申请日2015.10.20
公开(公告)日2015.12.23
IPC分类号C02F3/30; C02F11/04; C02F11/00; C02F9/14
摘要
本发明针对目前污水厂剩余污泥资源化利用效率低、方式单一等问题提出一种基于污泥碳源和氮磷回收利用的污水处理系统及方法，由具有除磷脱氮功能的主流污水处理系统和旁路泥资源化利用系统两部分组成。其中：主流污水处理系统由沉砂池、生物除磷脱氮池和二沉池组成;旁路系统由污泥碳源化池、污泥淘洗沉淀池、氮磷回收池组成。本发明通过强化水解酸化使剩余污泥转化为溶解态易降解碳源物质(如VFAs)，再将其作为补充碳源回流至生物除磷脱氮池，从而达到提高生物除磷脱氮效率和污泥减量的目的;并在旁路中通过化学沉淀的方式，实现污泥中氮磷的低成本回收。
权利要求书
1.基于污泥碳源和氮磷回收利用的污水处理系统，其特征在于，包括主流污水处理系统和旁路污泥资源化循环利用系统;
所述的主流污水处理系统包括沉砂池(1)、生物除磷脱氮池(2)和二沉池(3)，所述的沉砂池(1)设置有进水管(7)，用于将污水引入，该沉砂池通过沉砂池出水管(8)与所述的生物除磷脱氮池(2)连通;所述的生物除磷脱氮池(2)上设置有曝气系统(20)，用于曝气，该生物除磷脱氮池(2)通过混合液排放管(9)与所述的二沉池(3)连通;所述的二沉池(3)设置有用于排出处理后净水的出水管(10)、污泥回流管(11)、剩余污泥排放管(13)和旁路进泥管(12);所述污泥回流管(11)一端与二沉池(3)连通，另一端与生物除磷脱氮池(2)的前端连通，用于将活性污泥回流;所述的剩余污泥排放管(13)用于将剩余污泥外排;所述的旁路进泥管(12)一端与二沉池(3)连通，另一端与旁路污泥资源化循环利用系统连通，用于将污泥排入旁路污泥资源化循环利用系统;
所述旁路污泥资源化循环利用系统包括污泥碳源化池(4)、污泥淘洗沉淀池(5)和氮磷回收池(6);所述的污泥碳源化池(4)与旁路进泥管(12)连通，用于将剩余污泥引入污泥碳源化池(4);所述的污泥碳源化池(4)通过排泥管(14)与污泥淘洗沉淀池(5)连通;所述的污泥淘洗沉淀池(5)上还设有与沉沙池(1)连通的淘洗水进水管(19)以及分别与氮磷回收池(6)和生物除磷脱氮池(2)的前端连通的上清液排放管(15)和碳源污泥回流管(17);所述的氮磷回收池(6)上设置有上清液回流管(16)，用于将氮磷回收池(6)处理后的上清液排入生物除磷脱氮池(2)的前端;所述的氮磷回收池(6)还设有化学污泥排放管(18)，用于排放化学污泥。
2.根据权利要求1所述的基于污泥碳源和氮磷回收利用的污水处理系统，其特征在于，所述的生物除磷脱氮池(2)为A2/O生化反应池或氧化沟。
3.根据权利要求1所述的基于污泥碳源和氮磷回收利用的污水处理系统，其特征在于，所述的剩余污泥排放管(13)和旁路进泥管(12)上设置有调节阀，用于调节排入旁路污泥资源化循环利用系统的污泥量。
4.一种基于污泥碳源和氮磷回收利用的污水处理方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)将污水进行砂水分离后，将分离出来的污水导入生物除磷脱氮池，使之按照厌氧-缺氧-好氧的方式运行以实现脱氮、除磷以及有机物的去除，通过生物除磷脱氮池曝气系统提供微生物分解污水中的营养物所需的氧气;将完成生物除磷脱氮的污水通过沉淀完成泥水分离，将处理后的净水排出;将沉淀下来的污泥一部分回流到生物除磷脱氮池的前端形成回流污泥，另一部分则作为剩余污泥;
2)将步骤1)所述的剩余污泥一部分排出系统，另一部分导入污泥碳源化池，通过强化水解酸化工艺使其中的有机质从固态难降解有机质转化为溶解态的易降解碳源、促进挥发性脂肪酸的转化并使氮磷释放;
3)经步骤2)破解后的剩余污泥导入污泥淘洗沉淀池，使之与从沉砂池引入的作为淘洗水的污水进行充分混合以完成污泥的淘洗，将吸附在该剩余污泥颗粒表面的营养物洗脱进入淘洗水中并形成污泥混合液;上述污泥混合液在污泥淘洗沉淀池通过重力作用进行沉淀，从而实现泥水分离;将沉淀生成的碳源污泥直接回流至生物除磷脱氮池前端，将富集营养物的上层清液排入氮磷回收池;
