CN104787964A - 一种污水处理并制取沼气的方法与装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种污水处理并制取沼气的方法与装置，至少包括好氧处理单元的污水微生物处理净化系统所排出的生物污泥与作为被处理对象的污水原水进行混合后的吸附沉降过程；经吸附沉降过程后的上清液进入所述污水微生物处理净化系统进行生物处理的污水生物处理过程；经吸附沉降过程后的污泥进入污泥厌氧发酵制沼气系统进行厌氧发酵制沼气的污泥厌氧发酵制沼气过程。通过污水微生物处理净化系统所排出的生物污泥与污水原水的吸附沉淀分离，将污水原水中的颗粒有机污染物及部分溶解性污染物吸附到污泥中进行厌氧发酵制取沼气，既提高了厌氧制沼气的产量和速度，也降低了污水净化的负荷、减少曝气量和剩余污泥产生量；处理效率高，回收生物质能效率高。

Description

一种污水处理并制取沼气的方法与装置

技术领域

本发明涉及一种污水处理并制取沼气的方法与装置，特别是利用活性污泥与污水混合发生的吸附沉降作用，实现污水中悬浮、胶体状态的有机物与其他溶解性污染物分离，对吸附着大量有机物的污泥进行厌氧发酵回收沼气，以及对分离后的上清液继续生物处理的方法，属于水处理技术及环保领域。

背景技术

随着我国对水资源保护重视程度的提高，国家大力推广、发展污水处理。以城市污水为代表的典型污水处理方法如下：污水经过格栅去除体积较大的无机杂质后进入污水处理系统，污水流经沉砂池、初沉池去除颗粒较小的无机杂质后，再经过厌氧、缺氧、好氧等工序，最后污水中绝大部分的污染物转移到污泥中，或者转化为二氧化碳、水、氮气等对环境影响较小的物质，实现污水达标排放，而水处理过程中产生的剩余污泥经过浓缩后进行厌氧发酵产沼气，或者浓缩后直接进行脱水外运等处理。该法虽然能够处理污染物，实现处理后的污水达标排放，但是存在能耗高、剩余污泥产量大、难处理的问题。一方面，典型的污水处理方法主要能耗来源于好氧处理污水中有机污染物，为了将有机物彻底氧化转化为二氧化碳，需要进行鼓风曝气给微生物提供充足的氧气，因此鼓风机消耗大量的电能。另一方面，污水处理过程中产生的剩余污泥主要组分是好氧微生物细胞，细胞壁的包裹和微生物胞外物的厌氧分解率低，发酵速度慢。所以利用剩余污泥进行厌氧发酵产沼气，存在发酵时间长、沼气产量低的问题。因此，探索一种能够降低水处理能耗，并提高剩余污泥厌氧发酵产沼气的效率，实现污泥减量化，回收生物质能的方法非常必要。本发明从改变活性污泥去除有机污染物的方法着手，提供一种低能耗、低污泥量、回收生物质能的方法，为解决本领域的技术经济难题提供技术手段。

发明内容

本发明的目的在于提供一种既高效又节能的污水处理流程并制取沼气的方法与装置，通过污水微生物处理净化系统所排出的好氧剩余污泥与作为被处理对象的污水原水进行吸附沉降，将污水原水分成含有高浓度悬浮和胶体状态有机污染物的污泥和主要含有溶解性污染物的上清液，最后分别进行厌氧发酵产沼气和好氧生物处理，以达到净化污水并且回收生物质能的目的。与传统的活性污泥法的水处理流程相比，本方法具有处理效率高、处理能耗低、剩余污泥产生量少、能够回收生物质能等特点。

本发明是采用如下技术方案实现的：

一种污水处理并制取沼气的方法，至少由如下过程组成：

(1)包括了好氧处理单元的污水微生物处理净化系统所排出的生物污泥与作为被处理对象的污水原水进行混合后的吸附沉降过程；

(2)经吸附沉降过程后得到的上清液进入所述污水微生物处理净化系统进行生物处理的污水生物处理过程；

(3)经吸附沉降过程得到的污泥进入污泥厌氧发酵制沼气系统进行厌氧发酵制沼气的污泥厌氧发酵制沼气过程。

污泥厌氧发酵制沼气过程完成后的污泥进行污泥的机械脱水处理，达到含水率85％以下后作为剩余污泥排出。

由污水微生物处理净化系统所排出的污泥在与污水原水进行混合前，对所述污泥进行空气曝气，曝气时间在15-120分钟，污泥中溶解氧在1-5mg/l之间。

本发明污水处理并制取沼气的装置，至少包括污泥与污水原水混合后的吸附沉降池、对吸附沉降后的上清液进行微生物处理的污水生物处理装置、吸附沉降后的污泥进行污泥厌氧发酵制沼气的污泥厌氧发酵制沼气装置；吸附沉降池的污泥入口与污水生物处理装置的沉淀池的污泥出口连接，吸附沉降池的上清液出口与污水生物处理装置的污水入口相连接，吸附沉降池的污泥出口与污泥厌氧发酵制沼气装置的污泥入口相连接。

