一种投加易腐垃圾厌氧沼液作为反硝化补充碳源的FBBR填料装置

一种投加易腐垃圾厌氧沼液作为反硝化补充碳源的fbbr填料装置
技术领域
1.本实用新型属于污水处理领域，涉及一种投加易腐垃圾厌氧沼液作为反硝化补充碳源的fbbr填料装置。


背景技术：

2.流化床(fluidized bed reactor，fbr)和移动床生物膜反应器(moving be d biofilm reactor，mbbr)被广泛应用在污水处理厂中。砂、活性炭、焦炭等颗粒通常作为载体填充于fbr内，以液体或气体为动力使载体呈流化状态，污水与填料上微生物充分接触，进而降解污染物。而mbbr是在反应器内填充密度接近于水的填料，通过搅拌或者曝气等形式使填料处于悬浮状态，来提高污水和生物膜的接触面积。
3.固定膜生物膜反应器(fixed-bed biofilm reactor，fbbr)则结合fbr和 mbbr的优点，将密度接近于水的填料投加在fbr中，污水从下至上进入反应器，在反应器内不断循环运动，充分增加了污水与填料的接触面积。fbbr兼具fbr和mbbr两种反应器的优点，具有节省占地面积、操作简单、抗冲击负荷强等优点。反应器内的填料处于流化态的同时又处于悬浮态，附着在填料上的微生物量增加，更有利于世代时间长的微生物生长，单位容积反应器内污水与微生物的接触面积增加，能显著提高污水处理效果。
4.fbbr工艺脱氮的主要来源是好氧曝气阶段发生的同步硝化反硝化反应(s nd)。当填料生物膜逐渐增厚时，由于溶解氧的传质阻力，填料生物膜开始出现由外向内的好氧-缺氧区，为反硝化脱氮微生物群落提供了合适的生存环境。在生物膜外层氨氮被氧化成硝态氮，在生物膜内部硝态氮被还原成氮气，即在生物膜中实现了同步硝化反硝化(snd)。总氮的去除需要依靠反硝化菌在缺氧条件下利用碳源作为电子供体，nox-n作为电子受体进行反硝化实现。因此，碳源是否充足直接影响snd运行效果。但现在城镇污水厂普遍存在进水碳源不足，制约了fbbr的snd及反硝化效果。
5.外加碳源具有操作简便，无需大规模工艺改造的优势，是目前强化fbbr脱氮的常用策略。但外碳源的投加增加了工艺运行成本(如乙酸钠水剂约为1500 元/吨)。
6.近年来研究发现，易腐垃圾厌氧沼液具有bod充足、富含vfa、c/n高、可生化性好的特点。现状易腐垃圾厌氧沼液通常采用多级aao+mbr、厌氧+m br+纳滤或多级ao+超滤+混凝沉淀等方式处理达标后纳管排放，其在处理过程中消耗能量造成了碳排放的增加，同时处理成本高达60～100元/吨。
7.本实用新型提出将易腐垃圾厌氧沼液用作fbbr内置碳源，并提出了一种投加易腐垃圾厌氧沼液作为反硝化补充碳源的fbbr填料装置及其方法，其具有强化fbbr脱氮及稳定运行的作用。易腐垃圾厌氧沼液的资源化利用同时降低污水处理和垃圾处理成本，有利于企业可持续发展，同时也符合节能减排，有利于碳达峰战略的实现。


技术实现要素：

8.为了克服现有技术的不足，本实用新型提供了一种基于反扩散原理投加易腐垃圾厌氧沼液作为反硝化补充碳源的fbbr装置。传统fbbr生物膜外层溶解氧含量和碳源浓度均高，而生物膜内层溶解氧和碳源含量均低。在实际运行中，常存在生物膜内层缺氧区反硝化碳源不足，反硝化受抑制。而生物膜外层虽然碳源充足，但由于溶解氧含量较高不满足反硝化条件。本实用新型提出在填料内层加注易腐垃圾厌氧沼液作为反硝化补充碳源，实现了溶解氧和碳源的反向浓度梯度，进而强化生物膜内层缺氧区反硝化作用，达到节约成本，环保减排的目的。
9.本实用新型的技术方案如下：
10.一种投加易腐垃圾厌氧沼液作为反硝化补充碳源的fbbr填料装置，所述f bbr填料装置包括填料外壳、沼液配水单元和填料；
