CN105906043A - 能源自给的高浓度污水处理系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种能源自给的高浓度污水处理系统及方法，包括：水解酸化装置；厌氧反应器；污泥处理装置，包括第二沉淀池、第二溢水堰、进水管、溶氧仪；脱硫塔；沼气发电装置；第二溢水堰通过回流管与水解酸化池连通，进水管上设有射流孔和调节阀，方法包括依次进行的水解酸化、厌氧发酵、污泥处理、脱硫发电。本发明通过在污泥处理装置上设置射流孔调节反应液面的溶氧量，保证反应产生亚硝酸盐，并将形成的亚硝酸盐回流至水解酸化池内，从而避免了酸化处理的污水酸性过高，提高了污水处理的整体处理效率，另一方面通过设置一沼气发电装置将厌氧反应阶段形成的沼气进行发电，供污水处理能耗需求，有利于降低能源消耗。

Description

能源自给的高浓度污水处理系统及方法

技术领域

本发明涉及污水处理技术领域，尤其是涉及一种能源自给的高浓度污水处理系统及方法。

背景技术

常规的厌氧污泥反应器有UASB、EGSB、IC等，其废水处理原理基本为，待处理的污水被尽可能均匀的引入反应器，进入反应器内的污水与颗粒状或絮状污泥接触发生反应，反应产生的部分沼气(主要为甲烷和二氧化碳)附着于污泥上，随着沼气向上运动，并撞击三相分离器实现固、液、气的三相分离。厌氧污泥反应器也因其针对性不同而在不同领域的污水处理中得到广泛应用。

但是，上述厌氧污泥反应器依然存在以下缺点：一方面污水进入厌氧污泥反应器之前需要通过水解酸化处理，而水解酸化处理易导致污水酸性较高，从而抑制厌氧污泥反应器甲烷菌的生长，不利于厌氧污泥反应器中污水的处理效率的提高，继而导致整体处理效率降低，虽然可通过在水解酸化处理过程中进行pH值调节降低酸性解决，但是易导致生产成本的增加，不利于污水处理成本的降低；另一方面厌氧污泥反应器污水处理能耗大，不利于节省能源。

发明内容

本发明的目的在于克服上述技术不足，提出一种能源自给的高浓度污水处理系统及方法，其一方面可实现对污水的甲烷化、氨氮化和氧化处理，通过氧化处理形成的亚硝酸盐进行水解酸化前的污水进行预处理，从而避免了酸化处理的污水酸性过高，另一方面可将厌氧反应产生的沼气进行利用，以供污水处理过程中的能源消耗，实现能源自给。

为达到上述技术目的，本发明的技术方案一方面提供一种能源自给的高浓度污水处理系统，包括，

一水解酸化装置，其包括水解酸化池、盖设于所述水解酸化池上端开口的第一沉淀池、设置于所述第一沉淀池内的第一溢水堰、及连通所述第一溢水堰和所述水解酸化池的溢水管；

一厌氧反应器，其包括一与所述水解酸化池连接的筒体、设于所述筒体顶部的三相分离器、及驱动所述筒体内混合液循环流动的内循环装置；

一污泥处理装置，其包括第二沉淀池、设于所述第二沉淀池内的第二溢水堰、连接所述第二沉淀池和所述筒体的进水管、及一用于检测所述第二沉淀池内液面溶氧量的溶氧仪；

一与所述三相分离器连接的脱硫塔；及

一与所述脱硫塔连接的沼气发电装置，所述沼气发电装置配置用于为所述高浓度污水处理系统供电；

其中，所述第二溢水堰通过一回流管与所述水解酸化池连通，所述进水管上设置有射流孔和控制所述射流孔内混合液喷射速度和喷射高度的调节阀。

优选的，所述进水管包括竖直设置于所述沉淀池内的射流管及连接所述射流管与所述筒体的连接管，所述射流孔设置于所述射流管上。

优选的，所述三相分离器包括集气罩、沉淀室、排水管、排气室和反射板，所述集气罩外缘与所述筒体顶部开口端配合连接，所述沉淀室上端同轴连接于所述集气罩下表面、下端通过多个固定柱与所述反射板连接，且所述沉淀室内壁与集气罩之间形成沉淀空间、所述沉淀室外壁与所述集气罩之间形成集气空间，所述排水管一端与所述沉淀空间连通、另一端延伸至所述筒体外并与所述进水管连接，所述排气室一端与所述集气空间连通另一端与脱硫塔连接。

