CN102659242B - 营养物自我补偿及剩余污泥减量化污水处理方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明揭示了一种营养物自我补偿及剩余污泥减量化污水处理方法及系统，所述方法包括：污水依次进入初沉池、生物处理池、二沉池处理，二沉池将污水的污泥与水分离；分离出的部分或全部污泥进入浓缩池处理；经过浓缩池浓缩的污泥进入污泥消解池，并调节污泥消解池内的pH值，使pH值保持在7～8.5的范围；污泥消解池的出口处设置固液分离池，固液分离池将部分污泥回流至污泥消解池，还将消解营养液回流至污水的入水通道。本发明方法在充分利用污泥中自有营养物质、增强系统处理能力、保证系统良好处理效果的同时，大大减少了系统剩余活性污泥排放量，具有良好的经济、社会效益。

Description

营养物自我补偿及剩余污泥减量化污水处理方法及系统

技术领域

本发明属于水处理技术领域，涉及一种污水处理方法，尤其涉及一种营养物自我补偿及剩余污泥减量化污水处理方法；同时，本发明还涉及一种营养物自我补偿及剩余污泥减量化污水处理系统。

背景技术

随着城市化及工业化的迅速发展，城镇及工业园区环境治理要求的提高及污水处理系统的完善，我国污水处理能力日益提高，由此带来的需处理的污水厂污泥数量也增长迅速（有数据显示目前我国每年产生的城市污泥已高达1亿吨以上）。由于污泥性质的特殊性，其不仅含水率高，易腐烂，散发强烈的臭气，污泥中还含有有机物质、氮、磷、重金属和盐类以及病原微生物和寄生虫卵，如不对污水处理厂剩余污泥进行有效处理处置，将会影响环境，污染水体和土壤，危害人体健康。

由于排水体制不完善、纳污率过低、官网的管理与维护不到位、居民用水习惯等原因，有许多污水处理厂尤其是合流制的污水处理厂还面临着进水COD_cr浓度偏低的情况。据调查，有些污水处理厂进水COD_cr浓度低于100mg/l，最低的甚至不到60mg/l。然而随着水体富营养化的问题也日益突出，世界各国对污水处理厂的氮、磷排放标准却日益严格。过低的有机物浓度必然影响到脱氮除磷的效果，许多污水处理厂根据其来源的组成不同，往往还呈现出营养物比例失衡的情况，难以达到微生物理想的BOD∶N∶P=100∶5∶1的比例。因而在实际运行中，为了确保各项指标达到排放标准，污水处理厂往往需要视实际情况额外投加碳、氮、磷等营养物，这大大增加了污水处理厂的运营成本。

传统的污泥处理方式如填埋、投海、焚烧等，由于受自身技术限制及可能对环境造成二次污染的风险，已逐渐被禁止或受到限制，因此对污水厂污泥的资源化利用及减量化技术也愈发成为本领域关注的焦点。

污泥资源化

目前对污泥资源化利用方式主要有：堆肥农用、材料化利用及能源化利用等。堆肥是在一定条件下通过微生物的发酵作用，使有机物不断被降解和稳定，并生产出一种适宜于土地利用的产品的过程。污泥堆肥主要有好氧堆肥和厌氧堆肥。污泥堆肥虽然可以稳定化污泥并制成肥料，但该方法也面临着占地面积大，工艺管理复杂、所制肥料可能因受重金属污染、市场接受度较低等问题困扰，尤其是对工业废水污泥更是受到制约。

污泥的材料化利用主要有污泥制砖、制水泥、制轻质陶粒等。污泥制砖是将干污泥或污泥焚烧灰渣作为掺料按一定比例掺入其它材料烧制成砖。用污泥制砖既可以将污泥有效利用，又可减少粘土和页岩的消耗。但同样也存在着能耗高、有潜在的重金属污染风险及产品市场接受度等问题，因此应用范围受限。

污泥的能源化利用有消化制沼气、焚烧发电等。焚烧是将脱水污泥干化后利用焚烧炉加以焚烧，污泥燃烧所释放出的热能通过热回收系统和发电系统实现能量的转化，其大致流程如图1所示。

