CN110293114B - 一种餐厨垃圾与生活污水协同处理系统与方法 - Google Patents
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Abstract
一种餐厨垃圾与生活污水协同处理系统，二沉池的回流污泥管分别与厨余发酵区的两个发酵反应器连接交替供给污泥，厨余垃圾储存槽分别与两个发酵反应器连接交替投料，发酵反应器内置竖向的导流筒，导流筒内设置有双层铰刀，对进入导流筒的厨余垃圾破碎、混匀；在发酵反应器内的上部设置下向收集口，厌氧池内设置两个射流混合器和两个污泥提升泵，射流混合器的进水口连接污泥提升泵的出水管，负压吸入口连接下向收集口，发酵液与污泥提升泵输送的活性污泥在射流混合器中混匀后，通过射流混合器的出口管道排放至厌氧池回流污泥外回流进口处，达到优质碳源的定向供给、完成活性污泥系统的厌氧释磷的目的，为达到良好的生物脱氮除磷效果提供保障。
Description
技术领域
本发明属于污水处理技术领域，特别涉及一种餐厨垃圾与生活污水协同处理系统与方法。
背景技术
餐厨垃圾是居民在生活消费过程中形成的生活废物，极易腐烂变质，散发恶臭，传播细菌和病毒。餐厨垃圾主要成分包括米和面粉类食物残余、蔬菜、动植物油、肉骨等，从化学组成上，有淀粉、纤维素、蛋白质、脂类和无机盐。目前，餐厨垃圾饲料化是比较合理可行的资源化利用途径。
例如，CN02155417.X公开了一种利用餐厨废弃物生产高钙多维酵母蛋白饲料的方法，将经粉碎机粉碎、脱水、加氮中和、灭菌后的餐厨废弃物及泔水物料与通过流量控制器混合控制的酵母和微生物生物菌种进行混合接种后经计算机控制分批进行固体发酵再经干燥、磨粉、化验及包装制成高钙多维酵母蛋白饲料；CN98103203.6公开一种将厨余废弃物再生成禽畜饲料或农业用有机肥料的一种方法，直接将收集的厨余废弃物于一次作业中，经来源分类、破碎、计量配方、脱水后至累批待料槽汇总送入卧式搅拌槽进行蒸煮灭菌、发酵或干燥处理后制成半成品送至半成品贮桶，再依所需进行造粒或粉剂制成鱼、禽、畜饲料或有机肥料。上述方法的高效利用需要建立规模化、系统化的处理生产线，在规模足够大时才能降低处理系统的投资成本和运行成本，使得餐厨垃圾用作饲料资源化在经济上达到可行的目标。然而，国内目前只有少数特大城市餐厨垃圾产量规模能实现资源化利用的经济可行性，而广大中小城市根本无法达到该经济规模。
另一方面，由于城市规模不断扩大，城市污水经由排水管网收集-输送-排放的路径与时间逐渐增加。污水中有机物在管网这一生化反应器内的降解作用越来越显著，造成污水厂进水C/N比过低，并进而影响到污水处理厂脱氮除磷工艺的运行效果，使得处理水中N、P难以稳定达到相应的排放标准。为了解决这一问题，操作人员采取了向水中投加碳源(乙酸钠/甲醇等)的方式，该方法增加了城市污水处理系统的运行成本。
如前所述，餐厨垃圾中富含有机物。利用餐厨垃圾作为城市污水中碳源的添加母体，可实现以废治废的良好效果。目前我国所有县级行政区域和部分村镇都建设有城市污水处理设施，为餐厨垃圾与污水协同处理提供了良好基础。然而厨余垃圾中有机物大部分以固体物质存在，直接投入城市污水处理构筑物会出现沉降、降解流程长、处理不彻底等后果，并对系统造成严重的冲击负荷；很难达到理想的处理目标。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种餐厨垃圾与生活污水协同处理系统与方法，将经过预处理去除固体杂质后的厨余垃圾，通过螺旋输送和电动闸门的控制分别投入两个交替运行的污泥发酵反应器；厨余垃圾进入发酵反应器后与自二沉池来的部分回流污泥进行混合，并在高速搅拌器与导流筒的共同作用下，使得厨余垃圾破碎、混匀，回流污泥可充分接触、吸附厨余垃圾破碎产物，以提供良好的餐厨垃圾发酵条件；经过生物发酵的混合液静置后，上清液通过水射器射流吸入并与厌氧池混合液充分混匀、搅拌，达到优质碳源的定向供给、完成活性污泥系统的厌氧释磷的目的，为达到良好的生物脱氮除磷效果提供保障。