申请日2016.05.06
公开(公告)日2016.08.31
IPC分类号C02F9/14
摘要
本发明涉及一种粪便污水处理设备和操作方法，所述设备由调节单元、固液分离单元、氮磷同步回收单元、生物处理单元、深度处理单元和除臭单元组成。经过该设备处理粪便污水后，出水达到排放标准，同时实现氮磷的资源化回收利用，氮磷处理率分别在80%和95%以上。此外，各处理单元产生的臭气经过除臭单元处理后排入大气。本发明粪便污水处理设备和方法可应用于处理高铁粪便污水，也可用于普通铁路及分散点源的粪便处理与资源回收。
权利要求书
1.一种粪便污水处理设备，其特征在于，由调节单元、固液分离单元、氮磷同步回收单元、生物处理单元、深度处理单元和除臭单元组成;
调节单元位于粪便污水处理设备的始端，包括卸粪收集装置，用于收集卸粪车排放的粪便污水;
固液分离单元位于调节单元的下一端，其进水口与调节单元的出水口连通，包括离心分离设备和污泥收集装置;
氮磷同步回收单元位于固液分离单元的下一端，其进水口与固液分离单元的出水口连通;
氮磷同步回收单元包括：曝气区，主要的脱氨氮和磷酸根化学反应区域，通过热空气使氨氮吹脱并起到搅拌作用;过渡区，设置于曝气区的下方，避免曝气对沉降区和污泥区的影响;沉降区，设置于曝气区的外侧，与曝气区通过设备壁分隔，使生成的沉淀与水体分离;
污泥区，设置于过渡区的下方，用于短暂的存储产生的磷镁沉淀;氨氮吸收区，与上述四个区域分隔设置并通过管道连接，装有吸收液，用于吸收并富集被吹脱的氨氮气体;
生物处理单元位于氮磷同步回收单元的下一端，其进水口与氮磷同步回收单元的出水口连通，生物处理单元包括厌氧、缺氧和好氧工艺段;
深度处理单元位于生物处理单元的下一端，其进水口与生物处理单元出水口连通;深度处理单元包括臭氧系统和活性碳系统，臭氧系统在活性碳系统之前，二者通过管道连通;
除臭单元包括臭气收集装置和臭气处理装置，二者通过管道连通。
2.如权利要求1所述的一种粪便污水处理设备，其特征在于，所述调节单元、固液分离单元和生物处理单元的顶部均设有负压口，所述负压口通过管路串联负压空气泵与除臭单元的臭气收集装置连通。
3.如权利要求1所述的一种粪便污水处理设备，其特征在于，所述调节单元的外部还设有卸污口和检修口。
4.如权利要求1所述的一种粪便污水处理设备，其特征在于，所述生物处理单元的底部设有污泥出口，通过管路与固液分离单元连通。
5.如权利要求1所述的一种粪便污水处理设备，其特征在于，所述氮磷同步回收单元的外部还设有进水口、进药口、进气口和出气口;进药口和进水口通过管道向内连通曝气区;进气口通过进气管向内连通曝气区，进气管位于曝气区内部的一端设有曝气装置;出气口通过管道连通了氨氮吸收区和曝气区。
6.如权利要求1所述的一种粪便污水处理设备，其特征在于，所述氮磷同步回收单元的底部还设有通过阀门控制的排泥口。
7.一种利用权利要求1-6任一所述设备处理粪便污水的方法，包括如下步骤：
A、收集的粪便污水通过卸污口进入到调节单元中，通过压力泵输送到固液分离单元;
B、固液分离单元通过离心分离设备将粪便污水进行固液分离，离心转速3000～5000转/每分钟，离心时间为10～30min;分离得到的固体物质通过污泥收集装置集中起来，用于堆肥制作肥料或者送垃圾填埋场处理，分离后的粪便污水通过氮磷同步回收单元的进水口进入氮磷同步回收单元的曝气区;