11.所述填料外壳为可互相连接组合的聚氯乙烯塑料构件，所述填料外壳的底部设有若干凹槽，顶部设有与凹槽配合的凸块；所述的填料外壳的正面和背面上设置有搭扣，所述搭扣用于固定长度方向上相邻的两个填料外壳；所述填料外壳的一个侧面为敞口设计，该敞口侧面用于作为填料装填时的进出口，且作为污水与填料的接触面，该敞口侧面设置有皮带和皮带按压扣，皮带通过皮带按压扣相互连接，所述皮带连接后用于固定装填后的填料；所述填料外壳内部中空，作为预留填料区；所述填料设置在填料外壳的预留填料区内；所述的沼液配水单元设置在填料外壳内部，其包括位于填料外壳内部的内部主管道和多个内部支管道；内部主管道一端用于输入沼液，另一端分别与内部支管道连通，内部支管道上设置有若干沼液出口，所述内部支管道设置在与敞口侧面正对的侧面的内壁上。
12.根据本实用新型的优选方案，所述的易腐垃圾厌氧沼液为易腐垃圾经厌氧发酵处理所得到的产物；易腐垃圾厌氧沼液中bod含量应高于800mg/l，c/n应为7以上，vfa应为400mg/l以上；易腐垃圾厌氧沼液中重金属含量满足污水综合排放标准要求。
13.根据本实用新型的优选方案，所述搭扣包括搭扣母扣和搭扣子扣，搭扣母扣和搭扣子扣分别设在相邻的两个填料外壳上，两者通过卡扣接口配合连接；所述填料外壳为侧面镂空的长方体构件，单个构件一个侧面镂空，两个构件左右组合之后，组合构件的左右侧面镂空。
14.根据本实用新型的优选方案，所述填料外壳的长50-70cm，宽25-35cm，高 50-70cm；所述的内部主管道呈l型；内部主管道管径0.5-2.5cm；所述内部支管道为管径0.6-1.0cm的圆柱形管道，内部支管道每隔5.0-6.0cm设置有分出管道连向填料区，分出管道长0.6-0.8cm，管径0.6-0.8cm；分出管道端口作为沼液出口。
15.根据本实用新型的优选方案，所述填料外壳顶部含有2个凸块，凸块长2.5
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3.5cm，宽2.5-3.5cm，高4.5-5.5cm；所述填料外壳底部含有2个凹槽，凹槽长2. 5-3.5cm，宽2.5-3.5cm，高4.5-5.5cm，凹槽内置于填料外壳的实心底部中；
16.所述填料外壳正面、背面分别含有2个搭扣母扣、搭扣子扣，搭扣子扣长7
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10cm，宽2-4cm，厚1-2cm；搭扣母扣长19.5-22.5cm，宽2.6-3.0cm，以铰链固定在填料外壳表面，搭扣母扣中有一空心图案，空心图案形状恰好与搭扣子扣相同；填料外壳依靠凹槽、凸块实现上下构件固定安装，依靠搭扣母扣、子扣实现左右填料外壳固定安装。
17.根据本实用新型的优选方案，所述填料长48-68cm，宽23-33cm，高38-58c m，所述
填料材料为聚氨酯，表面有细小微孔，比表面积大，具有较高的吸附能力。
18.根据本实用新型的优选方案，所述填料外壳还包括填料外壳底座；所述填料外壳底座长52-72cm，宽52-72cm，高5-7cm，厚度0.8-1.0cm；填料外壳底座上设置有若干底部内凹的凸起，其中，凸起能够与填料外壳底部的凹槽匹配，内凹部位能够与填料外壳顶部的凸块匹配。
19.本实用新型的有益效果：
20.本实用新型提出了一种投加易腐垃圾厌氧沼液作为反硝化补充碳源的fbb r填料装置及其方法，采用易腐垃圾厌氧沼液作为反硝化补充碳源，沼液通过配水单元进入填料装置，并逐渐由填料内部向外部扩散，在填料内部形成较高碳源浓度、较低溶解氧浓度的环境，有利于反硝化反应的进行，强化了低强度进水的城镇污水厂总氮脱除效率。发明在解决污水处理厂尾水总氮达标困难的问题的同时，降低了易腐垃圾厌氧沼液处理成本及低强度污水处理成本，并减少了外碳源投加带来的能量源碳排放，具有节能减排的意义、有利于碳达峰战略实现的重要意义。
