CN105906144A - 一种粪便污水处理设备和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种粪便污水处理设备和操作方法，所述设备由调节单元、固液分离单元、氮磷同步回收单元、生物处理单元、深度处理单元和除臭单元组成。经过该设备处理粪便污水后，出水达到排放标准，同时实现氮磷的资源化回收利用，氮磷处理率分别在80％和95％以上。此外，各处理单元产生的臭气经过除臭单元处理后排入大气。本发明粪便污水处理设备和方法可应用于处理高铁粪便污水，也可用于普通铁路及分散点源的粪便处理与资源回收。

Description

一种粪便污水处理设备和方法

技术领域

本发明属于污水处理和环境保护技术领域，具体涉及一种对粪便污水的处理方法和设备。

背景技术

随着我国高速铁路的快速发展，选择高铁出行的人数迅速增长，高速列车上的粪便污水也大量增加，从而带来了高铁粪便污水处理的难题。

传统的普通速度列车对于乘客产生的粪便污水采用了沿铁路直接排放的方式，但随着我国环境保护要求的提高和高速列车运行的现实考虑，高速列车的粪便污水必需先收集于列车上，在列车停靠站点进行集中排放。而高铁粪便污水具有高化学需氧量、高氨氮、高固体杂质的特点，不能直接进行排放，因此需对其进行处理。此外，对于一些分散点源等集中收集的粪便处理与资源回收也存在问题。

专利申请201410717008.X公布了一种《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；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。

专利申请201210251611.4公布了《一种高效粪便污水处理方法》，包括以下步骤：集聚螯合处理：将固液分离并絮凝脱水后的污水泵入集聚螯合处理器中，经絮凝剂以及螯合剂作用，使污水中的部分有机物生成固体颗粒被沉淀分离；兼氧处理：将集聚螯合处理后的污水导入兼氧反应池，兼氧反应池中有兼氧微生物和反硝化微生物，污水在兼氧反应池中停留2～3小时；一级好氧处理：将兼氧反应池中处理后的污水导入一级好氧池中，在一级好氧池中污水中的污染物质被好氧微生物降解，硝化菌将污水中的氨氮降解为硝态氮，活性污泥浓度在3克/升～5克/升，鼓风机向一级好氧池内鼓风，池内污水中的氧气浓度维持＞2豪克/升，池内的污泥部分回流到兼氧池，回流到好氧池的污泥与好氧池的进水量的回流比100％～200％，剩余污泥排放到回流调节池内；二级好氧处理：将一级好氧池内处理后的污水导入二级好氧池，二级好氧池内有附着微生物的载体，载体的比表面积＞1300m²/m³，附着于载体上的微生物菌群进一步降解污水中的污染物质，池内的污泥部分回流到兼氧池，剩余污泥排放到回流调节池内；将二级好氧池处理过的水检验达标排放。

上述技术没有针对粪便废水中固、液、气的综合处理及资源回收利用。粪便污水的处理存在两个方面的问题：一方面，由于高铁粪便污水较高的污染物浓度以及较低的C/N比例，导致微生物的处理效果不理想；另一方面，高铁粪便中存在高浓度的氨氮、磷，直接处理不仅需要大量的能耗，还会造成资源的浪费。所以有必要寻找一种新的污水处理方法，在处理达到效果的同时对污水中的氮磷资源进行回收。

发明内容

本发明的目的是针对粪便污水中碳、氮、磷浓度过高、达标处理困难的问题，提供一种对粪便污水中固体废弃物与氨氮和磷资源化，同时对粪便污水产生的恶臭气体进行收集处理的方法和相关设备。

一种粪便污水处理设备，由调节单元、固液分离单元、氮磷同步回收单元、生物处理单元、深度处理单元和除臭单元组成；

调节单元位于粪便污水处理设备的始端，包括卸粪收集装置，用于收集卸粪车排放的粪便污水；

固液分离单元位于调节单元的下一端，其进水口与调节单元的出水口连通，包括离心分离设备和污泥收集装置；

氮磷同步回收单元位于固液分离单元的下一端，其进水口与固液分离单元的出水口连通；氮磷同步回收单元包括：曝气区，主要的脱氨氮和磷酸根化学反应区域，通过热空气使氨氮吹脱并起到搅拌作用；过渡区，设置于曝气区的下方，避免曝气对沉降区和污泥区的影响；沉降区，设置于曝气区的外侧，与曝气区通过设备壁分隔，使生成的沉淀与水体分离；污泥区，设置于过渡区的下方，用于短暂的存储产生的磷镁沉淀；氨氮吸收区，与上述四个区域分隔设置并通过管道连接，装有吸收液，用于吸收并富集被吹脱的氨氮气体；

