本发明属于污水处理设备领域，具体涉及一种污泥碱解碳源化装置。
背景技术：
近年来，随着工业化的发展，污水处理变得日益重要。当前的污水处理工工艺中，进水碳源不足已严重地阻碍污水处理厂的提标改造，这种现象已在我国南方地区凸显。碳源的缺乏直接加剧了反硝化菌和聚磷菌对碳源的竞争，从而导致生物除磷脱氮效果较差和出水水质不达标。
大多污水处理厂为了提高除磷脱氮效率，保障出水水质稳定达标，通常采用投加外碳源(甲醇、葡萄糖、乙醇等)的方式来解决进水碳源不足的问题。但是这种方式明显地增加了污水处理厂的运行费用。
剩余污泥是污水处理的副产物，其含有大量的有机物；通常剩余污泥被作为废弃物进行卫生填埋，其有机物没有得到有效利用。如果利用剩余污泥中丰富有机物作为污水厂的碳源不仅能够提高污水处理系统脱氮除磷的效率，而且还能实现剩余污泥的资源化，避免外碳源的投加。但是如何高效的将剩余污泥转化为有机碳源就成为目前急需解决的难题。污泥高效碳源化技术和装置的缺乏已严重的制约了剩余污泥作为内碳源在污水处理厂中的运用，这也是目前剩余污泥碳源化在国内并没有实际工程的重要原因。因此针对目前城市污水厂碳源不足和污泥碳源化困难的问题研发出污泥碱解碳源化装置意义重大。
技术实现要素：
针对现有技术存在的上述不足，本发明的目的在于提供一种酸化效率高、,运行能耗低、操作简便的污泥碱解碳源化装置。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种污泥碱解碳源化装置，包括上端敞口的罐体，在所述的罐体内设置有一个上端敞口的内筒体，在该内筒体的中部的内壁上设置有挡泥板，该挡泥板的中部开有连通口，所述的挡泥板将该内筒体的内部空间分隔成位于上部的污泥碱解区和位于下部的中间复合反应区，并使二者通过连通口相通；在所述的污泥碱解区还连通有用于引入污泥的进泥管和用于引入碱液的碱液输送管；在所述的中间复合反应区连通有缓冲液输送管，用于引入调节pH值的缓冲液；所述内筒体的底部和所述罐体的底部之间的区域构成完全酸化区，所述内筒体的侧壁和罐体的侧壁之间的区域构成泥水分离区；所述的内筒体的底部开有若干通孔作为过泥孔，用以连通所述的中间复合反应区和完全酸化区；在所述的完全酸化区设置有能够水平旋转的酸化区搅拌桨；所述内筒体的上端高于所述罐体的上端，以使所述罐体的敞口边缘构成用于排出上清液的溢流堰。
进一步，在所述的中间复合反应区的侧壁上还开有若干个污泥回流孔，在所述内筒体的外壁对应每一个污泥回流孔的位置都设置有一块污泥扰流板；所述的污泥扰流板的一端连接在相应的污泥回流孔的下缘，另一端向斜上方延伸且与所述的罐体的内侧壁之间留有空隙；所述的污泥扰流板与所述的内筒体之间的夹角为β，30°≤β≤40°。
进一步，所述罐体的上部呈圆柱型，下部呈倒置的圆台型；该圆台型的母线与其底面的夹角为γ，100°≤γ≤120°；在所述的罐体底部还连通有用于排出沉积物的排泥管。
进一步，所述的挡泥板整体呈锥顶向上的锥形，所述的连通口开在锥顶处；所述的锥形的母线与内筒体的侧壁之间的夹角为α。
进一步，所述的挡泥板为板形且有若干块，所述的挡泥板一端固定在所述内筒体的内壁上，另一端向斜上方延伸，构成延伸端；各挡泥板的延伸端均不接触，以形成连通口；所述的挡泥板与所述的内筒体之间的夹角为α。
进一步，在所述的污泥碱解区和中间复合反应区分别设置有能够水平旋转的碱解区搅拌桨和复合区搅拌桨。
进一步，所述的碱解区搅拌桨、复合区搅拌桨以及酸化区搅拌桨连接在同一根竖直设置的旋转轴上，该旋转轴与电机连接。
进一步，在所述罐体的敞口处还套有一个环形的集液槽，该集液槽的内侧壁紧贴在所述罐体的外壁上，用于盛接并收集从溢流堰溢出的上清液；在该集液槽的底部连通有排液管，用于排出收集的上清液。
进一步，在所述的污泥碱解区和中间复合反应区还分别设置有碱解区pH传感探头和复合区pH传感探头，所述的碱解区pH传感探头和复合区pH传感探头通过导线与PLC控制器连接，用于监控pH值。
