申请日2015.08.12
公开(公告)日2015.12.16
IPC分类号C02F11/00; C02F11/12; C02F11/04
摘要
一种剩余活性污泥资源化与能源化处理系统，机械脱水装置(1)的活性污泥进料口(2)与二沉池的剩余活性污泥出料口连接，机械压榨脱水装置脱水后的污泥出口(4)接曝气搅拌池(5)，曝气搅拌池的污泥上清液出口(6)接MAP沉淀池(7)的污泥上清液入口，曝气搅拌池的底泥出口(16)接厌氧调节池(15)的底泥入口，MAP沉淀池的沉淀后上清液出口(10)接厌氧调节池的沉淀后上清液入口，MAP沉淀池的沉淀物出口(8)接MAP回收装置(9)的沉淀物入口，厌氧调节池的混合液出口(14)接厌氧反应器(12)的混合液入口，厌氧反应器的甲烷出口(11)接甲烷贮罐的甲烷入口。本实用新型操作简便易行，污泥氮磷回收率高，处置费用低。
权利要求书
1.一种剩余活性 污泥资源化与能源化处理系统，其特征在于，机械脱水装置(1)的活性污泥进料口(2)与二沉池的剩余活性污泥出料口连接，脱水后的污泥出口(4)接曝气搅拌池(5)，曝气搅拌池的污泥上清液出口(6)接MAP沉淀池(7)的污泥上清液入口，曝气搅拌池的底泥出口(16)接厌氧调节池(15)的底泥入口，MAP沉淀池的沉淀后上清液出口(10)接厌氧调节池(15)的沉淀后上清液入口，MAP沉淀池(7)的沉淀物出口(8)接MAP回收装置(9)的沉淀物入口，厌氧调节池的混合液出口(14)接厌氧反应器(12)的混合液入口，厌氧反应器的甲烷出口(11)接甲烷贮罐的甲烷入口。
2.根据权利要求1所述的一种剩余活性污泥资源化与能源化处理系统，其特征在于，厌氧反应器的厌氧污泥出口(13)接机械脱水装置(1)的厌氧污泥入口。
3.根据权利要求1所述的一种剩余活性污泥资源化与能源化处理系统，其特征在于，机械脱水装置(1)还设置有排污口(3)。
4.根据权利要求1所述的一种剩余活性污泥资源化与能源化处理系统，其特征在于，曝气搅拌池(5)中的搅拌装置由搅拌轴(17)及6个相隔60°的长方形叶片(18)组成。
5.根据权利要求3所述的一种剩余活性污泥资源化与能源化处理系统，其特征在于，曝气搅拌池(5)中的曝气装置(19)设置在搅拌装置的下面。
说明书
一种剩余活性污泥资源化与能源化处理系统
技术领域
本实用新型属于剩余活性污泥处理和资源化技术领域，具体为一种剩余活性污泥资源化与能源化处理系统，它可高效回收剩余活性污泥氮磷资源与碳能源，实现污水处理厂对剩余活性污泥回收资源、能源目标。
背景技术
全国约86.2%的污水处理厂采用活性污泥法，在处理过程中产生的剩余活性污泥体积比约占污水处理总量的0.3%～0.5%，处理处置费用通常占到污水处理操作成本的40%-60%以上。现阶段普遍采用的处理方式以垃圾场填埋处置或在污水厂厌氧消化处理为主。但活性污泥中的有机物含量在60%左右，生物易降解有机组分在40%以上，磷约占污泥干重的5.0%，氮元素的含量更为丰富约9.3%，因此活性污泥中蕴藏着极大的资源，处理处置中应首先考虑资源和能源的回收利用。
中国发明专利“污泥碳源两级碱性水解酸化回收方法”(CN101708932B)，中国发明专利“碱解预处理—磷酸铵镁法回收磷氮—厌氧消化产甲烷的集成工艺处理剩余污泥的方法”(201310708860.6)涉及对剩余活性污泥资源化利用，使用碱解预处理法会促进污泥融胞释放氮磷，对污泥减量化有较好的效果，但碱处理液色度均很重，例如经过5%NaOH处理污泥后上清液呈现黑褐色，而且碱处理中含有大量的Na+、OH-造成上清液盐度大，会增大后续处理出水色度、盐度，不利于废水达标排放。此外碱法处理的一个重大缺陷是污泥pH值高，不利于后续的处理，无法实现综合的污泥处理处置和资源化利用。
本实用新型利用污水厂现行处理设施，改变污泥处理工艺路线，对机械脱水或压滤后剩余活性污泥进行氮磷资源和能源回收利用。污水厂常用的机械脱水设备，有：真空过滤机、板框压滤机、带式压滤机和离心机等，仅用于污泥脱水以减少排放体积，但本实用新型将其用于污泥破解预处理，同时增设曝气搅拌池，通过搅拌装置和搅拌方式的特殊设计增大污泥颗粒间接触碰撞几率和挤压力，与曝气形成的剪切力共同作用进一步使污泥颗粒融胞破解，达到污泥胞外聚合物剥离或污泥细胞破碎释放氨氮和溶解性磷的目的。再进一步通过MAP沉淀反应和中国专利201420458242.0“一种对废水氮磷进行鸟粪石资源化回收的装置”对产生氮磷沉淀作为缓释肥回收利用。回收磷氮后污泥排入厌氧池产甲烷达到进一步回收能源目标。本实用新型弥补了碱解工艺中碱解后污泥pH值高不利于厌氧产甲烷的缺陷，与碱解法相比氮磷资源与甲烷能源回收率提高2-3倍。