具体说明如下：

活性污泥具有很强的吸附能力，与污水原水接触时，原水中呈悬浮和胶体状态的有机污染物即被活性污泥所凝聚和吸附，通过污泥的沉降作用，使悬浮和胶体状态的有机污染物从流入原水分离。一般，城市污水与污泥接触30min内，污水BOD的去除率可达40-70％。所以通过包括了好氧处理单元的污水微生物处理净化系统所排出的生物污泥与作为被处理对象的污水原水吸附沉降作用，能够把原水中悬浮、胶体状态的有机污染物与溶解性污染物进行分离，污水原水被分为含有溶解性污染物的上清液和吸附了悬浮、胶体状态有机物的污泥。

分离后的含有溶解性污染物的上清液进入污水微生物处理净化系统，与传统工艺的直接流入污水微生物处理净化系统的原水相比，上清液所含的有机物浓度降低，从而能够减少污水微生物处理净化系统彻底氧化污水中有机物所需的曝气量，节省电耗；同时，由于上清液有机物含量比原水低，与传统工艺相比，微生物繁殖相对较弱，所以，污水微生物处理净化系统产生的剩余污泥量较少。所述污水微生物处理净化系统可以是只有好氧处理单元的系统，也可以是包括了厌氧、缺氧单元的各种处理工艺系统，例如厌氧-缺氧-好氧，厌氧-好氧-缺氧-好氧，氧化沟，间歇曝气处理等，但不限于这些工艺。

分离后的吸附着大量悬浮和胶体状体有机物的污泥进入污泥厌氧发酵装置，与传统工艺污水微生物处理净化系统产生的剩余污泥进行厌氧发酵相比，本发明进入污泥厌氧发酵装置的污泥有机物浓度较高，且所含的有机物除了微生物细胞，还含有易于厌氧发酵来源于原水的悬浮、胶体状态的有机物，因此，该发明的厌氧发酵比传统工艺的厌氧发酵速度快、沼气产量大，能更高效地实现污水中生物质能的回收利用。

污水微生物处理净化系统所排出的好氧剩余污泥9在与污水原水1进行混合前，对所述污泥进行空气曝气，保证所述污泥中的微生物处于內源呼吸阶段，使与污水原水混合的污泥具有更好的吸附性能。

所发明的污水处理并制取沼气的方法具体流程为：对吸附沉降后的上清液进行了包括好氧处理单元在内的微生物处理的污水生物处理净化装置4中排出的生物污泥从出水沉淀池6流出作为好氧剩余污泥送至污泥曝气调质池10，经曝气调质后的污泥流到吸附沉降池2，与流入吸附沉降池的污水原水1进行充分混合，活性污泥表面吸附水中大量的悬浮和胶体状态的有机物，待吸附充分后，将污泥与上清液进行分离。上清液3流入至少包括了好氧处理单元的污水生物处理净化装置4，净化处理完成后流入出水沉淀池6，泥水分离后作为处理后的净水7排放。而从吸附沉降池2分离后的吸附着大量有机物的污泥则进入污泥浓缩池14，降低污泥含水率后，再进入厌氧发酵制沼气装置17，厌氧发酵产生的沼气回收利用，厌氧发酵后的沼气发酵污泥19作为整个系统的剩余污泥排出，并进入污泥机械脱水装置20进行机械脱水处理，达到含水率85％以下，作为最终剩余污泥21运往污泥处理处置或资源化工序。

所述的吸附沉降池中污泥与污水的分离，在吸附沉降池中进行，采用自然沉降方法或机械分离，也可以将吸附与沉降在不同的容器中进行。

所述的污泥曝气调质池根据泥水混合物在沉淀池的沉淀时间以及污水原水中悬浮态和胶体态有机物含量选择是否设置。若泥水混合物在沉淀池的沉淀时间较长，则污泥中的微生物消耗大量自身的有机物，处于內源呼吸期，污泥吸附能力较强，则可以选择不设置曝气调质池。若污水原水中所含的悬浮和胶体状态的有机污染物较少，则也可以选择不设置曝气调质池。

