CN107973503A - 一体式颗粒污泥硫化脱钙装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种一体式颗粒污泥硫化脱钙装置及方法。装置主体由集泥区、布水区、脱钙区、硫化区和循环区组成。集泥区设集泥室和导泥管；布水区设进水管和布水室；脱钙区设颗粒污泥室和沉淀分离室；硫化区设供气室、硫粒床和环形贮酸室；循环区设酸液循环系统和混合液循环系统。通过硫化区的作用，实现硫酸的持续产生；通过脱钙区的作用，实现碳酸钙的持续溶解；通过循环区的作用，实现硫酸液的循环利用；通过集泥区的作用，实现脱钙后颗粒污泥的输出。本发明将硫化产酸与颗粒污泥脱钙融于一体，装置结构紧凑；以硫化细菌产酸，成本低廉，只需对硫粒床进行曝气，硫化菌即能将单质硫氧化成硫酸；以酸液溶解脱钙，酸量可控，可减轻颗粒污泥损伤。
Description
技术领域
本发明涉及一种颗粒污泥脱钙装置，尤其涉及一种一体式颗粒污泥硫化脱钙装置及方法。
背景技术
人类生活和生产活动排放大量有机废水，导致我国湖泊、河流以及近海等水体严重污染。作为一类经济高效的废水处理技术，UASB、EGSB和IC反应器广泛应用于有机废水处理。有机废水，特别是工业有机废水普遍含钙。在厌氧生物处理过程中，有机污染物转化为二氧化碳，与钙结合，产生碳酸钙，分布于颗粒污泥内部和表面，可通过影响传质而影响活性。钙化颗粒污泥积累于反应器内，既降低了装置的有效容积，增大了厌氧消化工程的成本，也限制了厌氧消化技术的应用。
厌氧颗粒污泥是厌氧消化微生物的自然聚集体，UASB、EGSB和IC反应器的效能与厌氧颗粒污泥的活性密切相关。防止厌氧颗粒污泥钙化，促使钙化厌氧颗粒污泥脱钙，无疑有利于保持厌氧颗粒污泥的功能，助力高效厌氧反应器的持续运行。迄今为止，工程上应对颗粒污泥污泥钙化的主要手段是对废水进行化学除钙预处理或增大对反应器内钙化颗粒污泥的更换频率，前者需要添加大量药剂，后者需要补充大量高效污泥，成本较高。研发经济有效的颗粒污泥防钙除钙方法，已成为保障厌氧消化技术发展的当务之急。本发明以低廉大宗的硫粒作为物料，通过生物硫化产生硫酸，再以硫酸溶解碳酸钙，产酸量可控，脱钙产物无污染，处理过程低成本，具有很好的推广应用前景。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种一体式颗粒污泥硫化脱钙装置。本发明所采用的具体技术方案如下：
一体式颗粒污泥硫化脱钙装置，装置主体由下至上依次分为集泥区、布水区、脱钙区和硫化区，循环区独立于装置主体，用于连通布水区和脱钙区以及布水区和硫化区；集泥区通过导泥管从下到上依次连接导泥水泵、止水阀和倒锥形集泥室底部；布水区从下到上设进水管和布水器，进水管上设置有进水水泵；脱钙区侧壁上设置有若干个pH检测口，脱钙区从下到上分为颗粒污泥脱钙反应室和沉淀分离室，沉淀分离室上方设置泥水分离器，泥水分离器上方的装置侧壁上设有带控制阀的出水管；硫化区底部通过多孔滤板与脱钙区分隔，硫化区中部通过筒形外壁包裹形成硫粒床，硫粒床的外壁底部与装置主体内壁之间通过环形的挡水板密封，硫粒床底部设置由输气管和管式微孔曝气头组成的供气装置，硫粒床内设用于支撑硫粒的多孔底板，硫粒床上面设顶空室，顶空室连通用于排出尾气的尾气管；硫粒床外围包裹有环形贮酸室，用于收集从硫粒床中溢流出的硫酸液；循环区设酸液回流管、酸液回流泵、混合液回流管和混合液回流泵，脱钙区上部通过混合液回流管和混合液回流泵回流至布水区，环形贮酸室通过酸液回流管和酸液回流泵通入布水区中。