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种餐厨垃圾与生活污水协同处理系统，包括厨余发酵区、厌氧池、缺氧池、好氧池以及二沉池，二沉池的回流污泥管2连接厌氧池向其提供回流污泥，其特征在于，所述厨余发酵区包括交替运行的两个结构相同的发酵反应器，二沉池的回流污泥管2分别与所述两个发酵反应器连接以进行交替供给污泥，用于储存预处理去除固体杂质后的厨余垃圾的储存槽4分别与所述两个发酵反应器连接以进行交替投料，所述发酵反应器内置竖向的导流筒，导流筒内设置有双层铰刀，驱动电机的输出连接双层铰刀带动其对进入导流筒的厨余垃圾进行破碎、混匀；在所述发酵反应器内的上部位置设置有下向收集口，所述厌氧池内设置两个射流混合器，每个射流混合器的进水口连接一个污泥提升泵的出水管，负压吸入口连接一个下向收集口，发酵液与污泥提升泵输送的活性污泥在射流混合器中混匀后，通过射流混合器的出口管道排放至厌氧池回流污泥外回流进口处。
所述储存槽4中设置螺旋输送器5，输送驱动电机6连接螺旋输送器5，螺旋输送器5的出口分为两路，分别接入两个发酵反应器，且每路上设置有一个自动启闭器，通过自动启闭器依次开启实现两个发酵反应器的交替运行。
所述发酵反应器内的底部设置有导流板，导流板与发酵反应器的底面形成的夹角为45～60°，导流板高度为二分之一的发酵反应器内部截面宽度，所述双层铰刀的间距为20cm，铰刀直径不大于30cm，所述导流筒直径为铰刀直径外加10cm间隙，总长度为二分之一的发酵反应器内部深度，安装高度与导流板顶部平齐。
旋转过程中在导流筒内形成向上的升流流态，在导流筒底部形成负压抽吸作用。
所述二沉池的回流污泥管2上设置有对回流污泥进行加热的换热装置。
所述厌氧池回流污泥释放至起端，污泥提升泵设置在厌氧池末端，厌氧池通过导流孔与缺氧池的起端连接，缺氧池末端与好氧池的起端连接，好氧池出水与二沉池的进水管连接。
本发明还提供了一种基于所述餐厨垃圾与生活污水协同处理系统的处理方法，步骤如下：
将经过预处理去除固体杂质后的厨余垃圾填装至储存槽4；
将回流污泥管2中的部分回流污泥分别输送至两个交替运行的污泥发酵反应器内右侧上部，将储存槽4内的厨余垃圾定量、交替投入两个发酵反应器内左侧上部；
启动驱动电机，带动双层铰刀对厨余垃圾进行破碎、混匀；
将混匀得到的污泥混合液静置发酵，使得未被水解的有机质与活性污泥从发酵液中共沉降，并进一步发挥微生物的水解作用；
启动污泥提升泵，发酵反应器内的上清液通过下向收集口及输送管路被吸入至射流混合器与厌氧池活性污泥混合，并将混合液导流至厌氧池起端的回流污泥管排放口附近，实现发酵液中优质碳源的定向供给，保障活性污泥系统的厌氧段释磷、缺氧段反硝化脱氮的碳源需求，完成餐厨垃圾与污水协同处理目标。
单个发酵反应器每天的厨余垃圾投配比为3～6％，回流污泥充水比为发酵反应器有效容积的15～20％，均分为三个周期投加。
所述双层铰刀转速8000～10000rad/min，工作模式为运行15min间歇45min，持续三次，铰刀完成运行后静置30min，对上层发酵液进行负压吸取并混合投加至厌氧池。
所述污泥提升泵的流量为10～15％的污水处理量，扬程为10～15m。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1.本发明可同步解决城市污水C/N过低而导致的脱氮除磷效果不佳与城市厨余处置途径匮乏的双重问题，实现“以废治废”绿色处理。
2.发酵反应器交替运行，可实现发酵液向污水处理系统不间断的投加，确保处理效果。
3.对于夜间处理水量较小的城市污水厂，可调整发酵反应器的运行特征，实现夜间污水厂碳源补给，维持污水处理系统的稳定运行。
附图说明
图1是本发明结构示意图(俯视图)。
图2是图1中A-A截面视图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例详细说明本发明的实施方式。
