一种高效厌氧污泥碳源回收系统的制作方法

1.本发明涉及污水处理、污泥减量、污水厂碳排放降低技术领域，特别是涉及一种高效厌氧污泥碳源回收系统。


背景技术：

2.随着污水处理设施的普及、处理量的增加、处理标准的提高和处理功能的拓展，生化反应剩余污泥的产量也大幅地增加。污泥一般含有大量的有机物，丰富的氮、磷等物质，可以有效的加以利用，同时未处理的污泥也含有重金属、病原菌、寄生虫以及某些难以分解的有机毒物，如不进行合理处置，排放后会对环境造成严重的二次污染。污泥处理的投资和运行费用占整个污水处理厂投资及运行费用的15％左右，因此，污泥处理费用已成为污水处理厂所面临的沉重负担。
3.传统的污泥处理是先经过浓缩、稳定脱水等预处理后，再进行最终的处置，常用的方法主要有土地利用、卫生填埋和焚烧等。现有的污泥减量方式主要是通过中温高温污泥发酵，收集甲烷气体以加热再利用，同时达到污泥减量的效果，但是由于厌氧发酵产甲烷需要的路径长且需要加热来保证反应的进行，会导致能耗偏高且效率较低。
4.另外，目前生活污水厂(市政污水厂)存在着原水碳源缺乏的情况。进水中c/n比偏低，出水氮排放要求不断提高，污水自身碳源难以支持常规路径下微生物将污水中氮的指标处理到达标，通常情况下为保证稳定达标需额外投加碳源。这部分外加的碳源是污水厂日常运行费用的一大部分，增加了污水处理的成本，同时也是制约市政污水厂达到低碳、碳中和、碳盈余的主要因素之一。


技术实现要素：

5.基于此，本发明的目的在于，提供一种混合均匀、微生物群优质、运行稳定性高的高效厌氧污泥碳源回收系统。
6.本发明的高效厌氧污泥碳源回收系统，包括：
7.池体；
8.污泥分配器，所述污泥分配器设置于所述池体上方，所述污泥分配器与泥水混合输送管连接；
9.中心竖井，所述中心竖井竖向设置于所述池体内，且所述中心竖井的顶部与所述污泥分配器的出口连接；
10.涡流布泥单元，所述涡流布泥单元设置于所述池体底部，且所述涡流布泥单元的入口与所述中心竖井的下部连接；
11.三相分离器，所述三相分离器布置于所述池体内。
12.本发明的高效厌氧污泥碳源回收系统通过在池体上方设置污泥分配器，利用污泥分配器将泥水混合输送管输送的泥水混合物分配进中心竖井，中心竖井将泥水混合物进一步输送给涡流布泥单元，利用涡流布泥单元对泥水混合物进行水力搅拌，使池体内泥水混
合液混合均匀，搅拌无死区，使污泥与污泥水解反应区微生物充分接触反应，加强微生物与污泥的充分接触，可明显改变微生物群结构，工艺运行稳定性提高，提高微生物对剩余污泥胞外聚合物水解效率，从而为污水处理生化系统提供优质的碳源。
13.上述技术方案在一种实施方式中，所述涡流布泥单元包括多个涡流布泥器，多个所述涡流布泥器水平间隔布置于所述池体的底部，多个所述涡流布泥器的污泥进口与所述中心竖井的下部连接。
14.上述技术方案在一种实施方式中，所述涡流布泥器包括：
15.布泥器本体，所述布泥器本体包括依次连接的进泥段、混合段和扩散段，所述进泥段远离所述混合段的一端开设有所述污泥进口；
16.反射体，所述反射体设置于所述布泥器本体的下侧，且所述反射体具有反射面，所述反射面朝向所述扩散段的出口。
17.上述技术方案在一种实施方式中，所述涡流布泥器还包括喷嘴，所述喷嘴设置于所述进泥段内，且所述喷嘴的入口与所述污泥进口连接，所述喷嘴的出口朝向所述混合段。
18.上述技术方案在一种实施方式中，所述喷嘴包括直筒段和收窄段；
19.所述直筒段的一端开设有所述喷嘴的入口；
20.所述收窄段自其一端向其另一端收窄延展，所述收窄段的所述一端与所述直筒段的另一端连接，所述收窄段的所述另一端开设有所述喷嘴的出口。
21.上述技术方案在一种实施方式中，所述扩散段的内孔自其与所述混合段的连接处向所述扩散段的出口逐渐增大；
22.所述涡流布泥器还包括固定肋条，所述固定肋条连接于所述扩散段与所述反射体之间。
23.上述技术方案在一种实施方式中，所述反射体的中部朝向所述扩散段的出口凸起形成凸起部，所述凸起部的外表面形成所述反射面。
24.上述技术方案在一种实施方式中，所述三相分离器包括多组三角形罩，多组所述三角形罩自上而下布置于所述池体内，且每组均包括多个在水平方向布置的三角形罩。