所述的吸附污泥浓缩池根据吸附完成后的泥水混合物在吸附沉降池沉降时间以及污水原水中悬浮态和胶体态有机物含量选择是否设置。若吸附完成后的泥水混合物在吸附沉降池沉降时间较长，分离后的污泥含水率较低，污泥吸附有机物的浓度相对较高，则可以选择不设置污泥浓缩池。若污水原水中所含的悬浮态和胶体状态的有机污染物较多，分离后污泥吸附着大量有机物，则可以选择不设置污泥浓缩池。

本发明的有益效果是通过污水微生物处理净化系统所排出的生物污泥与污水原水的吸附沉降分离，将污水原水中的颗粒有机污染物及部分溶解性污染物吸附到污泥中进行厌氧发酵制取沼气，既提高了厌氧制沼气的产量和速度，也降低了污水净化的负荷、减少曝气量，降低能耗，并减少剩余污泥产生量。故本方法具有处理效率高、能耗低、剩余污泥产生量少、回收生物质能效率高等特点。

附图说明

图1：污水处理并制取沼气流程图。

其中：1-被处理污水原水；2-吸附沉降池；3-上清液；4-污水生物处理净化装置；5-污水生物处理后泥水混合物；6-出水沉淀池；7-净水；8-回流污泥；9-好氧剩余污泥；10-污泥曝气调质池；11-空气；12-再生污泥；13-吸附污泥；14-吸附污泥浓缩池；15-浓缩液；16-浓缩污泥；17-污泥厌氧发酵制沼气装置；18-沼气；19-沼气发酵污泥；20-污泥机械脱水装置；21-最终剩余污泥。

具体实施方式

实施例1

本实施例的处理对象为含有悬浮态、胶体态有机物的城市生活污水。污水经过格栅、沉砂池、初沉池等预处理去除无机杂质后进入如图1所示处理系统。

经过包括了好氧处理的生物处理系统处理9，经过厌氧-好氧-缺氧-好氧处理后在出水沉淀池6得到的好氧剩余污泥9经过污泥曝气调质池10(通入空气11)调质后，作为再生污泥12流到吸附沉降池2，与流入的被处理污水原水1进行充分混合，通过活性污泥的物理吸附和生物吸附作用，迅速吸附污水中悬浮和胶体状态的有机物；待吸附充分后，通过自然沉降，吸附了大量有机物的吸附污泥13和上清液3在吸附沉降池2中实现分离。分离后的上清液3流入污水生物处理装置4，通过微生物作用处理的泥水混合物5流至出水沉淀池6实现泥水分离后作为净水7排放。从出水沉淀池6流出的部分污泥作为回流污泥8回流至污水生物处理净化装置4，除回流污泥之外的污泥作为好氧剩余污泥9进入曝气调质池10，在通入空气11的条件下(控制污泥中溶解氧在2mg/l之间，曝气30min)对污泥进行调质后送入吸附沉降池2。从吸附沉降池2分离得到的吸附着大量有机物的吸附污泥13进入吸附污泥浓缩池14，通过浓缩作用降低了污泥含水率后的污泥作为浓缩吸附污泥16进入污泥厌氧发酵制沼气装置17进行厌氧发酵。浓缩产生的浓缩液15送至生物处理装置4中进行处理。厌氧发酵产生的沼气18回收利用，厌氧发酵产生的沼气发酵污泥19经过污泥机械脱水装置20脱水后，污泥含水率达到85％以下，运往污泥处理处置或资源化工序。通过本实施例系统的处理，与传统工艺相比，好氧处理的曝气电耗节省50％，沼气发酵停留时间缩短5天，产沼气量提高38％，脱水后的污泥产生量减少25％。

实施例2

本实施例的处理对象为含有浓度较低的悬浮态、胶体态有机物的城市污水，流程与实施例1基本相同，所不同的是设计的沉淀池6体积较大，污水生物处理后的泥水混合物5在沉淀池6的停留时间较长，实施流程省略图1中的曝气调节池10。

