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剩余污泥减量水处理技术和方法

　　申请日2014.04.17

　　公开(公告)日2014.07.02

　　IPC分类号C02F11/00; C02F3/30

　　摘要

　　一种剩余污泥减量及强化生物脱氮除磷的水处理装置：一生物反应池连接一进水口，该生物反应池为A2/O-MBR工艺，自进水口的一端依序为厌氧池、缺氧池和好氧-膜生物反应池，厌氧池中设有厌氧池搅拌器，缺氧池中设有缺氧池搅拌器，好氧-膜生物反应池内设有膜组件，膜组件的底部连接一曝气器，膜组件的上方连接一膜出水抽吸泵;利用微波-碱-过氧化氢进行剩余污泥处理，A2/O-MBR污泥进入污泥调节池，污泥经调节后进入微波反应器;经微波处理后污泥进入除磷沉淀池;除磷沉淀池中设有搅拌器，经除磷沉淀后污泥处理上清液通过管路连接至生物反应池的缺氧池，作为内碳源回流。本发明还公开了利用上述水处理装置进行污水处理的方法。

　　摘要附图

 

　　权利要求书

　　1.一种制定湖泊营养物标准的方法，其步骤为：

　　1)按研究区域不同水体的功能对水体进行分类和分级，确定研究区 域不同等级水体对应的营养物浓度上下限值;

　　2)计算水体中营养物的富营养化负荷;

　　3)建立优化模型，通过富营养化负荷最低和经济发展最快为目标的 多目标优化，得到适合不同等级和水体用途的最优化营养物标准值。

　　2.根据权利要求1所述的方法，其中，步骤1中对水体进行分类是 将水体分为自然保护区、饮用水水源地、鱼类保护区、鱼虾产卵场、娱乐 用水区、工业用水、航运、防洪农业灌溉用水和一般景观水;对水体进行 分级是将所述分类的水体相对应的营养物浓度分为Ⅰ～Ⅴ级;通过统计学、 毒理学、生态学方法得到各级水质标准的上下限值。

　　3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，营养物为氮和磷。

　　4.根据权利要求1所述的方法，其中，步骤2是采用基于当量因子 的环境负荷计量方法，计算公式为：

　　$\mathrm{EL}=\underset{j=1}{\overset{n}{\Sigma }}{m}_j{p}_j$

　　式中

　　EL为环境负荷总量;

　　mj为排放的第j类污染物的量，kg;

　　pj是当量因子，为污染物对环境影响贡献的潜力的大小，是以一个参 照物为基准的相对量。

　　5.根据权利要求1所述的方法，其中，步骤3建立的优化模型为：

　　A、经济目标：

　　经济增长最大：

　　$f_{i,t}\underset{t=1}{\Sigma }\underset{i=1}{\Sigma }[\mathrm{GDP}\times a_{i,t}\%\times {(1+b_{i,t}\%)}^n]$

　　b)治理费用最小：

　　$\min f_4=\underset{t=1}{\overset{n}{\Sigma }}\underset{i=1}{\overset{4}{\Sigma }}[W_{i,t}\times ({\mathrm{CC}}_{i,t}+{\mathrm{CO}}_{i,t})]$

　　B、环境目标：

　　$\min f_5=\underset{t=1}{\overset{n}{\Sigma }}\underset{i=1}{\overset{4}{\Sigma }}({\mathrm{EP}}_{\mathrm{TP}(i,t)}+{\mathrm{EP}}_{\mathrm{TN}(i,t)})$

　　EPTp(It)=QTp(I,t)×EFTp=αt×GDP×ai,t%×(1+bi,t%)n×EFTPEPTN(it)=QTN(i,t)×EFTN=βt×GDP×ai,t%×(1+bi,t%)n×EFTNC、约束条件：

　　a)经济约束：

　　$\frac{{\mathrm{GDP}}_p}{P_t}\≥m_{i,t}$

　　b)环境约束：

　　$\underset{t=1}{\overset{n}{\Sigma }}{Q}_t\le \mathrm{DC}$

　　$s\le \frac{Q_t}{W_t}\le \mathrm{LM}$

　　其中：

　　fi,t：第t年第一、二、三产业增加值;

　　f4：水污染治理费用;

　　QTPt：总磷的入湖总量;

　　QTNt：总氮的入湖总量;

　　Wi,t：第t年第一、二、三产业污水及生活污水处理量;

　　CCi,t：污水处理设施建设成本;

　　COi,t：污水处理设施运行成本;

　　EPTPi,t：总磷产生的富营养化负荷：

　　EPTNi,t：总氮产生的富营养化负荷：

　　QTPi,t：第t年一二三产业或生活污水中TP排放量;

　　QTNi,t：第t年一二三产业或生活污水中TN排放量;

　　EFTP：总磷的富营养化当量因子;

　　EFTN：总氮的富营养化当量因子;

　　a%：第t年,第i产业在三次产业中所占比例;

　　b%：第t年,第i产业增加值增长系数;

　　：第t年单位增加值总磷排放系数;

　　βt：第t年单位增加值总氮排放系数;

　　Pt：第t年区域人口总数;

　　Mt：第t年适宜当地发展水平的人均GDP;

　　S：区域营养物基准;

　　LM：对应水体功能的营养物允许最大浓度;