该方案还可以进一步采用如下优选方式：
所述的集泥区、布水区、脱钙区与硫化区的体积之比1～1.5：1：8～10：1.5～2。
所述的环形贮酸室底部与硫粒床多孔底板持平，贮酸室酸液高度控制在硫粒床高度的10％～20％；硫粒床和环形贮酸室的体积之比为1：0.8～1。
所述的脱钙区中颗粒污泥脱钙反应室和沉淀分离室的体积之比为1：0.3～0.4；泥水分离器的挡板与装置主体侧壁的夹角为30°～40°；沉淀分离室内出水管与脱钙区顶部的垂直距离为5～10cm；脱钙区沿高度方向等距设三个pH检测口，底端的pH检测口与进水管的垂直距离为15～20cm。
所述的酸液回流管的进液端与硫化区底部的垂直距离为5～10cm；混合液回流管的进液端与脱钙区顶部的垂直距离为10～15cm。
整个颗粒污泥硫化脱钙装置的高径比为5～7：1，集泥区、布水区和硫化区的高径比为0.5～1：1，脱钙区的高径比为3～4：1。
所述的倒锥形集泥室底角为50°～70°；进水管与该室顶部的垂直距离为5～10cm；酸液回流管和混合液回流管的出液端与进水管的垂直距离为5～10cm。
所述的硫粒床中可充填有单质硫颗粒，脱钙区中可充填有颗粒污泥。
所述的硫粒床外壁顶部设有溢流堰。
一种利用上述装置的颗粒污泥硫化脱钙方法，其步骤如下：
打开止水阀，利用导泥水泵将钙化颗粒污泥通过导泥管打入反应器脱钙区中，关闭止水阀；进水水泵设定一流量值进水，当装置内液面持续上升至脱钙区顶部时，调整进水流量值使得液面缓缓上升通过多孔滤板进入硫化区；输气管开始曝气并通过管式微孔曝气头进入硫粒床内，硫粒床内开始产酸，硫酸液通过溢流堰流入环形贮酸室内并不断积累，当贮酸室液面达到控制液面高度上限时，停止曝气，并关闭进水水泵；打开混合液回流泵和酸液回流泵，待贮酸室内液面达到控制液面高度下限时，关闭酸液回流泵；保持混合液回流使得硫酸液可以多次利用，脱钙区进行持续酸洗脱钙，多次循环清洗之后，关闭混合液回流泵，打开进水水泵和出水管控制阀，将酸洗后的混合液排出，除钙后的颗粒污泥通过导泥管排出并继续下一轮循环。
本发明与现有技术相比具有的有益效果：1、将硫化产酸与颗粒污泥脱钙融于一体，装置结构紧凑，脱钙操作方便，便于推广使用；2、以硫化细菌产酸，成本低廉，只需对硫粒床进行曝气，硫化菌即能将单质硫氧化成硫酸；3、以酸液溶解脱钙，酸量可控，可减轻对颗粒污泥的损伤。
附图说明
图1是一体式颗粒污泥硫化脱钙装置结构图；
图2是布水区俯视图。
图中：集泥区Ⅰ、布水区Ⅱ、脱钙区Ⅲ、硫化区Ⅳ、循环区Ⅴ、导泥水泵1、导泥管2、止水阀3、倒锥形集泥室4、pH检测口5、布水器6、颗粒污泥脱钙反应室7、沉淀分离室8、泥水分离器9、挡水板10、输气管11、管式微孔曝气头12、多孔底板13、硫粒床14、溢流堰15、顶空室16、尾气管17、贮酸室液面控制高度线18、环形贮酸室19、多孔滤板20、控制阀21、出水管22、混合液回流管23、酸液回流管24、酸液回流泵25、混合液回流泵26、进水管27、进水水泵28。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步阐述和说明。