如图1和图2所示，一种餐厨垃圾与生活污水协同处理系统，包括厨余发酵区、厌氧池、缺氧池、好氧池以及二沉池，二沉池的回流污泥管2连接厌氧池向其提供回流污泥(图中a处)，厌氧池通过导流孔与缺氧池的起端连接，缺氧池末端与好氧池的起端连接，好氧池出水与二沉池的进水管连接。
本实施例中，厨余发酵区包括交替运行的两个结构相同的发酵反应器1-1、1-2，二沉池的回流污泥管2分别与发酵反应器1-1、1-2连接，在回流污泥管2上分别设置并联的电动阀门3-1、3-2将部分回流污泥分别输送至交替运行的污泥发酵反应器1-1、1-2内。
储存槽4内填装经过预处理去除固体杂质后的厨余垃圾，储存槽4中设置螺旋输送器5，输送驱动电机6连接螺旋输送器5，螺旋输送器5的出口分为两路，分别接入两个发酵反应器1-1、1-2，且每路上均设置有一个自动启闭器7-1、7-2，通过自动启闭器7-1、7-2的依次开启将厨余垃圾定量、交替地投入发酵反应器1-1、1-2内。
单个发酵反应器每天的厨余垃圾投配比为3～6％，回流污泥充水比为反应器有效容积的15～20％，均分为三个周期投加。
在发酵反应器1-1、1-2内均设置有一个竖向的导流筒8-1、8-2，导流筒8-1、8-2内设置有双层铰刀9-1、9-2，驱动电机16-1、16-2的输出连接双层铰刀9-1、9-2带动其对进入导流筒8-1、8-2的厨余垃圾进行破碎、混匀。
在发酵反应器1-1、1-2内的上部位置设置有下向收集口11-1、11-2，厌氧池内设置两个射流混合器15-1、15-2，每个射流混合器15-1、15-2的进水口连接一个污泥提升泵13-1、13-2的出水管，负压吸入口分别通过输送管路12-1、12-2连接一个下向收集口11-1、11-2，在污泥提升泵13-1、13-2，污泥管14-1、14-2，射流混合器15-1、15-2的作用下，发酵反应器1-1、1-2内的上清液通过下向收集口11-1、11-2以及输送管路12-1、12-2被吸入至射流混合器15-1、15-2内与厌氧池活性污泥混合，发酵液与污泥提升泵13-1、13-2输送的活性污泥在射流混合器15-1、15-2中混匀后，通过射流混合器15-1、15-2的出口管道排放至厌氧池回流污泥外回流进口处(图中b处)，实现发酵液中优质碳源的定向供给，保障活性污泥系统的厌氧段释磷、缺氧段反硝化脱氮的碳源需求，完成餐厨垃圾与污水协同处理目标。
进一步地，本发明可在发酵反应器1-1、1-2内的底部设置导流板10-1、10-2，导流板10-1、10-2与发酵反应器1-1、1-2的底面形成的夹角为45～60°，导流板10-1、10-2高度为二分之一的发酵反应器1-1、1-2内部截面宽度，双层铰刀9-1、9-2的间距为20cm，转速8000～10000rad/min，铰刀直径不大于30cm，导流筒8-1、8-2直径为铰刀直径外加10cm间隙，总长度为二分之一的发酵反应器1-1、1-2内部深度，安装高度与导流板10-1、10-2顶部平齐。
在双层铰刀9-1、9-2高速旋转过程中在导流筒8-1、8-2内形成向上的升流流态，在导流筒8-1、8-2底部形成负压抽吸作用，使得整个发酵反应器1-1、1-2内形成剧烈的内循环，充分地对进入发酵反应器1-1、1-2的厨余垃圾进行切割、打碎、与活性污泥混匀。铰刀工作模式为运行15min间歇45min，持续三次，铰刀完成运行后静置30min，使得无机颗粒与未被水解的有机质从发酵液中沉淀，之后对上层发酵液进行负压吸取并混合投加至厌氧池。污泥提升泵13-1、13-2的流量为10～15％的污水处理量，扬程为10～15m。
进一步地，本发明可在二沉池的回流污泥管2上设置有对回流污泥进行加热的换热装置，当温度较低时可在污泥回流管上设置换热装置对回流污泥进行加热，保障发酵反应器1-1、1-2内的混合液温度处于适宜温度，加快厨余发酵进程。
