CN109694161A - 污水、污泥及垃圾资源化和能源化闭合处理系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种污水、污泥及垃圾资源化和能源化闭合处理系统，包括调节池，一体化污水处理系统，黑水、养殖废水及生物污泥处理系统，垃圾热解系统；调节池灰水出口连接至一体化污水处理系统灰水入口，调节池连接净化气体出口；沼气池的沼液出口连接至调节池，沼气池的燃气出口连接脱硫单元，沼气池设有沼渣排出口；垃圾池的渗滤液出口连接至沼气池，垃圾池的垃圾出口连接至高温热解炉的物料入口；一体化污水处理系统的污泥出口连接至污泥干化设备，污泥干化设备出口连接至高温热解炉的物料入口；高温热解炉的高温气体、可燃气体及碳粒均进行回用。本发明可有效减轻垃圾处理过程中对大气和水资源造成的二次污染，减少市政污泥在处理中土地需求量。

Description

污水、污泥及垃圾资源化和能源化闭合处理系统及方法

技术领域

本发明涉及污水、污泥与垃圾处理技术领域，尤其是涉及一种污水、污泥及垃圾资源化和能源化闭合处理系统及方法。

背景技术

随着全国农村污水、垃圾处理基础设施的普及，全国农村，尤其城市周边农村环保设施的日益完善，农村人居环境建设取得显著成效。

农村污水量小、分布较散、条件较差。农村地区的居民日常生活较为简单,农村居民人均用水量远低于城市居民,农村地区生活污水的人均排放量也远低于城市生活污水的排放量。农村生活污水分散，收集处理比较困难，投资成本大。农村生活污水治理是项耗资很大的民生工程,一个村庄的污水处理投入的费用在几十万元到上百万元不等。目前,大部分农村地区由于污水处理技术不成熟和专业技术人员的缺乏导致运行维护费用往往入不敷出。

我国大多数农村地区垃圾简易堆放，主要问题是生活垃圾未资源化和减量化，并对周边大气、土壤、水体存在严重的环境污染。随着农村的建设发展，土地使用状况紧张。目前，大多数农村地区积极引进焚烧等新处理技术，目的是实现生活垃圾“无害化、减量化和资源化”。但垃圾焚烧过程中有可能产生较为严重的“二噁英”问题，必须对烟气投入很大的资金进行处理。

城市生活和城市生活活动相关的城市市政设施运行与维护过程中产生的市政污泥含有各种病原体、重金属等有害物质，未经恰当处理处置的污泥进入环境后，直接给水体和大气带来二次污染，不但降低了污水处理系统的有效处理能力，而且对生态环境和人类的活动构成了严重的威胁。目前，我国污泥处理处置主要方法中，污泥陆地填埋约占65％、污泥堆肥农用约占15％、自然干化约占6％、焚烧约占3％、其它处置约11％。其中污泥填埋存在很多问题，由于污泥含水率较高，渗滤液产生量大、渗滤液收集系统易堵塞，加剧了垃圾填埋场渗滤液的污染并使填埋操作困难等；此外污泥填埋过程消耗大量的土地资源，由于不少城市很难找到新的填埋场，污泥填埋使得本已有限的填埋场库容更加紧张。

基于以上污水、垃圾、污泥处理过程存在的问题，发明一种一站式污水、污泥及垃圾的资源化和能源化处理系统及工艺方法，不仅有利于减轻垃圾处理过程中对大气和水资源造成的二次污染，也有利于减少市政污泥在处理中对土地的需求量，且降低了污水、污泥和垃圾处理过程中的投资和运行成本。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种污水、污泥及垃圾资源化和能源化闭合处理系统及方法，有效减轻垃圾处理过程中对大气和水资源造成的二次污染，减少市政污泥在处理中对土地的需求量。

本发明解决其技术问题是通过以下技术方案实现的：

一种污水、污泥及垃圾资源化和能源化闭合处理系统，其包括调节池，一体化污水处理系统，黑水、养殖废水及生物污泥处理系统，垃圾热解系统；所述一体化污水处理系统包括厌氧池、缺氧池、好氧池及膜处理单元；所述黑水、养殖废水及生物污泥处理系统包括沼气池；所述垃圾热解系统包括垃圾池及高温热解炉；所述调节池的灰水出口连接至一体化污水处理系统灰水入口，调节池连接净化气体出口；所述沼气池的沼液出口连接至调节池，沼气池的燃气出口连接脱硫单元，沼气池设有沼渣排出口；所述垃圾池的渗滤液出口连接至沼气池，垃圾池的垃圾出口连接至高温热解炉的物料入口；所述一体化污水处理系统的污泥出口连接至污泥干化设备，污泥干化设备出口连接至高温热解炉的物料入口；所述高温热解炉的高温气体出口连接至调节池的池底；所述高温热解炉的可燃气体产出口连接至其燃气入口，高温热解炉的碳粒出口连接至一体化污水处理系统的厌氧池、缺氧池或好氧池作为填料。

