专利名称：竖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，特别涉及一种竖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耦联代谢，则多余的自由能就不会用来生成生物量。因此，解耦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，长期使用化学解耦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竖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竖流复合式生物污泥减量反应器的操作方法(上向流和下向流)。
本发明的竖流复合式生物污泥减量反应器由游离型原/后生动物生长区、附着型游离型原/后生动物生长区和固液分离沉淀区组成，其特征是一圆柱形的竖流复合式生物污泥减量反应器，由隔板将反应器分成游离型原/后生动物生长区3，附着型原/后生动物生长区4和固液分离沉淀区5；固液分离沉淀区5在附着型原/后生动物生长区4的上部；在所述的游离型原/后生动物生长区3的反应器侧壁的下部有污泥混合液进口8，在固液分离沉淀区5的反应器侧壁的上部有排泥口9，污泥混合液进口8与污泥输送泵1连接；一安装高度高于反应器侧壁污泥混合液进口8的穿孔隔板6，将所述的游离型原/后生动物生长区3与附着型原/后生动物生长区4隔开；一安装高度低于反应器侧壁排泥口9的穿孔隔板7，将所述的附着型原/后生动物生长区4与固液分离沉淀区5隔开；在所述的游离型原/后生动物生长区3中安装有曝气器2，所述的曝气器2通过管路与空气压缩机或鼓风机11连通，利用空气压缩机或鼓风机11通过曝气器2向整个反应器进行曝气；或一圆柱形的竖流复合式生物污泥减量反应器，由隔板将反应器分成游离型原/后生动物生长区3，附着型原/后生动物生长区4和固液分离沉淀区5；固液分离沉淀区5在附着型原/后生动物生长区4的上部；在所述的游离型原/后生动物生长区3的反应器侧壁的下部有排泥口9，在固液分离沉淀区5的反应器侧壁的上部有污泥混合液进口8，污泥混合液进口8与污泥输送泵1连接；排泥口9的出口高度与污泥混合液进口8的高度持平，以保证污泥经过固液分离沉淀后排出，沉淀后的污泥上清液通过排泥口排出；一安装高度高于反应器侧壁排泥口9的穿孔隔板6，将所述的游离型原/后生动物生长区3与附着型原/后生动物生长区4隔开；一安装高度低于反应器侧壁污泥混合液进口8的穿孔隔板7，将所述的附着型原/后生动物生长区4与固液分离沉淀区5隔开。
在所述的游离型原/后生动物生长区3中安装有曝气器2，所述的曝气器2通过管路与空气压缩机或鼓风机11连通，利用空气压缩机或鼓风机11通过曝气器2向整个反应器进行曝气。
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8安装在构成游离型原/后生动物生长区4或固液沉淀分离区5的圆柱形反应器侧壁上部；所述的游离型原/后生动物生长区3底部进一步放置有曝气器2，其与附着型原/后生动物生长区4之间用穿孔隔板6分开，穿孔隔板6安装高度高于污泥混合液进口8或排泥口9，穿孔隔板6的孔隙率为5～10％；孔径3～5mm。
所述的填料10是放置在附着型原/后生动物生长区4中，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，如塑料填料或火山熔岩等；所述的固液分离沉淀区5安装在竖流复合式生物污泥减量反应器的上部，其与附着型原/后生动物生长区4之间用穿孔隔板7分开，穿孔隔板7的孔隙率为5～10％。孔径3～5mm。
本发明的竖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。
本发明的竖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。
本发明的竖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根据污泥负荷，用污泥输送泵1将污泥混合液(排放的剩余污泥或回流污泥)经污泥混合液进口8输送至游离型原/后生动物生长区3，使污泥混合液通过穿孔隔板6上的孔进入装有填料10的附着型原/后生动物生长区4，然后污泥混合液通过穿孔隔板7上的孔进入固液分离沉淀区5；固液分离沉淀区5沉淀后的污泥混合液的上清液通过排泥口9排出，进入下一步的污泥处理与处置工序(如脱水等)或回流至曝气池。利用空气压缩机或鼓风机11通过曝气器2向整个反应器进行曝气。