本发明通过在厌氧池内设置污泥提升泵13-1、13-2将混合液高速输入其进口，在射流混合器15-1、15-2内部形成负压状态，通过发酵反应器1-1、1-2中设置的下向收集口11-1、11-2、输送管路12-1、12-2将1-1、1-2上层的发酵液吸入射流混合器15-1、15-2内，并与厌氧池活性污泥充分混匀，最终投放至厌氧池回流污泥(外回流)进口处，实现餐厨垃圾发酵液碳源的定向供给，其完整步骤如下：
将经过预处理去除固体杂质后的厨余垃圾填装至储存槽4；
将回流污泥管2中的部分回流污泥分别输送至两个交替运行的污泥发酵反应器内右侧上部，将储存槽4内的厨余垃圾定量、交替投入两个发酵反应器内左侧上部；
启动驱动电机，带动双层铰刀对厨余垃圾进行破碎、混匀；
将混匀得到的污泥混合液静置发酵，使得未被水解的有机质与活性污泥从发酵液中共沉降，并进一步发挥微生物的水解作用；
启动污泥提升泵，发酵反应器内的上清液通过下向收集口及输送管路被吸入至射流混合器与厌氧池活性污泥混合，并将混合液导流至厌氧池起端的回流污泥管排放口附近，实现发酵液中优质碳源的定向供给，保障活性污泥系统的厌氧段释磷、缺氧段反硝化脱氮的碳源需求，完成餐厨垃圾与污水协同处理目标。
利用本发明的一个实例，某城镇污水处理站规模为500m3/d，进水CODCr为160～230mg/L，TN为38～45mg/L，且运行过程中夜间12:00～5:00经常发生断流。生物处理系统的脱氮效果不佳，出水TN指标为13～20mg/l，无法满足《城镇污水处理厂污染物排放标准》中一级A标准要求。此外，该镇每天可产生1～1.5m3的厨余且没有妥善的处理方式，厨余随意倾倒现象时有发生，造成严重的环境卫生污染问题。
采用本发明的餐厨垃圾与生活污水协同处理装置，建立两组平行的餐厨垃圾发酵反应器，单个反应器有效容积10m3，配套直径150mm的螺旋输送器，餐厨垃圾储存斗有效容积1m3，并采取如下操作参数：
餐厨垃圾投配周期为：8小时/次，两组交替运行；
每个投配周期内添加回流污泥量为：1.5m3/周期；
餐厨垃圾投配量为：0.15～0.2m3/次，投配率为10％；
采用直径为20cm的铰刀，导流管直径30cm，铰刀转速9600rad/min，铰刀工作模式为运行15min间歇45min，持续三次，铰刀完成运行后静置30min；
启动与该发酵反应器对应连接的厌氧池污泥提升泵，提升泵流量为10m3/h，扬程15m，厌氧池污泥快速通过射流混合器，控制以0.4m3/h的流量将发酵反应器上层发酵液从下向收集口负压吸入射流混合器，并完成厌氧池污泥与发酵液的混合，最终释放至厌氧池回流污泥排放口的位置；
与此同时，另外一组发酵反应器进入餐厨垃圾投配、破碎、发酵过程，通过两组反应器的交替运行实现餐厨垃圾与污水协同处理系统连续、稳定运行。
通过本发明装置的实施，在该污水处理站夜间污水断流期间：由餐厨垃圾发酵液向生物处理系统补充有机质，维持生物处理系统的正常活性，确保处理系统不受污水断流影响；在白天污水处理站正常工作期间：发酵液富含的有机质可作为反硝化功能的碳源补充，强化系统的脱氮效果，使得处理水中TN的浓度稳定在10～13mg/l，满足《城镇污水处理厂污染物排放标准》中一级A标准中TN的排放限值。
综上，本发明将经过预处理去除固体杂质后的厨余垃圾，通过螺旋输送和电动闸门的控制分别投入两个交替运行的污泥发酵反应器；厨余垃圾进入发酵反应器后与自二沉池来的部分回流污泥进行混合，并在高速搅拌器与导流筒的共同作用下，使得厨余垃圾破碎、混匀，回流污泥可充分接触、吸附厨余垃圾破碎产物，以提供良好的餐厨垃圾发酵条件；经过生物发酵的混合液静置后，上清液通过水射器射流吸入并与厌氧池混合液充分混匀、搅拌，达到优质碳源的定向供给、完成活性污泥系统的厌氧释磷的目的，为达到良好的生物脱氮除磷效果提供保障。本发明可同步解决城市污水C/N过低而导致的脱氮除磷效果不佳与城市厨余处置途径匮乏的双重问题，实现“以废治废”绿色处理。
Claims (9)