一种污水、污泥及垃圾资源化和能源化闭合处理方法，其包括如下步骤：

1)灰水处理：灰水首先进入调节池行均质均量，然后进入一体化污水处理系统，进行脱氮除磷和有机物的去除，出水用作景观用水；

2)黑水、养殖废水和生物污泥处理：黑水、养殖废水和生物污泥进入沼气池中，在此进行有机物的厌氧发酵，并产生可燃气体，沼气池产生的沼渣作为园林肥料，沼液进入调节池与其它污水混合；

3)生活垃圾高温热解法处理：垃圾在垃圾池进行统一堆放，垃圾池中产生的垃圾渗滤液与筛分有机部分一起进入沼气池，其他垃圾进入高温热解炉进行高温分解；

4)能源回用：高温热解炉中生活垃圾高温热解产生的可燃气体回到高温热解炉前端被循环利用，高温气体进入调节池，一方面对调节池中的污水进行加热，另一方面在调节池中对烟气进行净化，净化后的气体可直接排放；

5)资源回用：一体化污水处理系统产生的剩余污泥被垃圾高温热解产生的余热干化，干化污泥进入高温热解炉被碳化，被碳化后产生的碳粒再进入一体化污水处理系统中，被厌氧池、缺氧池或好氧池填料。

本发明的优点和有益效果为：

本发明的污水、污泥及垃圾资源化和能源化闭合处理系统及方法，能够实现能够污水、污泥及垃圾的闭合处理，实现能源及资源的完全回用，不仅有利于减轻垃圾处理过程中对大气和水资源造成的二次污染，也有利于减少市政污泥在处理中对土地的需求量，且降低了污水、污泥和垃圾处理过程中的投资和运行成本。

附图说明

图1为本发明的系统示意图。

具体实施方式

下面通过具体实施例对本发明作进一步详述，以下实施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本发明的保护范围。

一种污水、污泥及垃圾资源化和能源化闭合处理系统，其包括调节池，一体化污水处理系统，黑水、养殖废水及生物污泥处理系统，垃圾热解系统；所述一体化污水处理系统包括厌氧池、缺氧池、好氧池及膜处理单元；所述黑水、养殖废水及生物污泥处理系统包括沼气池；所述垃圾热解系统包括垃圾池及高温热解炉；所述调节池的灰水出口连接至一体化污水处理系统灰水入口，调节池连接净化气体出口；所述沼气池的沼液出口连接至调节池，沼气池的燃气出口连接脱硫单元，沼气池设有沼渣排出口；所述垃圾池的渗滤液出口连接至沼气池，垃圾池的垃圾出口连接至高温热解炉的物料入口；所述一体化污水处理系统的污泥出口连接至污泥干化设备，污泥干化设备出口连接至高温热解炉的物料入口；所述高温热解炉的高温气体出口连接至调节池的池底；所述高温热解炉的可燃气体产出口连接至其燃气入口，高温热解炉的碳粒出口连接至一体化污水处理系统的厌氧池、缺氧池或好氧池作为填料。

一种污水、污泥及垃圾资源化和能源化闭合处理方法，其包括如下步骤：

1)灰水处理：灰水首先进入调节池行均质均量，然后进入一体化污水处理系统，进行脱氮除磷和有机物的去除，出水用作景观用水。农户产生的灰水经管道收集首先通过格栅去除较大悬浮物后自流到调节池，然后由调节池中的提升泵提升进入智能一体化设备中，依次流经厌氧池、缺氧池和好氧池进行生化处理后，根据“厌氧释磷、好氧吸磷的生物除磷机理，以及好氧硝化、缺氧反硝化的脱氮机理”在此进行有机污染物的降解，氮、磷等污染物的去除，处理后的废水用于景观用水。

2)黑水、养殖废水和生物污泥处理：黑水、养殖废水和生物污泥进入沼气池中，在此进行有机物的厌氧发酵，并产生可燃气体，沼气池产生的沼渣作为园林肥料，沼液进入调节池与其它污水混合；该过程主要有四个阶段：(1)水解阶段：微生物利用酶将大分子切割成小分子；(2)发酵阶段：小分子有机物被发酵菌利用，在细胞内转化为简单的化合物；(3)产乙酸阶段：此阶段将上一阶段的产物进一步转化为乙酸等物质；(4)产甲烷阶段：在此阶段产甲烷菌把乙酸、氢气、CO2等转化为甲烷。产生的沼气在脱硫处理之后可做燃气，沼渣可用作园林肥料、土壤改良。沼液进入污水调节池中，垃圾池产生的渗滤液与有机部分进入沼气池，对渗滤液和有机部分进行厌氧处理。

