剩余污泥减量处理强化城市生活污水脱氮除磷系统及方法

发布时间:2019-3-2 15:18:55

  申请日2018.10.09

  公开(公告)日2019.01.15

  IPC分类号C02F3/30; C02F11/00; C02F11/04

  摘要

  本发明公开一种剩余污泥减量处理强化城市生活污水脱氮除磷系统及方法,包括依次连接的厌氧池、缺氧池、好氧池、二沉池、溶胞预处理装置、水解酸化装置和结晶除磷柱;二沉池上部设置有进水管和出水管,底部通过管道连接有剩余污泥提升泵,剩余污泥提升泵通过剩余污泥排出管道分别连接有溶胞预处理装置、水解酸化装置和厌氧池;溶胞预处理装置内设置有超声探头、臭氧曝气装置和第三旋转单元,超声探头与外部的超声发生装置连接,臭氧曝气装置和第三旋转单元均位于溶胞预处理装置底部;水解酸化装置与结晶除磷柱之间设置有水第二氯化钙加药装置,所述结晶除磷柱下部连接无机污泥排出管道,所述结晶除磷柱上部连接厌氧池和缺氧池。

  权利要求书

  1.剩余污泥减量处理强化城市生活污水脱氮除磷系统,其特征在于,包括依次连接的厌氧池、缺氧池、好氧池、二沉池、溶胞预处理装置、水解酸化装置和结晶除磷柱;所述缺氧池和好氧池还共同连接有侧流结晶除磷柱;

  所述侧流结晶除磷柱通过污水侧流排出管道连接厌氧池,所述侧流结晶除磷柱通过侧流除磷排出管道连接好氧池,所述厌氧池与侧流除磷柱之间设置有第一氯化钙加药装置;

  所述二沉池上部设置有进水管和出水管,所述二沉池底部通过管道连接有剩余污泥提升泵,所述剩余污泥提升泵通过剩余污泥排出管道分别连接有溶胞预处理装置、水解酸化装置和厌氧池;所述溶胞预处理装置内设置有超声探头、臭氧曝气装置和底部搅拌单元,所述超声探头与外部的超声发生装置连接,所述臭氧曝气装置和底部搅拌单元均位于溶胞预处理装置底部;所述溶胞预处理装置与水解酸化装置之间设置有溶胞处理污泥提升泵,所述水解酸化装置与结晶除磷柱之间设置有第二氯化钙加药装置,所述结晶除磷柱下部连接无机污泥排出管道,所述结晶除磷柱上部连接厌氧池和缺氧池;

  所述溶胞预处理装置及水解酸化装置内部均设置有搅拌单元。

  2.如权1所述的剩余污泥减量处理强化城市生活污水脱氮除磷系统,其特征在于,所述第一氯化钙加药装置与厌氧池之间设置有污水侧流提升泵,第一加氯化钙药装置与侧流结晶除磷柱之间设置有第一混合液提升泵,所述侧流结晶除磷柱底部装有第一曝气头,第一曝气头通过第二进气管道连接第二气体加压泵;

  所述侧流结晶除磷柱内部容纳有污水与氯化钙混合液,所述混合液PH为7.5~8.5;

  所述第一氯化钙加药装置内部容纳有污水与氯化钙混合液,所述混合液的Ca/P摩尔比为5:2。

  3.如权2所述的剩余污泥减量处理强化城市生活污水脱氮除磷系统,其特征在于,所述结晶除磷柱内设置有第二曝气头,所述第二曝气头通过第四进气管道连接有第四气体加压泵。

  4.如权3所述的剩余污泥减量处理强化城市生活污水脱氮除磷系统,其特征在于,所述侧流结晶除磷柱及结晶除磷柱内部均容纳有方解石晶种,所述方解石晶种粒径为100~150目,方解石晶种的填充率为50%。

  5.如权4所述的剩余污泥减量处理强化城市生活污水脱氮除磷系统,其特征在于,所述厌氧池和水解酸化装置内部容纳有第一复合填料载体,所述缺氧池和好氧池内部容纳有第二复合填料载体;

  所述第一复合填料载体与第二复合填料载体在装置内的填充比均为60%~80%;