优选的，所述内循环装置包括靠近筒体顶端设置的内循环进水管、靠近所述筒体底端设置的内循环出水管、驱动水流由所述内循环进水管向所述内循环出水管运动的内循环管道泵、及一控制所述内循环管道泵作间歇性驱动的控制器。

优选的，所述筒体内设置有一进水布水器，所述进水布水器一端靠近所述筒体底部设置、另一端穿过所述筒体侧壁并通过一提升管与所述水解酸化池连接。

优选的，所述射流孔位于所述第二沉淀池池口端面所在平面下方20～50cm。

优选的，所述第一沉淀池和所述第二沉淀池内分别设置有第一斜板和第二斜板，所述第一斜板和所述第二斜板分别合围形成有第一沉淀区和第二沉淀区，所述第二沉淀区呈方形且横截面由下至上逐渐增加。

优选的，所述集气罩呈伞状、沉淀室呈筒状、反射板呈锥形且所述集气罩、沉淀室、反射板同轴设置。

本发明另一方面还提供一种能源自给的高浓度污水处理方法，包括如下步骤，

(1)将污水过滤沉淀后进行水解酸化处理；

(2)将水解酸化处理后的污水进行厌氧发酵处理；

(3)将厌氧发酵处理后的含有甲烷的厌氧污泥与污水的混合物通过射流孔喷射出来，调节喷射的速度及高度使反应液面的含氧量为0～0.5mg/L，收集喷射后的固液混合物、沉淀，并将沉淀后的上清液部分加入步骤(1)的水解酸化处理工艺中；

(4)将厌氧发酵处理形成的沼气进行脱硫、干燥处理，然后进行沼气发电供所述高浓度污水处理方法中电能消耗。

优选的，所述步骤(3)中液面的含氧量为0.4～0.5mg/L。

与现有技术相比，本发明通过设置一污泥处理装置，其通过设置一射流孔调节反应液面的溶氧量，保证反应产生亚硝酸盐，并将形成的亚硝酸盐回流至水解酸化池内，从而避免了酸化处理的污水酸性过高，提高了污水处理的整体处理效率，另一方面通过设置一沼气发电装置将厌氧反应阶段形成的沼气进行发电，供污水处理能耗需求，有利于降低能源消耗。

附图说明

图1是本发明的能源自给的高浓度污水处理系统的连接结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

请参阅图1，本发明的实施例提供了一种能源自给的高浓度污水处理系统，包括水解酸化装,1、厌氧反应器2、污泥处理装置3、脱硫塔4和沼气发电装置5。其中，

水解酸化装置1包括水解酸化池11、盖设于所述水解酸化池11上端开口的第一沉淀池12、设置于所述第一沉淀池12内的第一溢水堰13、及连通所述第一溢水堰13和所述水解酸化池11的溢水管14。具体设置时，一般在第一沉淀池12一侧设置一进水渠15，进水渠15内设置一格栅16，进行污水处理时，污水进入进水渠15内，通过格栅16将污水中较大固体杂质过滤，过滤后的污水进入第一沉淀池12内，经过第一沉淀池12进行沉淀处理后，第一沉淀池12内的上清液进入第一溢流堰13内，并通过溢流管14进入水解酸化池11内进行水解酸化处理。将第一沉淀池12设置于水解酸化池11上方有利于污水直接溢流至水解酸化池11内，避免采用水泵增加了能源消耗。

格栅16设置时，其相对水平面的倾斜角度一般设置为60～75°，优选为70°，以增强其固体杂质过滤效果。

本实施例第一沉淀池12内设置有第一斜板17，多个第一斜板17合围形成第一沉淀区，第一沉淀区的横截面积由下至上逐渐增加，以增加沉淀效果。其中，所述斜板17相对水平面的倾斜角度可设置为30～60°，优选为45°。

