申请/专利权人：南京师范大学

申请日：2019-07-30

公开（公告）日：2024-03-26

公开（公告）号：CN110395863B

主分类号：C02F11/02

分类号：C02F11/02

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.03.26#授权;2019.11.26#实质审查的生效;2019.11.01#公开

摘要：本发明公开了一种蚯蚓反应器及其污泥资源化处理的方法，包括反应器主箱体，以及位于反应器主箱体内的污泥处理箱和蚯蚓栖息床；蚯蚓栖息床位于污泥处理箱的下方，包括自反应器主箱体底部依次向上铺设的刨花木屑隔离过滤层、粉末木屑隔离过滤层、单丝滤布层、沙粒补充层、蚯蚓粪主体层以及腐熟牛粪营养层；反应器主箱体顶部设有用于开合的反应器网盖，底部侧面设有滤液收集装置，通过管道收集从反应器内过滤下来的滤液。污泥处理箱上部开口，底部与腐熟牛粪营养层相接触，并开有一组直径为2‑6mm的孔洞，方便蚯蚓进入污泥处理箱内进行取食。本发明蚯蚓反应器能够产出大量的成品蚯蚓、高质量蚯蚓粪有机肥和蚯蚓滤液。

主权项：1.一种蚯蚓反应器，其特征在于，包括反应器主箱体2，以及位于反应器主箱体2内的污泥处理箱3和蚯蚓栖息床；所述蚯蚓栖息床位于污泥处理箱3的下方，包括自反应器主箱体2底部依次向上铺设的刨花木屑隔离过滤层10、粉末木屑隔离过滤层9、单丝滤布层8、沙粒补充层7、蚯蚓粪主体层5以及腐熟牛粪营养层4；所述反应器主箱体2顶部设有用于开合的反应器网盖1，底部侧面设有滤液收集装置11；所述污泥处理箱3上部开口，底部与腐熟牛粪营养层4相接触，并开有一组直径为2-6mm的孔洞；所述蚯蚓粪主体层5底部设有通气管道6，所述通气管道6外接曝气装置12，且通气管道6上开有气孔；每根通气管道6上串联有一组蚯蚓反应器，通气管道6依次穿过蚯蚓反应器的内部；每组反应器的通气管道6通过公用的曝气管13连接曝气装置12；每组反应器的滤液收集装置11通过公用的滤液收集管15连接滤液储存罐14；所述刨花木屑隔离过滤层10填充有厚度为1-3cm的刨花木屑；所述粉末木屑隔离过滤层9填充有厚度为1-3cm的粉末木屑；所述单丝滤布层8为单层单丝滤布；所述沙粒补充层7填充有厚度为0.5-2cm的细沙粒；所述蚯蚓粪主体层5填充有厚度为5-9cm蚯蚓粪；所述腐熟牛粪营养层4填充有厚度为0.5-2cm的牛粪；所述反应器网盖1为15目透气纱网。

