CN104445820B - 用于列车卸污粪便污水无害化和资源化的一体化处理系统 - Google Patents

用于列车卸污粪便污水无害化和资源化的一体化处理系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于列车卸污粪便污水无害化和资源化的一体化处理系统，包括预处理系统、资源回收系统、处理系统和消毒系统，其中，预处理系统连接资源回收系统，资源回收系统连接处理系统，处理系统连接消毒系统；预处理系统，包括粪便储存池、水解酸化池和离心分离机；其中，粪便储存池和水解酸化池并联建在一起，水解酸化池顶部设有与粪便储存池相通的过水管；粪便储存池中设有潜污泵，通过潜污泵与离心分离机连接；离心分离机通过出渣管与出水管分别与水解酸化池和资源回收系统连接。该系统不仅可实现粪便污水中的氨氮和磷酸盐的资源化，而且可以降低进入后工序污水中氨氮和磷酸盐含量，使污水更易处理达标，降低成本。

Description

用于列车卸污粪便污水无害化和资源化的一体化处理系统
技术领域
本发明涉及一种用于列车卸污粪便污水无害化和资源化的一体化处理系统。
背景技术
为了保护铁路沿线生态环境，世界发达国家从20世纪70年代已经开始在列车上加装集便器，用以收集旅客的排泄物，避免铁路沿线随意排放导致的环境污染，同时在地面还建立了完善的粪便接收及处理设施。国内旅客列车安装集便器时间较短，已有完善的卸污系统，但无与之相配套的高浓度粪便污水处理技术与设备。针对该种粪便污水，国内主要采取交由地方环卫部门处理，目前从处理情况来看，其处理工艺复杂，运行状况较差，不能实现达标排放。
此外，粪便污水不仅含有高浓度的有机物，而且溶解油大量的氨氮和磷酸盐。常规处理工艺中，氨氮需要在曝气条件下，经过微生物作用，将其转化成硝酸盐氮和亚硝酸盐氮，然后在兼氧条件下，由兼氧微生物再转化成氮气。磷在粪便污水中一般以化合态存在。在污水处理中，首先厌氧处理，释放磷，再好氧处理将磷转化成微生物絮体，然后再厌氧消化污泥。从上述处理过程中，可以看出，处理氮磷需要消耗大量的能源，需要付出昂贵的费用，但是往往还不能达标。
为了解决粪便处理的难题，中国专利号为200710079587x、公开号为2007年9月19日、名称为“粪便处理方法及系统”的专利文件中公开了一种物化处理粪便的方法，但其对于高浓度有机粪便污水的受纳要求污水厂处理的设计能力、工况等条件符合受纳污水的标准，且其输送过程中会散发臭味，不利于环境卫生。中国专利号为201210513731.7、授权公告日为2014年3月5日、名称为“粪便无害化处理方法”的专利文件中公开了一种粪便无害化的处理方法，但其工艺流程复杂，需经过两次A/O处理，能耗大，效率低；且需要用到98％浓硫酸溶液等受限制药剂，虽能回收利用部分有机物，但无法回收粪便中的氮磷资源。
然而，氮是植物生长的必需养分之一，磷是包括人类在内的一切生命体的必需元素，是一种不可再生的宝贵资源。随着我国铁路的高速发展，动车组的大量开行，将产生大量的动车集便器粪便污水，从粪便污水处理和氮磷资源的可持续利用双重目的出发，在处理粪便污水的同时从污水中回收氮磷资源是一种最佳的选择。
发明内容
本发明为了解决上述问题，提出了一种用于列车卸污粪便污水无害化和资源化的一体化处理系统，本系统有效的解决了旅客列车密闭式集便器卸污粪便污水处理工艺复杂、处理费用高、难以达标排放，以及难以实现污水中氮磷资源的回收等问题。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种用于列车卸污粪便污水无害化和资源化的一体化处理系统，包括预处理系统，、资源回收系统、处理系统和消毒系统，其中，预处理系统连接资源回收系统，资源回收系统连接处理系统，处理系统连接消毒系统；
