曝氣強化污水處理廠剩余污泥高溫水解酸化裝置的制造方法
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及污泥資源化利用與處理領域，具體是曝氣強化污水處理廠剩余污泥高溫水解酸化裝置。
【背景技術】
[0002]厭氧消化是一種普遍存在于自然界的微生物降解有機物代謝過程。凡是有水和有機物存在的地方，只要供氧條件不好或有機物含量多，都會發生厭氧消化現象，使有機物經厭氧分解而產生ch4、co2、h2s等氣體。厭氧消化是一個極其復雜的過程，可以分為三個階段:第一階段，是在水解和發酵細菌作用下，碳水化合物、蛋白質與脂肪水解和發酵轉化成單糖、氨基酸、脂肪酸、甘油及二氧化碳、氫等；第二階段，是產氫產乙酸菌的作用下，把第一階段的產物進一步分解為氫、二氧化碳和乙酸；第三階段，是通過兩組生理上不同的產甲烷菌的作用，一組把氫和二氧化碳轉化成甲烷，另一組是對乙酸脫羧產生甲烷。污泥的水解酸化過程主要是指三階段理論中的前兩個階段。
[0003]目前對污泥厭氧消化的研究主要集中于生物質能源化，也即產甲烷過程，而對污泥厭氧消化過程中的水解酸化步驟關注相對較少。
【發明內容】
[0004]本實用新型的目的是提供一種曝氣強化污水處理廠剩余污泥高溫水解酸化方法及裝置，通過調整高溫污泥發酵過程中的電子受體，抑制污泥產甲烷過程使污泥水解酸化得到強化，提高污泥VFAs產率，為污泥水解酸化提供更有價值的資源化方法，使污泥水解酸化更具有操作性和經濟性。
[0005]污泥中的微生物水解酸化過程中產生的揮發性脂肪酸(VFAs)可以回收用來作為污水處理的“內碳源”，或者作為厭氧產甲烷發酵的底物，同時，有利于實現污泥減量化和資源化利用。
[0006]污泥水解酸化是其厭氧消化過程中的限制因素，如何強化其水解酸化過程，是污泥處理處置領域的重要技術問題。以往關于活性污泥水解酸化產生小分子揮發酸的研究，主要包括厭氧條件下水解酸化污泥接種量、污泥齡、污泥濃度等對剩余污泥水解產酸、污泥減量的影響。或者采用將污水和剩余污泥同時進行水解酸化，有效地改善污水的可生化性，提高系統對碳源的需求和利用效率，又可實現污泥的減量化。根據厭氧消化兩步過程，如果能夠有效抑制產甲烷過程，或者提高水解酸化過程的效率，都能夠提高水解酸化產物的積累，為水解酸化產物的進一步利用提供有利的基礎條件。如果使污泥交替經歷好氧或微好氧與厭氧條件，可能會促進產甲烷菌的抑制，同時能夠強化各種水解酶的產生，進而能夠強化污泥水解酸化。
[0007]本實用新型采用曝氣強化污泥水解酸化，通過對厭氧消化系統進行曝氣改變污泥生化代謝電子受體，可以強化剩余污泥水解酸化，抑制污泥產甲烷，進而促進有機酸的積累，推動城市剩余污泥資源化利用。
[0008]本實用新型的技術方案為:
[0009]曝氣強化污水處理廠剩余污泥高溫水解酸化的裝置:包括污泥儲存池、污泥進料栗、曝氣栗、攪拌器、逆止閥、水解酸化反應器、加熱水浴池、出泥栗，污泥進料栗置于污泥儲存池內，曝氣栗、攪拌器置于水解酸化反應器內，水解酸化反應器置于加熱水浴池內，水解酸化反應器連接出泥栗，水解酸化反應器上設有出氣口，該出氣口處裝有逆止閥。
[0010]污泥進料栗和出泥栗以及曝氣栗均由自動控制器控制，也可以采用手動方式控制。