污泥焚烧虽然可以较大程度地减容减量、杀灭病原体并转化部分电能，但是技术和设备复杂、投资高、管理难度高，而且因为污泥的燃烧热值低，含水率为80%的污泥在焚烧发电时需要辅助燃料，因此导致能耗大、费用高、经济性不佳，为非低碳处理工艺，且有大气污染的风险。

污泥减量化

污泥减量化技术目前主要有超声波法、投加氧化剂法、代谢解偶联法、高温中温好氧法、厌氧消化法、投加酶法、微型动物捕食法等。这些方法都是工艺过程产生污泥后污泥的减量方法，不是改革工艺在工艺过程中少产生污泥。使污泥在源头减量。上述这些方法虽从污泥的不同特性出发，对已产生的污泥有减少污泥量的作用，但是也都存在技术复杂、投入高、运营成本高、有些药剂甚至有环境安全性问题等，所以应用都有限。

综合上述分析，污泥含有许多不同成分，有被资源化利用的可能但如可从源头减少污泥的产出，避免后续一系列为了资源化利用或减量化污泥的巨大投资。

具体地，请参阅图2，对于一般污水处理厂和合流制市政污水处理厂而言，常规的剩余污泥进入浓缩池浓缩后进行脱水处理，浓缩池上清液和脱水上清液回至系统进水端，污泥中的大量碳、氮、磷等营养物质随脱水后剩余污泥排除，不仅造成系统所需营养物质流失，而且剩余需处理的污泥量巨大，投入很大。

有鉴于此，如今迫切需要提出一种新的污水处理方法，以更好地处理污水。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种营养物自我补偿及剩余污泥减量化污水处理方法，可增加水处理系统的处理能力，并保证出水水质稳定达标。

此外，本发明还提供一种营养物自我补偿及剩余污泥减量化污水处理系统，可增加水处理系统的处理能力，并保证出水水质稳定达标。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种营养物自我补偿及剩余污泥减量化污水处理方法，所述方法包括如下步骤：

步骤S1、污水进入初沉池，除去污水中的可沉物和漂浮物；

步骤S2、经过初沉池处理的污水进入生物处理池，利用活性污泥法对污水进行处理；

步骤S3、生物处理池的出口连接二沉池，使污泥与水分离；分离出的水通过二沉池的出水管道流出；分离出的一部分污泥回流至生物处理池，剩余污泥进入浓缩池处理；

步骤S4、剩余污泥进入浓缩池浓缩，浓缩池上清液回至污水的入水通道；经过浓缩池浓缩的剩余污泥进入污泥消解池；

步骤S5、调节污泥消解池内的pH值，使pH值保持在7～8.5的范围，确保污泥中营养物质高效释放；

步骤S6、污泥消解池的出口处设置固液分离池，通过固液分离池进行固液分离；将部分污泥回流至污泥消解池以保证污泥消解池中的污泥浓度，同时排出极少量稳定化污泥；此外，通过固液分离池将消解营养液回流至污水的入水通道，以补充生化处理所需营养物质。

一种营养物自我补偿及剩余污泥减量化污水处理方法，所述方法包括：

污水依次进入初沉池、生物处理池、二沉池处理，二沉池将污水的污泥与水分离；分离出的部分或全部污泥进入浓缩池处理；

经过浓缩池浓缩的污泥进入污泥消解池，并调节污泥消解池内的pH值，使pH值保持在7～8.5的范围；

污泥消解池的出口处设置固液分离池，固液分离池将部分污泥回流至污泥消解池，还将消解营养液回流至污水的入水通道。

作为本发明的一种优选方案，所述方法具体包括如下步骤：

步骤S1、污水进入初沉池；

步骤S2、经过初沉池处理的污水进入生物处理池；

步骤S3、生物处理池的出口连接二沉池，使污水的污泥与水分离；分离出的水通过管道流出；分离出的一部分污泥回流至生物处理池，剩余污泥进入浓缩池处理；

步骤S4、剩余污泥进入浓缩池浓缩，浓缩池上清液回至污水的入水通道；经过浓缩池浓缩的剩余污泥进入污泥消解池；

步骤S5、调节污泥消解池内的pH值，使pH值保持在7～8.5的范围；

步骤S6、污泥消解池的出口处设置固液分离池，通过固液分离池进行固液分离；将部分污泥回流至污泥消解池以保证污泥消解池中的污泥浓度，同时排出部分稳定化污泥；此外，将消解营养液回流至污水的入水通道，以补充生化处理所需营养物质。

