专利名称：推流复合式生物污泥减量反应器及其操作方法
技术领域：
本发明属于利用生物技术处理污泥的设备领域，特别涉及一种推流复合式生物污泥减量反应器及其操作方法。
背景技术：
活性污泥法是目前世界上城市污水和工业废水处理厂使用最广泛的生物处理技术，但在运行过程中产生大量的剩余污泥。通常，剩余污泥的处理及处置约占整个污水处理厂运行费用的40％。若剩余污泥不能得到有效的处理和处置，将直接影响污水处理厂的正常运行，也会造成二次污染。污泥处理和处置的通常原则是稳定化、无害化和资源化。目前剩余污泥的主要处理方法是污泥浓缩-厌氧消化-机械脱水；最终处置方式主要有土地利用(包括农田、园林利用，以及堆肥等)、填埋和焚烧(或热处理)等。填埋的用地日渐减少和日益严格的环境法规导致污泥土地填埋的费用急剧增加；由于污泥中的重金属和持久性有机污染物，污泥的土地利用受到了越来越严格的限制，以免这些污染物在土地利用过程中影响人畜的健康；污泥焚烧投资高，焚烧后产生的残渣(重金属含量高)仍需要处置。
20世纪90年代部分发达国家提出了污泥减量化、资源化、无害化的处理和处置顺序，并开始进行污泥减量技术的研究。目前的污泥减量技术可分为四类(1)溶胞—隐性生长，由两步组成溶胞和隐性生长。通常采用物理、化学方法或它们相结合的方法使细胞溶解，然后引起微生物的隐性生长，从而导致污泥产量的减少。比如采用臭氧或氯气处理回流污泥。日本采用臭氧处理回流污泥，可大大降低降低污泥产量，但也增加了污水处理的投资和能耗费用；虽然氯气比臭氧便宜，但由于氯气与污泥中的有机物发生反应生成三卤甲烷，对环境有危害，从而增加了污泥处置的费用。(2)内源呼吸。众所周知，延长污泥龄或降低污泥负荷可减少污泥产量。对常规活性污泥法来说，由于水力停留时间和污泥龄不能分别单独控制，故采用该方法会导致出水水质恶化和处理效率降低。由于膜生物反应器能完全分别单独控制水力停留时间和污泥龄，所以膜生物反应器能在长污泥龄或完全不排污泥的情况下操作，从而导致极低或甚至零污泥产率。但是采用该方法会导致严重的膜污染，从而增加膜组件的更换费用，此外，膜生物反应器中的污泥粘度大，脱水性能差，增加了污泥脱水的费用。(3)解耦联代谢。通过速率控制步骤—呼吸，微生物的合成代谢与分解代谢耦联。如果当呼吸控制不存在，而是生物合成成为速率控制因素时，那么微生物就会发生解偶联代谢，则多余的自由能就不会用来生成生物量。因此，解偶联技术就是增加在分解代谢和合成代谢的能量(ATP)差异，使供给微生物合成代谢的能量变得有限，从而减少污泥的产量。目前常用的方法是采用化学解耦联剂。但由于化学解耦联剂是异型生物质，长期使用化学解偶联剂不但使微生物产生了生物适应性，降低了污水处理效果，而且对环境有危害作用。(4)生物捕食。利用污水处理中的原、后生动物捕食细菌，从而降低污泥的产量。食物链越长，能量损失越大，则产生的生物量也越低。但由于原、后生动物与细菌共同生长在同一个生物反应器(曝气池)，而曝气池的运行条件主要是利于细菌等微生物降解有机物，并不完全适合原、后生动物的生长，因此原、后生动物生长不稳定，从而导致污泥减量效果不明显。同其它三类污泥减量技术相比，生物捕食法具有经济和环境友好等显著的优点，是具有发展前途的新技术。
发明内容
本发明的目的之一在于提供一个适于原、后生动物稳定生长的推流复合式生物污泥减量反应器，为污水处理厂提供一条经济高效的污泥处理途径。
本发明的另一目的在于提供一个适于原、后生动物稳定生长的推流复合式生物污泥减量反应器的操作方法。