或第二种操作方法是根据污泥负荷，用污泥输送泵1将污泥混合液(排放的剩余污泥或回流污泥)经污泥混合液进口8输送至固液分离沉淀区5，使污泥混合液通过穿孔隔板6上的孔进入装有填料10的附着型原/后生动物生长区4，然后污泥混合液通过穿孔隔板7上的孔进入游离型原/后生动物生长区3；排泥口9的出口高度与污泥混合液进口8的高度持平，以保证污泥经过固液分离沉淀后排出，沉淀后的污泥上清液通过排泥口9排出，从而进入下一步的污泥处理与处置工序(如脱水等)或回流至曝气池。利用空气压缩机或鼓风机11通过曝气器2向整个反应器进行曝气。
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。
本发明的竖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。
本发明的竖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.竖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，竖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竖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.本发明的竖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.本发明的竖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.本发明的竖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.本发明的竖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.游离型原/后生动物生长区 4.附着型原/后生动物生长区5.固液分离沉淀区 6.穿孔隔板7.穿孔隔板 8.污泥混合液进口9.排泥口 10.填料11.空气压缩机或鼓风机具体实施方式
实施例1请参见图1和3。一圆柱形的竖流复合式生物污泥减量反应器，被孔隙率为5～10％，孔径3～5mm的穿孔隔板分成为游离型原/后生动物生长区3、附着型原/后生动物生长区4和固液分离沉淀区5，用于污水生物处理系统排放的剩余污泥的减量处理。
在所述的游离型原/后生动物生长区3的反应器侧壁的下部有污泥混合液进口8，在固液分离沉淀区5的反应器侧壁的上部有排泥口9，污泥混合液进口8与污泥输送泵1连接。
在游离型原/后生动物生长区3中装有与空气压缩机或鼓风机11连通的曝气器2，通过曝气器2向整个反应器进行曝气。
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，输送至竖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，保持竖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。
通过曝气器向竖流复合式生物污泥减量反应器中的原/后生动物(如寡毛类蠕虫)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(如寡毛类蠕虫)间形成食物链，并通过原/后生动物(如寡毛类蠕虫)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，沉淀后的上清液排放，进入下一步的污泥处理与处置工序。
进入竖流复合式生物污泥减量反应器的污泥混合液中平均污泥浓度为5.42±3.25g/L，排放的污泥混合液中污泥浓度为2.04±1.35g/L，则污泥减量比例为48.36±44.76％，污泥减量效果显著。
实施例2请参见图2和4。一圆柱形的竖流复合式生物污泥减量反应器，被孔隙率为5～10％，孔径3～5mm的穿孔隔板分为游离型原/后生动物生长区3，附着型原/后生动物生长区4和固液分离沉淀区5，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。
在所述的游离型原/后生动物生长区3的反应器侧壁的下部有排泥口9，在固液分离沉淀区5的反应器侧壁的上部有污泥混合液进口8，污泥混合液进口8与污泥输送泵1连接；排泥口9的出口高度与污泥混合液进口8的高度持平，以保证污泥经过固液分离沉淀后排出，沉淀后的污泥上清液通过排泥口排出。
在游离型原/后生动物生长区3中有与空气压缩机或鼓风机11连通的曝气器2，通过曝气器2向整个反应器进行曝气。
用污泥输送泵将回流污泥混合液输送至竖流复合式生物污泥减量反应器的固液分离沉淀区，然后依次进入附着型原/后生动物生长区和游离型原/后生动物生长区。整个运行过程中，保持竖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2.07～8.86g/l，附着型原/后生动物生长区的生物膜生长良好。