  所述第一填料载体为琉璃球多孔复合填料,内部填充有聚氨酯方块,填充率为80%~100%,

  所述第二填料载体为琉璃球多孔复合填料,内部填充有聚氨酯方块和纤维球,聚氨酯方块和纤维球体积比为1:2,填充率为80%~100%。

  6.如权5所述的剩余污泥减量处理强化城市生活污水脱氮除磷系统,其特征在于,所述剩余污泥排出管道上沿剩余污泥流动方向依次安装有第一分流器和第二分流器,所述第一分流器的输出端分别连接溶胞预处理装置和第二分流器,所述第二分流器的输出端分别连接水解酸化装置和厌氧池;

  所述第一分流器分流至溶胞预处理装置和第二分流器的流量比为1:1;

  所述第二分流器分流至水解酸化装置和厌氧池的流量比为1:1。

  7.如权6所述的剩余污泥减量处理强化城市生活污水脱氮除磷系统,其特征在于,所述结晶除磷柱上部设置有第三分流器,所述第三分流器的输出端分别连接厌氧池和缺氧池;

  所述第三分流器分流至厌氧池和缺氧池的流量比为1:2。

  8.如权7所述的剩余污泥减量处理强化城市生活污水脱氮除磷系统,其特征在于,所述好氧池内部设置有空气曝气沙盘,空气曝气沙盘通过进气管道与外部的气体加压泵连接;所述好氧池底部设置有硝态氮回流管道,所述硝态氮回流管道通过硝态氮提升泵回连至缺氧池。

  9.如权1所述的剩余污泥减量处理强化城市生活污水脱氮除磷系统,其特征在于,所述厌氧池、缺氧池、好氧池、二沉池、侧流结晶除磷柱、溶胞处理单元、水解酸化单元、结晶除磷柱的体积比为;2:2:5:6:1:1:2:1。

  10.利用权8所述系统进行剩余污泥减量处理强化城市生活污水脱氮除磷方法,其特征在于,具体步骤如下:

  步骤1,原污水与从二沉池排出的含磷回流污泥同步进入厌氧池,补充厌氧池微生物同时部分有机物进行氨化,然后污水进入缺氧池,利用硝化液回流管道输送来的硝化液进行反硝化脱氮,然后污水进入好氧池,完成A2O工艺生物脱氮除磷;

  步骤2,厌氧池上清液经污水侧流提升泵进入第一氯化钙加药装置,混合液调节Ca/P摩尔比为5:2,经第一混合液提升泵进入侧流结晶除磷柱,除磷后污水进入好氧池,完成结晶除磷柱侧流除磷;

  步骤3,脱氮除磷后的污水进入二沉池,净化后的水从二沉池上部出水管流出,二沉池剩余污泥经5~10天的累积,一部分经第一分流器进入溶胞预处理装置,另一部分经第二分流器进入水解酸化装置和厌氧池;

  步骤4,在溶胞预处理装置内,采用超声-臭氧耦合工艺进行溶胞预处理,采用先超声后臭氧的操作步骤,先启动超声发生装置,采用声能密度为0.8~2.0W/ml超声处理15~30min,然后启动臭氧装置对剩余污泥进行臭氧氧化溶胞,臭氧通入量为0.1~0.2g O3/gTS,臭氧处理时间为30~60min,处理完污泥经提升泵排入厌氧水解酸化装置;

  步骤5,溶胞处理后的污泥经溶胞处理污泥提升泵提升至水解酸化装置,与经第二分流器进入的未处理剩余污泥混合,形成混合液,混合液经NaOH和HCl溶液进行PH调节,维持PH为8~9,进行厌氧消化处理,反应5-10天,水解酸化后的污泥经水解酸化污泥提升泵提升至第二氯化钙加药装置,控制混合液Ca/P摩尔比5:2;

  步骤6,混合液经第二混合液提升泵进入结晶除磷柱,结晶除磷柱内部容纳方解石晶种,进而形成化学含磷结晶物,处理后剩余污泥内含有的无机污泥经无机污泥排出管道排出,处理后剩余污泥上清液由结晶除磷柱上部排出,经第三分流器回流到厌氧池及缺氧池,完成A2O工艺厌氧池和缺氧池内的内碳源补充,进而强化生物脱氮除磷性能。