C、氮磷同步回收单元先将粪便污水pH调整至7.0～11.0，然后进行对氮、磷的回收，其过程包括两个部分：
C1、通过进气口向曝气区内通入热空气，通过曝气装置使污水中的氨氮被吹脱，并通过出气口进入到氨氮吸收区的吸收液中被吸收，得到氨氮回收产品;
C2、通入热空气的同时，通过进药口向污水中投加金属盐，通过热空气的搅拌作用使污水中的磷酸根迅速与金属盐反应生成沉淀，反应后的污水从曝气区进入到过渡区，再进入沉降区进行沉降，经过沉淀与水体的分离，水体通过出水口进入生物处理单元，沉淀进入到污泥区，通过排泥口排出，将沉淀烘干处理得到磷回收产品;
D、经过氮磷同步回收单元处理的粪便污水进入生物处理单元，通过厌氧、缺氧和好氧工艺段生物处理，水力停留时间为24～48h，污泥停留时间10～30d;产生的污泥输送到固液分离单元实现循环处理;
E、生物处理单元后的粪便污水进入深度处理单元，通过通入臭氧对生物处理残余的有机物质进行降解，最后粪便污水经过活性碳吸附后排放自然水体或中水回用;
F、除臭单元通过负压空气泵从各单元的负压口收集臭味气体，通过管道输送到处理装置进行处理。
8.如权利要求7所述的处理粪便污水的方法，其特征在于，步骤C1中，热空气温度60～100℃，曝气时间2～10h，气流量0.2～1.0m3/h。
9.如权利要求7所述的处理粪便污水的方法，其特征在于，步骤C1中，所述氨氮吸收区的吸收液为10～30%酸溶液。
10.如权利要求7所述的处理粪便污水的方法，其特征在于，步骤C2中，所述金属盐为可溶性镁盐，并且镁与污水中正磷酸根的摩尔比为2～8:1。
说明书
一种粪便污水处理设备和方法
技术领域
本发明属于污水处理和环境保护技术领域，具体涉及一种对粪便污水的处理方法和设备。
背景技术
随着我国高速铁路的快速发展，选择高铁出行的人数迅速增长，高速列车上的粪便污水也大量增加，从而带来了高铁粪便污水处理的难题。
传统的普通速度列车对于乘客产生的粪便污水采用了沿铁路直接排放的方式，但随着我国环境保护要求的提高和高速列车运行的现实考虑，高速列车的粪便污水必需先收集于列车上，在列车停靠站点进行集中排放。而高铁粪便污水具有高化学需氧量、高氨氮、高固体杂质的特点，不能直接进行排放，因此需对其进行处理。此外，对于一些分散点源等集中收集的粪便处理与资源回收也存在问题。
专利申请201410717008.X公布了一种《用于列车卸污粪便污水无害化和资源化的一体化处理系统》，包括预处理系统、资源回收系统、处理系统和消毒系统，其中，预处理系统连接资源回收系统，资源回收系统连接处理系统，处理系统连接消毒系统;所述预处理系统，包括粪便储存池、水解酸化池和离心分离机;其中，粪便储存池和水解酸化池并联建在一起，水解酸化池顶部设有与粪便储存池相通的过水管;粪便储存池中设有潜污泵，通过潜污泵与离心分离机连接;离心分离机通过出渣管与出水管分别与水解酸化池和资源回收系统连接;所述处理系统包括A/O段和MBR工艺段，A/O段和MBR工艺段内部均设有循环系统，MBR工艺段设有污泥回流管，污泥回流管将剩余污泥回流至粪便储存池，同时通过管道将出水送入消毒系统。
