一种接触式水蚯蚓污泥减量反应器及其应用.pdf

本发明为一种接触式水蚯蚓污泥减量反应器及其应用。反应器由接触减量区、曝气搅拌区和排泥区组成。在其一端设置进泥口，反应器2/3宽度区域为接触减量区，悬挂弹性填料，接种培养水蚯蚓；反应器1/3宽度区域为曝气搅拌区，在距底板0.3m处设置曝气器；接触减量区下部为排泥区，在距底板0.1m处设置排泥管，与排泥口连接；与进泥口相对的另一端设置滗水器，与出水口相连。本发明的反应器操作方法为：按照一定的时序进行“进泥—接触曝气—沉淀—排泥/出水”周期循环运行。本发明采用基于水蚯蚓摄食作用的接触式水蚯蚓污泥减量

1、  一种接触式水蚯蚓污泥减量反应器，所述的污泥是污水处理厂曝气系统二沉池排出的污泥，其特征是：其由接触减量区(1)、曝气搅拌区(2)和排泥区(3)组成一个敞口的长方体容器；在敞口的长方体容器上端的一侧设置进泥口(4)，长方体容器内靠进泥口(4)端设置占长方体容器2/3容量区域的接触减量区(1)，接触减量区(1)内悬挂弹性填料(5)，弹性填料(5)上接种水蚯蚓(6)；长方体容器另1/3容量区域为曝气搅拌区(2)，在长方体容器的底板上0.3m处设置曝气器(7)；接触减量区下部为排泥区(3)，在距底板0.1m处设置排泥管(10)，与排泥口(11)连接；与进泥口(4)相对的一侧设置滗水器(8)，连接出水口(9)。

2、  如权利要求1所述接触式水蚯蚓污泥减量反应器的使用方法，其特征是：按照具体工艺要求设置一定的时序进行“进泥——接触曝气——沉淀——排泥/出水”周期循环运行，具体操作为：污泥由进泥口(4)进入所述反应器时，曝气器(7)开始供气，1～2小时后停止进泥，继续保持曝气并搅拌状态，污泥在弹性填料(5)上的水蚯蚓(6)的作用下逐渐减量，接触曝气运行一定时间后停止曝气进行短时沉淀；沉淀完成后通过滗水器(8)从出水口(9)排出上清液，底部排泥区(3)排出污泥。

3、  如权利要求1所述反应器，其特征是：所述接触减量区(1)内悬挂的弹性填料(5)是丙纶丝条。

4、  如权利要求1所述反应器，其特征是：所述悬挂在弹性填料(5)上的水蚯蚓为颤蚓科的霍甫水丝蚓属和正颤蚓属。

5、  如权利要求1所述反应器，其特征是：曝气搅拌区(2)距底板0.3m处设置的曝气器为：Φ4孔45°斜向下，两侧交错布置，空口空气流速5m/s。

6、  如权利要求2所述反应器的使用方法，其特征是：所述“进泥——接触曝气——沉淀——排泥/出水”周期循环运行，其一定的时序是：进泥1～2小时，接触曝气20～21小时，沉淀1小时，排泥/出水1小时。