作为本发明的一种优选方案，所述步骤S2中，利用活性污泥法对污水进行处理。

一种营养物自我补偿及剩余污泥减量化污水处理系统，所述系统包括初沉池、生物处理池、二沉池、浓缩池、污泥消解池、固液分离池；

初沉池设有污水的入水通道，污水通过该入水通道进入初沉池；初沉池、生物处理池、二沉池依次连接；

所述二沉池设有出水通道、回流污泥通道、剩余污泥通道，二沉池将污水的污泥与水分离；分离出的水通过出水通道流出；分离出的一部分污泥通过回流污泥通道回流至生物处理池，剩余污泥通过剩余污泥通道进入浓缩池处理；

所述浓缩池分别连接污泥消解池，以及初沉池的入水通道；

所述污泥消解池内设有pH值调节单元，用以实时调节污泥消解池内的pH值，使污泥消解池内的pH值保持在7～8.5的范围；pH值调节单元包括pH值检测模块、调节液控制模块；所述pH值检测模块用以实时检测污泥消解池中的pH值；所述调节液控制模块用以根据pH值检测模块的检测结果，控制调节液的流量；

所述污泥消解池的出口处设置固液分离池，通过固液分离池进行固液分离；固液分离池将部分污泥回流至污泥消解池，还将消解营养液回流至污水的入水通道。

一种营养物自我补偿及剩余污泥减量化污水处理系统，所述系统包括依次连接的初沉池、生物处理池、二沉池、浓缩池、污泥消解池、固液分离池；

所述污泥消解池内设有pH值调节单元，用以调节污泥消解池内的pH值，使污泥消解池内的pH值保持在7～8.5的范围；

所述污泥消解池的出口处设置固液分离池，固液分离池将部分污泥回流至污泥消解池，还将消解营养液回流至污水的入水通道。

作为本发明的一种优选方案，所述二沉池设有出水通道、回流污泥通道、剩余污泥通道，二沉池将污水的污泥与水分离；分离出的水通过出水通道流出；分离出的一部分污泥通过回流污泥通道回流至生物处理池，剩余污泥通过剩余污泥通道进入浓缩池处理。

作为本发明的一种优选方案，所述浓缩池分别连接污泥消解池，以及初沉池的入水通道。

作为本发明的一种优选方案，所述pH值调节单元包括pH值检测模块、调节液控制模块；所述pH值检测模块用以实时检测污泥消解池中的pH值；所述调节液控制模块用以根据pH值检测模块的检测结果，控制调节液的流量。

本发明的有益效果在于：本发明提出的营养物自我补偿及剩余污泥减量化污水处理方法及系统，工艺简单有效，在对原工艺无太大改变的情况下，充分利用剩余污泥自身含有的营养物质对系统进行补充，大大增加了污泥浓度及系统处理能力，而且无需投加营养物质及药剂，有效降低了运行费用。

本发明系统只有极少量稳定化的污泥排出，大部分剩余污泥经过消解后回流至生物处理系统中，减少了系统剩余污泥的产量。本发明工艺根据试验测算，系统最终排泥可以减少60%以上，这极大减少了污泥的产量，节省了后续一系列污泥脱水、外运、填埋的费用。此外，排出系统的少量稳定化剩余污泥的脱水性能有显著的提高，通过砂砾渗水试验发现剩余污泥性质已经发生变化，通过SVI试验也发现系统中活性污泥的沉降性能有显著提升。