3)生活垃圾高温热解法处理：垃圾在垃圾池进行统一堆放，垃圾池中产生的垃圾渗滤液与筛分有机部分一起进入沼气池，其他垃圾进入高温热解炉进行高温分解；是利用垃圾中有机物的热不稳定性，在无氧或缺氧条件下进行加热蒸馏，使有机物产生热裂解，经冷凝后形成新的气体、液体和固体。

垃圾由高温热解炉的顶部物料入口落入炉膛，氧气(空气)从炉底部周边注入燃烧区，大部分有机物在高温气流作用下热分解为小分子气态化合物，部分未分解的有机物在底部燃烧区燃烧，为热分解段提供高温气流，炉内温度控制在950℃～1100℃。

4)能源回用：高温热解炉中生活垃圾高温热解产生的可燃气体回到高温热解炉前端被循环利用，高温气体进入调节池，一方面对调节池中的污水进行加热，另一方面在调节池中对烟气进行净化，净化后的气体可直接排放；

高温热解产生的高温气流进入污水调节池中，一方面在调节池中进行除尘，一方面对调节池中的污水进行加热，因为一体化污水处理系统所采用的生物处理法为活性污泥法，而活性污泥是由微生物组成，任何微生物只能在一定温度范围内生存，在适宜的温度范围内可大量生长繁殖。因此高温热解产生的高温气体对污水进行加热，使其达到微生物的所要满足的生存温度。

5)资源回用：一体化污水处理系统产生的剩余污泥被垃圾高温热解产生的余热干化，干化污泥进入高温热解炉被碳化，被碳化后产生的碳粒再进入一体化污水处理系统中，被厌氧池、缺氧池或好氧池填料。

高温热解产生的余热对一体化污水处理设备产生的剩余污泥进行干化；高温热解产生的碳粒作为一体化污水处理设备中的填料，用于吸附有机物；高温热解产生的可燃气体回到高温热解的前端被循环利用。整体形成一个资源化、能源化的闭合系统。

本发明虽公开了实施例和附图，但是本领域的技术人员可以理解：在不脱离本发明及所附权利要求的精神和范围内，各种替换、变化和修改都是可能的，因此，本发明的范围不局限于实施例和附图所公开的内容。

Claims (2)

1.一种污水、污泥及垃圾资源化和能源化闭合处理系统，其特征在于：包括调节池，一体化污水处理系统，黑水、养殖废水及生物污泥处理系统，垃圾热解系统；所述一体化污水处理系统包括厌氧池、缺氧池、好氧池及膜处理单元；所述黑水、养殖废水及生物污泥处理系统包括沼气池；所述垃圾热解系统包括垃圾池及高温热解炉；所述调节池的灰水出口连接至一体化污水处理系统灰水入口，调节池连接净化气体出口；所述沼气池的沼液出口连接至调节池，沼气池的燃气出口连接脱硫单元，沼气池设有沼渣排出口；所述垃圾池的渗滤液出口连接至沼气池，垃圾池的垃圾出口连接至高温热解炉的物料入口；所述一体化污水处理系统的污泥出口连接至污泥干化设备，污泥干化设备出口连接至高温热解炉的物料入口；所述高温热解炉的高温气体出口连接至调节池的池底；所述高温热解炉的可燃气体产出口连接至其燃气入口，高温热解炉的碳粒出口连接至一体化污水处理系统的厌氧池、缺氧池或好氧池作为填料。

2.一种污水、污泥及垃圾资源化和能源化闭合处理方法，其特征在于：包括如下步骤：

1)灰水处理：灰水首先进入调节池行均质均量，然后进入一体化污水处理系统，进行脱氮除磷和有机物的去除，出水用作景观用水；

2)黑水、养殖废水和生物污泥处理：黑水、养殖废水和生物污泥进入沼气池中，在此进行有机物的厌氧发酵，并产生可燃气体，沼气池产生的沼渣作为园林肥料，沼液进入调节池与其它污水混合；

3)生活垃圾高温热解法处理：垃圾在垃圾池进行统一堆放，垃圾池中产生的垃圾渗滤液与筛分有机部分一起进入沼气池，其他垃圾进入高温热解炉进行高温分解；

4)能源回用：高温热解炉中生活垃圾高温热解产生的可燃气体回到高温热解炉前端被循环利用，高温气体进入调节池，一方面对调节池中的污水进行加热，另一方面在调节池中对烟气进行净化，净化后的气体可直接排放；

5)资源回用：一体化污水处理系统产生的剩余污泥被垃圾高温热解产生的余热干化，干化污泥进入高温热解炉被碳化，被碳化后产生的碳粒再进入一体化污水处理系统中，被厌氧池、缺氧池或好氧池填料。