7、  如权利要求2所述反应器的使用方法，其特征是：所述的反应器连接于污水处理厂曝气系统二沉池污泥排出口，直接接纳污泥，进行减量处理。

一种接触式水蚯蚓污泥减量反应器及其应用
技术领域
本发明属于环保技术领域，涉及一种污泥处理工艺的反应器及其应用，具体为一种接触式水蚯蚓污泥减量反应器及其应用，利用水蚯蚓摄食污泥的原理，设计一种对较高浓度污泥进行降解的反应器，达到减少剩余污泥排放的环保目的。
背景技术
城市污水处理工艺普遍采用活性污泥法，但活性污泥法的主要缺点即产生大量的剩余污泥，剩余污泥的处理是当前环境治理的难点问题。焚烧是目前欧洲国家处理污泥的最终选择，然而其成本使该方法难以推广，研发低耗高效的污泥减量技术是目前国内外的前沿课题。利用微型动物的捕食减少剩余污泥是当前非常有效的污泥生物降解治理方法，并引起了越来越多的关注(Huang X et al，2007)，经研究发现，微型动物根据其品种以及所处环境状态的不同，可产生不同的污泥减量效果。Ratsak等(1994)最早进行了两段式生物捕食反应器污泥减量的技术研究，并发现进入捕食反应器中的碳有22％-43％经矿化作用生成CO₂，剩余污泥产量可减少12％。Lee等人采用生物膜作为第二阶段的捕食反应器处理人工合成污水，发现污泥产量为0.05～0.17gSS/gCOD，比传统方法减少30％～50％。Ghyoot等(2000)比较了传统活性污泥系统(CAS)和生物膜反应器系统(MBR)作为捕食反应器处理人工合成污水时的效能，发现后者比前者少产生20％～30％的污泥量。魏源送等(2004；2005)对膜生物反应器中蠕虫污泥减量效果进行了研究也发现了水蚯蚓对于污泥产率减少有显著作用。Rensink等向含有塑料载体的活性污泥系统中投入颤蚓发现剩余污泥产量从0.4gMLSS/gCOD降至0.15gMLSS/gCOD，同时污泥体积指数(SVI)也有下降，污泥的脱水性能有提高。
随着经济的进一步发展，污水处理厂的数量也逐步增多，剩余污泥的产量也与日俱增，其处理问题日益受到关注，污泥减量技术将进一步发展。利用微型动物进行污泥减量的技术是实现污泥源头治理的绿色技术，是目前剩余污泥问题解决的最经济可行的方法，具有良好的发展前景。而该技术的规模工业化应用及其工艺开发仍需进一步的深入研究。
针对污水污泥共同处理的发明有“水蚯蚓-微生物共生系统泥水降解间歇式反应器及其应用”(发明专利申请号20091099944.8)，以及“水蚯蚓-微生物共生系统泥水降解连续流反应器及其应用”(发明专利申请号200910099943.3)。上述两项发明所涉及的反应器都包含了两部分结构“污泥减量反应器”和“污水降解反应器”。其中污泥减量反应器内全部均匀分布填料繁殖水蚯蚓，水中溶解氧由分布于整个反应器底部的曝气装置(可变微孔曝气器)提供，水流处于不稳定的紊流状态，导致水蚯蚓在填料上分布不均匀，并且水蚯蚓的卵会随水流出“污泥减量反应器”，因此需要在“污水降解反应器”设置回流系统，影响了水蚯蚓生长，减弱了污泥减量的能力，适用于低浓度(MLSS2000mg/L)的污水污泥同步处理。
发明内容
本发明为了提高污水处理工艺中污泥减量的能力，使处理设备能有效降解污水处理厂产生的高浓度剩余污泥，如来自于二沉池浓度平均为4000-6000mg/L的污泥，本发明的目的在于提供一种接触式水蚯蚓污泥减量反应器及其应用工艺，本发明所述的接触式水蚯蚓污泥减量工艺可应用于城镇污水处理厂剩余污泥的处理，尤其是适用于已建污水处理厂污泥减量的技术改造。
本发明提供连接于污水处理厂曝气系统二沉池剩余污泥排出口的接触式水蚯蚓污泥减量反应器及其操作方法。
本发明的接触式水蚯蚓污泥减量反应器，所述的污泥是污水处理厂曝气系统二沉池排出的污泥，反应器由接触减量区1、曝气搅拌区2和排泥区3组成一个敞口的长方体容器；在敞口的长方体容器上端的一侧设置进泥口4，长方体容器内靠进泥口4端设置占长方体容器2/3容量区域的接触减量区1，接触减量区1内悬挂弹性填料5，弹性填料5上接种水蚯蚓6；长方体容器另1/3容量区域为曝气搅拌区2，在长方体容器的底板上0.3m处设置曝气器7；接触减量区下部为排泥区3，在距底板0.1m处设置排泥管10，与排泥口11连接；与进泥口4相对的一侧设置滗水器8，连接出水口9。
本发明所述的接触式水蚯蚓污泥减量反应器的使用方法是：按照具体工艺要求设置一定的时序进行“进泥——接触曝气——沉淀——排泥/出水”周期循环运行，具体操作为：污泥由进泥口4进入所述反应器时，曝气器7开始供气，1～2小时后停止进泥，继续保持曝气并搅拌状态，污泥在弹性填料5上的水蚯蚓6的作用下逐渐减量，接触曝气运行一定时间后停止曝气进行短时沉淀；沉淀完成后通过滗水器8从出水口9排出上清液，底部排泥区3排出污泥。
所述接触减量区1内悬挂的弹性填料5是丙纶丝条。
所述悬挂在弹性填料5上的水蚯蚓为颤蚓科的霍甫水丝蚓属和正颤蚓属。
曝气搅拌区2距底板0.3m处设置的曝气器为：Φ4孔45°斜向下，两侧交错布置，空口空气流速5m/s。