具体流程如下：污水经过格栅、沉砂池、初沉池等预处理去除无机杂质后进入本发明系统。污水原水1流入吸附沉降池2，同时，好氧剩余污泥9从沉淀池6直接送入吸附沉降池2，与流入的污水原水1进行混合沉降分离后，上清液进入污水生物处理净化装置4，在该装置中经过厌氧-缺氧-好氧进行除磷脱氮和去除有机污染物的生物处理。其他流程同实施例1。本实施例的处理与传统污水处理工艺相比，好氧处理的曝气电耗节省40％，沼气发酵停留时间缩短5天，产沼气量提高32％，脱水后的污泥产生量减少20％。

实施例3

本实施例的处理对象为含有浓度较高的悬浮态、胶体态有机物的工业污水，本实施例与实施例1基本相同，所不同的是设计的吸附沉淀池2体积较大，吸附完成后的泥水混合物在吸附沉降池2停留时间较长，实施流程省略图1中的污泥浓缩池14。从吸附沉降池2分离后的吸附着大量有机物的污泥13直接进入厌氧发酵制沼气装置17进行厌氧发酵。在曝气调质池10中，控制污泥中溶解氧在4mg/l之间，曝气15min。通过本实施例系统的处理，与传统工艺相比，好氧处理的曝气电耗节省55％，沼气发酵停留时间缩短6天，产沼气量提高40％，脱水后的污泥产生量减少28％。

实施例4

本实施例的处理对象为含有悬浮态、胶体态有机物的城市污水，工艺流程与实施例1基本相同，所不同的是设计的沉淀池6和污泥厌氧发酵制沼气装置17的体积都较大，污水生物处理后的泥水混合物5在出水沉淀池6的停留时间较长，且设计的吸附沉淀池2体积较大，吸附完成后的泥水混合物在吸附沉降池2停留时间较长，实施流程省略图1中的曝气调节池10和污泥浓缩池14。

具体流程如下：污水经过格栅、沉砂池、初沉池等预处理去除无机杂质后进入本实施例系统。污水原水1流入吸附沉降池2，同时，好氧剩余污泥9从出水沉淀池6送往吸附沉降池2，与流入的污水原水1进行充分混合，通过活性污泥的吸附作用，迅速吸附污水中悬浮和胶体状态的有机物。待吸附充分后，通过自然沉降，得到吸附污泥13和上清液3。上清液3流入污水生物处理净化装置4进行生物净化处理。从吸附沉降池2分离得到的吸附着大量有机物的吸附污泥13进入污泥厌氧发酵制沼气装置17，厌氧发酵产生的沼气18回收利用，厌氧发酵产生的沼气发酵污泥19经过机械脱水装置20脱水后，污泥含水率达到80％，作为最终剩余污泥21运至污泥高干脱水工序。通过本实施例系统的处理，与传统工艺相比，好氧处理的曝气电耗节省50％，沼气发酵停留时间缩短6天，产沼气量提高40％，脱水后的污泥产生量减少25％。

Claims (4)

1.一种污水处理并制取沼气的方法，其特征是至少由如下过程组成：

(1)包括了好氧处理单元的污水微生物处理净化系统所排出的生物污泥与作为被处理对象的污水原水进行混合后的吸附沉降过程；

(2)经吸附沉降过程得到的上清液进入所述污水微生物处理净化系统进行生物处理的污水生物处理过程；

(3)经吸附沉降过程得到的污泥进入污泥厌氧发酵制沼气系统进行厌氧发酵制沼气的污泥厌氧发酵制沼气过程。

2.如权利要求1所述的污水处理方法，其特征是污泥厌氧发酵制沼气过程完成后的污泥进行污泥的机械脱水处理，达到含水率85％以下后作为剩余污泥排出。

3.如权利要求1所述的污水处理方法，其特征在于由污水微生物处理净化系统所排出的污泥在与污水原水进行混合前，对所述污泥进行空气曝气，曝气时间在15-120分钟，污泥中溶解氧在1-5mg/l之间。

4.实现权利要求1所述污水处理方法的装置，其特征在于至少包括污泥与污水原水混合后的吸附沉降池、对吸附沉降后的上清液进行微生物处理的污水生物处理装置、吸附沉降后的污泥进行污泥厌氧发酵制沼气的污泥厌氧发酵制沼气装置；吸附沉降池的污泥入口与污水生物处理装置的沉淀池的污泥出口连接，吸附沉降池的上清液出口与污水生物处理装置的污水入口相连接，吸附沉降池的污泥出口与污泥厌氧发酵制沼气装置的污泥入口相连接。