全文数据：一种蚯蚓反应器及其污泥资源化处理的方法技术领域本发明涉及污泥处理及资源化利用的方法，特别是涉一种新型蚯蚓反应器以及利用其进行污泥资源化处理的方法。背景技术目前，污水处理厂污泥的规模越来越大，污泥中可能含有病原体、重金属和持久性有机物等有毒有害物质，容易对地下水、土壤、空气等环境造成二次污染，形成了巨大的生态环境压力。使用填埋、焚烧、堆肥、高温发酵、沼气工程方式对污泥进行无害化处理是普遍采用的处置方法,但填埋、焚烧等方法处理污泥的同时容易造成二次污染，堆肥、高温发酵、沼气工程方式处理污泥的发酵最终物料也仍然不能将污泥彻底降解。蚯蚓是一种具有环境保护功能动物，基于蚯蚓的生物无害化处理技术是很有潜力的可持续环保处理技术。污泥通过蚯蚓的消化系统在蚯蚓肠道中的蛋白酶、脂肪分解酶、纤维酶、淀粉酶的作用下转化成为自身或其他生物易于利用的活性物质，通过蚯蚓对重金属的富集作用等降低污泥中重金属的环境危害，同时生成的蚯蚓蛋白质和氨基酸等不会对环境产生二次污染，因而可更为高效和彻底地实现污泥无害化。但是现有的蚯蚓处理污泥技术大多存在占地面积大、处理效率低、臭气扩散和蚊虫滋生等问题，使得蚯蚓处理污泥的推广受到了很大的阻碍。发明内容发明目的：针对现有技术中存在的蚯蚓处理周期长、占地面积大、蚊虫滋生和臭气等问题，本申请提供了一种新型蚯蚓反应器以及利用其进行污泥资源化处理的方法。该装置及方法结合污泥的理化性质、蚯蚓处理的特点以及蚯蚓的生理习性进行污泥处理，具有一次投放蚯蚓连续处理20批次及以上污泥、处理效率高、可处理多种污泥、蚯蚓粪和成品蚯蚓便于收取等特点。为了解决上述技术问题，本发明采取的技术方案如下：一种蚯蚓反应器，包括反应器主箱体，以及位于反应器主箱体内的污泥处理箱和蚯蚓栖息床；所述蚯蚓栖息床位于污泥处理箱的下方，包括自反应器主箱体底部依次向上铺设的刨花木屑隔离过滤层、粉末木屑隔离过滤层、单丝滤布层、沙粒补充层、蚯蚓粪主体层以及腐熟牛粪营养层；所述反应器主箱体顶部设有用于开合的反应器网盖，底部侧面设有滤液收集装置，通过管道收集从反应器内过滤下来的蚯蚓滤液。所述污泥处理箱上部开口，底部与腐熟牛粪营养层相接触，并开有一组直径为2-6mm的孔洞，方便蚯蚓进入污泥处理箱内进行取食，同时将待处理污泥与蚯蚓原始生活区隔离，避免长时间停留在有毒物质中。进一步地，所述蚯蚓粪主体层底部设有通气管道，所述通气管道外接曝气装置，且通气管道上开有气孔，为蚯蚓提供氧气和活动附着面，增加蚯蚓环境容量和蚯蚓活性。更进一步地，所述蚯蚓反应器能够组合进行使用；组合时，每根通气管道6上串联有一组蚯蚓反应器，通气管道6依次穿过蚯蚓反应器的内部；每组反应器的通气管道6通过公用的曝气管13连接曝气装置12；每组反应器的滤液收集装置11通过公用的滤液收集管15连接滤液储存罐14。组合时用于同时处理较多的污泥。具体地，所述反应器主箱体直径为15-70cm，高为25-50cm，壁厚为0.5-4mm；所述污泥处理箱直径为26-66cm，高5-25cm，壁厚0.5-4mm。反应器主箱体形状可以是圆柱形，也可以是多边形柱体。具体地，所述刨花木屑隔离过滤层填充有厚度为1-3cm的刨花木屑；所述粉末木屑隔离过滤层填充有厚度为1-3cm的粉末木屑；所述单丝滤布层为单层单丝滤布；所述沙粒补充层填充有厚度为0.5-2cm的细沙粒；所述蚯蚓粪主体层填充有厚度为5-9cm蚯蚓粪；所述腐熟牛粪营养层填充有厚度为0.5-2cm的牛粪。刨花木屑和粉末木屑可以对蚯蚓堆肥过程中产生的蚯蚓滤液进行过滤，过滤后的蚯蚓滤液是很好的天然土壤改良剂和杀虫剂。单层单丝滤布过滤蚯蚓堆肥过程中产生的蚯蚓滤液同时防止蚯蚓向下方逃逸。刨花木屑隔离层、粉末木屑隔离层和单丝滤布层的共同作用下使反应器底部空间拥有更大空气容量，提高蚯蚓活性。