附图说明
21.图1为易腐垃圾厌氧沼液产生工艺流程图；
22.图2为填料外壳构件示意图；
23.图3为填料外壳底座示意图；
24.图4为填料外壳装配示意图；
25.图5为搭扣固定流程示意图；
26.图6为填料外壳组合后示意图；
27.图7为填料外壳多构件装配工作示意图；
28.图8为填料外壳内部沼液流动示意图；
29.图中：1、填料外壳；2、凸块；3、内部主管道；4、搭扣子扣；5、搭扣母扣；6、内部支管道；7、皮带按压扣；8、皮带；9、凹槽；10、填料外壳底座；11、填料；12、胶皮管；13、外部管道。
具体实施方式
30.以下通过附图对本实用新型做进一步的阐述。
31.如图2所示，本实用新型包括填料外壳1、沼液配水单元和填料11，填料外壳1为可互相连接组合的聚氯乙烯塑料构件，所述填料外壳1的底部设有若干凹槽9，顶部设有与凹槽9配合的凸块2；所述的填料外壳1的正面和背面上设置有搭扣，所述搭扣用于固定长度方向上相邻的两个填料外壳1；所述填料外壳1 的一个侧面为敞口设计，该敞口侧面用于作为填料11装填时的进出口，且该敞口侧面设置有如图5所示的皮带8和皮带按压扣7，皮带8通过皮带按压扣7相互连接，所述皮带8连接后用于固定装填后的填料11；所述填料外壳1内部中空，作为预留填料11区；填料11设置在填料外壳1的预留填料11区内；如图 8所示，所述的沼液配水单元设置在填料外壳1内部，其包括位于填料外壳1内部的内部主管道3和多个内部支管道6；内部主管道3一端用于输入沼液，另一端分别与内部支管道6连通，内部支管道6上设置有若干沼液出口，所述内部支管道6设置在与敞口侧面正对的侧面的内壁上。填料11设置在敞口侧面正对的侧面与敞口侧面之间。
32.胶皮管12外部管道13将经过分拣，分类程度高，分类情况好的易腐垃圾运往某餐厨废弃物处理厂进行破碎制浆预处理，易腐垃圾的含水量为70％～90％，经破碎制浆预处理后浆液的粒度小于10mm以便后续三相分离的有效进行。
33.如图1所述，易腐垃圾进入料仓后，进行除渣，然后将易腐垃圾送入加热罐进行加热，并保持加热温度为80℃，再进入三相分离机进行分离。易腐垃圾经三相分离后的浆料进入厌氧进水罐停留3天。经过降温后(80℃～35℃)的有机浆液由厌氧进水泵提升入厌氧发酵罐，经过厌氧发酵罐充分发酵后产生的沼液进入后发酵罐，经收集后作为碳源以管道形式输入fbbr装置中。
34.易腐垃圾沼液中含有高浓度bod和vfa。检测发现，其bod浓度达9000 mg/l以上，有利于生物反硝化脱氮。同时，易腐垃圾经厌氧发酵后，其主要有机组分转化为小分子的乙酸、丙酸、丁酸、戊酸等挥发性脂肪酸(vfas)。检测发现，沼液中平均挥发性脂肪酸(vfas)含量高达750mg/l以上。
35.表一易腐垃圾厌氧沼液主要重金属含量测定
[0036][0037]
对易腐垃圾厌氧沼液进行重金属含量测定。结果表明，易腐垃圾沼液中重金属(pb及cr)含量较低，满足一级a排放标准(gb 8978-1996)要求，对污水处理工艺的环境污染风险及微生物毒害作用较小。
[0038]
结合图2-图8进行说明：fbbr反应器单个填料外壳1构件长50-70cm，宽 25-35cm，高50-70cm；填料外壳1表面含有2个凸块2，凸块2长2.5-3.5cm，宽2.5-3.5cm，高4.5-5.5cm，填料外壳1底部含有2个凹槽9，凹槽9长2.5-3.5 cm，宽2.5-3.5cm，高4.5-5.5cm，凹槽9内置于填料外壳1的内置于实心底部中；填料外壳1正面、背面分别含有2个搭扣母扣5、搭扣子扣4，搭扣子扣4长7