生物处理单元位于氮磷同步回收单元的下一端，其进水口与氮磷同步回收单元的出水口连通，生物处理单元包括厌氧、缺氧和好氧工艺段；具体采用的设备和工艺可以自行设计，也可采用市面销售的成型设备和工艺，包括但不限于SBR工艺或化氧化沟工艺等。

深度处理单元位于生物处理单元的下一端，其进水口与生物处理单元出水口连通；深度处理单元包括臭氧系统和活性碳系统，臭氧系统在活性碳系统之前，二者通过管道连通；臭氧系统具有消毒、去除色度和分解有机物质的作用，活性碳系统进一步吸附水中杂质，具体采用的设备和工艺可以自行设计，也可采用市面销售的成型设备和工艺。

除臭单元包括臭气收集装置和臭气处理装置，二者通过管道连通；臭气处理装置可采用市售的本领域常用设备或装置；

所述调节单元、固液分离单元和生物处理单元的顶部均设有负压口，所述负压口通过管路串联负压空气泵与除臭单元的臭气收集装置连通。

进一步地，所述调节单元的外部还设有卸污口和检修口。

进一步地，所述生物处理单元的底部设有污泥出口，通过管路与固液分离单元连通，可将生物处理单元产生的污泥通过管道输送至固液分离单元再进行固液分离。

进一步地，所述氮磷同步回收单元的外部还设有进水口、进药口、进气口和出气口；进药口和进水口通过管道向内连通曝气区；进气口通过进气管向内连通曝气区，进气管位于曝气区内部的一端设有曝气装置；出气口通过管道连通了氨氮吸收区和曝气区。

进一步地，所述氮磷同步回收单元的底部还设有通过阀门控制的排泥口。

所述的各单元装置之间的水力流动可通过高程差或泵压驱动，各单元的实际尺寸可根据进水水质、进水量以及各单元工艺设计参数调节。

本发明还提供一种利用上述设备处理粪便污水的方法，包括如下步骤：

A、收集的粪便污水通过卸污口进入到调节单元中，通过压力泵输送到固液分离单元；

B、固液分离单元通过离心分离设备将粪便污水进行固液分离，离心转速3000～5000转/每分钟，离心时间为10～30min；分离得到的固体物质通过污泥收集装置集中起来，用于堆肥制作肥料或者送垃圾填埋场处理，分离后的粪便污水通过氮磷同步回收单元的进水口进入氮磷同步回收单元的曝气区；

C、氮磷同步回收单元先将粪便污水pH调整至7.0～11.0，然后进行对氮、磷的回收，其过程包括两个部分：

C1、通过进气口向曝气区内通入热空气，通过曝气装置使污水中的氨氮被吹脱，并通过出气口进入到氨氮吸收区的吸收液中被吸收富集，得到氨氮回收产品；

C2、通入热空气的同时，通过进药口向污水中投加金属盐，通过热空气的搅拌作用使污水中的磷酸根迅速与金属盐反应生成沉淀，反应后的污水从曝气区进入到过渡区，再进入沉降区进行沉降，经过沉淀与水体的分离，水体通过出水口进入生物处理单元，沉淀物质进入到污泥区，通过排泥口排出，将沉淀烘干处理得到磷回收产品；

D、经过氮磷同步回收单元处理的粪便污水进入生物处理单元，通过厌氧、缺氧和好氧工艺段生物处理，水力停留时间为24～48h，污泥停留时间10～30d；产生的污泥输送到固液分离单元实现循环处理；

E、生物处理单元后的粪便污水进入深度处理单元，通过通入臭氧对生物处理残余的有机物质进行降解，最后粪便污水经过活性碳吸附后排放自然水体或中水回用；

F、除臭单元通过负压空气泵从各单元的负压口收集臭味气体，通过管道输送到处理装置进行处理。

进一步地，上述步骤C1中，热空气温度60～100℃，曝气时间2～10h，气流量0.2～1.0m³/h。

进一步地，上述步骤C1中，所述氨氮吸收区的吸收液为10～30％酸溶液。

进一步地，上述步骤C2中，所述金属盐为可溶性镁盐；更进一步的，按照镁与污水中正磷酸根的摩尔比为2～8：1加入镁盐药剂。

本发明所述粪便污水处理设备和方法，可应用于针对高铁粪便污水的处理，也可应用于普通铁路及其它来源的粪便污水处理。

本发明的有益效果：高铁粪便污水通过本方法的处理，可达标排放，也可作为中水回用等用途；同时还实现了氮、磷的资源化回收利用，氮磷处理率分别在80％和95％以上，氮磷的回收去除也有利于后续生物反应的运行；各处理单元产生的臭气经过除臭后排入大气。本方法充分的考虑了液、固、气的同步处理，实现了资源回收与达标排放的有机结合。

