CN111875152A - 能实现资源和能源回收转化的污水处理系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种能实现资源和能源回收转化的污水处理系统及方法，该系统包括：强化预处理单元设置污水进水口和出水口，出水口与碳磷回收单元连接；碳磷回收单元分别设有磁分离出水口、高热易降解垃圾入口、磷回收口、碳源输出口和沼气输出口，磁分离出水口和碳源输出口分别与高效复合脱氮单元连接；高效复合脱氮单元与深度处理单元连接，深度处理单元设有高品质再生回用水出口；深度处理单元的高品质再生回用水出口与热能回收单元连接；碳磷回收单元的沼气输出口与热能回收单元连接。该系统能对城市污水进行污染物深度去除、资源和能源回收，在产出高品质回用水的同时，尽可能的回收污水中的资源、能源。
Description
技术领域
本发明涉及污水处理领域，尤其涉及一种能实现资源和能源回收转化的污水处理系统 及方法。
背景技术
随着我国城镇化、工业化的不断推进，污水排放量逐年增加，导致自然水体污染严重。为进一步促进城镇污水处理厂的建设和管理，加强城镇污水处理厂的污染物控制及 污水中的资源化利用，国家和政府制定了更加严格的排放标准。2002年12月，我国颁布 了《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)，对氮、磷污染物的深度去除 提出了更加严格的标准。从2005年开始，一些地方标准又相继出台，如北京地标、天津 地标等。
尽管对水环境的要求不断提高，但我国污水处理仍存在很多问题。全国范围内污水处 理厂存在着工艺路线陈旧、高能耗换取高水质、能源资源回收几近空白以及运行管理水平 低下等严重现象。
传统的污水处理工艺通过硝化反硝化过程去除氮素污染物，但城市污水大多存在碳源 不足的问题，因此需要外加乙酸钠等碳源来保证较好的出水水质。此外，在传统工艺中生 物脱氮和生物除磷两个过程相矛盾，大多污水处理厂磷污染物的去除主要依靠化学除磷。 外加碳源和除磷药剂的投加大大增加了污水处理厂的运行成本，污水处理过程通常需要消 耗大量能量来实现水质达标排放，但污水处理厂并没有能量回收和利用的手段，使得污水 处理成了一个高能耗行业，据统计其占我国社会总能耗的1％。以高能耗为代价实现的污染 物削减与减排，形成了减排污染物却增排温室气体的尴尬局面。此外，一般污水厂采用分 级授权管理的模式，数据流动缓慢，问题的发现和解决需要在本地进行，因此，在管理模 式、数据分析以及平台系统等方面都存在一些问题。
发明内容
基于现有技术所存在的问题，本发明的目的是提供一种能实现资源和能源回收转化的 污水处理系统及方法，能解决现有污水处理厂，所存在的能耗高、无能量回收和利用手段 且问题的发现和解决需要在本地进行导致管控不及时的问题。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
本发明实施方式提供一种能实现资源和能源回收转化的污水处理系统，包括：
强化预处理单元、碳磷回收单元、高效复合脱氮单元、深度处理单元和热能回收单元； 其中，
所述强化预处理单元设置污水进水口和出水口，所述出水口与所述碳磷回收单元连 接；
所述碳磷回收单元分别设有磁分离出水口、高热易降解垃圾入口、磷回收口、碳源输 出口和沼气输出口，所述磁分离出水口和碳源输出口分别与所述高效复合脱氮单元连接；
所述高效复合脱氮单元与所述深度处理单元连接，所述深度处理单元设有高品质再生 回用水出口；