如图1和2所示，一体式颗粒污泥硫化脱钙装置中，装置主体由下至上依次分为集泥区Ⅰ、布水区Ⅱ、脱钙区Ⅲ和硫化区Ⅳ，循环区Ⅴ独立于装置主体，用于连通布水区Ⅱ和脱钙区Ⅲ以及布水区Ⅱ和硫化区Ⅳ。各部分的具体结构如下：集泥区Ⅰ通过导泥管2从下到上依次连接导泥水泵1、止水阀3和倒锥形集泥室4底部。布水区Ⅱ从下到上设进水管27和布水器6，进水管27上设置有进水水泵28。脱钙区Ⅲ侧壁上等距设置有三个pH检测口5，脱钙区Ⅲ从下到上分为颗粒污泥脱钙反应室7和沉淀分离室8，沉淀分离室8上方设置泥水分离器9，泥水分离器9上方的硫化脱钙装置侧壁上设有带控制阀21的出水管22。硫化区Ⅳ底部通过多孔滤板20与脱钙区Ⅲ分隔，硫化区Ⅳ中部通过无底无盖的筒形外壁包裹形成硫粒床14。硫粒床14中充填有单质硫颗粒，脱钙区Ⅲ中充填有颗粒污泥。硫粒床14的外壁底部与装置主体内壁之间通过环形的挡水板10密封，使挡水板10下方的水在挡水板10的引导下进入硫粒床14；硫粒床14底部设置由输气管11和管式微孔曝气头12组成的供气装置，硫粒床14内设用于支撑硫粒的多孔底板13，硫粒床14上面设顶空室16，顶空室16连通用于排出尾气的尾气管17；硫粒床14外壁顶部设有溢流堰15，硫粒床14外围包裹有环形贮酸室19，用于收集从硫粒床14中溢流出的硫酸液，环形贮酸室19可由硫粒床14外壁与装置主体内壁夹持而成。循环区Ⅴ设酸液回流管24、酸液回流泵25、混合液回流管23和混合液回流泵26，脱钙区Ⅲ上部通过混合液回流管23和混合液回流泵26回流至布水区Ⅱ，环形贮酸室19通过酸液回流管24和酸液回流泵25接入混合液回流管23中，并通过布水器6分布至脱钙区Ⅲ。
另外，在上述装置中，各部件的参数可设置如下：集泥区Ⅰ、布水区Ⅱ、脱钙区Ⅲ与硫化区Ⅳ的体积之比1～1.5：1：8～10：1.5～2。环形贮酸室19底部与硫粒床多孔底板13持平，贮酸室酸液高度控制在硫粒床高度的10％～30％，可预先划设一条贮酸室液面控制高度线18，以便于控制。硫粒床14和环形贮酸室19的体积之比为1：0.8～1。脱钙区Ⅲ中颗粒污泥脱钙反应室7和沉淀分离室8的体积之比为1：0.3～0.4；泥水分离器9的挡板与装置主体侧壁的夹角为30°～40°；沉淀分离室8内出水管22与脱钙区Ⅲ顶部的垂直距离为5～10cm；脱钙区Ⅲ最底端的pH检测口5与进水管27的垂直距离为15～20cm。酸液回流管24的进液端与硫化区Ⅳ底部的垂直距离为5～10cm；混合液回流管23的进液端与脱钙区Ⅲ顶部的垂直距离为10～15cm。管式微孔曝气头12与多孔底板13的垂直距离为5～10cm，多孔滤板20与输气管的垂直距离为5～10cm。整个颗粒污泥硫化脱钙装置的高径比为5～7：1，集泥区Ⅰ、布水区Ⅱ和硫化区Ⅳ的高径比为0.5～1：1，脱钙区Ⅲ的高径比为3～4：1。倒锥形集泥室4底角为50°～70°；进水管27与该室顶部的垂直距离为5～10cm；酸液回流管24和混合液回流管23的出液端与进水管27的垂直距离为5～10cm。
本发明中硫化区Ⅳ曝气供氧，利用硫化细菌将硫氧化成硫酸，储存于环形贮酸室19中；借助酸液循环系统，将硫酸液泵入布水区Ⅱ，借助混合液循环系统，进行脱钙区Ⅲ的混合液回流，以酸液脱除颗粒污泥内部和表面的碳酸钙，恢复颗粒污泥的传质能力。本发明的主要系统工作如下：
硫化区Ⅳ为产酸系统，主要包括多孔滤板20、挡水板10、输气管11、管式微孔曝气头12、多孔底板13、硫粒床14、环形贮酸室19、溢流堰15、顶空室16、尾气管17。脱钙区Ⅲ上升的水流通过多孔滤板20进入硫粒床14，空气通过输气管11和管式微孔曝气头12进入硫粒床14内，在供氧充足的状况下，硫化细菌将硫粒床14内的单质硫转化为硫酸。产生的酸液通过溢流堰15流入环形贮酸室19内，环形贮酸室19底部设有酸液回流管24，酸液回流管24用于连通布水区Ⅱ和硫化区Ⅳ。