附图说明

图1：本发明一种粪便污水处理设备和方法的工艺流程图；

其中：100-调节单元，200-固液分离单元，300-氮磷同步回收单元，400-生物处理单元，500-深度处理单元，600-除臭单元；

图2：本发明实施例1一种粪便污水处理设备的调节单元示意图；

其中：101-卸污口，102-负压口，103-检修口，104-污水出口；

图3：本发明实施例1一种粪便污水处理设备的氮磷同步回收单元示意图；

其中：301-曝气区，302-过渡区，303-沉降区，304-污泥区，305-氨氮吸收区，306-进水口，307-进药口，308-进气口，309-出气口，310-曝气装置，311-溢流堰，312-出水口，313-阀门，314-排泥口。

具体实施方式

下面通过具体的实施方案，并结合附图，进一步叙述本发明。除非特别说明，实施方式中未描述的技术手段均可以用本领域技术人员所公知的方式实现。另外，实施方案应理解为说明性的，而非限制本发明的范围，本发明的实质和范围仅由权利要求书所限定。对于本领域技术人员而言，在不背离本发明实质和范围的前提下，对这些实施方案中的物料成分、用量、尺寸、形状进行的各种修改、替换、改进也属于本发明的保护范围，并且本发明所限定的具体参数应有可允许的误差范围。

为了更好地理解本发明，对图中涉及的主要部位或部件进行了编号。相同的编号表示相同或相似的部位或部件，具有基本相同的功能，但其在不同图或实施例中具体的尺寸、形状、结构不一定相同。

实施例1

参考图1-3所示，在本发明的一个示例性实施例中，一种粪便污水处理设备，由调节单元100、固液分离单元200、氮磷同步回收单元300、生物处理单元400、深度处理单元500和除臭单元600组成；

调节单元100位于粪便污水处理设备的始端，包括卸粪收集装置，用于收集卸粪车排放的粪便污水；调节单元的外部还设有卸污口101、负压口102、检修口103和出水口104；在本实施例中调节单元为一池体，可根据现场情况设置为方形、圆形或其它池体形状，调节单元的存储体积为设备日处理能力的1-3倍

固液分离单元200位于调节单元100的下一端，其进水口与调节单元的出水口连通，包括离心分离设备和污泥收集装置；固液分离单元的顶部设有负压口；

氮磷同步回收单元300位于固液分离单元200的下一端，其进水口与固液分离单元的出水口104连通；氮磷同步回收单元包括：曝气区301，主要的脱氨氮和磷酸根化学反应区域，通过热空气使氨氮吹脱并起到搅拌作用；过渡区302，设置于曝气区301的下方，避免曝气对沉降区303和污泥区304的影响；沉降区303，设置于曝气区301的外侧，与曝气区301通过设备壁分隔，使生成的沉淀与水体分离；污泥区304，设置于过渡区302的下方，用于短暂的存储产生的磷镁沉淀；氨氮吸收区305，与上述四个区域分隔设置并通过管道连接，吸收区内放置10％-30％硫酸溶液，用于吸收被吹脱的氨氮气体；

进一步地，本实施例所述氮磷同步回收单元如图3所示，单元外部还设有进水口306、进药口307、进气口308和出气口309；进水口306和进药口307通过管道向内连通曝气区301；进气口308通过进气管向内连通曝气区301，进气管位于曝气区301内部的一端设有曝气装置310；出气口309通过管道连通了氨氮吸收区305和曝气区301；沉降区303设置有溢流堰311和出水口312；氮磷同步回收单元的底部还设有通过阀门313控制的排泥口314。

生物处理单元400位于氮磷同步回收单元300的下一端，其进水口与氮磷同步回收单元的出水口312连通，生物处理单元包括厌氧、缺氧和好氧工艺段，具体采用的设备和工艺可以自行设计，也可采用市面销售的成型设备和工艺，在本实施例中采用专利申请号02120825.5公开的立体循环一体化氧化沟设备及工艺；生物处理单元的顶部设有负压口；生物处理单元的底部设有污泥出口，通过管路与固液分离单元连通，