所述深度处理单元的高品质再生回用水出口与所述热能回收单元连接；
所述碳磷回收单元的沼气输出口与所述热能回收单元连接。
本发明实施方式还提供一种能实现资源和能源回收转化的污水处理方法，用于本发明 所述的污水处理厂，包括以下步骤：
强化预处理：污水进入污水处理厂的强化预处理单元，先过滤去除污水中的悬浮物， 再通过除砂去除污水中的无机沙砾，强化预处理后的污水进入所述碳磷回收单元进行处 理；
碳与磷回收处理：污水在所述碳磷回收单元中先通过磁分离捕获原水中部分SS、COD 和TP得到碳磷富集污泥，将所述碳磷富集污泥与引入的高热易降解垃圾一起进行污泥水 解，对水解后的污泥依次进行预浓缩和脱水后分离出含碳上清液和富磷污泥，从富磷污泥 回收磷资源；将部分含碳上清液输出至所述高效复合脱氮单元，剩余的含碳上清液进行厌 氧消化产生甲烷，并输出至所述热能回收单元；
磁分离的污水进入所述高效复合脱氮单元进行处理；
高效复合脱氮处理：污水在所述高效复合脱氮单元中依次经厌氧、缺氧、好氧、后缺 氧、后好氧和沉淀进行脱氮处理，处理后得到稳定且达标的出水，出水进入所述深度处理 单元进行处理；
深度处理：污水在所述深度处理单元中，依次进行混凝沉淀、过滤、微污染物去除和 次氯酸钠消毒处理，得到高品质的再生水一部分外排回用，另一部分进入所述热能回收单 元进行处理；
热能回收处理：在所述热能回收单元中，污水经水源热泵对污水中能量的回收利用； 所述碳与磷回收处理输出的甲烷经热电联产系统产生电力，供外部使用。
由上述本发明提供的技术方案可以看出，本发明实施例提供的能实现资源和能源回收 转化的污水处理系统及方法，其有益效果为：
通过设置有机连接的强化预处理单元、碳磷回收单元、高效复合脱氮单元、深度处理 单元和热能回收单元，以自养和异养耦合脱氮为基础，辅之微污染物深度处理，前端进行 碳、磷高效回收，在污水处理流程末端采用水源热泵与热电联产系统实现对废水中热量的 回收利用，该系统能对城市污水进行污染物深度去除、资源和能源回收，整体工艺设计科 学合理，在产出高品质回用水的同时，尽可能的回收污水中的资源、能源，是一种能广泛适用目前和未来污水处理厂的污水处理系统。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附 图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领 域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附 图。
图1为本发明实施例提供的能实现能量转化的污水处理系统的构成示意图；
图2为本发明实施例提供的能实现能量转化的污水处理系统的数控平台的构建流程 图；
图3为本发明实施例提供的能实现能量转化的污水处理方法流程图；
图中各标记对应的部件为：1-强化预处理单元；11-粗格栅；12-细格栅；13-旋流沉砂池；2-碳磷回收单元；21-磁分离系统；22-污泥浓缩池；23-污泥水解池；24-第一污泥 脱水系统；25-碳源回流池；26-膨胀颗粒污泥床反应器；27-沼气储柜；3-高效复合脱氮 单元；31-厌氧池；32-缺氧池；33-好氧池；34-后缺氧池；35-后好氧池；36-二沉池；37- 集泥池；38-第二污水脱水系统；39-硝化液回流管；310-污泥回流管；4-深度处理单元； 41-混凝沉淀池；42-V型滤池；43-微污染物去除单元；44-次氯酸钠消毒系统；5-热能回 收单元；51-水源热泵；52-热电联产系统；53-厂区暖通系统。