本发明的反应器的使用方法中所述“进泥——接触曝气——沉淀——排泥/出水”周期循环运行，其一定的时序是：进泥1～2小时，接触曝气20～21小时，沉淀1小时，排泥/出水1小时。
本发明所述反应器连接于污水处理厂曝气系统二沉池污泥排出口，直接接纳污泥，进行减量处理。
本发明方案进一步叙述如下：
本发明采用的接触式水蚯蚓污泥减量反应器，是一种接种了水蚯蚓的接触式好氧反应器，如附图1所示。由接触减量区1、曝气搅拌区2和排泥区3组成。在反应器一端设置进泥口4，反应器2/3宽度区域为接触减量区，悬挂弹性填料5，弹性填料上接种培养水蚯蚓6，接种的水蚯蚓主要是以颤蚓科的霍甫水丝蚓属和正颤蚓属等；反应器1/3宽度区域曝气搅拌区，在距底板0.3m处设置曝气器7，Φ4孔45°斜向下，两侧交错布置，空口空气流速5m/s；接触减量区下部为排泥区，在距底板0.1m处设置排泥管10，与排泥口11连接；与进泥口2相对的另一端设置滗水器8，与出水口9相连。
本发明采用的水蚯蚓污泥减量反应器操作方法，按照一定的时序进行“进泥——接触曝气——沉淀——排泥/出水”周期循环运行。具体包括以下过程：剩余污泥由进泥口4进入反应器中，同时位于曝气搅拌区的曝气器开始供气，1～2小时后停止进泥，进泥阶段结束；继续曝气进入接触曝气阶段，在曝气搅拌作用下，污泥混合液在反应器中作环流运动(见图1)，一方面保证水蚯蚓生存所需的溶解氧，另一方面供给栖息于弹性填料上的水蚯蚓捕食，从而达到污泥减量的目的；接触曝气运行一定时间后停止曝气进行短时沉淀；沉淀过程完成后由滗水器排出上清液，同时由底部排泥区排出矿化污泥再进入下一周期运行。其时间间隔是：进泥1～2小时、接触曝气20～21小时、沉淀1小时、排泥/出水1小时。
接触曝气是指曝气搅拌区供气状态下，由于空气的搅拌作用，将污泥带入接触减量区内，与水蚯蚓接触的一种运行状态。
曝气搅拌是指曝气区域内的曝气状态，同时起到搅拌作用。
本发明优化控制水蚯蚓污泥摄食环境和操作方法，利用水蚯蚓对剩余污泥的摄食作用达到污泥减量的目的。本发明将接触式水蚯蚓污泥减量反应器设置在污水处理厂曝气系统二沉池的剩余污泥排出口，如附图2所示。剩余污泥直接进入本发明的接触式水蚯蚓污泥减量反应器处理，沉淀后排出的上清液回至污水厂前道工艺处理，减量后排出的矿化污泥作后续脱水处理。
本发明的剩余污泥减量指标为：
(1)剩余污泥减量率：城市污水处理的剩余污泥减量率36％。
(2)水蚯蚓剩余污泥摄食能力：～0.4gTSS/g水蚯蚓·d；
(3)反应器混合液的污泥指数SVI 58；
(4)稳定化污泥的MLVSS/MLSS为0.36～0.38。
由于目前许多污水处理厂已产生大量污泥无法通过改造其污水处理工艺设备实现，需外加设备对污泥进行单独处理，本发明针对该问题提出接触式水蚯蚓污泥减量反应器及其应用，专用于污水处理厂高浓度剩余污泥的处理，与污水处理过程相独立，不对污水处理过程产生作用，应用简便。
附图说明
图1接触式水蚯蚓污泥减量反应器示意图。图2接触式水蚯蚓污泥减量工艺流程图。
图中标示为：
1.接触减量区        7.曝气器
2.曝气搅拌区        8.滗水器
3.排泥区            9.出水口
4.进泥口            10.排泥管
5.弹性填料          11.排泥口
6.水蚯蚓
具体实施方式
1.污泥减量反应器的制备
接触式水蚯蚓污泥减量反应器由有机玻璃制成，反应器尺寸为64×54×60cm，有效高度50cm，有效容积173L。64×39×50cm接触减量区域中均匀设置丙纶丝条制成的弹性填料，填料上接种水蚯蚓，水蚯蚓主要为颤蚓科的霍甫水丝蚓属和正颤蚓属等，且水蚯蚓可在弹性填料附着生长。接触减量区域侧边为曝气搅拌区域，64×15×50cm曝气搅拌区底部设置微孔曝气器，在曝气条件下，为水蚯蚓的生长供给氧气，由于气流携带水流的上升，反应器内的污泥混合液形成旋转流动，使反应器中的污泥与水蚯蚓有效接触，利于水蚯蚓捕食污泥。接触减量区底部设置排泥口。在反应器一端设置进泥口，另一端设置出水口，出水口安置滗水器。
2.用于待处理的剩余污泥特性
本工艺处理的剩余污泥来自采用活性污泥的城市污水处理厂，剩余污泥特性指标见表1。
表1剩余污泥特性指标表

3.工艺操作方法
接触式水蚯蚓污泥减量反应器中放置水蚯蚓346g(湿重)，且水蚯蚓在弹性填料上附着生长。剩余污泥按一定的时序进入反应器中，控制反应器按24小时为1周期组织运行，并依次按照进泥1小时(进泥同时曝气)、曝气21小时、沉淀1小时、滗水1小时的时序循环。经过沉淀的矿化污泥经积累到一定量后排出反应器，沉淀上清液排出回流至污水处理厂进水系统进行处理。
4.污泥减量效果
污水处理厂剩余污泥经过本发明的反应器处理后，每日处理剩余污泥量40L，排出的稳定化污泥中MLVSS1768～2010mg/L，MLSS4773～5432mg/L，MLVSS/MLSS为0.36～0.38。余68g以蚓粪的形式重新进入反应器，成为矿化污泥。反应器中混合液的污泥指数(SVI)小于58。