25.上述技术方案在一种实施方式中，所述池体中位于所述三相分离器上部的区域形成澄清区，位于所述三相分离区下方的区域形成污泥水解反应区；
26.所述所述池体上部还设置有出水槽，所述出水槽设置所述池体的澄清区顶部。
27.上述技术方案在一种实施方式中，所述高效厌氧污泥碳源回收系统还包括排泥管，所述排泥管与所述池体的污泥水解反应区下部连接。
28.相对于现有技术，本发明的高效厌氧污泥碳源回收系统通过在池体上方设置污泥分配器，利用污泥分配器将泥水混合输送管输送的泥水混合物分配进中心竖井，中心竖井将泥水混合物进一步输送给涡流布泥单元，利用涡流布泥单元对泥水混合物进行水力搅拌，使池体内泥水混合液混合均匀，搅拌无死区，使污泥与污泥水解反应区微生物充分接触反应，加强微生物与污泥的充分接触，可明显改变微生物群结构，工艺运行稳定性提高，提高微生物对剩余污泥胞外聚合物水解效率，从而为污水处理生化系统提供优质的碳源。本发明的高效厌氧污泥碳源回收系统具有混合均匀、微生物群优质、运行稳定性高等特点。
29.为了更好地理解和实施，下面结合附图详细说明本发明。
附图说明
30.图1是本发明的高效厌氧污泥碳源回收系统的示意图。
31.图2是涡流布泥器的立体结构示意图。
32.图3是涡流布泥器的局部剖视图。
具体实施方式
33.在本说明书中提到或者可能提到的上、下、左、右、前、后、正面、背面、顶部、底部等方位用语是相对于其构造进行定义的，它们是相对的概念。因此，有可能会根据其所处不同位置、不同使用状态而进行相应地变化。所以，也不应当将这些或者其他的方位用语解释为限制性用语。
34.以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本公开相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与本公开的一些方面相一致的实施方式的例子。
35.在本公开使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本公开。在本公开中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。
36.请参阅图1，图1是本发明的高效厌氧污泥碳源回收系统的示意图。
37.本发明的高效厌氧污泥碳源回收系统，包括池体1、污泥分配器2、中心竖井3、涡流布泥单元4和三相分离器5。
38.污泥分配器2设置于池体1上方，污泥分配器2与泥水混合输送管10连接。
39.中心竖井3竖向设置于池体1内，且中心竖井3的顶部与污泥分配器2的出口连接。中心竖井3可以降低大量气泡进入高效厌氧污泥碳源回收系统的可能。
40.涡流布泥单元设置于池体1底部，且涡流布泥单元的入口与中心竖井3的下部连接。
41.三相分离器5布置于池体1内。
42.通过在池体1上方设置污泥分配器2，利用污泥分配器2将泥水混合输送管10输送的泥水混合物分配进中心竖井3，中心竖井3将泥水混合物进一步输送给涡流布泥单元，利用涡流布泥单元对泥水混合物进行水力搅拌，使池体1内泥水混合液混合均匀，搅拌无死区，使污泥与污泥水解反应区微生物充分接触反应，加强微生物与污泥的充分接触，可明显改变微生物群结构，工艺运行稳定性提高，提高微生物对剩余污泥胞外聚合物水解效率，从而为污水处理生化系统提供优质的碳源。
43.请进一步参阅图2和图3。图2是涡流布泥器的立体结构示意图。图3是涡流布泥器的局部剖视图。
44.具体地，涡流布泥单元4包括多个涡流布泥器41，多个涡流布泥器41水平等距、等阻间隔布置于池体1的底部，多个涡流布泥器41的污泥进口41111与中心竖井3的下部连接。通过配置涡流布泥单元4，布泥均匀，具有较强的搅拌能力，泥菌混合效果佳，水解酸化更彻底，多点式布泥确保布泥均匀性，同时防止堵塞。
45.涡流布泥器41包括布泥器本体411和反射体412。
46.布泥器本体411包括依次连接的进泥段4111、混合段4112和扩散段4113。
47.反射体412设置于布泥器本体411的下侧，且反射体412具有反射面，反射面朝向扩散段4113的出口。