进一步，所述罐体的高与圆柱型的直径比为2～3：1；所述圆柱型的直径与内筒体的直径之比为2：1；所述圆柱型的直径与圆台底面的直径之比为5:1；所述罐体的高与内筒体的高之比为4:3；污泥碱解区与中间复合反应区的高度之比为1：1。本发明可以实现通过两步循环酸化的方式使剩余污泥最大限度的转化为易生物降解的小分子有机物,剩余污泥水解酸化效率高于常规污泥碱解。整个系统可以自动化操作，运行能耗低，操作简便。
与现有的技术相比，本发明具有如下有益效果：
1、采用两步循环酸化的方式，促进大分子有机物向低分子有机物的转化和污泥碳源化效率。
2、污泥碱解、酸化以及泥水分离功能在同一装置内完成，简化了设备，节省占地。
附图说明
图1为本发明的污泥碱解碳源化装置的俯视图；
图2为本发明的污泥碱解碳源化装置的A-A向剖面图；
图3为本发明的污泥碱解碳源化装置的污泥流向暨B-B向剖面图；
图4为本发明的污泥碱解碳源化装置的C-C向剖面图。
附图中：1—罐体；11—完全酸化区；12—泥水分离区；13—酸化区搅拌桨；14—溢流堰；15—排泥管；2—内筒体；20—挡泥板；21—污泥碱解区；22—中间复合反应区；23—进泥管；24—碱液输送管；25—缓冲液输送管；26—过泥孔；27—碱解区搅拌桨；28—复合区搅拌桨；29—污泥扰流板；3—集液槽；31—排液管；4—PLC控制器；41—碱解区pH传感探头；42—复合区pH传感探头；5—电机。
图3中的箭头表示污泥的流动方向。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步详细说明。
一、一种污泥碱解碳源化装置，如图1-4所示，包括上端敞口的罐体1，在所述的罐体1内设置有一个上端敞口的内筒体2，在该内筒体2的中部的内壁上设置有挡泥板20，该挡泥板20的中部开有连通口，所述的挡泥板20将该内筒体2的内部空间分隔成位于上部的污泥碱解区21和位于下部的中间复合反应区22；在所述的污泥碱解区21还连通有用于引入污泥的进泥管23和用于引入碱液的碱液输送管24；在所述的中间复合反应区22连通有缓冲液输送管25，用于引入调节pH值的缓冲液；所述内筒体2的底部和所述罐体1的底部之间的区域构成完全酸化区11，所述内筒体2的侧壁和罐体1的侧壁之间的区域构成泥水分离区12；所述的内筒体2的底部开有若干通孔作为过泥孔26，用以连通所述的中间复合反应区22和完全酸化区11；在所述的完全酸化区11设置有能够水平旋转的酸化区搅拌桨13；所述内筒体2的上端高于所述罐体1的上端，以使所述罐体1的敞口边缘构成用于排出上清液的溢流堰14。
为了使溢流堰14具有一定的过滤效果，同时保证一定的流量，可以将罐体1的敞口处(即溢流堰14)加工成锯齿状。
作为优化，在所述的中间复合反应区22的侧壁上还开有若干个污泥回流孔，在所述内筒体2的外壁对应每一个污泥回流孔的位置都设置有一块污泥扰流板29；所述的污泥扰流板29的一端连接在相应的污泥回流孔的下缘，另一端向斜上方延伸且与所述的罐体1的内侧壁之间留有空隙；所述的污泥扰流板29与所述的内筒体2之间的夹角为β，30°≤β≤40°。
作为优化，所述罐体1的上部呈圆柱型，下部呈倒置的圆台型；该圆台型的母线与其底面的夹角为γ，100°≤γ≤120°；在所述的罐体1底部还连通有用于排出沉积物的排泥管15。排泥管15上设置有阀门，在不排泥时处于关闭状态。
将罐体1的底部制成倒置的圆台型或圆锥形，有利于不能分解的无机物沉积和排出。
作为优化，所述的挡泥板20整体呈锥顶向上的锥形，其锥顶处开有通孔；所述的锥形的母线与内筒体2的侧壁之间的夹角为α。
作为优化，所述的挡泥板20为板形且有若干块，所述的挡泥板20一端固定在所述内筒体2的内壁上，另一端向斜上方延伸；所述的挡泥板20与所述的内筒体2之间的夹角为α。