具体实施方式
下面结合本发明的具体内容，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述， 显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的 实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都 属于本发明的保护范围。本发明实施例中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公 知的现有技术。
如图1所示，本发明实施例提供一种能实现资源和能源回收转化的污水处理系统，包 括：
强化预处理单元、碳磷回收单元、高效复合脱氮单元、深度处理单元和热能回收单元； 其中，
所述强化预处理单元设置污水进水口和出水口，所述出水口与所述碳磷回收单元连 接；
所述碳磷回收单元分别设有磁分离出水口、高热易降解垃圾入口、磷回收口、碳源输 出口和沼气输出口，所述磁分离出水口和碳源输出口分别与所述高效复合脱氮单元连接；
所述高效复合脱氮单元与所述深度处理单元连接，所述深度处理单元设有高品质再生 回用水出口；
所述深度处理单元的高品质再生回用水出口与所述热能回收单元连接；
所述碳磷回收单元的沼气输出口与所述热能回收单元连接。
上述污水处理厂中，碳磷回收单元包括：
依次连接的磁分离系统、污泥浓缩池、污泥水解池、第一污泥脱水系统、碳源回流池、 膨胀颗粒污泥床反应器(即EGSB)和沼气储柜；其中，
所述磁分离系统的后端设置所述磁分离出水口；
所述污泥水解池上设置所述高热易降解垃圾入口；
所述第一污泥脱水系统设置所述磷回收口；
所述碳源回流池设置所述碳源输出口；
所述沼气储柜设置所述沼气输出口。
通过设置这种构成的碳磷回收单元，能在系统前端实现碳、磷资源的回收，并产生沼 气为后续单元发电使用，以及产生碳源供给后续的高效复合脱氮单元，在不影响污水处理 的前提下，很好的实现了资源的回收与利用。并且在实现碳、磷资源回收的同时降低了后 续处理工艺的运行负荷。
上述污水处理厂中，高效复合脱氮单元包括：
依次连接的厌氧池、缺氧池、好氧池、后缺氧池、后好氧池和二沉池；其中，
所述缺氧池和后缺氧池上分别设有与所述碳磷回收单元的碳源输出口连接的碳源加 入口；
所述好氧池通过硝化液回流管回连至所述缺氧池；
所述二沉池通过污泥回流管回连至所述厌氧池。
上述污水处理厂中，高效复合脱氮单元还包括：
集泥池和第二污水脱水系统；所述集泥池与所述二沉池的污泥出口连接，该集泥池的 排泥口与所述第二污水脱水系统连接。
上述污水处理厂中，厌氧池和缺氧池中均填充挂有厌氧氨氧化菌的悬浮填料，填充比 为10～20％；
所述厌氧池和缺氧池内均设有推流器；
所述好氧池内底部均匀分布设有曝气系统的曝气管道；
所述后缺氧池设有加药装置。
通过设置上述构成的高效复合脱氮单元，通过多级反应能有效去除污水中的有机污染 物，提升出水水质。
上述污水处理厂中，深度处理单元由依次连接的混凝沉淀池、V型滤池、微污染物去 除单元和次氯酸钠消毒系统组成；
所述混凝沉淀池与所述高效复合脱氮单元的出水端连接；
所述次氯酸钠消毒系统后端设置所述高品质再生回用水出口。
上述污水处理厂中，热能回收单元包括：
水源热泵、供热管道、制冷管道和热电联产系统；其中，
所述水源热泵分别与所述供热管道和制冷管道连接；
所述热电联产系统分别与所述供热管道和制冷管道连接；
所述供热管道末端为供热接口；
所述制冷管道末端为制冷接口。