  说明书

  剩余污泥减量处理强化城市生活污水脱氮除磷系统及方法

  技术领域

  本发明属于城市生活污水处理领域,尤其涉及城市污水处理过程中剩余污泥减量排放领域,具体涉及一种超声臭氧耦合填料的剩余污泥减量处理强化城市污水脱氮除磷系统及方法。

  背景技术

  活性污泥处理工艺是全球污水处理厂应用较为普遍的污水处理工艺,该工艺作为一种经济高效的百年工艺,具有成熟的技术管理经验及良好的运行效果,但高剩余污泥产量是该工艺运行的弊端之一。目前国内城市污水处理厂用于剩余污泥处理的投入不足总投入的25%,而要处理得当,运转成本至少提高至40%~80%,科技研发、实践应用都不及发达国家,远不能满足社会发展的要求。据调查,全国约80%的污水处理厂污泥处置依旧选择传统方式。

  生物处理技术在理论上可以达到98%的总磷去除率,但在实际的污水处理中,又存在聚磷菌与其他菌种尤其是受硝化菌争抢有机物的竞争关系、生活污水普遍碳源偏低等限制因素,实际处理效率并不高。污泥原位减量技术可以实现污泥减量,但生物处理的最终除磷方式是依靠排除高浓度含磷污泥,减少污泥产量的同时伴随着主体工艺磷富集现象,造成出水水质不符合标准。

  发明内容

  针对活性污泥污水处理工艺存在的剩余污泥产量大、污泥原位减量磷富集、城市生活污水碳源偏低、氮磷去除率低、剩余污泥组分复杂利用率低及剩余污泥处理处置成本高等问题,本发明公开一种集原位污泥减量、剩余污泥减量处理、结晶除磷技术、臭氧超声协同作用溶胞技术、强化活性污泥脱氮除磷技术、厌氧水解酸化技术、及微生物捕食污泥减量技术于一体的剩余污泥减量处理强化城市生活污水脱氮除磷系统及方法。

  剩余污泥减量处理强化城市生活污水脱氮除磷系统,包括依次连接的厌氧池、缺氧池、好氧池、二沉池、溶胞预处理装置、水解酸化装置和结晶除磷柱;所述缺氧池和好氧池还共同连接有侧流结晶除磷柱;

  所述侧流结晶除磷柱通过污水侧流排出管道连接厌氧池,所述侧流结晶除磷柱通过侧流除磷排出管道连接好氧池,所述厌氧池与侧流除磷柱之间设置有第一氯化钙加药装置;

  所述二沉池上部设置有进水管和出水管,所述二沉池底部通过管道连接有剩余污泥提升泵,所述剩余污泥提升泵通过剩余污泥排出管道分别连接有溶胞预处理装置、水解酸化装置和厌氧池;所述溶胞预处理装置内设置有超声探头、臭氧曝气装置和底部搅拌单元,所述超声探头与外部的超声发生装置连接,所述臭氧曝气装置和底部搅拌单元均位于溶胞预处理装置底部;所述溶胞预处理装置与水解酸化装置之间设置有溶胞处理污泥提升泵,所述水解酸化装置与结晶除磷柱之间设置有第二氯化钙加药装置,所述结晶除磷柱下部连接无机污泥排出管道,所述结晶除磷柱上部连接厌氧池和缺氧池;

  所述溶胞预处理装置及水解酸化装置内部均设置有搅拌单元。

  优选的,所述第一氯化钙加药装置与厌氧池之间设置有污水侧流提升泵,第一加氯化钙药装置与侧流结晶除磷柱之间设置有第一混合液提升泵,所述侧流结晶除磷柱底部装有第一曝气头,第一曝气头通过第二进气管道连接第二气体加压泵;

  优选的,所述侧流结晶除磷柱内部容纳有污水与氯化钙混合液,所述混合液PH为7.5~8.5;

  优选的,所述第一氯化钙加药装置内部容纳有污水与氯化钙混合液,所述混合液的Ca/P摩尔比为5:2。

  优选的,所述结晶除磷柱内设置有第二曝气头,所述第二曝气头通过第四进气管道连接有第四气体加压泵。

  优选的,所述侧流结晶除磷柱及结晶除磷柱内部均容纳有方解石晶种,所述方解石晶种粒径为100~150目,方解石晶种的填充率为50%。

  优选的,所述厌氧池和水解酸化装置内部容纳有第一复合填料载体,所述缺氧池和好氧池内部容纳有第二复合填料载体;

  优选的,所述第一复合填料载体与第二复合填料载体在装置内的填充比均为60%~80%;