专利申请201210251611.4公布了《一种高效粪便污水处理方法》，包括以下步骤：集聚螯合处理：将固液分离并絮凝脱水后的污水泵入集聚螯合处理器中，经絮凝剂以及螯合剂作用，使污水中的部分有机物生成固体颗粒被沉淀分离;兼氧处理：将集聚螯合处理后的污水导入兼氧反应池，兼氧反应池中有兼氧微生物和反硝化微生物，污水在兼氧反应池中停留2～3小时;一级好氧处理：将兼氧反应池中处理后的污水导入一级好氧池中，在一级好氧池中污水中的污染物质被好氧微生物降解，硝化菌将污水中的氨氮降解为硝态氮，活性污泥浓度在3克/升～5克/升，鼓风机向一级好氧池内鼓风，池内污水中的氧气浓度维持>2豪克/升，池内的污泥部分回流到兼氧池，回流到好氧池的污泥与好氧池的进水量的回流比100%～200%，剩余污泥排放到回流调节池内;二级好氧处理：将一级好氧池内处理后的污水导入二级好氧池，二级好氧池内有附着微生物的载体，载体的比表面积>1300m2/m3，附着于载体上的微生物菌群进一步降解污水中的污染物质，池内的污泥部分回流到兼氧池，剩余污泥排放到回流调节池内;将二级好氧池处理过的水检验达标排放。
上述技术没有针对粪便废水中固、液、气的综合处理及资源回收利用。粪便污水的处理存在两个方面的问题：一方面，由于高铁粪便污水较高的污染物浓度以及较低的C/N比例，导致微生物的处理效果不理想;另一方面，高铁粪便中存在高浓度的氨氮、磷，直接处理不仅需要大量的能耗，还会造成资源的浪费。所以有必要寻找一种新的污水处理方法，在处理达到效果的同时对污水中的氮磷资源进行回收。
发明内容
本发明的目的是针对粪便污水中碳、氮、磷浓度过高、达标处理困难的问题，提供一种对粪便污水中固体废弃物与氨氮和磷资源化，同时对粪便污水产生的恶臭气体进行收集处理的方法和相关设备。
一种粪便污水处理设备，由调节单元、固液分离单元、氮磷同步回收单元、生物处理单元、深度处理单元和除臭单元组成;
调节单元位于粪便污水处理设备的始端，包括卸粪收集装置，用于收集卸粪车排放的粪便污水;
固液分离单元位于调节单元的下一端，其进水口与调节单元的出水口连通，包括离心分离设备和污泥收集装置;
氮磷同步回收单元位于固液分离单元的下一端，其进水口与固液分离单元的出水口连通;氮磷同步回收单元包括：曝气区，主要的脱氨氮和磷酸根化学反应区域，通过热空气使氨氮吹脱并起到搅拌作用;过渡区，设置于曝气区的下方，避免曝气对沉降区和污泥区的影响;沉降区，设置于曝气区的外侧，与曝气区通过设备壁分隔，使生成的沉淀与水体分离;污泥区，设置于过渡区的下方，用于短暂的存储产生的磷镁沉淀;氨氮吸收区，与上述四个区域分隔设置并通过管道连接，装有吸收液，用于吸收并富集被吹脱的氨氮气体;
生物处理单元位于氮磷同步回收单元的下一端，其进水口与氮磷同步回收单元的出水口连通，生物处理单元包括厌氧、缺氧和好氧工艺段;具体采用的设备和工艺可以自行设计，也可采用市面销售的成型设备和工艺，包括但不限于SBR工艺或化氧化沟工艺等。
深度处理单元位于生物处理单元的下一端，其进水口与生物处理单元出水口连通;深度处理单元包括臭氧系统和活性碳系统，臭氧系统在活性碳系统之前，二者通过管道连通;臭氧系统具有消毒、去除色度和分解有机物质的作用，活性碳系统进一步吸附水中杂质，具体采用的设备和工艺可以自行设计，也可采用市面销售的成型设备和工艺。
除臭单元包括臭气收集装置和臭气处理装置，二者通过管道连通;臭气处理装置可采用市售的本领域常用设备或装置;