与其他处理系统相比，本实用新型利用污水厂机械脱水设施达到高效回收利用污泥资源和能源的目标，可有效降低操作成本，与酸、碱处理相比，本系统没有引入新的化学物质，操作方便易行，达到污水厂实施清洁生产的目标。
发明内容
针对目前污水处理厂没有剩余活性污泥再利用的处理体系，本实用新型的目的是提供一种剩余活性污泥资源化与能源化处理系统，利用污水厂机械脱水设施作为污泥破解强化释放氮、磷和碳的手段，改变污泥处理工艺路线，将机械压榨脱水后污泥与水再以一定的质量体积比混合，通过曝气搅拌方式将污泥氮、磷、蛋白质、多糖等物质释放到混合液中，可使氮磷浓度分别高达420-490mg/L和120-210mg/L以上，超过碱解工艺中30-180mg/L和20-150mg/L氨氮和正磷酸盐浓度。
为了达到以上目的，本实用新型采取的技术措施是：
一种剩余活性污泥资源化与能源化处理系统，机械压榨脱水装置的活性污泥进料口与二沉池的剩余活性污泥出料口连接，机械压榨脱水装置脱水后的污泥出口接曝气搅拌池，曝气搅拌池的污泥上清液出口接MAP沉淀池的污泥上清液入口，曝气搅拌池的底泥出口接厌氧调节池的底泥入口，MAP沉淀池的沉淀后上清液出口接厌氧调节池的沉淀后上清液入口，MAP沉淀池的沉淀物出口接MAP回收装置的沉淀物入口，厌氧调节池的混合液出口接厌氧反应器的混合液入口，厌氧反应器的甲烷出口接甲烷贮罐的甲烷入口。
上述中，厌氧反应器的厌氧污泥出口接机械脱水装置的厌氧污泥入口。
上述中，曝气搅拌池中的搅拌装置由撑搅拌轴及6个相隔60°的长方形叶片组成。
上述中，曝气搅拌池中的曝气装置设置在搅拌装置的下面。
上述中，机械脱水装置可以是真空过滤机、板框压滤机、带式压滤机和离心机等常用的机械脱水设备中一种，以离心机作用为例，经过离心机脱水后污泥的含水率约78%。
上述中，将压榨脱水后的污泥与水按1g/3-5ml比例重新混合后浸泡2h;对混合液进行搅拌和曝气，12-72h后对搅拌曝气后的混合液进行自然沉降;与污泥混合用水可以是污水厂二沉池排水，这样可节约污水厂新鲜水用量，同时减少污水排放总量。
在MAP沉淀反应装置中通过投加镁盐溶液和磷盐溶液，调整P/Mg/N摩尔比1/1.2/1，在搅拌的条件下，用5MNaOH调节反应溶液pH值8.9±0.1，使上清液中氮磷发生MAP沉淀反应，将沉淀后上清液排入厌氧调节池，产生的沉淀排放到分离回收装置;
上述中，厌氧反应器为完全混合式厌氧反应器、上流式厌氧污泥床、厌氧滤池、厌氧挡板反应器、厌氧膨胀颗粒污泥床或厌氧序批式反应器中一种。反应器正常运转后每次进料的料液比1/3-1/5，COD去除率85-90%以上，甲烷最大比产气率达到1.03-1.38L/(g·VS)。厌氧反应器中污泥最终再经过机械脱水后进行填埋处理，与初始机械脱水后剩余活性污泥相比，VSS减少80-90%，每年最终污泥排放体积减少70-90%。
本实用新型具有以下的积极效果：
为污水处理厂提供对剩余活性污泥再利用处理系统，弥补目前污水厂没有对剩余活性污泥利用的技术缺陷。与目前碱解工艺相比，充分实现对污泥中氮磷资源与能源高效回收利用的目标，且不引入新的污染物，具有显著的经济效益、环境效益。
利用污水厂机械脱水设备达到污泥融胞释放氮磷的效果，不加入碱等化学物质，对氮磷释放浓度可分别达到420-490mg/L和120-210mg/L以上，高于碱解预处理中30-180mg/L和20-150mg/L氨氮和正磷酸盐浓度，对污泥总氮磷的回收率40-60%，高于碱解工艺。
本实用新型将搅拌曝气底泥与MAP沉淀池上清液混合，达到调节pH值的目的，共同厌氧后甲烷最大比产气率达到1.03-1.38L/(g·VS)，克服了碱解处理后污泥pH值高，需加酸调节后处理的技术缺陷。
本实用新型系统最终排放的污泥与初始剩余活性污泥相比，VSS减少80-90%，排放体积减少70-90%，比现有工艺更能极大地降低污泥处理费用。回收污泥中氮磷资源与能源，实现了污水处理厂清洁生产的理念。