细沙粒的细度模数为2.2～1.6，便于新繁殖蚯蚓吞食细沙粒进入体腔，帮助其自身消化食物，提高处理速率。蚯蚓粪是为了给蚯蚓提供最舒适的生存环境，提高反应器内蚯蚓容纳量和蚯蚓成活率，并且使新投入蚯蚓尽快适应反应器内环境并开始繁殖发育。牛粪在开始处理污泥之前为蚯蚓繁殖发育提供食物。沙粒补充层、蚯蚓粪主体层和腐熟牛粪营养层为蚯蚓处理污泥提供了最佳的生存环境和物质条件，共同作用下可以大大提高蚯蚓处理污泥的速率。优选地，所述反应器网盖为15目透气纱网，可以阻止处理过程中蚊虫飞入反应器内产卵繁衍，有效解决蚯蚓处理污泥过程中的蚊虫滋生问题。本发明进一步提供上述蚯蚓反应器处理污泥的方法，包括以下步骤：1向待处理的污泥中加入调理剂，再添加好氧嗜热菌剂混合均匀，在自然条件下进行好氧发酵腐熟5～9天；2在蚯蚓栖息床内投入成年带环赤子爱胜蚓0.2-0.45kg，将步骤1好氧发酵腐熟后的污泥搅散之后均匀放入污泥处理箱内，然后装入反应器主箱体中，污泥处理箱底部与蚯蚓栖息床完全接触，蚯蚓能够通过污泥处理箱底部孔洞钻入进行取食；3当污泥处理箱内的污泥全部转化为蚯蚓粪之后，取出污泥处理箱并收集蚯蚓粪和成品蚯蚓，收集蚯蚓滤液，进行下一周期处理。步骤1中，所述调理剂为牛粪和粉碎后园林废弃物，加入量分别为待处理污泥重量的10～20％。加入调理剂用于调节污泥的含水率、孔隙率和污泥蚯蚓适口性，是前处理的必须步骤。步骤2中，将腐熟后的污泥搅散之后均匀装入污泥处理箱是为了给蚯蚓处理过程提供更多空间和氧气，研究发现将待处理污泥搅散后均匀铺平蚯蚓处理效率更高，蚯蚓损耗更小。步骤3中，收集完蚯蚓粪和成品蚯蚓之后的污泥处理箱重新填充新的待处理污泥并放回反应器，进行下一周期污泥处理。因为反应器内蚯蚓容易在反应器内近亲繁殖造成蚯蚓退化，因此连续处理20周期结束后向反应器内投加复壮后的蚯蚓0.1-0.35kg，投加复壮后蚯蚓为反应器内蚯蚓种群提供外来基因，保持反应器内蚯蚓种群活力。有益效果：1、本发明蚯蚓反应器结构合理，占地面积小、处理效率高，且能够通过多个反应器拼接来处理较大的污泥量，一次投放蚯蚓能够连续处理20批次及以上的污泥，同时蚯蚓粪、蚯蚓滤液和成品蚯蚓等产品收集更加方便，还能够有效避免蚯蚓处理污泥过程中的臭气扩散和蚊虫滋生问题。2、本发明污泥处理方法适应于多种类污泥处理，不产生二次污染；可以大大提高蚯蚓活性，减少蚯蚓损耗，产出大量的成品蚯蚓、高质量蚯蚓粪有机肥和蚯蚓滤液；投资和运行费用低、适应面广，经济效益、环境效益和社会效益良好。附图说明下面结合附图和具体实施方式对本发明做更进一步的具体说明，本发明的上述和或其他方面的优点将会变得更加清楚。图1为本发明蚯蚓反应器的结构示意图。图2为多个蚯蚓反应器组合处理污泥的结构示意图。其中，各附图标记分别代表：1反应器网盖；2反应器主箱体；3污泥处理箱；4腐熟牛粪营养层；5蚯蚓粪主体层；6通气管道；7沙粒补充层；8单丝滤布层；9粉末木屑隔离过滤层；10刨花木屑隔离过滤层；11滤液收集装置；12曝气装置；13曝气管；14滤液储存罐；15滤液收集管。具体实施方式根据下述实施例，可以更好地理解本发明。说明书附图所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容所能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“前”、“后”、“中间”等用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。实施例1如图1所示，该蚯蚓反应器，包括反应器主箱体2，以及位于反应器主箱体2内的污泥处理箱3和蚯蚓栖息床。反应器主箱体2为亚克力材料的圆柱状结构，直径为20cm，高为40cm，壁厚为2mm；污泥处理箱3直径为17cm，高8cm，壁厚2mm，底部开有50个5mm的孔洞。