通过设置上述构成的热能回收单元，能在后端对产出的高品质再生回用水的能量进行 回收，同时利用碳磷回收单元产生的沼气进行发电，实现资源回收的同时进行有效利用。
上述污水处理厂中，强化预处理单元由依次连接的粗格栅、细格栅和旋流沉砂池组成， 所述污水进水口设于所述粗格栅前端，所述旋流沉砂池后端设置所述出水口。
本发明实施例还提供一种能实现资源和能源回收转化的污水处理方法，用于上述的污 水处理厂，包括以下步骤：
强化预处理：污水进入污水处理厂的强化预处理单元，先过滤去除污水中的悬浮物， 再通过除砂去除污水中的无机沙砾，强化预处理后的污水进入所述碳磷回收单元进行处 理；
碳与磷回收处理：污水在所述碳磷回收单元中先通过磁分离捕获原水中部分SS、COD 和TP得到碳磷富集污泥，将所述碳磷富集污泥与引入的高热易降解垃圾一起进行污泥水 解，对水解后的污泥依次进行预浓缩和脱水后分离出含碳上清液和富磷污泥，从富磷污泥 回收磷资源；将部分含碳上清液输出至所述高效复合脱氮单元，剩余的含碳上清液进行厌 氧消化产生甲烷，并输出至所述热能回收单元；
磁分离的污水进入所述高效复合脱氮单元进行处理；
高效复合脱氮处理：污水在所述高效复合脱氮单元中依次经厌氧、缺氧、好氧、后缺 氧、后好氧和沉淀进行脱氮处理，处理后得到稳定且达标的出水，出水进入所述深度处理 单元进行处理；
深度处理：污水在所述深度处理单元中，依次进行混凝沉淀、过滤、微污染物去除和 次氯酸钠消毒处理，得到高品质的再生水一部分外排回用，另一部分进入所述热能回收单 元进行处理；
热能回收处理：在所述热能回收单元中，污水经水源热泵对污水中能量的回收利用； 所述碳与磷回收处理步骤输出的甲烷经热电联产系统产生电力，供外部使用。
上述的污水处理方法中，所述的强化预处理中，污水先经过粗、细格栅去除污水中大 块的悬浮物；然后进入旋流沉砂池，在所述旋流沉砂池中去除污水中比重大于2.65且粒径 大于0.2mm的无机沙砾；
所述的碳与磷回收处理中，污水进入到磁分离系统捕获原水中部分SS、COD和TP得到 碳磷富集污泥，磁分离系统输出的碳磷富集污泥经过污泥浓缩池预浓缩后进入污泥水解 池，与引入污泥水解池的高热易降解垃圾一起进行水解，水解温度为30～35℃，污泥停留 时间为4～5天，污泥水解率为40～50％；水解后的污泥经第一污泥脱水系统进行脱水，分 离得到含碳上清液和富磷污泥；对富磷污泥进行处理回收磷资源；使含碳上清液存入碳源 回流池，将部分上清液作为外加优质碳源输出至所述高效复合脱氮单元的缺氧池和后缺氧 池，使剩余上清液进入膨胀颗粒污泥床反应器进行厌氧消化产甲烷，膨胀颗粒污泥床反应 器的污泥停留时间为10～12天，产生的甲烷储存于沼气储柜中，输出至所述热能回收单元；
所述的高效复合脱氮处理中，污水进入所述高效复合脱氮单元中，先进入厌氧池中进 行生物释磷、反硝化和自养脱氮，再进入缺氧池进行复合脱氮、短程反硝化和自养脱氮， 之后进入好氧池进行好氧处理，然后进入后缺氧池进行脱氮，再进入后好氧池中进行碳化 和硝化反应，最后出水进入二沉池进行泥水分离；
所述的深度处理中，所述高效复合脱氮处理出水的二沉池上清液依次进入混凝沉淀 池、V型滤池、微污染物去除单元和次氯酸钠消毒系统，通过混凝沉淀、过滤、微污染物去除和消毒，得到再生回用水；
所述的热能回收处理中，所述深度处理得到的再生回用水经水源热泵和供热管道输送 至厂区暖通系统的供暖设备，以及通过所述水源热泵和制冷管道输送至厂区暖通系统的制 冷设备；
所述热电联产系统利用所述碳磷回收单元的沼气发出电力输送给厂区暖通系统的用 电设备。