挡泥板20的设计可以将内筒体2分为上、下两部分，以实现对剩余污泥的进阶处理。其倾角60°≤α≤70°，恰可满足分隔的要求，夹角过小起不过分隔的作用，过大则会使挡泥板20上部沉积较多的污泥，易导致挡泥板20的损坏。挡泥板向上能挡住污泥，防止其下沉并通过搅拌的作用再次悬浮停留在污泥碱解区继续反应，这样能保证大部分污泥能够充足的碱解时间，但是如果α调小，这时夹角处受到扰动较小会积累污泥，α太大挡泥板之间的孔就小，不能保证污泥有效的进入中间反应区。因此，对这个α有要求。只要控制好α就不会产生死区。
作为优化，在所述的污泥碱解区21和中间复合反应区22分别设置有能够水平旋转的碱解区搅拌桨27和复合区搅拌桨28。这样可以使相应区域内的污泥处于悬浮状态，有利于反应的进行。
作为优化，所述的碱解区搅拌桨27、复合区搅拌桨28以及酸化区搅拌桨13连接在同一根竖直设置的旋转轴上，该旋转轴与电机5连接。
作为优化，在所述罐体1的敞口处还套有一个环形的集液槽3，该集液槽3的内侧壁紧贴在所述罐体1的外壁上，用于盛接并收集从溢流堰14溢出的上清液；在该集液槽3的底部连通有排液管31，用于排出收集的上清液。这样可以使上清液的回收得以集中，便于操作。
作为优化，在所述的污泥碱解区21和中间复合反应区22还分别设置有碱解区pH传感探头41和复合区pH传感探头42，所述的碱解区pH传感探头41和复合区pH传感探头42通过导线与PLC控制器4连接，用于监控pH值。
作为优化，所述罐体1的高与圆柱型的直径比为2～3：1；所述圆柱型的直径与内筒体2的直径之比为2：1；所述圆柱型的直径与圆台底面的直径之比为5:1；所述罐体1的高与内筒体2的高之比为4:3；污泥碱解区21与中间复合反应区22的高度之比为1：1。上述比例的设计，可以使污泥在各部分的量和停留时间满足工艺的要求，过大或过小都可能会导致工艺处理过程的失控，导致达不到应有的处理效果。
本装置的工作过程是：剩余污泥作为碳源污泥通过进泥管23进入污泥碱解区21，同时通过碱液输送管24将碱液排入污泥碱解区21，碱解区搅拌桨27使剩余污泥与碱液充分混合，在碱的作用下使污泥发生破解并释放大分子碳源，形成碱解污泥。
碱解污泥进入中间复合反应区22，缓冲液通过缓冲液输送管25进入中间复合反应区22，降低碱解污泥的pH值，以此来促进碱解污泥的酸化使大分子碳源转化为小分子碳源，同时使未碱解的污泥成分持续水解，得到初步酸化污泥；复合区搅拌桨28使污泥处于悬浮状态，有利于碱解污泥的酸化。
污泥碱解区21和中间复合反应区22的pH均由PLC控制器4进行监控。
初步酸化污泥通过过泥孔26进入完全酸化区11，初步酸化污泥在完全酸化区11继续进行酸化，得到碳源污泥。酸化区搅拌桨13使污泥处于悬浮状态，同时给予碳源污泥一个向上的动力使污泥上升；碳源化污泥进入泥水分离区12后，在其重力作用，由于污泥密度大于碳源上清液的密度，从而使污泥与碳源上清液发生分离，沉淀下来的污泥形成回流污泥并顺着污泥扰流板29经过侧面污泥回流孔循环进入中间复合反应区22继续水解酸化；而产生的碳源上清液经过溢流堰14流出，并进行回收。由于回流污泥含有部分无机物，这部分无机物不会被碱解碳源化，最终因重力作用会积累在装置底部，当本发明运行一段时间后，打开排泥管15上的阀门，将这部分无机物将通过底部的排泥管15排出装置。由于无机物的密度大于污泥，无机物所受的重力大于其悬浮力，因为会在底部积累。通常污泥中都会还有无机物，不同污水厂或同一污水厂不同时间(进水)污泥含砂量是不同的这取决于进水含砂量。含砂量大排泥的周期就短。通常排泥周期设置为10天。
污泥碱解碳源化装置各部分的作用如下：
污泥碱解区21：通过碱解作用使大部分剩余污泥发生破解，固态难降解有机质转化为溶解性碳源(大分子有机物)。
中间复合反应区22：通过发酵菌的作用是大分子有机物转化为易生物降解的小分子有机物；同时使未碱解污泥继续进行水解酸化。