4)将步骤3)排入的上层清液中投加化学药剂并搅拌，使之与上层清液充分混合反应，再通过重力作用进行沉淀，以完成泥水分离;将获得的上层清液回流至生物除磷脱氮池进一步补充系统碳源，而沉淀下来的固态物质作为化学污泥排出，用作肥料。
5.根据权利要求4所述的基于污泥碳源和氮磷回收利用的污水处理方法，其特征在于，步骤2)中进入污泥碳源化池的剩余污泥的比例为50～100%，污泥浓度≥10000mg/L，污泥中有机质含量≥40%;进行强化水解酸化的时间不少于一天，进行强化水解酸化的ORP≤50mv。
6.根据权利要求4所述的基于污泥碳源和氮磷回收利用的污水处理方法，其特征在于，步骤3)中所述的淘洗水与破解污泥的体积比为1～3:1。
7.根据权利要求4所述的基于污泥碳源和氮磷回收利用的污水处理方法，其特征在于，步骤4)中所述的化学药剂为镁盐和磷酸盐，c(Mg2+):c(PO43-)为1.2～2.0:1，c(NH4+):c(PO43-)为1.0～1.6:1，反应过程中pH为8.5～9.5，搅拌转数为100～200r/min。
说明书
基于污泥碳源和氮磷回收利用的污水处理系统及方法
技术领域
本发明属于污水处理和污泥资源化利用技术领域，涉及一种基于污泥碳源和氮磷回收利用的污水处理系统及方法。
背景技术
氮磷是引起水体“富营养化”的主要元素，为了防止水体“富营养化”，污水处理厂在去除污水中有机物的同时，也要求去除污水中的氮磷。在污水处理过程中，氮一部分转化为氮气排放，另一部分则转移到剩余污泥中，而磷则是大部分转移到剩余污泥中。这些氮磷因剩余污泥的处理处置方式的问题大多没有得到资源化利用。造成了资源的严重浪费。
另一方面，近年来随着污水处理率日益增加以及排放标准越来越严格。这使得剩余污泥产量在同步快速地增加。到2020年污泥产出量将突破年6000万吨。目前，污泥的处理处置费用已占到污水厂运行费用的50～60%。传统的污泥末端处理处置方式无论是在技术、经济、还是在环境安全方面都备受争议。污泥处理处置问题已成为污水处理领域迫切解决的难题。
剩余污泥中本身则含有大量的有机碳源和无机盐(氮磷)，如果将污泥有机碳源作为污水厂的内碳源且返回到生物脱氮除磷系统，能够提高污水处理系统脱氮除磷的效率;而氮磷无机盐则以肥料的形式进行化学回收，能够有效的避免污泥中氮磷资源的浪费。除此之外，对剩余污泥资源化利用还能够实现污泥减量，从而减少污水厂运行费用，有效避免对环境的二次污染。
因此针对目前城市污水厂剩余污泥的问题研发出一种基于污泥碳源、氮磷回收利用的污水处理系统及方法意义重大。
发明内容
针对现有技术存在的上述不足，本发明的目的在于提供一种实现污泥减量排放和资源回收利用的基于污泥碳源和氮磷回收利用的污水处理系统及方法。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
基于污泥碳源和氮磷回收利用的污水处理系统，包括主流污水处理系统和旁路污泥资源化循环利用系统：
所述的主流污水处理系统包括沉砂池、生物除磷脱氮池和二沉池，所述的沉砂池设置有进水管，用于将污水引入，该沉砂池通过沉砂池出水管与所述的生物除磷脱氮池连通;所述的生物除磷脱氮池上设置有曝气系统，用于曝气，该生物除磷脱氮池通过混合液排放管与所述的二沉池连通;所述的二沉池设置有用于排出处理后净水的出水管、污泥回流管、剩余污泥排放管和旁路进泥管;所述污泥回流管一端与二沉池连通，另一端与生物除磷脱氮池的前端连通，用于将活性污泥回流;所述的剩余污泥排放管用于将剩余污泥外排;所述的旁路进泥管一端与二沉池连通，另一端与旁路污泥资源化循环利用系统连通，用于将污泥排入旁路污泥资源化循环利用系统。
所述旁路污泥资源化循环利用系统包括污泥碳源化池、污泥淘洗沉淀池和氮磷回收池;所述的污泥碳源化池与旁路进泥管连通，用于将剩余污泥引入污泥碳源化池;所述的污泥碳源化池通过排泥管与污泥淘洗沉淀池连通;所述的污泥淘洗沉淀池上还设有与沉沙池连通的淘洗水进水管以及分别与氮磷回收池和生物除磷脱氮池的前端连通的上清液排放管和碳源污泥回流管;所述的氮磷回收池上设置有上清液回流管，用于将氮磷回收池处理后的上清液排入生物除磷脱氮池的前端;所述的氮磷回收池还设有化学污泥排放管，用于排放化学污泥。