　　DC：区域环境容量。

　　说明书

　　剩余污泥减量及强化生物脱氮除磷的水处理装置和方法

　　技术领域

　　本发明属于污泥、污水处理技术领域，更具体地涉及一种结合污泥减 量及强化生物脱氮除磷效率的水处理装置。

　　本发明还涉及一种利用上述装置进行污水处理的方法。

　　背景技术

　　污水处理过程伴随着两大问题：氮磷营养盐的去除和剩余污泥的处理 处置。随着水质排放标准的日益严格，营养盐的排放限值越来越低。在生 物脱氮除磷过程中，需要消耗大量的有机物。目前脱氮除磷工艺如A2/O 工艺对氮磷的去除往往受到有机物浓度即污水C/N的影响，在实际生活污 水的处理中，C/N需达到8才能达到比较满意的脱氮效果[王晓莲,彭永臻. 2009.A2/O法污水生物脱氮除磷处理技术与应用[M],科学出版社.]。但目 前我国一些地区城市污水的C/N仅在6以下，有些地方的C/N甚至在3 以下，C/N的缺乏直接影响了脱氮除磷效率，因此向污水处理工艺中投加 碳源成为脱氮的必然选择。

　　在污水处理过程中，污泥处理处置费用约占污水处理厂总运行费用的 30-50%，最高可达到60%。传统的污泥处理除支付方法如填埋、焚烧等也 会带来一定的环境危害。剩余污泥的处理处置主要为减量化、资源化、无 害化。剩余污泥的减量包括源头减量和基于溶胞-增长理论的污泥减量。 MBR系统的污泥产量较传统工艺能够减少28%-68%，因此A2/O-MBR组 合工艺能够达到一定的污泥减量化效果。利用污泥预处理后的处理液回流 为脱氮处理工艺提供碳源不仅能够达到污泥减量化的效果，同时也能实现 污泥的资源化。

　　目前污泥预处理回流作为碳源的方法主要有热处理法、超声处理法、 臭氧处理法、机械处理法、污泥发酵等。利用污水处理厂剩余污泥获取碳 源的现有技术专利如“污泥碳源两级碱性水解酸化回收方法(申请号： 200910243651)”利用两级碱性水解酸化装置，从剩余污泥中制备污泥碳 源，其需要两步预处理，水力停留时间超过60h;专利“提高低碳源污水 生物除磷脱氮效率的装置及处理方法(申请号：201010537762)”利用剩 余污泥微波碱解产生碳源，其处理方法不仅需要加压，还需要将温度提高 至170℃。然而，这些方法存在着能量消耗大、处理时间长或产生碳源可 利用性低等问题。因此，有必要采用更加节能有效的方法来进行污泥处理， 并提高碳源的可利用率，进一步减少污泥产量。

　　发明内容

　　本发明的目的是提供一种结合污泥减量及强化生物脱氮除磷效率的 水处理装置。

　　本发明还涉及利用上述装置进行污水处理的方法。

　　为了实现上述目的，本发明提供剩余污泥减量及强化生物脱氮除磷的 水处理装置，包括：

　　一生物反应池连接一进水口，该生物反应池自进水口的一端依序为厌 氧池、缺氧池和好氧-膜生物反应池，好氧-膜生物反应池内设有膜组件， 膜组件的底部连接一曝气器，膜组件的上方连接一膜出水抽吸泵;生物反 应池的污泥通过污泥调节池进行调节后进入微波反应器;污泥经微波处理 后进入除磷沉淀区进行化学除磷。

　　厌氧池中设有厌氧池搅拌器，缺氧池中设有缺氧池搅拌器，除磷沉淀 池中设有搅拌器，除磷沉淀池通过管路连接至生物反应池的缺氧池，作为 内碳源回流。

　　所述的水处理装置中，膜组件的上方通过一膜盒压力表连接膜出水抽 吸泵。

　　所述的水处理装置中，污泥调节池中设有pH电极和污泥调节搅拌器。

　　所述的水处理装置中，缺氧池与厌氧池之间设有缺氧池与厌氧池回 流;好氧-膜生物反应池与缺氧池之间设有好氧池与缺氧池回流。

　　本发明提供的利用上述水处理装置进行污水处理的方法：

　　污水进入生物反应池内，经过厌氧池、缺氧池、好氧-膜生物反应池排 出的剩余污泥进入污泥调节池调节剩余污泥的pH值;

　　调节pH值后的污泥进入微波反应器进行微波-过氧化氢处理，处理后 的上清液进入除磷沉淀区，利用化学沉淀法去除上清液中的磷，除磷后的 上清液回流至缺氧池作为脱氮除磷的碳源，沉淀物排出反应区。

　　所述的方法中，污泥调节池通过添加碱液调节剩余污泥的pH值，碱 液浓度为5mol/L，调节pH值至10～11。

　　所述的方法中，微波-过氧化氢处理，是在60kW微波功率辐射样品， 升温至80℃，按H2O2/污泥浓度=0.2的质量比加入过氧化氢溶液，继续辐 射升温至100℃后结束。

　　所述的方法中，化学沉淀法去除上清液中的磷，是根据上清液中磷的 含量按照摩尔比p:Fe=1:1.5投加铁盐，搅拌、沉淀，磷酸盐与金属离子形 成沉淀而得到去除。

　　本发明的效果是：

　　1、采用A2/O-MBR进行生物脱氮处理，提高出水水质并减少污泥产 量，同时具有污泥浓度高的特点，不需另设污泥浓缩装置，同时避免污泥 沉降性能差等导致的污泥沉降问题。

　　2、本发明采用碱液预处理污泥，并进行微波-过氧化氢处理，使原剩 余污泥发生溶胞并将释放出的大分子物质氧化为小分子有机物，使碳源的 可利用率提高，并进一步减少了污泥产量。

　　3、本发明采用化学沉淀法去除污泥处理后上清液中的磷，预防其对 生物反应系统产生冲击。污泥处理后上清液碳源的添加能够提高反应系统 的脱氮除磷效率，使系统的脱氮效率和除磷效率分别提高10%和28%以 上。

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