本发明的推流复合式生物污泥减量反应器由原、后生动物生长区和固液分离沉淀区组成，其特征是所述的推流复合式生物污泥减量反应器是一个矩形容器，由隔板将容器分成游离型原、后生动物生长区4，附着型原、后生动物生长区5和固液分离沉淀区6；游离型原、后生动物生长区4与附着型原、后生动物生长区5之间的隔板8高度低于矩形容器侧壁的污泥混合液进口7，隔板8中部开有小孔；固液分离沉淀区6在游离型原、后生动物生长区4的外侧，或在附着型原、后生动物生长区5的外侧，固液分离沉淀区6与附着型原、后生动物生长区5或游离型原、后生动物生长区4之间的隔板9中部开有小孔，并且隔板9与矩形容器底部之间有空隙；在构成游离型原、后生动物生长区4或附着型原、后生动物生长区5的矩形容器侧壁上部有污泥混合液进口7，污泥混合液进口7与污泥输送泵1连接；构成固液分离沉淀区6的矩形容器侧壁的上部有排泥口10，矩形容器侧壁的底部有污泥回流口11，污泥回流口11与污泥回流泵3连接。
所述的原、后生动物分为游离型和附着型两种；原生动物主要有纤毛虫、鞭毛虫、变形虫等；后生动物主要有轮虫、钟虫、线虫和寡毛类蠕虫等；所述的污泥混合液进口7安装在构成游离型原、后生动物生长区4或附着型原、后生动物生长区5的矩形容器侧壁上部；所述的游离型原、后生动物生长区底部放置曝气器2，其与附着型原、后生动物生长区5之间用隔板8分开，隔板8高度低于污泥混合液进口7，并且在隔板8中部有小孔；所述的附着型原、后生动物生长区底部放置曝气器2，曝气器2上方安装有用来放置填料12的穿孔板13，穿孔板的孔隙率为5-10％；所述的填料12是用来为附着型原、后生动物的稳定生长提供适宜的栖息地；可采用不同的材料用作填料，如塑料立体蜂窝状填料、火山熔岩等；所述的固液分离沉淀区6是安装在推流复合式生物污泥减量反应器的一端，其与附着型原、后生动物生长区5或游离型原、后生动物生长区4之间用隔板9分开；隔板9中下部开有小孔，且隔板9与矩形容器底部之间有空隙，以便污泥回流；构成固液分离沉淀区的矩形容器侧壁上部是排泥口10，污泥回流口11在构成固液分离沉淀区的矩形容器侧壁的下部一定高度处。
本发明的推流复合式生物污泥减量反应器为原、后生动物的稳定生长提供一个适宜的栖息地，从而有效提高污泥减量的效果。
本发明的推流复合式生物污泥减量反应器及其操作方法，既可用于污水生物处理系统排放的剩余污泥的减量处理；也可用于处理常规活性污泥法的回流污泥，与曝气池和二沉池组成一体，减少污泥的产生量。
所述的污泥混合液是污水生物处理系统排放的剩余污泥或常规活性污泥系统中的回流污泥。
所述的污泥回流的作用是减少原、后生动物的流失，提高原、后生动物的密度，促进原、后生动物的稳定生长。
本发明的推流复合式生物污泥减量反应器的操作方法有两种第一种操作方法是首先根据一定的污泥负荷，通过污泥混合液进口，用污泥输送泵将污泥混合液(排放的剩余污泥或回流污泥)输送至游离型原、后生动物生长区，污泥混合液然后依次进入附着型原、后生动物生长区和固液分离沉淀区；固液分离沉淀区底部的浓缩污泥通过污泥回流泵输送至游离型原、后生动物生长区，而沉淀后的污泥混合液通过排泥口排出，进入下一步的污泥处理与处置工序(如脱水等)。
或第二种操作方法是首先根据一定的污泥负荷，通过污泥混合液进口，用污泥输送泵将污泥混合液(排放的剩余污泥或回流污泥)输送至附着型原、后生动物生长区，污泥混合液然后依次进入游离型原、后生动物生长区和固液分离沉淀区；固液分离沉淀区底部的浓缩污泥通过污泥回流泵输送至附着型原、后生动物生长区，而沉淀后的污泥混合液通过排泥口排出，进入下一步的污泥处理与处置工序(如脱水等)。
排放的剩余污泥是从污水处理厂中的二沉池或污泥浓缩池排出的污泥；回流污泥是从污水处理厂中的二沉池回流至曝气池的污泥。
本发明的推流复合式生物污泥减量反应器及其操作方法可减少剩余污泥的排放量或产生量，达到污泥减量的目的，从而降低污水处理厂的污泥处理与处置费用。
本发明的推流复合式生物污泥减量反应器及其操作方法可应用于城市污水处理厂和工业污水处理厂的污泥减量处理。