本实施例厌氧反应器2包括一与所述水解酸化池11连接的筒体21、设于所述筒体21顶部的三相分离器22、及驱动所述筒体21内混合液循环流动的内循环装置23。

具体的，可在所述筒体21内设置一进水布水器24，所述进水布水器24一端靠近所述筒体21底部设置、另一端穿过所述筒体21侧壁并通过一提升管25与所述水解酸化池11连接，水解酸化池11内可设置一提升泵18，该提升泵18与提升管25连接。

对应的，筒体21底部设置有一第一排泥管26，用于排放厌氧反应后的厌氧污泥。

三相分离器22包括集气罩221、沉淀室222、排水管223、排气室224和反射板225，所述集气罩221外缘与所述筒体21顶部开口端配合连接，所述沉淀室222上端同轴连接于所述集气罩221下表面、下端通过多个固定柱226与所述反射板225连接，且所述沉淀室222内壁与集气罩221之间形成沉淀空间、所述沉淀室222外壁与所述集气罩221之间形成集气空间，所述排水管223一端与所述沉淀空间连通、另一端延伸至所述筒体221外并与所述进水管223连接，所述排气室224一端与所述集气空间连通、另一端与脱硫塔4连接。

三相分离器22将固、液、气分离后，分离后的沼气进入排气室224，然后进入脱硫塔4进行脱硫处理，脱硫处理后进入沼气发电装置5进行沼气发电，发电产生的电能可为本实施例污水处理过程中的设备或装置供电，实现能源自给。由于经过脱硫塔4脱硫后，沼气中含有较多水蒸气，故脱硫后可进行干燥处理，干燥后再进行发电。

其中，所述集气罩221呈伞状，从而罩住整个筒体21上端，有利于增加集气效率。排气室224可设置于集气罩221顶端。由于集气罩221具有面积大的特点，为了保证其具有足够的强度，本实施例所述集气罩221上表面设置有多个支撑杆227，多个所述支撑杆227沿所述集气罩221顶端呈放射线均匀布置。

本实施例所述沉淀室222呈筒状且内径由上至下逐渐减小，从而使得所述沉淀室222内壁形成一锥形沉降面，为了增加固液分离效果，本实施例所述沉降面与水平面之间的夹角设置为30～60°，优选为45°。

反射板225呈锥形且与所述沉淀室222、集气罩221均同轴设置，多个所述固定柱226均一端与所述沉淀室222连接、另一端连接于所述反射板225的锥面上，相邻两个固定柱226之间形成有与沉淀空间连通的固液混合物入口，相对应的，固液混合物在沉淀室经过沉淀、浓缩后，其比重较大，故能够沿沉淀室222的锥形沉淀面向下流动，并从固液混合物入口流出，然后沉淀至筒体21底部。反射板225设置呈锥形则有利于避免反射板225上积累污泥，便于污泥顺利有固液混合物入口流出。本实施例的固定柱226沿所述沉淀室222周向均匀布置，且多个固定柱226均一端连接于沉淀室22的内壁上，由于固定柱226易对固液混合物的进出产生一定的阻碍作用，故本实施例的固定柱226优选设置为三个。

本实施例内循环装置23包括靠近筒体21顶端设置的内循环进水管231、靠近所述筒体21底端设置的内循环出水管232、驱动水流由所述内循环进水管231向所述内循环出水管232运动的内循环管道泵233、及一控制所述内循环管道泵233作间歇性驱动的控制器234。其具体工作流程为：内循环管道泵233驱动筒体21上端的污水由内循环进水管231运动至内循环出水管232，内循环出水管232内的污水在内循环管道泵233作用下具有一定流速进入筒体1底部，进而对筒体21底部静置沉淀的污泥产生搅拌作用，使污泥膨胀，提高厌氧反应效率，也可通过控制内循环管道泵233控制内循环出水管232的出水流速，即控制筒体21底部的进水流速，实现对污泥膨胀度的控制。筒体21底部进水搅拌一定时间后，内循环管道泵233停止驱动，厌氧反应充分发生，产生的气泡上升并通过三相分离器22进行三相分离；静置一定时间后，再次启动内循环管道泵233，污泥再次膨胀，再次促进厌氧反应。在上述间歇性的进水、搅拌下，筒体21内间歇性的加快厌氧反应，有利于保证整体设备运行的稳定性，也有利于三相分离器22的出水、出气稳定性。