此外由于本工艺的改进是针对剩余污泥进行，所以体量很小，因此改进的成本很低，不会导致污水处理厂运营成本的增加。相反，通过将剩余污泥中的营养物补偿到处理系统，不仅节省了投加营养药剂的费用，也大大降低了污泥处置的成本。

因此，本发明工艺在充分利用污泥中自有营养物质，增强系统处理能力，保证系统良好处理效果的同时，大大减少了系统剩余活性污泥排放量，具有良好的经济、社会效益。

附图说明

图1为污泥的能源化利用流程图。

图2为常用的污水生物处理工艺流程图。

图3为本发明（SEP工艺）污水处理方法的流程图。

具体实施方式

下面结合附图详细说明本发明的优选实施例。

实施例

本发明（可称为SEP新工艺）不仅能达到活性污泥生物处理的营养物质的自我补充，而且可以大大降低系统产生的剩余污泥量，在提升系统处理能力的同时，降低了污泥处理处置费用。

本发明SEP新工艺在处理浓缩后污泥时没有进行脱水处理，而是设置污泥消解池，并通过调节污泥消解池内的搅拌参数、使pH值保持在7～8.5的范围，确保污泥中营养物质高效释放。污泥消解池后端设置固液分离池，一方面可将部分污泥回流至污泥消解池以保证污泥消解池中的污泥浓度，同时排出极少量稳定化污泥，降低了污泥处置费用；另一方面可将消解营养液回流至进水端进入系统以补充生化处理所需的碳、氮、磷等营养物质。

本发明工艺（污水处理厂营养物自我补偿及剩余污泥减量化新技术）的原理是：在不增加很多投资的前提下，通过适当改进工艺路线，使原本排出系统的剩余活性污泥全部通过污泥浓缩池和污泥消解池的作用，大幅提高了污泥消解池的污泥浓度，污泥消解池后设置固液分离池，通过调控工艺参数，达到工艺中营养物自偿。

请参阅图3，本发明揭示了一种营养物自我补偿及剩余污泥减量化污水处理系统，所述系统包括初沉池1、生物处理池2、二沉池3、浓缩池4、污泥消解池5、固液分离池6。

初沉池1设有污水的入水通道，污水通过该入水通道进入初沉池1；初沉池1、生物处理池2、二沉池3依次连接。

所述二沉池3设有出水通道、回流污泥通道、剩余污泥通道，二沉池3将污水的污泥与水分离；分离出的水通过出水通道流出；分离出的一部分污泥通过回流污泥通道回流至生物处理池2，剩余污泥通过剩余污泥通道进入浓缩池4处理。

所述浓缩池4分别连接污泥消解池5，以及初沉池1的入水通道。所述浓缩池4将剩余污泥进行浓缩处理，浓缩后的污泥输入至污泥消解池5。

所述污泥消解池5内设有pH值调节单元，用以调节污泥消解池5内的pH值，使污泥消解池5内的pH值保持在7～8.5的范围。pH值调节单元包括pH值检测模块、调节溶液控制模块；所述pH值检测模块用以实时检测污泥消解池5中的pH值；所述调节溶液控制模块用以根据pH值检测模块的检测结果，控制调节溶液的流量。

所述污泥消解池5的出口处设置固液分离池6，通过固液分离池6进行固液分离；固液分离池6将部分污泥回流至污泥消解池5，还将消解营养液回流至污水的入水通道，而后进入初沉池1。

以上介绍了营养物自我补偿及剩余污泥减量化污水处理系统，本发明在揭示上述污水处理系统的同时，还揭示一种营养物自我补偿及剩余污泥减量化污水处理方法；如图3所示，所述方法包括如下步骤：

【步骤S1】污水进入初沉池1，通过初沉池1除去污水中的可沉物和漂浮物。

【步骤S2】经过初沉池1处理的污水进入生物处理池2，利用活性污泥法对污水进行处理。活性污泥法是以活性污泥为主体的污水生物处理工艺。活性污泥法具体为：向生活污水中注入空气并进行曝气，每天保留沉淀物，更换新鲜污水，如此操作并持续一段时间后，污水中生成一种黄褐色的絮凝体，即活性污泥。