脱钙区Ⅲ为颗粒污泥脱钙系统，主要包括颗粒污泥脱钙反应室7、pH检测口5、沉淀分离室8、泥水分离器9和出水管22。回流的硫酸液和混合液通过布水器6均匀的进入颗粒污泥脱钙反应室7进行脱钙反应，沉淀分离区8进行泥水分离。多次酸洗后的混合液通过出水管22排出，pH检测口5中可以安装pH检测计，用于监测pH反映脱钙系统的工作状态。
布水区Ⅱ为液体均匀混合系统，主要包括进水管27和布水器6。回流的硫酸液以及混合液与布水器6连接，并通过布水器6进入脱钙区Ⅲ，通过回流泵的流量调节保证进入脱钙区的酸液pH控制在既能够除钙又不会对颗粒污泥造成损伤的范围内。
集泥区Ⅰ为颗粒污泥的输入与输出系统。主要包括导泥水泵1、止水阀3、导泥管2和倒锥形集泥室4。通过导泥管2将钙化颗粒污泥打入反应器内，关闭止水阀3；颗粒污泥脱钙处理过后，打开止水阀3，利用导泥水泵1将颗粒污泥通过导泥管2排出。
循环区Ⅴ为酸液循环利用系统，主要包括酸液回流管24、酸液回流泵25、混合液回流管23和混合液回流泵26。酸液回流管24用于连通布水区Ⅱ和硫化区Ⅳ，混合液回流管22用于连通布水区Ⅱ和脱钙区Ⅲ。
基于上述装置，本发明还提供一种一体式颗粒污泥硫化脱钙方法，步骤如下：
打开止水阀3，利用导泥水泵1将钙化颗粒污泥通过导泥管2打入反应器脱钙区Ⅲ中，关闭止水阀3；进水水泵28设定一流量值进水，当装置内液面持续上升至脱钙区Ⅲ顶部时，调整进水流量值使得液面缓缓上升通过多孔滤板20进入硫化区Ⅳ；输气管11开始曝气并通过管式微孔曝气头12进入硫粒床14内，硫粒床14内开始产酸，硫酸液通过溢流堰15流入环形贮酸室19内并不断积累，当贮酸室液面达到控制液面高度上限(约为硫粒床高度的20％～30％)时，停止曝气，并关闭进水水泵28；打开混合液回流泵26和酸液回流泵25，待贮酸室19内液面达到控制液面高度下限(约为硫粒床高度的10％～15％)时，关闭酸液回流泵25；保持混合液回流使得硫酸液可以多次利用，脱钙区Ⅲ进行持续酸洗脱钙，多次循环清洗之后，关闭混合液回流泵26，打开进水水泵28和出水管控制阀21，将酸洗后的混合液排出，除钙后的颗粒污泥通过导泥管2排出并继续下一轮循环。
Claims (10)
1.一种一体式颗粒污泥硫化脱钙装置，其特征在于：装置主体由下至上依次分为集泥区(Ⅰ)、布水区(Ⅱ)、脱钙区(Ⅲ)和硫化区(Ⅳ)，循环区(Ⅴ)独立于装置主体，用于连通布水区(Ⅱ)和脱钙区(Ⅲ)以及布水区(Ⅱ)和硫化区(Ⅳ)；集泥区(Ⅰ)通过导泥管(2)从下到上依次连接导泥水泵(1)、止水阀(3)和倒锥形集泥室(4)底部；布水区(Ⅱ)从下到上设进水管(27)和布水器(6)，进水管(27)上设置有进水水泵(28)；脱钙区(Ⅲ)侧壁上设置有若干个pH检测口(5)，脱钙区(Ⅲ)从下到上分为颗粒污泥脱钙反应室(7)和沉淀分离室(8)，沉淀分离室(8)上方设置泥水分离器(9)，泥水分离器(9)上方的装置侧壁上设有带控制阀(21)的出水管(22)；硫化区(Ⅳ)底部通过多孔滤板(20)与脱钙区(Ⅲ)分隔，硫化区(Ⅳ)中部通过筒形外壁包裹形成硫粒床(14)，硫粒床(14)的外壁底部与装置主体内壁之间通过环形的挡水板(10)密封，硫粒床(14)底部设置由输气管(11)和管式微孔曝气头(12)组成的供气装置，硫粒床(14)内设用于支撑硫粒的多孔底板(13)，硫粒床(14)上面设顶空室(16)，顶空室(16)连通用于排出尾气的尾气管(17)；硫粒床(14)外围包裹有环形贮酸室(19)，用于收集从硫粒床(14)中溢流出的硫酸液；循环区(Ⅴ)设酸液回流管(24)、酸液回流泵(25)、混合液回流管(23)和混合液回流泵(26)，脱钙区(Ⅲ)上部通过混合液回流管(23)和混合液回流泵(26)回流至布水区(Ⅱ)，环形贮酸室(19)通过酸液回流管(24)和酸液回流泵(25)通入布水区(Ⅱ)中。