蚯蚓栖息床包括自反应器主箱体2底部依次向上铺设的刨花木屑隔离过滤层10、粉末木屑隔离过滤层9、单丝滤布层8、沙粒补充层7、蚯蚓粪主体层5以及腐熟牛粪营养层4。反应器主箱体2顶部设有用于开合的反应器网盖1，底部侧面设有滤液收集装置11。蚯蚓渗滤液经过单丝滤布层8、粉末木屑隔离过滤层9和刨花木屑隔离过滤层10的过滤后流入到滤液收集装置11内。蚯蚓粪主体层5底部设有36#硅橡胶通气管道6，所述通气管道6外接曝气装置，且通气管道上开有气孔。刨花木屑隔离过滤层10填充有厚度为2cm的刨花木屑。粉末木屑隔离过滤层9填充有厚度为2cm的粉末木屑。单丝滤布层8为单层单丝滤布。沙粒补充层7填充有厚度为1cm的细沙粒，细度模数为2.2～1.6。蚯蚓粪主体层5填充有厚度为10cm蚯蚓粪，通过牛粪和秸秆混合蚯蚓堆肥后产生。腐熟牛粪营养层4填充有厚度为2cm经发酵腐熟后的牛粪。向反应器内蚯蚓栖息床第四层蚯蚓粪主体层5投入成年带环赤子爱胜蚓0.5kg，表面喷水并且通气管外接曝气设备后开始通气。含水率85％污泥加入调理剂牛粪和粉碎后园林废弃物，加入量分别为待处理污泥重量的20％和10％，再添加好氧嗜热菌剂混合均匀，在自然条件下进行好氧发酵腐熟预处理7天。将自然发酵腐熟7天后的污泥搅散开均匀铺入污泥处理箱内，铺泥厚度为6cm。将污泥处理箱放入反应器主体内蚯蚓栖息床上。一个处理周期7天结束，取出反应箱并收集反应箱内的蚯蚓粪、成品蚯蚓和滤液箱中的滤液。测试得蚯蚓粪含水率51％，有机质含量由44.7％降至37.2％，产出蚯蚓粪总质量为投入污泥质量的47％，收取成年蚯蚓0.13kg，收集到过滤后蚯蚓滤液90ML。分别利用未处理污泥和收集到的蚯蚓粪培养小白菜种子后测得种子发芽指数GI分别为27.6％和56.7％。实施例2如图2所示，多个蚯蚓反应器通过公用一根通气管道6进行组合，每根通气管道6上串联有一组蚯蚓反应器，通气管道6依次穿过蚯蚓反应器的内部；每组反应器的通气管道6通过公用的曝气管13连接曝气装置12；每组反应器的滤液收集装置11通过公用的滤液收集管15连接滤液储存罐14。在室内进行污泥处理，将20个蚯蚓反应器以10个为一组通过通气管道6相互串联后，再通过曝气管13连接曝气装置12，将反应器的滤液收集装置11通过公用的滤液收集管15连接滤液储存罐14。控制室内温度25-28℃、湿度60％-75％。向所有反应器内蚯蚓栖息床的第四层蚯蚓粪主体层投入成年带环赤子爱胜蚓0.5kg，表面喷水并且打开外接曝气装置开始通气。污泥含水率为85％共20kg，加入调理剂牛粪4kg和粉碎后园林废弃物2kg，添加好氧嗜热菌剂后混合均匀，自然条件下好氧发酵腐熟预处理7天，在第4天翻堆一次。腐熟后的污泥搅散开，均匀铺入每一个污泥处理箱内，铺泥厚度为6cm。将污泥处理箱放入反应器主体内蚯蚓栖息床上。一个处理周期8天结束，取出所有污泥反应箱并收集反应箱内的蚯蚓粪、成品蚯蚓和滤液箱中的滤液。共收取蚯蚓粪10.96kg、成年蚯蚓2.47kg、过滤后蚯蚓滤液1.79L，产出蚯蚓粪总质量为投入污泥和调理剂总质量的42.15％。测试得蚯蚓粪含水率为48.92％，有机质含量由44.73％降至36.30％。一个处理周期结束后，向反应器内放入新的装有待处理污泥的污泥处理箱进行下一个处理周期，连续处理20周期后向每个反应器内投加复壮后的成年蚯蚓0.2kg，避免蚯蚓退化。分别利用未处理污泥和收集到的蚯蚓粪培养小白菜种子后测得种子发芽指数GI分别为27.6％和55.3％。本发明提供了一种蚯蚓反应器及其污泥资源化处理的方法的思路及方法，具体实现该技术方案的方法和途径很多，以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。本实施例中未明确的各组成部分均可用现有技术加以实现。