本发明的设备及其操作方法具有如下优点1.系统结构紧凑，构造简洁，运行操作与维护十分简单，人工要求少，易于实现自动化控制。
2.推流复合式生物污泥减量反应器可为原、后生动物的稳定生长提供适宜的栖息地，因而可提高污泥减量效果，降低污水处理厂污泥处理与处置的费用。
3.通过原、后生动物的捕食作用，推流复合式生物污泥减量反应器可有效提高污泥沉降和脱水性能。
下面结合附图及实施例对本发明的推流复合式生物污泥减量反应器及其操作方法作进一步的说明。
图1.本发明的推流复合式生物污泥减量反应器及其操作方法(一)的示意图；图2.本发明的推流复合式生物污泥减量反应器及其操作方法(二)的示意图；图3.本发明的推流复合式生物污泥减量反应器处理剩余污泥的工艺流程示意图；图4.本发明的推流复合式生物污泥减量反应器处理回流污泥的工艺流程示意图；附图标记1.污泥输送泵2.曝气器3.污泥回流泵4.游离型原、后生动物生长区5.附着型原、后生动物生长区6.固液分离沉淀区7.污泥混合液进口8.隔板 9.隔板 10.排泥口11.污泥回流口12.填料13.穿孔板具体实施方式
实施例1推流复合式生物污泥减量反应器是由隔板分成三部分，它们分别为游离型原、后生动物生长区、附着型原、后生动物生长区和固液分离沉淀区，用于污水生物处理系统排放的剩余污泥的减量处理。
用污泥输送泵将从污水处理厂中的二沉池或污泥浓缩池排出的剩余污泥，输送至推流复合式生物污泥减量反应器的游离型原、后生动物生长区，然后依次进入附着型原、后生动物生长区和固液分离沉淀区。整个运行过程中，保持推流复合式生物污泥减量反应器中的水温为20℃，pH为6～9，其中游离型原、后生动物生长区内的活性污泥浓度为3.0～6.0g/l，附着型原、后生动物生长区的生物膜生长良好。依据一定的污泥负荷和污泥减量效果，采取一定量的污泥混合液流量和污泥回流比。
通过曝气器向推流复合式生物污泥减量反应器中的原、后生动物和活性污泥供氧，在活性污泥(主要由细菌组成)和原、后生动物间形成食物链，并通过原、后生动物的捕食作用，减少剩余污泥的排放量，从而达到污泥减量的目的。经过游离型和附着型原、后生动物生长区后的污泥混合液进入固液分离沉淀区，沉淀后的污泥回流以防止原、后生动物的流失，而沉淀后的上清液排放，进入下一步的污泥处理与处置工序。
进入推流复合式生物污泥减量反应器的污泥混合液中污泥浓度为5.73～11.52g/l，排放的污泥混合液中污泥浓度为2.67～3.83g/l，则污泥减量比例为33～76％，污泥减量效果显著。
实施例2推流复合式生物污泥减量反应器是由隔板分成三部分，它们分别为附着型原、后生动物生长区、游离型原、后生动物生长区和固液分离沉淀区，用于处理常规活性污泥法的回流污泥，与曝气池和二沉池组成一体，减少污泥的产生量。
用污泥输送泵将回流污泥混合液输送至推流复合式生物污泥减量反应器的附着型原、后生动物生长区，然后依次进入游离型原、后生动物生长区和固液分离沉淀区。整个运行过程中，保持推流复合式生物污泥减量反应器中的水温为20℃，pH为6～9，其中游离型原、后生动物生长区内的活性污泥浓度为3.0～6.0g/l，附着型原、后生动物生长区的生物膜生长良好。依据一定的污泥负荷和污泥减量效果，采取一定量的污泥混合液流量和污泥回流比。
通过曝气器向推流复合式生物污泥减量反应器中的原、后生动物和活性污泥供氧，在活性污泥(主要由细菌组成)和原、后生动物间形成食物链，并通过原、后生动物的捕食作用，减少污泥的产生量，从而达到污泥减量的目的。经过附着型和游离型原、后生动物生长区后的污泥混合液进入固液分离沉淀区，沉淀后的污泥回流以防止原、后生动物的流失，而沉淀后的上清液排放，进入下一步的污泥处理与处置工序。