所述预处理系统，包括粪便储存池、水解酸化池和离心分离机；其中，粪便储存池和水解酸化池并联建在一起，水解酸化池顶部设有与粪便储存池相通的过水管；粪便储存池中设有潜污泵，通过潜污泵与离心分离机连接；离心分离机通过出渣管与出水管分别与水解酸化池和资源回收系统连接。
所述资源回收系统包括中间水箱和鸟粪石回收系统，其中，中间水箱接收来自离心分离机的滤液，并通过潜水泵将滤液输送到鸟粪石回收系统，鸟粪石回收系统通过管道与处理系统连接。
所述处理系统包括A/O段和MBR工艺段，A/O段和MBR工艺段内部均设有循环系统，MBR工艺段设有污泥回流管，污泥回流管将剩余污泥回流至粪便储存池，同时通过管道将出水送入消毒系统。
所述消毒系统，包括臭氧发生器、循环泵、射流器、气止回阀和活性炭过滤罐；其中，臭氧发生器连接射流器，射流器连接气水反应罐，气水反应罐通过供水泵连接活性炭过滤罐。射流器与气水反应罐之间连接循环泵，射流器与臭氧发生器之间设有气止回阀。
所述臭氧发生器连接MBR工艺段，产生臭氧，臭氧通过管道进入溶气罐中进行气水混合，实现高效消毒；消毒后出水通过供水泵进入活性炭过滤罐，去除消毒后异味。
基于上述系统的处理方法，包括以下步骤：
(1)预处理系统收集粪便储存池中的粪便污水，通过过滤、离心力作用，对粪便污水进行预处理；
(2)滤液通过潜水泵将滤液泵入鸟粪石回收系统，进行有效资源的反应与回收；
(3)步骤(2)中的滤液通过溢流方式进入处理系统中A/O反应区进行循环反应，进入MBR反应器，通过膜组件的高效分离作用使泥水彻底分离，出水水质得到强化，出水进入消毒系统；
(4)出水通过MBR反应器、臭氧发生器、溶气罐和活性炭过滤罐进行消毒，最终达标排放。
所述步骤(1)的具体过程为：储存在粪便储存池中的粪便污水由潜污泵泵入离心分离机，其潜污泵与离心分离机处理能力相匹配；离心分离机通过离心作用，将粪便中的固体物、悬浮物和不溶解的有机物大部分给以去除，滤液通过管道进入资源回收系统中的中间水箱，滤渣通过管道进入水解池；进入水解池的不容有机物通过水解作用分解为溶解性有机物，通过过水管回流到粪便储存池。
所述步骤(2)中，进入中间水箱的滤液通过潜水泵将滤液泵入鸟粪石回收系统；鸟粪石回收系统采用鸟粪石沉淀法回收废水中的氨氮和磷，系统由氯化镁溶液罐、氢氧化钠溶液罐、氯化镁溶液泵、氢氧化钠溶液泵和混合反应区及外排回流管组成；其中调节pH所用溶液为2-6mol/L的氢氧化钠溶液，氯化镁溶液调节反应器中Mg：N：P的最佳摩尔比在1:1:1至1.2:1:0.8之间，溶液pH在8-9之间。
所述步骤(3)的具体方法为：经步骤(2)处理的粪便污水通过溢流方式进入处理系统中A/O反应区，通过循环泵的不断循环，使污水在A/O区内循环作用时间24h以上；然后进入MBR反应器，通过膜组件的高效分离作用使泥水彻底分离，出水水质得到强化，出水进入无害化系统；同时MBR反应器和A/O区通过泵实现系统化内部污水循环，使粪便污水中的污染物质得到彻底降解；剩余污泥通过污泥回流管道回流至粪便储存池。
本发明的有益效果为：
(1)提供了一种系统化集便器粪便污水的处理工艺，解决集便器粪便污水处理工艺复杂，运行情况差，出水不达标等问题；
(2)该工艺不仅可实现粪便污水中的氨氮和磷酸盐的资源化，而且可以降低进入后工序污水中氨氮和磷酸盐含量，使污水更易处理达标，降低成本；
(3)处理工艺结构紧凑，产泥量少，无二次污染。
附图说明
图1为用于列车卸污粪便污水无害化和资源化的一体化处理系统工艺流程图。
图2消毒系统工艺流程图。
具体实施方式：
下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。
如图1所示，一种用于列车卸污粪便污水无害化和资源化的一体化处理系统，其实施方法为：
1.1系统的工艺流程