[0011]所述的攪拌器為磁力攪拌器，轉速為140-160r/min。
[0012]曝氣強化污水處理廠剩余污泥高溫水解酸化方法:
[0013]對生活污水處理廠二沉池排出的剩余污泥進行靜置沉淀，排出上清液以濃縮污泥；濃縮后的污泥儲存于儲存池中，用污泥栗將濃縮污泥栗入水解酸化反應器中，然后，用曝氣栗對反應器進行曝氣8-12 min，曝氣流量為2.4~3L/h.L，氣體通過出氣口進行流通，并用逆止閥防止反應器外空氣進入反應器，以此提供氧氣作為電子受體，抑制產甲烷菌的活性，同時強化污泥水解酶等活性，整個反應過程中，攪拌器一直對污泥連續攪拌，控制反應器中污泥溫度在55±1°C條件下進行水解酸化反應，每24h排出反應體積1/4的污泥，并加入等量體積的濃縮污泥，實現連續水解酸化反應。
[0014]本實用新型與現有技術比較具有的積極效果:
[0015]使用本實用新型的裝置以城市污水廠二沉池剩余污泥為原料，在高溫條件下利用短時曝氣的方法改變污泥厭氧水解酸化過程中電子受體，抑制了污泥產甲烷過程，強化了污泥水解酸化過程，獲得高附加值的揮發性脂肪酸。本實用新型不僅實現了污泥減量化、資源化、穩定化，減少了污泥對于城市環境的污染，同時生成的揮發性脂肪酸可以廣泛應用于環境及化工等多個領域，具有可觀的經濟價值、重要的生態效益和社會效益。
【附圖說明】
[0016]圖1為本實用新型的曝氣強化污水處理廠剩余污泥高溫水解酸化方法裝置結構示意圖。
[0017]圖中，1為污泥儲存池，2為污泥進料栗，3為曝氣栗，4為攪拌器，5為出氣口，6為逆止閥，7為水解酸化反應器，8為加熱水浴池，9為出泥栗，10為自動控制器。
[0018]圖2為污泥在兩種運行模式下發酵，污泥上清液揮發性脂肪酸(VFAs)濃度的變化趨勢。
[0019]圖3為污泥在兩種運行模式下發酵，碳源生化需氧量(C0D)濃度的變化趨勢。
[0020]圖4為污泥在兩種運行模式下發酵，懸浮污泥濃度(SS)的變化趨勢。
[0021 ] 圖5為兩種運行模式下發酵，揮發性懸浮污泥濃度(VSS)的變化趨勢。
【具體實施方式】
[0022]如圖1所示，本實用新型的曝氣強化污水處理廠剩余污泥高溫水解酸化的裝置:包括污泥儲存池1、污泥進料栗2、曝氣栗3、攪拌器4、逆止閥6、水解酸化反應器7、加熱水浴池8、出泥栗9，污泥進料栗置于污泥儲存池內，曝氣栗、攪拌器置于水解酸化反應器內，水解酸化反應器置于加熱水浴池內，水解酸化反應器連接出泥栗，水解酸化反應器上設有出氣口 5，該出氣口處裝有逆止閥。所述的攪拌器為磁力攪拌器，轉速為140-160r/min。污泥進料栗和出泥栗以及曝氣栗均由自動控制器10控制(也可以采用手動方式控制)。水解酸化反應器體積為2000 mL。
[0023]采用上述裝置曝氣強化污水處理廠剩余污泥高溫水解酸化方法:
[0024]對某生活污水處理廠二沉池排出的剩余污泥進行靜置沉淀，排出上清液以濃縮污泥，污泥儲存于儲存池1中，濃縮后的污泥濃度為15 g/L，用污泥栗2將濃縮污泥栗入水解酸化反應器7中，然后，用曝氣栗3對水解酸化反應器進行曝氣10 min，曝氣流量為2.4L/h噸，氣體通過出氣口 5進行流通，并用逆止閥6防止水解酸化反應器外空氣進入水解酸化反應器，以此提供氧氣作為電子受體，抑制產甲烷菌的活性，同時強化污泥水解酶活性，提高污水處理廠剩余污泥水解酸化效率。整個反應過程中，攪拌器4對反應器進行連續攪拌，攪拌器為磁力攪拌器，轉速為150 r/min，通過水浴裝置8控制反應器內溫度在55±1°C條件下進行水解酸化反應，每隔24 h排出反應體積1/4的污泥，并加入等量體積的濃縮污泥，實現連續水解酸化反應。整個水解酸化反應過程處于密閉發酵狀態。自動控制系統10控制栗2和栗9以及曝氣器3的運行。