所述调节单元、固液分离单元和生物处理单元的顶部均设有负压口，所述负压口通过管路串联负压空气泵与除臭单元的臭气收集装置连通。
进一步地，所述调节单元的外部还设有卸污口和检修口。
进一步地，所述生物处理单元的底部设有污泥出口，通过管路与固液分离单元连通，可将生物处理单元产生的污泥通过管道输送至固液分离单元再进行固液分离。
进一步地，所述氮磷同步回收单元的外部还设有进水口、进药口、进气口和出气口;进药口和进水口通过管道向内连通曝气区;进气口通过进气管向内连通曝气区，进气管位于曝气区内部的一端设有曝气装置;出气口通过管道连通了氨氮吸收区和曝气区。
进一步地，所述氮磷同步回收单元的底部还设有通过阀门控制的排泥口。
所述的各单元装置之间的水力流动可通过高程差或泵压驱动，各单元的实际尺寸可根据进水水质、进水量以及各单元工艺设计参数调节。
本发明还提供一种利用上述设备处理粪便污水的方法，包括如下步骤：
A、收集的粪便污水通过卸污口进入到调节单元中，通过压力泵输送到固液分离单元;
B、固液分离单元通过离心分离设备将粪便污水进行固液分离，离心转速3000～5000转/每分钟，离心时间为10～30min;分离得到的固体物质通过污泥收集装置集中起来，用于堆肥制作肥料或者送垃圾填埋场处理，分离后的粪便污水通过氮磷同步回收单元的进水口进入氮磷同步回收单元的曝气区;
C、氮磷同步回收单元先将粪便污水pH调整至7.0～11.0，然后进行对氮、磷的回收，其过程包括两个部分：
C1、通过进气口向曝气区内通入热空气，通过曝气装置使污水中的氨氮被吹脱，并通过出气口进入到氨氮吸收区的吸收液中被吸收富集，得到氨氮回收产品;
C2、通入热空气的同时，通过进药口向污水中投加金属盐，通过热空气的搅拌作用使污水中的磷酸根迅速与金属盐反应生成沉淀，反应后的污水从曝气区进入到过渡区，再进入沉降区进行沉降，经过沉淀与水体的分离，水体通过出水口进入生物处理单元，沉淀物质进入到污泥区，通过排泥口排出，将沉淀烘干处理得到磷回收产品;
D、经过氮磷同步回收单元处理的粪便污水进入生物处理单元，通过厌氧、缺氧和好氧工艺段生物处理，水力停留时间为24～48h，污泥停留时间10～30d;产生的污泥输送到固液分离单元实现循环处理;
E、生物处理单元后的粪便污水进入深度处理单元，通过通入臭氧对生物处理残余的有机物质进行降解，最后粪便污水经过活性碳吸附后排放自然水体或中水回用;
F、除臭单元通过负压空气泵从各单元的负压口收集臭味气体，通过管道输送到处理装置进行处理。
进一步地，上述步骤C1中，热空气温度60～100℃，曝气时间2～10h，气流量0.2～1.0m3/h。
进一步地，上述步骤C1中，所述氨氮吸收区的吸收液为10～30%酸溶液。
进一步地，上述步骤C2中，所述金属盐为可溶性镁盐;更进一步的，按照镁与污水中正磷酸根的摩尔比为2～8：1加入镁盐药剂。
本发明所述粪便污水处理设备和方法，可应用于针对高铁粪便污水的处理，也可应用于普通铁路及其它来源的粪便污水处理。
本发明的有益效果：高铁粪便污水通过本方法的处理，可达标排放，也可作为中水回用等用途;同时还实现了氮、磷的资源化回收利用，氮磷处理率分别在80%和95%以上，氮磷的回收去除也有利于后续生物反应的运行;各处理单元产生的臭气经过除臭后排入大气。本方法充分的考虑了液、固、气的同步处理，实现了资源回收与达标排放的有机结合。