首先将列车卸污粪便污水储存于粪便储存池中，然后通过潜污泵将粪便污水送入离心分离机；粪便污水经过离心分离机实现固液分离，其中固体通过管道进入水解池，固体在水解池中发生水解反应，其上清液通过过水管进入粪便储存池；滤液通过管道进入中间水箱，再由中间水箱中的潜水泵将污水送入鸟粪石回收系统，产生的鸟粪石通过系统内的管道回收，污水通过三角堰进入A/O生化区；一部分污水通过A/O生化区内的潜水搅拌器实现内部循环，另一部分污水通过出水管进入MBR反应器；MBR反应器中一部分污水通过膜处理后经自吸泵、臭氧发生器、溶气罐和活性炭过滤罐消毒处理后排出，另一部分污水通过回流泵回流到A/O生化区，剩余污泥通过管道排入粪便储存池。
粪便储存池中设有网孔隔板和检查口。网孔隔板设在为了阻挡污水中大的悬浮物，以防止潜污泵堵塞。当粪便储存池中的悬浮物量较多时，从检查口将悬浮物清理出去，减轻网孔隔板阻力。固液分离捞出大块物质和较大的砂石等重物后的粪便污水由潜污泵泵入密封的离心脱水机，再通过离心脱水机进一步去除泥、砂及不溶解的有机物，将粪便中的固体物、悬浮物和不溶解的有机物95％以上给以清除，COD、BOD5也得到大幅度的降解。产生的滤清液通过管道进入中间水箱，中间水箱中设有潜水泵，将滤液送入鸟粪石回收系统。
本发明专利中的离心脱水机为现有设备，在此不再赘述。
鸟粪石回收系统由混合液反应区、结晶沉淀区、鸟粪石回收区及溢流集水区组成。滤液进入鸟粪石回收系统后，氯化镁溶液泵和氢氧化钠溶液泵依次投加氯化镁和氢氧化钠，调节滤液中Mg：N：P的最佳摩尔比范围在1:1:1至1.2:1:0.8之间，溶液pH在8-9之间，随后混合液依次通过混合反应区、结晶沉淀区、鸟粪石回收区和溢流集水区，最终通过溢流方式通过管道进入A/O生化区。在滤液中回收鸟粪石有利于鸟粪石沉淀收集，通过鸟粪石回收系统，能高效回收磷，同时去除部分氨氮，降低后续A/O生化区负荷。
A/O生化反应是比较广泛的一种脱氮工艺。硝化反应器中的已进行充分反应的硝化液的一部分回流到反硝化反应器，反硝化反应器的脱氮菌以原污水中的有机物作为碳源，将硝态氮还原为气态氮。硝化曝气池在后，使反硝化残留的有机物得以进一步去除，提高了处理水水质。
MBR反应器主体采用集帘式中空纤维膜片过滤出水和曝气生化系统为一体，通过曝气使水形成旋回流，空气均匀吹向纤维膜丝，使膜丝产生摆动，进行膜清洗，避免膜污染。设备设置出口和活结头等能方便的将膜片取出，进行离线化学清洗。省去了反向冲洗系统，使设备更件简单化，同时避免了反冲洗对纤维膜丝的破坏，延长整体设备的使用寿命。通过膜组件的高效分离作用使泥水彻底分离，出水水质得到强化。
污水在MBR池中停留一定停留时间进行生化降解后，由自吸泵将水膜过滤后产生出水。膜过滤后水流经紫外线杀菌器，由紫外灯发出光杀死水中大量细菌后，成为整个设备的终端出水。
1.2系统的逻辑控制
粪便储存池和中间水箱各设有高低两个液位开关，各设有潜污泵两台，一用一备；A/O生化区和MBR反应器各设循环泵一台，其中一台用于A/O生化区内部循环，另一台用于A/O生化区和MBR反应器之间循环；MBR反应器设有高低两个液位开关，自吸泵、鼓风机两台，一用一备。
预处理系统中，当粪便储存池中高液位触发时，系统报警；当低液位触发时，潜水泵停止运行；当液位位于高低液位之间时，潜水泵正常运行，且离心脱水机同粪便储存池中潜水泵联动。
资源回收系统中，当中间水箱中高液位触发时，粪便储存池中潜水泵停止运行，且该逻辑控制优先于粪便储存池中液位逻辑控制；当低液位触发时，潜水泵停止运行；当液位位于高低液位之间时，潜水泵正常运行，鸟粪石回收系统与潜水泵联动。
处理系统中，A/O生化区和MBR反应器中高低液位控制循环泵、自吸泵、鼓风机运行。当MBR反应器中高液位触发时，中间水箱潜水泵停止运行，且该逻辑控制优先于中间水箱中液位逻辑控制；当低液位触发时，循环泵、自吸泵、鼓风机停止运行；当液位位于高低液位之间时，循环泵、自吸泵、鼓风机正常运行。