48.通过设置布泥器本体411和反射体412，利用布泥器本体411的进泥段4111将泥水混合物引入，混合段4112将池内泥水混合物与引入的泥水混合物充分混合，泥水混合物经扩散段4113进一步的混合后，经反射体412的反射面改变流态，在一定范围内形成膨胀水力包，支撑污泥悬浮，从而形成高效的污泥膨胀床，混合均匀，使污泥与污泥水解反应区微生物充分接触反应，加强微生物与待水解污泥的充分接触。
49.具体地，进泥段4111远离混合段4112的一端开设有污泥进口41111。
50.涡流布泥器41还包括喷嘴413，喷嘴413设置于进泥段4111内，且喷嘴413的入口与污泥进口41111连接，喷嘴413的出口朝向混合段4112。
51.利用喷嘴413将从污泥进口41111流入的泥水混合物引入，泥水混合物经喷嘴413喷射、散发，使布泥均与，且能够提高水力搅拌效果。
52.优选地，进泥段4111的周侧开设有多个回流孔41112，多个回流孔41112沿进泥段4111的周侧均匀分布。回流孔41112可以接收池内泥水混合液，泥水混合液自回流孔41112流入后，可与污泥进口41111流入的泥水混合物进行充分混合。
53.进一步，喷嘴413的出口与回流孔41112靠近混合段4112的边缘齐平。如此设置，使得从喷嘴413的出口喷出的污泥与泥水混合液分别进入混合段4112后进行混合，利用污泥经喷嘴413后自带的水力与泥水混合液在混合段4112形成冲击，从而使二者进行充分的混合。
54.优选地，喷嘴413包括直筒段4131和收窄段4132。
55.直筒段4131的一端开设有喷嘴413的入口。
56.收窄段4132自其一端向其另一端收窄延展，收窄段4132的一端与直筒段4131的另一端连接，收窄段4132的另一端开设有喷嘴413的出口。
57.喷嘴413的直筒段4131可将泥水混合物循环引入，由于收窄段4132收窄延展，泥水混合物进入收窄段4132后，泥水混合物的水力得到进一步增强，从而使泥水混合物从喷嘴413的出口喷出后具备更强的水力，以增加在混合段4112的混合效果。
58.进一步，扩散段4113的内孔自其与混合段4112的连接处向扩散段4113的出口逐渐增大。这样设置，使污泥在扩散段4113与泥水混合液进一步接触和混合，从而形成一定程度的膨胀效果。另外，这种结构也使扩散段4113的出口形成大口径，可有效防止堵塞。
59.应当理解，布泥器本体411基于其基本功能，需要设置为筒状。优选地，本实施例的布泥器本体411呈圆筒状。
60.优选地，反射体412的中部朝向扩散段4113的出口凸起形成凸起部4121，凸起部4121的外表面形成反射面。利用凸起部4121的外表面形成反射面，使从扩散段4113流出的泥水混合物改变流态，在一定范围内形成膨胀水力包，支撑污泥悬浮，从而形成高效的污泥膨胀床。
61.进一步，凸起部4121为一圆弧线段沿反射体412的中心与扩散段4113的中心的连线为中心旋转一周所形成的几何体。该几何体的形状为类圆锥形，其朝向扩散段4113的端部的横截面积最小，且越远离扩散段4113，其横截面积越大。泥水混合物从扩散段4113流出后，与反射面的接触面积逐渐增大，从而逐渐改变流态，并在一定范围内形成膨胀水力包，
支撑污泥悬浮，形成高效的污泥膨胀床。
62.优选地，涡流布泥器41还包括多根固定肋条414，多根固定肋条414连接于扩散段4113与反射体412之间，且多根固定肋条414沿周向均匀分布。固定肋条414的结构简单，组装方便，且能将布泥器本体411与反射体412固定牢固。
63.在一些实施方式中，涡流布泥器41优选地采用复合材料制作，能够提高耐腐蚀性，延长使用寿命。
64.涡流布泥器41的能耗低，效率高，利用布泥时水力驱动，无需额外电力，且提高了对于来水水质负荷及水量冲击的稳定性。
65.进一步，三相分离器5包括多组三角形罩，多组三角形罩自上而下布置于池体1内，且每组均包括多个在水平方向布置的三角形罩。
66.优选地，池体1中位于三相分离器5上部的区域形成澄清区，位于三相分离区下方的区域形成污泥水解反应区。澄清区的出水中带有大量的优质碳源，碳源主要形态是挥发性脂肪酸等。三相分离器5能够形成稳定的污泥水解反应区、气固液分离区和澄清区，高效地将气、液、污泥进行分离，保证澄清区的上清液出水澄清，且不跑泥。
67.池体1上部还设置有出水槽11，出水槽11设置于池体1的澄清区顶部。