深度处理单元500位于生物处理单元400的下一端，其进水口与生物处理单元出水口连通；深度处理单元包括臭氧系统和活性碳系统，臭氧系统在活性碳系统之前，二者通过管道连通；臭氧系统具有消毒、去除色度和分解有机物质的作用，活性碳系统进一步吸附水中杂质，具体采用的设备和工艺可以自行设计，也可采用市面销售的成型设备和工艺。

除臭单元600包括臭气收集装置和臭气处理装置，两者通过管道连通；臭气收集装置通过管道串联负压空气泵分别与调节单元100、固液分离单元200以及生物处理单元400的负压口连通，收集各单元产生的臭味气体；臭气处理装置可采用市售的本领域常用设备或装置。

上述各单元之间的水力流动可通过高程差或泵压驱动，各单元的实际尺寸可根据进水水质、进水量以及各单元工艺设计参数调节。

利用上述处理设备对北京某高铁站收集的高铁粪便污水进行实际处理实验，处理方法具体包括如下步骤：

A、卸粪车将高铁粪便污水通过卸污口101卸载于调节单元100中，实现反应的连续运行；

B、将调节单元100中的粪便污水通过压力泵输送到固液分离单元102，通过离心分离设备将粪便污水进行固液分离，离心转速3000～5000转/每分钟，离心时间为10～30min，分离得到的固体物质通过污泥收集装置集中起来，用于堆肥制作肥料或者送垃圾填埋场处理，分离后的粪便污水通过氮磷同步回收单元的进水口进入氮磷同步回收单元300的曝气区301；

C、氮磷同步回收单元先将粪便污水pH调整至9.0左右，然后进行对氮、磷的回收，其过程包括两个部分：

C1、通过进气口308向曝气区301内通入热空气，通过曝气装置310使污水中的氨氮被吹脱，并通过出气口309进入到氨氮吸收区305中被硫酸溶液吸收，得到氨氮回收产品；吹脱的参数为：热空气温度80～100℃，曝气时间6h，气流量0.7m³/h；

C2、通入热空气的同时，通过进药口307按照镁与磷酸的摩尔比为5:1向污水中投加氯化镁盐，通过热空气的搅拌作用使污水中的磷酸根迅速与金属盐反应生成沉淀，反应后的污水从曝气区301进入到过渡区302，过渡区的水力停留时间为0.5～2.5h，再进入沉降区303进行沉降，沉降区的水力停留时间为2～12h，经过沉淀与水体的分离，水体通过出水口312进入生物处理单元400，沉淀物质进入到污泥区304，污泥区的污泥停留时间为6～48h，通过排泥口314排出，将沉淀烘干处理得到磷回收产品；

D、经过氮磷同步回收单元300处理的粪便污水进入生物处理单元400，采用专利申请号02120825.5公开的立体循环一体化氧化沟设备及工艺进行处理，水力停留时间为24～48h，污泥停留时间30d；产生的污泥经底部污泥出口通过管道输送到固液分离单元实现循环处理；

E、经生物处理后的粪便污水进入深度处理单元500，通过通入臭氧对生物处理残余的有机物质进行降解，最后粪便污水经过活性碳吸附后排放自然水体或中水回用；

F、除臭单元600的臭气收集装置通过负压空气泵从各单元的负压口收集臭味气体，通过管道输送到臭气处理装置进行处理。

采用本发明方法处理后的污染物去除情况如下表：

表1 高铁粪便污水处理项目去除情况

氨氮可100％被酸吸收，形成的铵盐可做成农业生产中的铵肥使用，同时整个过程中氨氮没有释放到大气中形成二次污染；

磷与镁反应有两个途径：一是磷酸根与镁和氨氮形成磷酸铵镁沉淀；二是磷酸根与镁形成磷酸镁沉淀，形成的产品中，元素磷所占的比例为12～23.6％。

Claims (10)

1.一种粪便污水处理设备，其特征在于，由调节单元、固液分离单元、氮磷同步回收单元、生物处理单元、深度处理单元和除臭单元组成；

调节单元位于粪便污水处理设备的始端，包括卸粪收集装置，用于收集卸粪车排放的粪便污水；

固液分离单元位于调节单元的下一端，其进水口与调节单元的出水口连通，包括离心分离设备和污泥收集装置；

氮磷同步回收单元位于固液分离单元的下一端，其进水口与固液分离单元的出水口连通；

氮磷同步回收单元包括：曝气区，主要的脱氨氮和磷酸根化学反应区域，通过热空气使氨氮吹脱并起到搅拌作用；过渡区，设置于曝气区的下方，避免曝气对沉降区和污泥区的影响；沉降区，设置于曝气区的外侧，与曝气区通过设备壁分隔，使生成的沉淀与水体分离；