消毒系统中，臭氧发生器与MBR反应器中自吸泵联动。
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (6)

1.一种用于列车卸污粪便污水无害化和资源化的一体化处理系统，其特征是：包括预处理系统、资源回收系统、处理系统和消毒系统，其中，预处理系统连接资源回收系统，资源回收系统连接处理系统，处理系统连接消毒系统；所述预处理系统，包括粪便储存池、水解酸化池和离心分离机；其中，粪便储存池和水解酸化池并联建在一起，水解酸化池顶部设有与粪便储存池相通的过水管；粪便储存池中设有潜污泵，通过潜污泵与离心分离机连接；离心分离机通过出渣管与出水管分别与水解酸化池和资源回收系统连接；所述处理系统包括A/O段和MBR工艺段，A/O段和MBR工艺段内部均设有循环系统，MBR工艺段设有污泥回流管，污泥回流管将剩余污泥回流至粪便储存池，同时通过管道将出水送入消毒系统；
所述消毒系统，包括臭氧发生器、循环泵、射流器、气止回阀和活性炭过滤罐；其中，臭氧发生器连接射流器，射流器连接气水反应罐，气水反应罐通过供水泵连接活性炭过滤罐，射流器与气水反应罐之间连接循环泵，射流器与臭氧发生器之间设有气止回阀；
所述资源回收系统包括中间水箱和鸟粪石回收系统，其中，中间水箱接收来自离心分离机的滤液，并通过潜水泵将滤液输送到鸟粪石回收系统，鸟粪石回收系统通过管道与处理系统连接。
2.如权利要求1所述的一体化处理系统，其特征是：所述臭氧发生器连接MBR工艺段，产生臭氧，臭氧通过管道进入溶气罐中进行气水混合，实现高效消毒；消毒后出水通过供水泵进入活性炭过滤罐，去除消毒后异味。
3.基于权利要求1-2中任一项所述的系统的处理方法，其特征是：包括以下步骤：
(1)预处理系统收集粪便储存池中的粪便污水，通过过滤、离心力作用，对粪便污水进行预处理；
(2)滤液通过潜水泵将滤液泵入鸟粪石回收系统，进行有效资源的反应与回收；
(3)步骤(2)中的滤液通过溢流方式进入处理系统中A/O反应区进行循环反应，进入MBR反应器，通过膜组件的高效分离作用使泥水彻底分离，出水水质得到强化，出水进入消毒系统；
(4)出水通过MBR反应器、臭氧发生器、溶气罐和活性炭过滤罐进行消毒，最终达标排放。
4.如权利要求3所述的处理方法，其特征是：所述步骤(1)的具体过程为：储存在粪便储存池中的粪便污水由潜污泵泵入离心分离机，其潜污泵与离心分离机处理能力相匹配；离心分离机通过离心作用，将粪便中的固体物、悬浮物和不溶解的有机物大部分给以去除，滤液通过管道进入资源回收系统中的中间水箱，滤渣通过管道进入水解池；进入水解池的不容有机物通过水解作用分解为溶解性有机物，通过过水管回流到粪便储存池。
5.如权利要求3所述的处理方法，其特征是：所述步骤(2)中，进入中间水箱的滤液通过潜水泵将滤液泵入鸟粪石回收系统；鸟粪石回收系统采用鸟粪石沉淀法回收废水中的氨氮和磷，系统由氯化镁溶液罐、氢氧化钠溶液罐、氯化镁溶液泵、氢氧化钠溶液泵和混合反应区及外排回流管组成；其中调节pH所用溶液为2-6mol/L的氢氧化钠溶液，氯化镁溶液调节反应器中Mg：N：P的最佳摩尔比在1:1:1至1.2:1:0.8之间，溶液pH在8-9之间。
6.如权利要求3所述的处理方法，其特征是：所述步骤(3)的具体方法为：经步骤(2)处理的粪便污水通过溢流方式进入处理系统中A/O反应区，通过循环泵的不断循环，使污水在A/O区内循环作用时间24h以上；然后进入MBR反应器，通过膜组件的高效分离作用使泥水彻底分离，出水水质得到强化，出水进入无害化系统；同时MBR反应器和A/O区通过泵实现系统化内部污水循环，使粪便污水中的污染物质得到彻底降解；剩余污泥通过污泥回流管道回流至粪便储存池。
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