本实施例污泥处理装置3包括第二沉淀池31、设于所述第二沉淀池31内的第二溢水堰32、连接所述第二沉淀池31和所述筒体21的进水管33、及一用于检测所述第二沉淀池31内液面溶氧量的溶氧仪34，所述第二溢水堰32通过一回流管35与所述水解酸化池11连通；其中，所述进水管33上设置有射流孔332a和控制所述射流孔332a内混合液喷射速度和喷射高度的调节阀36。

具体的，厌氧反应器2可采用间歇性反应器，当间歇性厌氧反应器2处于进水状态时，厌氧反应后的含有厌氧污泥的污水则处于出水状态，厌氧污泥、污水和少量甲烷气体的混合物进入进水管33，含有污泥比重较大的固液混合物从进水管33的出水端流至第二沉淀池31底部，进而通过第二排泥管37排出；而含有甲烷气体的部分污泥和污水则从射流孔332a喷射而出，从而使得喷射出来的固液落至第二沉淀池31内，并在第二沉淀池31内形成固液气三相反应界面，该三相反应界面即为第二沉淀池31内液面，同时在射流孔332a内设置调节阀36以控制喷射的流速及与反应界面的高度，具体的可通过溶氧仪34检测第二沉淀池31内液面的溶氧量，控制调节阀36至溶氧仪34检测的液面的溶氧量为0～0.5mg/L，优选为0.4～0.5mg/L，从而使得反应界面富集亚硝酸盐红菌，进而使喷射后的固液混合物中氨氮形成亚硝酸盐，固液混合物中的甲烷则被氧化，反应后含有亚硝酸盐的上层液可进行重复性利用，具体为将其中的部分通过回流管35回流至水解酸化池11进行反硝化反应。另一部分上清液则通过溢流出水管30排至下一工序进行处理。

为了有利于反应的进行，所述进水管33包括竖直设置于所述第二沉淀池31内的射流管332及连接所述射流管332与所述筒体21的连接管331，所述射流孔332a设置于所述射流管332上。其中，连接管33具体与穿过筒体21侧壁的排水管223连接。反应产生的亚硝酸盐可通过回流管35进入水解酸化池11内，从而避免了酸化处理的污水酸性过高，提高了污水处理的整体处理效率。

由于喷射的固液混合物需要与空气充分接触并发生反应，射流孔332a设置时应高于第二沉淀池31内的液面，故本实施例所述射流孔332a靠近所述第二沉淀池31池口端面所在平面设置。而为了避免固液混合物喷射至第二沉淀池31外部，可将射流孔332a设于所述第二沉淀池31池口端面所在平面下方20～50cm，一般可设置于略高于第二溢水堰32上端。

射流孔332a喷射时，易发生振动导致喷射均衡性降低，故本实施例所述厌氧污泥处理装置3还包括呈十字型的固定支架38，所述固定支架38的四个自由端均固定于所述溢水堰32，所述固定支架38中部连接于所述射流管332。

其中，第二沉淀池31内设置有第二斜板39，第二斜板39为多个，多个第二斜板39合围形成有第二沉淀区，所述第二沉淀区呈方形且横截面由下至上逐渐增加，其有利于增加污泥的沉淀效果。

本实施例的能源自给的高浓度污水处理系统的具体工作流程如下：污水首先由进水渠进入并通过格栅初步过滤后进入第一沉淀池，第一沉淀池内污水的上清液进入第一溢流堰内，并通过第一溢流管进入水解酸化池内进行水解酸化处理，水解酸化处理后的污水进入厌氧反应器内进行厌氧反应，厌氧反应结束后，由厌氧反应器底部进水、厌氧反应器靠近顶部出水，由于出水中含有厌氧反应后的厌氧污泥，使得厌氧反应后的污水通过射流孔喷射后发生反应，反应后的污泥可通过现有的方式进行后续处理，反应形成的液体可一部分进入水解酸化处理环节，以降低酸化反应后的酸性，另一部分可通过其他工序进行处理；其中，厌氧反应形成的沼气通过脱硫塔脱硫后，进行干燥处理，然后进入沼气发电装置发电，为本实施例污水处理过程中的设备供电。