污泥区，设置于过渡区的下方，用于短暂的存储产生的磷镁沉淀；氨氮吸收区，与上述四个区域分隔设置并通过管道连接，装有吸收液，用于吸收并富集被吹脱的氨氮气体；

生物处理单元位于氮磷同步回收单元的下一端，其进水口与氮磷同步回收单元的出水口连通，生物处理单元包括厌氧、缺氧和好氧工艺段；

深度处理单元位于生物处理单元的下一端，其进水口与生物处理单元出水口连通；深度处理单元包括臭氧系统和活性碳系统，臭氧系统在活性碳系统之前，二者通过管道连通；

除臭单元包括臭气收集装置和臭气处理装置，二者通过管道连通。

2.如权利要求1所述的一种粪便污水处理设备，其特征在于，所述调节单元、固液分离单元和生物处理单元的顶部均设有负压口，所述负压口通过管路串联负压空气泵与除臭单元的臭气收集装置连通。

3.如权利要求1所述的一种粪便污水处理设备，其特征在于，所述调节单元的外部还设有卸污口和检修口。

4.如权利要求1所述的一种粪便污水处理设备，其特征在于，所述生物处理单元的底部设有污泥出口，通过管路与固液分离单元连通。

5.如权利要求1所述的一种粪便污水处理设备，其特征在于，所述氮磷同步回收单元的外部还设有进水口、进药口、进气口和出气口；进药口和进水口通过管道向内连通曝气区；进气口通过进气管向内连通曝气区，进气管位于曝气区内部的一端设有曝气装置；出气口通过管道连通了氨氮吸收区和曝气区。

6.如权利要求1所述的一种粪便污水处理设备，其特征在于，所述氮磷同步回收单元的底部还设有通过阀门控制的排泥口。

7.一种利用权利要求1-6任一所述设备处理粪便污水的方法，包括如下步骤：

A、收集的粪便污水通过卸污口进入到调节单元中，通过压力泵输送到固液分离单元；

B、固液分离单元通过离心分离设备将粪便污水进行固液分离，离心转速3000～5000转/每分钟，离心时间为10～30min；分离得到的固体物质通过污泥收集装置集中起来，用于堆肥制作肥料或者送垃圾填埋场处理，分离后的粪便污水通过氮磷同步回收单元的进水口进入氮磷同步回收单元的曝气区；

C、氮磷同步回收单元先将粪便污水pH调整至7.0～11.0，然后进行对氮、磷的回收，其过程包括两个部分：

C1、通过进气口向曝气区内通入热空气，通过曝气装置使污水中的氨氮被吹脱，并通过出气口进入到氨氮吸收区的吸收液中被吸收，得到氨氮回收产品；

C2、通入热空气的同时，通过进药口向污水中投加金属盐，通过热空气的搅拌作用使污水中的磷酸根迅速与金属盐反应生成沉淀，反应后的污水从曝气区进入到过渡区，再进入沉降区进行沉降，经过沉淀与水体的分离，水体通过出水口进入生物处理单元，沉淀进入到污泥区，通过排泥口排出，将沉淀烘干处理得到磷回收产品；

D、经过氮磷同步回收单元处理的粪便污水进入生物处理单元，通过厌氧、缺氧和好氧工艺段生物处理，水力停留时间为24～48h，污泥停留时间10～30d；产生的污泥输送到固液分离单元实现循环处理；

E、生物处理单元后的粪便污水进入深度处理单元，通过通入臭氧对生物处理残余的有机物质进行降解，最后粪便污水经过活性碳吸附后排放自然水体或中水回用；

F、除臭单元通过负压空气泵从各单元的负压口收集臭味气体，通过管道输送到处理装置进行处理。

8.如权利要求7所述的处理粪便污水的方法，其特征在于，步骤C1中，热空气温度60～100℃，曝气时间2～10h，气流量0.2～1.0m³/h。

9.如权利要求7所述的处理粪便污水的方法，其特征在于，步骤C1中，所述氨氮吸收区的吸收液为10～30％酸溶液。

10.如权利要求7所述的处理粪便污水的方法，其特征在于，步骤C2中，所述金属盐为可溶性镁盐，并且镁与污水中正磷酸根的摩尔比为2～8:1。