进入推流复合式生物污泥减量反应器的回流污泥混合液的污泥浓度为5.60～11.36g/l，污泥产率为0.2～0.4kgSS/kgCODremoved，大大低于常规活性污泥法的污泥产率(0.7～1.0kgSS/kgCODremoved)，污泥减量效果显著。
权利要求
1.一种推流复合式生物污泥减量反应器，由原、后生动物生长区和固液分离沉淀区组成，其特征是所述的推流复合式生物污泥减量反应器是一个矩形容器，由隔板将容器分成游离型原、后生动物生长区(4)，附着型原、后生动物生长区(5)和固液分离沉淀区(6)；游离型原、后生动物生长区(4)与附着型原、后生动物生长区(5)之间的隔板(8)高度低于矩形容器侧壁的污泥混合液进口(7)，隔板(8)中部开有小孔；固液分离沉淀区(6)在游离型原、后生动物生长区(4)的外侧，或在附着型原、后生动物生长区(5)的外侧，固液分离沉淀区(6)与附着型原、后生动物生长区(5)或游离型原、后生动物生长区(4)之间的隔板(9)中部开有小孔，并且隔板(9)与矩形容器底部之间有空隙；在构成游离型原、后生动物生长区(4)或附着型原、后生动物生长区(5)的矩形容器侧壁上部有污泥混合液进口(7)，污泥混合液进口(7)与污泥输送泵(1)连接；构成固液分离沉淀区(6)的矩形容器侧壁的上部有排泥口(10)，矩形容器侧壁的底部有污泥回流口(11)，污泥回流口(11)与污泥回流泵(3)连接。
2.如权利要求1所述的反应器，其特征是所述的游离型原、后生动物生长区底部放置曝气器(2)。
3.如权利要求1所述的反应器，其特征是所述的附着型原、后生动物生长区底部放置曝气器(2)。
4.如权利要求3所述的反应器，其特征是所述的附着型原、后生动物生长区底部放置曝气器(2)的上方安装有用来放置填料(12)的穿孔板(13)，穿孔板的孔隙率为5-10％。
5.如权利要求1所述的反应器，其特征是所述的填料(12)是塑料立体蜂窝状填料或火山熔岩。
6.一种如权利要求1～5所述的推流复合式生物污泥减量反应器的操作方法，其特征是首先根据一定的污泥负荷，通过污泥混合液进口，用污泥输送泵将污泥混合液输送至游离型原、后生动物生长区，污泥混合液然后依次进入附着型原、后生动物生长区和固液分离沉淀区；固液分离沉淀区底部的浓缩污泥通过污泥回流泵输送至游离型原、后生动物生长区，而沉淀后的污泥混合液通过排泥口排出，进入下一步的污泥处理与处置工序；或首先根据一定的污泥负荷，通过污泥混合液进口，用污泥输送泵将污泥混合液输送至附着型原、后生动物生长区，污泥混合液然后依次进入游离型原、后生动物生长区和固液分离沉淀区；固液分离沉淀区底部的浓缩污泥通过污泥回流泵输送至附着型原、后生动物生长区，而沉淀后的污泥混合液通过排泥口排出，进入下一步的污泥处理与处置工序。
7.如权利要求6所述的操作方法，其特征是所述的污泥混合液是回流污泥或排放的剩余污泥。
全文摘要
本发明属于利用生物技术处理污泥的设备，特别涉及一种推流复合式生物污泥减量反应器及其操作方法。所述的推流复合式生物污泥减量反应器由隔板分成三部分，它们分别为游离型原、后生动物生长区、附着型原、后生动物生长区和固液分离沉淀区。本发明的推流复合式生物污泥减量反应器为不同类型的原、后生动物的稳定生长分别提供一个适宜的栖息地，从而有效提高污泥减量的效果。本发明的推流复合式生物污泥减量反应器及其操作方法，既可单独用于污水生物处理系统排放的剩余污泥的减量处理；也可用于处理常规活性污泥法的回流污泥，与曝气池和二沉池组成一体，减少污泥的产生量。
文档编号C02F11/02GK1511796SQ02159048
公开日2004年7月14日 申请日期2002年12月27日 优先权日2002年12月27日
发明者魏源送, 刘俊新 申请人:中国科学院生态环境研究中心