权利要求：1.一种蚯蚓反应器，其特征在于，包括反应器主箱体2，以及位于反应器主箱体2内的污泥处理箱3和蚯蚓栖息床；所述蚯蚓栖息床位于污泥处理箱3的下方，包括自反应器主箱体2底部依次向上铺设的刨花木屑隔离过滤层10、粉末木屑隔离过滤层9、单丝滤布层8、沙粒补充层7、蚯蚓粪主体层5以及腐熟牛粪营养层4；所述反应器主箱体2顶部设有用于开合的反应器网盖1，底部侧面设有滤液收集装置11；所述污泥处理箱3上部开口，底部与腐熟牛粪营养层4相接触，并开有一组直径为2-6mm的孔洞。2.根据权利要求1所述的蚯蚓反应器，其特征在于，所述蚯蚓粪主体层5底部设有通气管道6，所述通气管道6外接曝气装置12，且通气管道6上开有气孔。3.根据权利要求2所述的蚯蚓反应器，其特征在于，每根通气管道6上串联有一组蚯蚓反应器，通气管道6依次穿过蚯蚓反应器的内部；每组反应器的通气管道6通过公用的曝气管13连接曝气装置12；每组反应器的滤液收集装置11通过公用的滤液收集管15连接滤液储存罐14。4.根据权利要求2或3所述的蚯蚓反应器，其特征在于，所述反应器主箱体2直径为15-70cm，高为25-50cm，壁厚为0.5-4mm；所述污泥处理箱3直径为26-66cm，高5-25cm，壁厚0.5-4mm。5.根据权利要求4所述的蚯蚓反应器，其特征在于，所述刨花木屑隔离过滤层10填充有厚度为1-3cm的刨花木屑；所述粉末木屑隔离过滤层9填充有厚度为1-3cm的粉末木屑；所述单丝滤布层8为单层单丝滤布；所述沙粒补充层7填充有厚度为0.5-2cm的细沙粒；所述蚯蚓粪主体层5填充有厚度为5-9cm蚯蚓粪；所述腐熟牛粪营养层4填充有厚度为0.5-2cm的牛粪。6.根据权利要求1所述的蚯蚓反应器，其特征在于，所述反应器网盖1为15目透气纱网。7.权利要求1所述蚯蚓反应器处理污泥的方法，其特征在于，包括以下步骤：1向待处理的污泥中加入调理剂，再添加好氧嗜热菌剂混合均匀，在自然条件下进行好氧发酵腐熟5～9天；2在蚯蚓栖息床内投入成年带环赤子爱胜蚓0.2-0.45kg，将步骤1好氧发酵腐熟后的污泥搅散之后均匀放入污泥处理箱内，然后装入反应器主箱体中，污泥处理箱底部与蚯蚓栖息床完全接触，蚯蚓能够通过污泥处理箱底部孔洞钻入进行取食；3当污泥处理箱内的污泥全部转化为蚯蚓粪之后，取出污泥处理箱并收集蚯蚓粪和成品蚯蚓，收集蚯蚓滤液，进行下一周期处理。8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，步骤1中，所述调理剂为牛粪和粉碎后园林废弃物，加入量分别为待处理污泥重量的10～20％。9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，步骤3中，收集完蚯蚓粪和成品蚯蚓之后的污泥处理箱重新填充待处理污泥并放回反应器，进行下一周期污泥处理。10.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，连续处理20周期结束后向反应器内投加复壮后的蚯蚓0.1-0.35kg。

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