完全酸化区11：进一步促进大分子有机物向小分子有机物的转化。
泥水分离区12：使未碳源化的污泥与碳源上清液进行分离。
二、实施例
在以下实施例中，罐体1的高记为h1，内筒体2的高记为h2，污泥碱解区21的高记为h3，中间复合反应区22的高记为h4，污泥扰流板29的高记为h5，集液槽3的高记为h6；集液槽3的外径记为d1，罐体1的圆柱型部分的直径记为d2，内筒体2的直径记为d3，罐体1的圆台型部分的底面直径记为d4。
实施例1
1、h1:d2为2:1；d2:d3为2:1；d2:d4为5:1；h1:h2为4:3；h3:h4为1:1；h5:h4为1:3；α为600；β为300；γ为1200；d1＝300mm；d2＝200mm；d3＝100mm；d4＝40mm；h1＝400mm；h2＝300mm；h3＝h4＝150mm；h5:＝50mm；h6＝50mm。污泥浓度为10000mg/L，污泥有机质含量为40％；污泥停留时间为1天，污泥碳源化池ORP为47mv；污泥碱解区21的pH值维持在10；中间复合反应区22的pH值维持在8；搅拌桨转速在100转/分钟。
获得的污泥碳源化率和酸化率分别为55％和45％。
式中：SCODe为碳源化后的溶解性化学需氧量(mg/L)，SCOD0为处理前的溶解性化学需氧量(mg/L)，TCODe为碳源化后的总化学需氧量(mg/L)，TCOD0为处理前的总化学需氧量(mg/L)。
式中：VFAe为碳源化后的挥发性脂肪酸浓度(mg/L)，VFA0为处理前的挥发性脂肪酸浓度(mg/L)。
实施例2
h1:d2为3:1；d2:d3为2:1；d2:d4为5:1；h1:h2为4:3；h3:h4为1:1；h5:h4为1:3；α为700；β为450；γ为1000；d1＝500mm；d2＝400mm；d3＝200mm；d4＝80mm；h1＝1200mm；h2＝900mm；h3＝h4＝450mm；h5＝150mm；h6＝50mm。污泥浓度为10000mg/L，污泥有机质含量为40％；污泥停留时间为1天，污泥碳源化池ORP为47mv；污泥碱解区21的pH值维持在11；中间复合反应区22的pH值维持在9；搅拌桨转速在120转/分钟。
获得的污泥碳源化率和酸化率分别为60％和58％，计算方法同实施例1。
实施例3
h1:d2为3:1；d2:d3为2:1；d2:d4为5:1；h1:h2为4:3；h3:h4为1:1；h5:h4为1:3；α为650；β为450；γ为1200；d1＝400mm；d2＝300mm；d3＝100mm；d4＝60mm；h1＝600mm；h2＝450mm；h3＝h4＝225mm；h5＝75mm；h6＝50mm。污泥浓度为10000mg/L，污泥有机质含量为40％；污泥停留时间为1天，污泥碳源化池ORP为47mv；污泥碱解区21的pH值维持在11；中间复合反应区22的pH值维持在8；搅拌桨转速在150转/分钟。
获得的污泥碳源化率和酸化率分别为63％和52％，计算方法同实施例1。
本发明采用两步循环酸化的方式显著的提高了剩余污泥酸化率，使碱解产生的大分子有机物最大限度的转化为易生物降解有机物；通过设置扰流板和侧面污泥回流孔，在实现泥水分离的提前下，使未碳源化污泥进入中间复合反应区22进行再次水解酸化，提高了该装置的碳源化效率。本发明有效地实现了剩余污泥资源化利用并集污泥碱解、酸化以及泥水分离功能于一体，简化了设备，节省占地。整个装置可以自动化操作，运行能耗低，操作简便。
本发明的上述实施例仅仅是为说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其他不同形式的变化和变动。这里无法对所有的实施方式予以穷举。凡是属于本发明的技术方案所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。