【步骤S3】生物处理池2的出口连接二沉池3，使污泥与水分离；分离出的水通过二沉池3的出水管道流出；分离出的一部分污泥回流至生物处理池2，剩余污泥进入浓缩池4处理。

【步骤S4】剩余污泥进入浓缩池4浓缩，浓缩池上清液回至污水的入水通道，输入至初沉池1；经过浓缩池4浓缩的剩余污泥进入污泥消解池5。

【步骤S5】调节污泥消解池内的pH值，使pH值保持在7～8.5的范围，确保污泥中营养物质高效释放。水解消解池内需搅拌，搅拌频率为一天2～4次，每次1.5～3小时；水力停留时间为10～20小时。具体地，通过pH值调节单元实时调节污泥消解池5内的pH值，使污泥消解池5内的pH值保持在7～8.5的范围。pH值调节单元包括pH值检测模块、调节溶液控制模块；所述pH值检测模块用以实时检测污泥消解池5中的pH值；所述调节溶液控制模块用以根据pH值检测模块的检测结果，控制调节溶液的流量。

【步骤S6】污泥消解池5的出口处设置固液分离池6，通过固液分离池6进行固液分离，将部分污泥回流至污泥消解池5以保证污泥消解池中的污泥浓度，同时排出极少量稳定化污泥；此外，将消解营养液回流至污水的入水通道，以补充生化处理所需营养物质。

本工艺在保证系统出水各项指标达到国家排放标准的同时，还能有效降低处理成本。系统只有极少量已稳定化的剩余污泥排出，节省了污泥处理和处置的投资和消耗。剩余污泥的脱水性能也得到显著改良，脱水后污泥的含水率明显下降。

经过小试、中试研究，证明本技术发明能充分利用污泥自身营养元素，提高污水系统自身处理能力，大大减少剩余污泥排出，而且排出的污泥是已充分稳定化及有良好脱水性的，处理后出水各项指标达到国家排放标准。本发明是能完全实现污水处理中营养物自我补偿及剩余污泥减量化的新技术。

这里本发明的描述和应用是说明性的，并非想将本发明的范围限制在上述实施例中。这里所披露的实施例的变形和改变是可能的，对于那些本领域的普通技术人员来说实施例的替换和等效的各种部件是公知的。本领域技术人员应该清楚的是，在不脱离本发明的精神或本质特征的情况下，本发明可以以其它形式、结构、布置、比例，以及用其它组件、材料和部件来实现。在不脱离本发明范围和精神的情况下，可以对这里所披露的实施例进行其它变形和改变。

Claims (1)

1.一种营养物自我补偿及剩余污泥减量化污水处理系统，其特征在于，所述系统利用剩余污泥自身含有的营养物质对系统进行补充；所述系统包括初沉池、生物处理池、二沉池、浓缩池、污泥消解池、固液分离池；

初沉池设有污水的入水通道，污水通过该入水通道进入初沉池；初沉池、生物处理池、二沉池依次连接；

所述二沉池设有出水通道、回流污泥通道、剩余污泥通道，二沉池将污水的污泥与水分离；分离出的水通过出水通道流出；分离出的一部分污泥通过回流污泥通道回流至生物处理池，剩余污泥通过剩余污泥通道进入浓缩池处理；

所述浓缩池分别连接污泥消解池，以及初沉池的入水通道；

所述污泥消解池内设有pH值调节单元，用以实时调节污泥消解池内的pH值，使污泥消解池内的pH值保持在7～8.5的范围；pH值调节单元包括pH值检测模块、调节溶液控制模块；所述pH值检测模块用以实时检测污泥消解池中的pH值；所述调节溶液控制模块用以根据pH值检测模块的检测结果，控制调节溶液的流量；

所述污泥消解池的出口处设置固液分离池，通过固液分离池进行固液分离；固液分离池将部分污泥回流至污泥消解池，还将消解营养液回流至污水的入水通道；系统只有极少量稳定化的污泥排出，大部分剩余污泥经过消解后回流至生物处理池中。