以上所述本发明的具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何根据本发明的技术构思所做出的各种其他相应的改变与变形，均应包含在本发明权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种能源自给的高浓度污水处理系统，其特征在于，包括，

一水解酸化装置，其包括水解酸化池、盖设于所述水解酸化池上端开口的第一沉淀池、设置于所述第一沉淀池内的第一溢水堰、及连通所述第一溢水堰和所述水解酸化池的溢水管；

一厌氧反应器，其包括一与所述水解酸化池连接的筒体、设于所述筒体顶部的三相分离器、及驱动所述筒体内混合液循环流动的内循环装置；

一污泥处理装置，其包括第二沉淀池、设于所述第二沉淀池内的第二溢水堰、连接所述第二沉淀池和所述筒体的进水管、及一用于检测所述第二沉淀池内液面溶氧量的溶氧仪；

一与所述三相分离器连接的脱硫塔；及

一与所述脱硫塔连接的沼气发电装置，所述沼气发电装置配置用于为所述高浓度污水处理系统供电；

其中，所述第二溢水堰通过一回流管与所述水解酸化池连通，所述进水管上设置有射流孔和控制所述射流孔内混合液喷射速度和喷射高度的调节阀。

2.根据权利要求1所述的高浓度污水处理系统，其特征在于，所述进水管包括竖直设置于所述沉淀池内的射流管及连接所述射流管与所述筒体的连接管，所述射流孔设置于所述射流管上。

3.根据权利要求2所述的高浓度污水处理系统，其特征在于，所述三相分离器包括集气罩、沉淀室、排水管、排气室和反射板，所述集气罩外缘与所述筒体顶部开口端配合连接，所述沉淀室上端同轴连接于所述集气罩下表面、下端通过多个固定柱与所述反射板连接，且所述沉淀室内壁与集气罩之间形成沉淀空间、所述沉淀室外壁与所述集气罩之间形成集气空间，所述排水管一端与所述沉淀空间连通、另一端延伸至所述筒体外并与所述进水管连接，所述排气室一端与所述集气空间连通另一端与脱硫塔连接。

4.根据权利要求1或2所述的高浓度污水处理系统，其特征在于，所述内循环装置包括靠近筒体顶端设置的内循环进水管、靠近所述筒体底端设置的内循环出水管、驱动水流由所述内循环进水管向所述内循环出水管运动的内循环管道泵、及一控制所述内循环管道泵作间歇性驱动的控制器。

5.根据权利要求1或2所述的高浓度污水处理系统，其特征在于，所述筒体内设置有一进水布水器，所述进水布水器一端靠近所述筒体底部设置、另一端穿过所述筒体侧壁并通过一提升管与所述水解酸化池连接。

6.根据权利要求2所述的高浓度污水处理系统，其特征在于，所述射流孔位于所述第二沉淀池池口端面所在平面下方20～50cm。

7.根据权利要求1或2所述的高浓度污水处理系统，其特征在于，所述第一沉淀池和所述第二沉淀池内分别设置有第一斜板和第二斜板，所述第一斜板和所述第二斜板分别合围形成有第一沉淀区和第二沉淀区，所述第二沉淀区呈方形且横截面由下至上逐渐增加。

8.根据权利要求3所述的高浓度污水处理系统，其特征在于，所述集气罩呈伞状、沉淀室呈筒状、反射板呈锥形且所述集气罩、沉淀室、反射板同轴设置。

9.一种能源自给的高浓度污水处理方法，其特征在于，包括如下步骤，

(1)将污水过滤沉淀后进行水解酸化处理；

(2)将水解酸化处理后的污水进行厌氧发酵处理；

(3)将厌氧发酵处理后的含有甲烷的厌氧污泥与污水的混合物通过射流孔喷射出来，调节喷射的速度及高度使反应液面的含氧量为0～0.5mg/L，收集喷射后的固液混合物、沉淀，并将沉淀后的上清液部分加入步骤(1)的水解酸化处理工艺中；

(4)将厌氧发酵处理形成的沼气进行脱硫、干燥处理，然后进行沼气发电供所述高浓度污水处理方法中电能消耗。

10.根据权利要求9所述的高浓度污水处理方法，其特征在于，所述步骤(3)中液面的含氧量为0.4～0.5mg/L。