68.进一步，高效厌氧污泥碳源回收系统还包括排泥管6，排泥管6与池体1的污泥水解反应区下部连接。排泥管6可以将污泥水解反应区的污泥稳定的排出，污泥可以经过处理后排放或者供其他工序使用。
69.应当理解，本发明的高效厌氧污泥碳源回收系统需要配置相应的电气自控装置和监测仪表等，这些均属于现有技术，在此不再赘述。
70.污水厂经过初级处理的进水以及二沉池出水由于具备不同的orp，根据不同上游行业废水及市政污水种类不同，污水厂进水的orp范围在-200mv～-500mv之间，而生化出水的orp通常≥-100mv。污泥水解过程会伴随挥发性脂肪酸(vfas)的产生造成ph降低，通过引入少部分经过初级处理的进水和二沉池出水的量来调节高效厌氧污泥碳源回收系统内的ph与orp的范围，同时引入二沉池出水可以将污泥水解产生的vfas从污泥混合液中分离出来，进入澄清区通过上清液排放管回收这部分碳源。进入高效厌氧污泥碳源回收系统的污泥可以为二沉池剩余污泥、初沉池污泥、及经过浓缩池的生化污泥，不同生化污泥的在碳源回收内的反应条件有所不同，但物化污泥由于多为无机污泥，不建议进入高效厌氧污泥碳源回收系统。
71.通过引入污水厂进水与二沉池出水的比例不同，调节反应器内ph和orp，来控制系统污泥发酵程度(ph控制到6.5-8之间，orp控制在-250mv～-50mv之间，通过控制两种水的流量比例来控制反应器内的ph以及orp)，进而控制高效厌氧污泥碳源回收系统的运行情况，保证系统处于厌氧状态下前两阶段。污泥龄应控制在15天以内，避免过度发酵产生大量有机氮磷的溶出。
72.污水厂经过初级处理的进水以及污水厂二沉池出水按照比例进入本发明的高效厌氧污泥碳源回收系统，起到调节ph以及orp的功能。污泥与进水混合后的泥水混合液进入泥水分配器，通过涡流布泥单元4进入池体1内，在池体1内缓慢反应。污泥的搅拌依靠涡流布泥单元4布泥时产生的水力学搅拌作用，使得池体1内污泥与微生物(菌)能够充分混合。污水厂进水以及二沉池出水再通过良好的澄清区，其中含有反应产生的vfas进入主生化反
应段，为生化系提供优质的碳源。同时，污泥由于在池体1内发生了水解反应，污泥产量减少。污泥回流液可通过回流泵进入污泥分配器2，再通过涡流布泥单元4回到池体1内起到水利搅拌的效果。
73.本发明的高效厌氧污泥碳源回收系统能够产生更高含量的vfas，污泥发酵产物产率更高，经过污泥发酵后的产泥已高度消化，易于脱水减量，可以减少污水厂的污泥总量；根据泥量、泥质设计出了本发明的最佳的结构形式，确保合理的整体上升流速；采用独特的涡流布泥单元4，布泥均匀，具有较强的搅拌能力，泥菌混合效果佳，污泥发酵更彻底；多个涡流布泥器41多点式布泥确保布泥均匀性，同时防止堵塞；中心竖竖井的设计可以避免大量气泡进入高效厌氧污泥碳源回收系统的可能；具有较好的澄清区，防止污泥流失；池体1内反应后的污泥，沉降性能好；出水集水槽出水保证出水负荷低，出水水质好；碳源是脱氮除磷的良好碳源，且污泥发酵液比乙酸盐更适合作为脱氮除磷的碳源；可明显改变了微生物群结构，工艺运行稳定性提高，从而为污水处理生化系统提供优质的碳源。
74.本发明的高效厌氧污泥碳源回收系统使剩余污泥中的胞外聚合物充分水解、断链为短链脂肪酸，从而为污水处理生化系统提供优质的碳源。但整套系统对污泥胞内物质不进行深度水解以降低剩余污泥水解过程中因污泥水解氮磷过度释放而导致的碳源回收效率下降等问题，同时提高污水厂整体工艺运行稳定性，降低因投加碳源及污泥处置而产生的运行成本。
75.相对于现有技术，本发明的高效厌氧污泥碳源回收系统通过在池体1上方设置污泥分配器2，利用污泥分配器2将泥水混合输送管10输送的泥水混合物分配进中心竖井3，中心竖井3将泥水混合物进一步输送给涡流布泥单元41，利用涡流布泥单元41对泥水混合物进行水力搅拌，使池体1内泥水混合液混合均匀，搅拌无死区，使污泥与污泥水解反应区微生物充分接触反应，加强微生物与污泥的充分接触，可明显改变微生物群结构，工艺运行稳定性提高，提高微生物对剩余污泥胞外聚合物水解效率，从而为污水处理生化系统提供优质的碳源。本发明的高效厌氧污泥碳源回收系统具有混合均匀、微生物群优质、运行稳定性高等特点。
76.以上实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。