[0025]通過曝氣強化污泥水解酸化運行模式相比未經處理的污泥水解酸化運行模式，水解酸化液中揮發性脂肪酸濃度可以提高至少1倍(從0.6 g/L提高到1.2 g/L)。
[0026]如圖2和圖3所示，污泥在曝氣和完全厭氧兩種運行模式下發酵，污泥上清液脂肪性揮發酸(VFA)和碳源生化需氧量(C0D)濃度的變化趨勢。如圖4和圖5所示，污泥在曝氣和完全厭氧兩種運行模式下發酵，懸浮污泥濃度(SS)和揮發性懸浮污泥濃度(VSS)的變化趨勢。曝氣強化條件下，溶解性C0D和VFA增長趨勢相同。反應器中溶解性C0D和VFA濃度呈對數上升趨勢，在8小時左右反應基本可以達到穩定條件下的80%。通過曝氣強化污泥水解酸化運行模式相比未經處理的污泥水解酸化運行模式，水解酸化液中，揮發性脂肪酸濃度可以提高至少1倍(從0.6 g/L提高到1.2 g/L)。相對于未經曝氣強化條件，曝氣強化后的反應器出水溶解性C0D和VFA都大幅增加，相比未經曝氣強化條件下的C0D和VFA濃度提高近2倍，對污泥水解酸化效果提高顯著。曝氣強化和未經曝氣強化條件下，污泥SS減量率分別為32%、24%，污泥VSS減量率分別為40%、32%。由此可見，通過曝氣強化的手段可以有效提高水解酸化效率，強化污泥減量效果，增強污泥水解酸化反應過程。
【主權項】
1.一種曝氣強化污水處理廠剩余污泥高溫水解酸化裝置，其特征在于該裝置包括污泥儲存池、污泥進料栗、曝氣栗、攪拌器、逆止閥、水解酸化反應器、加熱水浴池、出泥栗，污泥進料栗置于污泥儲存池內，曝氣栗、攪拌器置于水解酸化反應器內，水解酸化反應器置于加熱水浴池內，水解酸化反應器連接出泥栗，水解酸化反應器上設有出氣口，該出氣口處裝有逆止閥。2.根據權利要求1所述的曝氣強化污水處理廠剩余污泥高溫水解酸化裝置，其特征在于所述的攪拌器為磁力攪拌器，轉速為140-160r/min。
【專利摘要】本實用新型是一種曝氣強化污水處理廠剩余污泥高溫水解酸化的裝置。該裝置包括污泥儲存池、污泥進料泵、曝氣泵、攪拌器、逆止閥、水解酸化反應器、加熱水浴池、出泥泵，污泥進料泵置于污泥儲存池內，曝氣泵、攪拌器置于水解酸化反應器內，水解酸化反應器置于加熱水浴池內，水解酸化反應器連接出泥泵，水解酸化反應器上設有出氣口，該出氣口處裝有逆止閥。本實用新型不僅實現了污泥減量化、資源化、穩定化，減少了污泥對于城市環境的污染，同時生成的揮發性脂肪酸可以廣泛應用于環境及化工等多個領域。
【IPC分類】C02F11/02
【公開號】CN205024060
【申請號】CN201520720704
【發明人】郭玉梅, 吳毅暉, 郭昉, 吳光學, 李延晅, 趙思東, 王瑩瑩, 周平, 潘國強
【申請人】昆明滇池水務股份有限公司, 清華大學深圳研究生院
【公開日】2016年2月10日
【申請日】2015年9月17日