其中，所述的生物除磷脱氮池为A2/O生化反应池或氧化沟，包括由其演变的具有脱氮、除磷以及去除有机物功能的其他工艺。
为了便于调节剩余污泥的排比例，所述的剩余污泥排放管(13)和旁路进泥管(12)上设置有调节阀，用于调节排入旁路污泥资源化循环利用系统的污泥量。
一种基于污泥碳源和氮磷回收利用的污水处理方法，包括以下步骤：
1)将污水进行砂水分离后，将分离出来的污水导入生物除磷脱氮池，使之按照厌氧-缺氧-好氧的方式运行以实现脱氮、除磷以及有机物的去除，通过生物除磷脱氮池曝气系统提供微生物分解污水中的营养物所需的氧气;将完成生物除磷脱氮的污水通过沉淀完成泥水分离，将处理后的净水排出;将沉淀下来的污泥一部分回流到生物除磷脱氮池的前端形成回流污泥，另一部分则作为剩余污泥。
2)将步骤1)所述的剩余污泥一部分排出系统，另一部分导入污泥碳源化池，通过强化水解酸化工艺使其中的有机质从固态难降解有机质转化为溶解态的易降解碳源、促进挥发性脂肪酸的转化并使氮磷释放。
3)经步骤2)破解后的剩余污泥导入污泥淘洗沉淀池，使之与从沉砂池引入的作为淘洗水的污水进行充分混合以完成污泥的淘洗，将吸附在该剩余污泥颗粒表面的营养物洗脱进入淘洗水中并形成污泥混合液;上述污泥混合液在污泥淘洗沉淀池通过重力作用进行沉淀，从而实现泥水分离;将沉淀生成的碳源污泥直接回流至生物除磷脱氮池前端，将富集营养物的上层清液排入氮磷回收池。
4)将步骤3)排入的上层清液中投加化学药剂并搅拌，使之与上层清液充分混合反应，再通过重力作用进行沉淀，以完成泥水分离;将获得的上层清液回流至生物除磷脱氮池进一步补充系统碳源，而沉淀下来的固态物质作为化学污泥排出，用作肥料。
其中，步骤2)中进入污泥碳源化池的剩余污泥的比例为50～100%，污泥浓度≥10000mg/L，污泥中有机质含量≥40%;进行强化水解酸化的时间不少于一天，进行强化水解酸化的ORP≤50mv;步骤3)中所述的淘洗水与破解污泥的体积比为1～3:1;步骤4)中所述的化学药剂为镁盐和磷酸盐，c(Mg2+):c(PO43-)为1.2～2.0:1，c(NH4+):c(PO43-)为1.0～1.6:1，反应过程中pH为8.5～9.5，搅拌转数为100～200r/min。
本发明通过将上述的旁路泥资源化利用系统嵌入到主流污水处理工艺系统的剩余污泥管线上，以实现污泥碳源、氮磷的资源化利用。
部分剩余污泥从二沉池进入污泥碳源化池，在污泥碳源化池中，通过强化水解酸化等措施，使高有机质含量的污泥发生破解，污泥从固态难降解有机质转化为溶解性易降解碳源，并使无机氮磷释放出来。破解的污泥进入污泥淘洗沉淀池，在污泥淘洗沉淀池的混合区与来至沉砂池的淘洗水进行充分混合，使吸附在破解污泥颗粒表面的营养物洗脱进入溶液中，之后在沉淀区进行重力沉淀完成泥水分离。沉淀的碳源污泥直接回流至生物除磷脱氮池，富集营养物的上清液排入氮磷回收池。在氮磷回收池中，通过投加化学药剂使上清液中的氮磷以化学沉淀的形式富集，形成的化学污泥作为肥料进行回收而上清液则作为碳源回流至生物除磷脱氮池。进水经过沉砂池去除0.2mm以上的无机颗粒后，其出水进入生物除磷脱氮反应池，与回流污泥、碳源污泥、以及氮磷回收池上清液进行充分混合。在厌氧-缺氧-好氧的运行方式下，完成脱氮、除磷以及有机物的去除。污泥混合液进入二沉池通过沉淀工序完成泥水分离，出水达标排放。
与现有的技术相比，本发明具有如下有益效果：
1、通过强化水解酸化等措施使剩余污泥碳源化，以污泥碳源为系统内碳源回流至主流污水处理工艺系统中，不仅可以缓解厌氧释磷和缺氧反硝化的碳源竞争，提高污水处理系统脱氮除磷的效率，保障出水水质。还能实现剩余污泥的资源化和污泥碳源循环利用，避免了外碳源的投加，有效的减小了污水厂的运行费用。
2、污泥中的氮磷以化学沉淀的形式富集回收，其化学污泥作为肥料利用，有效的避免污泥中氮磷资源的浪费。
3、在实现污泥资源化的同时有效的减小了剩余污泥的排放，从而降低了污泥的处理处置费用。