2.根据权利要求1所述的一体式颗粒污泥硫化脱钙装置，其特征在于：所述的集泥区(Ⅰ)、布水区(Ⅱ)、脱钙区(Ⅲ)与硫化区(Ⅳ)的体积之比1～1.5：1：8～10：1.5～2。
3.根据权利要求1所述的一种一体式颗粒污泥硫化脱钙装置，其特征在于：所述的环形贮酸室(19)底部与硫粒床多孔底板(13)持平，贮酸室酸液高度控制在硫粒床高度的10％～30％；硫粒床(14)和环形贮酸室(19)的体积之比为1：0.8～1。
4.根据权利要求1所述的一体式颗粒污泥硫化脱钙装置，其特征在于：所述的脱钙区(Ⅲ)中颗粒污泥脱钙反应室(7)和沉淀分离室(8)的体积之比为1：0.3～0.4；泥水分离器(9)的挡板与装置主体侧壁的夹角为30°～40°；沉淀分离室(8)内的出水管(22)与脱钙区(Ⅲ)顶部的垂直距离为5～10cm；脱钙区(Ⅲ)沿高度方向等距设三个pH检测口(5)，底端的pH检测口(5)与进水管(27)的垂直距离为15～20cm。
5.根据权利要求1所述的一体式颗粒污泥硫化脱钙装置，其特征在于：所述的酸液回流管(24)的进液端与硫化区(Ⅳ)底部的垂直距离为5～10cm；混合液回流管(23)的进液端与脱钙区(Ⅲ)顶部的垂直距离为10～15cm。
6.根据权利要求1所述的一体式颗粒污泥硫化脱钙装置，其特征在于：整个颗粒污泥硫化脱钙装置的高径比为5～7：1，集泥区(Ⅰ)、布水区(Ⅱ)和硫化区(Ⅳ)的高径比为0.5～1：1，脱钙区(Ⅲ)的高径比为3～4：1。
7.根据权利要求1所述的一体式颗粒污泥硫化脱钙装置，其特征在于：倒锥形集泥室(4)底角为50°～70°，进水管(27)与该室顶部的垂直距离为5～10cm；酸液回流管(24)和混合液回流管(23)的出液端与进水管(27)的垂直距离为5～10cm。
8.根据权利要求1所述的一体式颗粒污泥硫化脱钙装置，其特征在于：硫粒床(14)中充填有单质硫颗粒，脱钙区(Ⅲ)中充填有颗粒污泥。
9.根据权利要求1所述的一体式颗粒污泥硫化脱钙装置，其特征在于：所述的硫粒床(14)外壁顶部设有溢流堰(15)。
10.一种利用权利要求1所述装置的颗粒污泥硫化脱钙方法，其特征在于，步骤如下：
打开止水阀(3)，利用导泥水泵(1)将钙化颗粒污泥通过导泥管(2)打入反应器脱钙区(Ⅲ)中，关闭止水阀(3)；进水水泵(28)设定一流量值进水，当装置内液面持续上升至脱钙区(Ⅲ)顶部时，调整进水流量值使得液面上升通过多孔滤板(20)进入硫化区(Ⅳ)；输气管(11)开始曝气并通过管式微孔曝气头(12)进入硫粒床(14)内，硫粒床(14)内开始产酸，硫酸液通过溢流堰(15)流入环形贮酸室(19)内并不断积累，当贮酸室液面达到控制液面高度上限时，停止曝气，并关闭进水水泵(28)；打开混合液回流泵(26)和酸液回流泵(25)，待贮酸室(19)内液面达到控制液面高度下限时，关闭酸液回流泵(25)；保持混合液回流使得硫酸液可以多次利用，脱钙区(Ⅲ)进行持续酸洗脱钙，多次循环清洗之后，关闭混合液回流泵(26)，打开进水水泵(28)和出水管控制阀(21)，将酸洗后的混合液排出，除钙后的颗粒污泥通过导泥管(2)排出并继续下一轮循环。
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