通过曝气器向竖流复合式生物污泥减量反应器中的原/后生动物(如寡毛类蠕虫)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(如寡毛类蠕虫)间形成食物链，并通过原/后生动物(如寡毛类蠕虫)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，沉淀后的上清液进入曝气池。
进入竖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0.20～0.40kgSS/kgCODremoved，大大低于常规活性污泥法的污泥产率(0.70～1.00kgSS/kgCODremoved)，污泥减量效果显著。
权利要求
1.一种竖流复合式生物污泥减量反应器，由游离型原/后生动物生长区、附着型游离型原/后生动物生长区和固液分离沉淀区组成，其特征是一竖流复合式生物污泥减量反应器，由隔板将反应器分成游离型原/后生动物生长区(3)，附着型原/后生动物生长区(4)和固液分离沉淀区(5)；固液分离沉淀区(5)在附着型原/后生动物生长区(4)的上部；在所述的游离型原/后生动物生长区(3)的反应器侧壁的下部有污泥混合液进口(8)，在固液分离沉淀区(5)的反应器侧壁的上部有排泥口(9)，污泥混合液进口(8)与污泥输送泵(1)连接；一安装高度高于容器侧壁污泥混合液进口(8)的穿孔隔板(6)，将所述的游离型原/后生动物生长区(3)与附着型原/后生动物生长区(4)隔开；一安装高度低于反应器侧壁排泥口(9)的穿孔隔板(7)，将所述的附着型原/后生动物生长区(4)与固液分离沉淀区(5)隔开；或一圆柱形的竖流复合式生物污泥减量反应器，由隔板将反应器分成游离型原/后生动物生长区(3)，附着型原/后生动物生长区(4)和固液分离沉淀区(5)；固液分离沉淀区(5)在附着型原/后生动物生长区(4)的上部；在所述的游离型原/后生动物生长区(3)的反应器侧壁的下部有排泥口(9)，在固液分离沉淀区(5)的反应器侧壁的上部有污泥混合液进口(8)，污泥混合液进口(8)与污泥输送泵(1)连接；所述的排泥口(9)的出口高度与污泥混合液进口(8)的高度持平；一安装高度高于反应器侧壁排泥口(9)的穿孔隔板(6)，将所述的游离型原/后生动物生长区(3)与附着型原/后生动物生长区(4)隔开；一安装高度低于反应器侧壁污泥混合液进口(8)的穿孔隔板(7)，将所述的附着型原/后生动物生长区(4)与固液分离沉淀区(5)隔开。
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进一步放置曝气器(2)。
3.如权利要求1所述的反应器，其特征是所述的穿孔隔板(6)或(7)的孔隙率为5～10％；孔径3～5mm。
4.如权利要求1所述的反应器，其特征是所述的反应器是圆柱形的反应器。
5.一种如权利要求1～4任一项所述的竖流复合式生物污泥减量反应器的操作方法，其特征是第一种操作方法是根据污泥负荷，用污泥输送泵(1)将污泥混合液经污泥混合液进口(8)输送至游离型原/后生动物生长区(3)，使污泥混合液通过穿孔隔板(6)上的孔进入装有填料(10)的附着型原/后生动物生长区(4)，然后污泥混合液通过穿孔隔板(7)上的孔进入固液分离沉淀区(5)；固液分离沉淀区(5)沉淀后的污泥混合液的上清液通过排泥口(9)排出，进入下一步的污泥处理与处置工序或回流至曝气池；或第二种操作方法是根据污泥负荷，用污泥输送泵(1)将污泥混合液经污泥混合液进口(8)输送至固液分离沉淀区(5)，使污泥混合液通过穿孔隔板(6)上的孔进入装有填料(10)的附着型原/后生动物生长区(4)，然后污泥混合液通过穿孔隔板(7)上的孔进入游离型原/后生动物生长区(3)；沉淀后的污泥上清液通过排泥口(9)排出，从而进入下一步的污泥处理与处置工序或回流至曝气池。
6.如权利要求5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。
7.如权利要求5所述的操作方法，其特征是所述的填料(10)是塑料填料或火山熔岩。
8.如权利要求5所述的操作方法，其特征是所述的操作方法中利用空气压缩机或鼓风机(11)通过曝气器(2)向整个反应器进行曝气。
全文摘要
本发明属于利用生物技术处理污泥的设备，特别涉及一种竖流复合式生物污泥减量反应器及其操作方法。所述的竖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区。本发明的竖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。本发明的竖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C02F11/02GK1621368SQ20031011572
公开日2005年6月1日 申请日期2003年11月28日 优先权日2003年11月28日
发明者魏源送, 郭雪松, 刘俊新 申请人:中国科学院生态环境研究中心