1.一种基于餐厨垃圾与生活污水协同处理系统的处理方法，所述餐厨垃圾与生活污水协同处理系统包括厨余发酵区、厌氧池、缺氧池、好氧池以及二沉池，二沉池的回流污泥管(2)连接厌氧池向其提供回流污泥，其特征在于，所述厨余发酵区包括交替运行的两个结构相同的发酵反应器，二沉池的回流污泥管(2)分别与所述两个发酵反应器连接以进行交替供给污泥，用于储存预处理去除固体杂质后的厨余垃圾的储存槽(4)分别与所述两个发酵反应器连接以进行交替投料，所述发酵反应器内置竖向的导流筒，导流筒内设置有双层铰刀，驱动电机的输出连接双层铰刀带动其对进入导流筒的厨余垃圾进行破碎、混匀；在所述发酵反应器内的上部位置设置有下向收集口，所述厌氧池内设置两个射流混合器和两个污泥提升泵，每个射流混合器的进水口连接一个污泥提升泵的出水管，负压吸入口连接一个下向收集口，发酵液与污泥提升泵输送的活性污泥在射流混合器中混匀后，通过射流混合器的出口管道排放至厌氧池回流污泥外回流进口处，其特征在于，步骤如下：
将经过预处理去除固体杂质后的厨余垃圾填装至储存槽(4)；
将回流污泥管(2)中的部分回流污泥分别输送至两个交替运行的污泥发酵反应器内右侧上部，将储存槽(4)内的厨余垃圾定量、交替投入两个发酵反应器内左侧上部；
启动驱动电机，带动双层铰刀对厨余垃圾进行破碎、混匀；
将混匀得到的污泥混合液静置发酵，使得未被水解的有机质与活性污泥从发酵液中共沉降，并进一步发挥微生物的水解作用；
启动污泥提升泵，发酵反应器内的上清液通过下向收集口及输送管路被吸入至射流混合器与厌氧池活性污泥混合，并将混合液导流至厌氧池起端的回流污泥管排放口附近，实现发酵液中优质碳源的定向供给，保障活性污泥系统的厌氧段释磷、缺氧段反硝化脱氮的碳源需求，完成餐厨垃圾与污水协同处理目标。
2.根据权利要求1所述基于餐厨垃圾与生活污水协同处理系统的处理方法，其特征在于，单个发酵反应器每天的厨余垃圾投配比为3～6％，回流污泥充水比为发酵反应器有效容积的15～20％，均分为三个周期投加。
3.根据权利要求1所述基于餐厨垃圾与生活污水协同处理系统的处理方法，其特征在于，所述双层铰刀转速8000～10000rad/min，工作模式为运行15min间歇45min，持续三次，铰刀完成运行后静置30min，对上层发酵液进行负压吸取并混合投加至厌氧池。
4.根据权利要求1所述基于餐厨垃圾与生活污水协同处理系统的处理方法，其特征在于，所述污泥提升泵的流量为10～15％的污水处理量，扬程为10～15m。
5.根据权利要求1所述基于餐厨垃圾与生活污水协同处理系统的处理方法，其特征在于，所述储存槽(4)中设置螺旋输送器(5)，输送驱动电机(6)连接螺旋输送器(5)，螺旋输送器(5)的出口分为两路，分别接入两个发酵反应器，且每路上设置有一个自动启闭器，通过自动启闭器依次开启实现两个发酵反应器的交替运行。
6.根据权利要求1所述基于餐厨垃圾与生活污水协同处理系统的处理方法，其特征在于，所述发酵反应器内的底部设置有导流板，导流板与发酵反应器的底面形成的夹角为45～60°，导流板高度为二分之一的发酵反应器内部截面宽度，所述双层铰刀的间距为20cm，铰刀直径不大于30cm，所述导流筒直径为铰刀直径外加10cm间隙，总长度为二分之一的发酵反应器内部深度，安装高度与导流板顶部平齐。
7.根据权利要求1所述基于餐厨垃圾与生活污水协同处理系统的处理方法，其特征在于，旋转过程中在导流筒内形成向上的升流流态，在导流筒底部形成负压抽吸作用。
8.根据权利要求1所述基于餐厨垃圾与生活污水协同处理系统的处理方法，其特征在于，所述二沉池的回流污泥管(2)上设置有对回流污泥进行加热的换热装置。
9.根据权利要求1所述基于餐厨垃圾与生活污水协同处理系统的处理方法，其特征在于，所述厌氧池回流污泥释放至起端，污泥提升泵设置在厌氧池末端，厌氧池通过导流孔与缺氧池的起端连接，缺氧池末端与好氧池的起端连接，好氧池出水与二沉池的进水管连接。
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