持污水回流管畅通，混合液从蚓粪过滤器底部流入，在过滤器中由下至上通过目数为70的滤膜，蚓粪得到过滤，滤液从过滤器顶部排出，通过污水回流管重新排入污泥减量器中;完成蚓粪过滤后，关闭第一电磁阀，打开蚓粪过滤器底部的第一开关，利用污水回流管内的水流，从蚓粪过滤器顶部流入，在过滤器中由上至下通过滤膜，起反冲洗作用，将蚓粪过滤器中的蚓粪即可从过滤器底部排出;
以4小时为污泥减量器的反应周期，每反应一个周期后，在过滤掉污泥减量器底部蚓粪前提下，使可升降曝气系统在锥形曝气管的锥形曝气口脱离所述单向进气孔的状态下开始曝气，水蚯蚓因受到扰动钻入竖直模块的泥相中，此时向上拉曝气系统的升降手柄，使锥形曝气管的锥形曝气口通过竖直模块底部的单向进气孔插入竖直模块中，进一步加大曝气量，使蚓体和污泥一同被冲出，悬浮在水相中，然后停止曝气，使水蚯蚓和污泥沉降到水平模块填料板上表面上，水蚯蚓附着于填料，活性好的水蚯蚓会穿过填料板钻进泥相;在等待水蚯蚓重新附着的时间里，重新向竖直模块中排入污泥;待水蚯蚓重新附着完成后，通过推动旋转手柄使靠近后内齿环的中间齿轮嵌入后内齿环中构成齿轮配合传动，顺时针旋转旋转手柄，带动两块侧面封堵板和两块模块连接板旋转90°，使水平模块通过两块模块连接板连通在一起形成整体，两块侧面封堵板封堵竖直模块的两个侧面;再拉动旋转手柄使靠近前内齿环的中间齿轮嵌入前内齿环中构成齿轮配合传动，顺时针旋转旋转手柄，带动整个竖立式可旋转水蚯蚓捕食装置旋转，完成竖直模块与水平模块位置互换，水蚯蚓在新的竖直模块上捕食污泥;
当进行一次竖直模块与水平模块位置互换后，需对反应器底部的蚓体进行过滤，关闭第一电磁阀，开启第二电磁阀，保持污泥回流管畅通，混合液从蚓体过滤器底部流入，在过滤器中由下至上通过目数为20的滤膜，蚓体得到过滤，带有污泥的滤液从过滤器顶部排出，通过污泥回流管，从竖直模块顶部的排泥口重新排入竖直模块中，实现污泥回流;完成蚓体过滤后，关闭第二电磁阀，打开蚓体过滤器底部的第二开关，利用污泥回流管中的水流，从蚓体过滤器顶部进入，在过滤器中由上而下通过滤膜，起反冲洗作用，过滤的蚓体即可从蚓体过滤器底部排出。
本反应器基于附着型水蚯蚓附着填料和摄食污泥的原理，利用反应区内“-捕食-冲出-沉降-附着-旋转-”的循环，配合污泥前处理器、可升降曝气系统和过滤回流系统，做到了污泥颗粒的碎化，加强水蚯蚓捕食和消化的效率，同时还实现了泥、粪、体三者的及时分离，创造良好的污泥减量环境，提高污泥减量的效率。
本发明的污泥减量指标、排放污水指标及蚓粪和失活蚓体分离效率为：
1.水蚯蚓污泥摄食速率：0.258TSS/d·g
2.污泥减量率：城市污水处理的剩余污泥减量率55%
3.反应器混合液的污泥指数SVI：60
4.稳定化污泥的MLVSS/MLSS：0.35
5.蚓粪分离效率：80%—90%
6.失活蚓体分离效率：40%—60%。