  优选的,所述第一填料载体为琉璃球多孔复合填料,内部填充有聚氨酯方块,填充率为80%~100%,

  优选的,所述第二填料载体为琉璃球多孔复合填料,内部填充有聚氨酯方块和纤维球,聚氨酯方块和纤维球体积比为1:2,填充率为80%~100%。

  优选的,所述剩余污泥排出管道上沿剩余污泥流动方向依次安装有第一分流器和第二分流器,所述第一分流器的输出端分别连接溶胞预处理装置和第二分流器,所述第二分流器的输出端分别连接水解酸化装置和厌氧池;

  优选的,所述第一分流器分流至溶胞预处理装置和第二分流器的流量比为1:1;

  优选的,所述第二分流器分流至水解酸化装置和厌氧池的流量比为1:1。

  优选的,所述结晶除磷柱上部设置有第三分流器,所述第三分流器的输出端分别连接厌氧池和缺氧池;

  优选的,所述第三分流器分流至厌氧池和缺氧池的流量比为1:2。

  优选的,所述好氧池内部设置有空气曝气沙盘,空气曝气沙盘通过进气管道与外部的气体加压泵连接;所述好氧池底部设置有硝态氮回流管道,所述硝态氮回流管道通过硝态氮提升泵回连至缺氧池。

  优选的,所述厌氧池、缺氧池、好氧池、二沉池、侧流结晶除磷柱、溶胞处理单元、水解酸化单元、结晶除磷柱的体积比为;2:2:5:6:1:1:2:1;

  本发明还公开一种利用上述系统进行剩余污泥减量处理强化城市生活污水脱氮除磷方法,具体步骤如下:

  步骤1,原污水与从二沉池排出的含磷回流污泥同步进入厌氧池,补充厌氧池微生物同时部分有机物进行氨化,然后污水进入缺氧池,利用硝化液回流管道输送来的硝化液进行反硝化脱氮,然后污水进入好氧池,完成A2O工艺生物脱氮除磷;

  步骤2,厌氧池上清液经污水侧流提升泵进入第一氯化钙加药装置,混合液调节Ca/P摩尔比为5:2,经第一混合液提升泵进入侧流结晶除磷柱,除磷后污水进入好氧池,完成结晶除磷柱侧流除磷;

  步骤3,脱氮除磷后的污水进入二沉池,净化后的水从二沉池上部出水管流出,二沉池剩余污泥经5~10天的累积,一部分经第一分流器进入溶胞预处理装置,另一部分经第二分流器进入水解酸化装置和厌氧池;

  步骤4,在溶胞预处理装置内,采用超声-臭氧耦合工艺进行溶胞预处理,采用先超声后臭氧的操作步骤,先启动超声发生装置,采用声能密度为0.8~2.0W/ml超声处理15~30min,然后启动臭氧装置对剩余污泥进行臭氧氧化溶胞,臭氧通入量为0.1~0.2g O3/gTS,臭氧处理时间为30~60min,处理完污泥经提升泵排入厌氧水解酸化装置;

  步骤5,溶胞处理后的污泥经溶胞处理污泥提升泵提升至水解酸化装置,与经第二分流器进入的未处理剩余污泥混合,形成混合液,混合液经NaOH和HCl溶液进行PH调节,维持PH为8~9,进行厌氧消化处理,反应5-10天,水解酸化后的污泥经水解酸化污泥提升泵提升至第二氯化钙加药装置,控制混合液Ca/P摩尔比5:2;

  步骤6,混合液经第二混合液提升泵进入结晶除磷柱,结晶除磷柱内部容纳方解石晶种,进而形成化学含磷结晶物,处理后剩余污泥内含有的无机污泥经无机污泥排出管道排出,处理后剩余污泥上清液由结晶除磷柱上部排出,经第三分流器回流到厌氧池及缺氧池,完成A2O工艺厌氧池和缺氧池内的内碳源补充,进而强化生物脱氮除磷性能。

  本发明的有益效果:

  (1)本发明主要是在现有A2O(厌氧、缺氧、好氧)工艺的基础上,将长污泥龄污泥原位减量、超声溶胞技术、微生物捕食技术、厌氧水解酸化技术、侧流除磷技术和剩余污泥溶胞预处理强化隐性生长技术有机结合。通过第二分流器回流剩余污泥至厌氧池,通过结晶除磷柱与厌氧池及缺氧池连接,实现无机污泥的沉淀及内碳源的补充。