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10cm，宽2-4cm，厚1-2cm，以一个管径0.6-1.0cm，长0.8-1.2cm的小圆柱体固定在填料外壳1表面，搭扣母扣5长19.5-22.5cm，宽2.6-3.0cm，以铰链固定在填料外壳1表面，搭扣母扣5中有一空心图案，空心图案形状恰好与搭扣子扣4 相同；填料外壳1正反面分别含有2组皮带按压扣，其中皮带长25-35cm；填料外壳底座10长52-72cm，宽52-72cm，高5-7cm，各部分厚度0.8-1.0cm；填料外壳底座10上设置有若干底部内凹的凸起，其中，凸起能够与填料外壳1底部的凹槽9匹配，内凹部位能够与填料外壳1顶部的凸块2匹配，便于填料外壳多构件装配。填料外壳1的长50-70cm，宽25-35cm，高50-70cm；所述的内部主管道3呈l型；内部主管道3管径0.5-2.5cm；内部支管道6为管径0.6-1.0cm的圆柱形管道，内部支管道6每隔5.0-6.0cm设置有分出管道连向填料11区，分出管道长0.6-0.8cm，管径0.6-0.8cm；分出管道端口作为沼液出口。外部管道13 外部管道13外部管道13填料外壳底座10长52-72cm，宽52-72cm，高5-7cm，各部分厚度0.8-1.0cm，填料外壳底座10上设置有若干底部内凹的凸起，其中，凸起能够与填料外壳1底部的凹槽9匹配，内凹部位能够与填料外壳1顶部的凸块2匹配。对本实用新型整个运行过程进行详细的描述：
[0039]
整个装置从外到内依次是：填料外壳1、沼液配水单元和填料11。在整个装置运行过程中，先用搭扣母扣5、搭扣子扣4，将搭扣子扣4通过搭扣母扣5空心处之后旋转，继而在
左、右方向上固定住2个填料外壳1，使两构件对准并固定。再将填料11放入填料区，使填料11充分占据填料11室，通过皮带按压扣 7固定填料11于填料11区中。再将搭建好的填料外壳1多构件以上、下装配固定在一起并同样通过凸起恰好插入凹槽9的方式放入如图3所示的底座内，底座对填料外壳1起到固定作用。最后以胶皮管12联通内、外管道，以沼液可以顺利进入沼液配水单元并进入填料11区。
[0040]
将装配好的fbbr反应器固定于污水厂生物处理池中，沼液外部配水管道以胶皮管12连接填料外壳1内部管道，使沼液可以顺着沼液配水单元依次流动进入填料11区，并逐渐由内到外渗透进填料11中；同时生物处理池中的污水通过 fbbr填料11装置的敞口侧面进入填料11，并逐渐由外到内渗透进填料11中。这一过程营造了填料11内部碳源浓度高，含氧量低，外部碳源浓度低，含氧量高的环境，从而实现污水的处理。本实用新型有利于反应器中硝化菌和反硝化菌的生长，有利于提高脱氮除磷效果，同时利用了易腐垃圾厌氧沼液，提高了资源利用率，降低了能源消耗。
[0041]
总而言之，本实用新型通过在fbbr中引入易腐垃圾厌氧沼液作为反硝化补充碳源是可行的。易腐垃圾厌氧沼液能在污水处理系统中提供稳定的碳源，提高污水处理系统的污染物去除能力和稳定性，极大降低污水处理运行成本费用，控制了碳排放，实现了节能减排，有利于碳达峰战略的实现，能够提供一定经济效益。
[0042]
应当理解的是，本实用新型的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本实用新型的原理，而不构成对本实用新型的限制。因此，在不偏离本实用新型的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。此外，本实用新型所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。