  (2)在整个减量模块中,剩余污泥进行多元化处理,不对A2O工艺主体进行改动,针对生活污水的低碳氮比进行补充,对脱氮除磷阶段进行多端点的碳源补充,对生活污水及剩余含磷污泥进行多重除磷,强化脱氮除磷性能。

  (3)将剩余污泥通过第一分离器进行1:2进入水解酸化装置和溶胞预处理装置,可以保证水解酸化装置内的微生物量,进而对从溶胞处理后的污泥进行厌氧消化等的深度处理。

  (4)水解酸化单元内的填料载体便于剩余活性污泥微生物附着,进而在填料载体表面形成微生物食物链,进而进行微生物捕食技术的污泥减量技术。

  (5)通过溶胞预处理单元对剩余污泥溶胞,将剩余污泥中复杂营养组分释放,在水解酸化单元进行生物水解酸化,将溶胞后剩余污泥释放的大分子物质及难降解物质水解酸化为便于工艺主体微生物利用的SCOD、蛋白质、葡萄糖、小分子脂肪酸等物质,对厌氧池及缺氧池进行内碳源补充,进而增强A2O工艺的生物脱氮除磷性能。

  (6)采用超声-臭氧耦合技术进行溶胞预处理,降低单技术能耗及成本,强化剩余污泥溶胞性能。将这两项技术进行联合的优势主要表现在:

超声辐射强化了O3在溶液中的传质速率臭氧氧化水中污染物的反应主要发生在气液界面以及液相主体中,超声波的机械力学机制能将水中的臭氧气泡振动破碎为微小的气泡,极大地增加了臭氧与水体的接触面积,大大强化了臭氧在液相主体中的传质。超声的机械特性所产生的冲击波与射流也会增强液相的紊流,降低了双膜理论中液膜的厚度;与此同时空化作用产生的大量成群气泡经过不断生长、崩裂最终破碎,大大加速了气、液界面的更新。这些过程都有效地加速了臭氧在水中的传质。
超声强化了O3在水中的分解速率液相主体中的臭氧及易进入超声场空化作用所形成的空化泡中,在空化核的局部高温高压(4000K和100Mpa)条件催化作用下能直接被裂解成·O自由基;·O自由基在空化泡内也能与H2O蒸汽聚合形成·OH自由基。·O或·OH自由基都是水中的强氧化物种,都能快速地降解有机污染物并能有效地避免了臭氧氧化有机物时的选择性降解。
超声丰富了O3分解的氧化物种,臭氧在水中的分解一般都是以·OH自由基为主要物种,但是上面提到超声的空化作用还能催化臭氧产生·O自由基。超声辐射水溶液中也会生成H2O2,不仅具有氧化性和持续杀菌作用,而且H2O2与臭氧同样能够强化·OH自由基的生成加速污染物的降解。

  (7)采用生物除磷与结晶除磷双重处理,降低剩余污泥重利用造成的磷富集效应。减少排泥同时会伴随磷富集的现象,在保证处理后污泥上清液脂肪酸等碳源不被破坏的基础上,采用结晶除磷的方式对处理后的剩余污泥上清液进行磷收集,进而解决污泥减少伴随的反应器内磷富集现象。

  (8)侧流除磷柱为主流A2O工艺后端反应区域提供了补充碳源。侧流工艺的添加使得A2O工艺在一定程度上变为多点进水,有效提高系统后端有机物浓度,提高后续处理单元中异养微生物活性。

  (9)在维持反应器良好脱氮能力的基础上,利用工艺主体的生物膜填料进行污泥减量,将系统的剩余污泥进行内循环截留,实现污泥龄的延长,进行实现反硝化菌等微生物的性能强化。高浓度污泥混合液和污泥的循环回流保证了该区域污泥龄趋于无限长,使得微生物处于减数增长期和内源呼吸期,有利于解耦联作用和溶胞作用的发生,由此提高前置污泥减量模块的污泥原位减量性能。在根本上减少污泥产量的同时,对二沉池排出的剩余污泥进行超声臭氧耦合工艺溶胞处理及厌氧水解酸化处理,提高对剩余污泥内组分的利用率,进而实现零排泥。

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