可以知道上述热能回收处理中的热电联产系统，可采用火力发电系统，如从沼气罐出 来的沼气全部进入燃气内燃机燃烧带动发电机发电，所产生的电力用于厂区暖通系统的制 热制冷供电。
下面对本发明实施例具体作进一步地详细描述。
本发明实施例提供一种能实现资源和能源回收转化的污水处理系统，主要包括：强化 预处理单元、碳磷回收单元、高效复合脱氮单元、深度处理单元和热能回收单元；其中，
所述的强化预处理单元，由粗格栅、细格栅和旋流沉砂池组成。污水先经过粗、细格 栅去除污水中大块的悬浮物，特别是丝状、带状漂浮物；然后进入旋流沉砂池，在旋流沉砂池中去除污水中比重大于2.65，粒径大于0.2mm的无机沙砾，以防止再后续的处理工艺中沉积和堵塞管道，减少机械磨损。
所述的碳磷回收单元，主要进行碳、磷污染物的富集以及碳磷富集污泥的水解与发酵， 并对水解后的富磷污泥进行磷素回收；首先，污水经预处理后进入到磁分离系统，捕获原 水中部分SS、COD和TP得到碳磷富集污泥，这样在实现碳、磷资源回收的同时降低了后续 处理工艺的运行负荷。磁分离系统处理后的碳磷富集污泥经过污泥浓缩池预浓缩后进入污 泥水解池。为了更大可能的实现厂区碳中和，引入高热易降解垃圾与碳磷富集污泥一起进 行回收、水解。水解温度30～35℃，污泥停留时间为4～5天，污泥水解率40～50％。水解 后的污泥进行脱水，分离出含碳上清液和富磷污泥；磷是污水中一种宝贵的资源，从富磷 污泥回收磷资源，具体是将污泥水解液脱水后产生的富磷污泥以富磷矿的形式进行回收；
使含碳上清液存入碳源回流池，部分含碳上清液回流至生化池的缺氧池和后缺氧池， 作为外加优质碳源用于反硝化过程；剩余的含碳上清液进入EGSB，进行厌氧消化产甲烷； 控制EGSB污泥停留时间为10～12天，并将产生的甲烷储存于沼气储柜中，进行后续发电、 供水解罐加热和厂区照明。
所述的高效复合脱氮单元，主要由厌氧池、缺氧池、好氧池、后缺氧池、后好氧池和二沉池组成。在厌氧池和缺氧池中，将活性污泥法和生物膜法相结合，填充有挂有厌氧氨氧化菌的悬浮填料，填充比10～20％。此外，在厌氧池和缺氧池，设置推流器以实现泥水 混合及混合液推流效果。在好氧池均设有曝气系统，曝气管道均匀分布在池底，为微生物 提供良好的好氧环境，同时通过曝气实现泥水的均匀混合。
污水进入厌氧池后，在厌氧环境下，系统中的聚磷菌利用原水中的有机物进行生物释 磷。同时，污泥回流液中的硝态氮利用水中有机物进行部分反硝化或者完全反硝化。部分 反硝化产生的亚硝酸盐与原水中的氨氮在厌氧环境下通过填料上富集的厌氧氨氧化菌进 行自养脱氮，通过部分自养脱氮减少了脱氮过程对碳源与曝气能耗的需求。
与厌氧池相似，在缺氧池中，好氧池回流的硝态氮利用水中的有机物也进行复合脱氮， 部分回流硝态氮在缺氧池中进行短程反硝化过程，生成的亚硝态氮与水中的氨氮在厌氧氨 氧化菌的作用下进行自养脱氮；部分回流的硝态氮发生完全反硝化过程，由硝态氮直接还 原为氮气。在缺氧池中，通过采集好氧池末端的硝态氮及进水中COD浓度，系统自动核算 缺氧池初始的COD/硝态氮，在自控系统中，设定此值为2～3以实现较好的短程反硝化效果， 因此智能加药系统可根据比值进行碳源(污泥水解上清液)的适量投加。通过工艺参数的 调控，实现生化池中自养脱氮率在20％以上。
缺氧池的出水进入好氧池，水中剩余的氨氮在有氧条件下进行硝化反应生成硝态氮； 同时，聚磷菌在好氧条件下过量吸磷，实现磷酸盐的去除。在好氧池中，通过前馈+溶解氧反馈控制+氨氮补偿反馈组成的精确曝气系统进行好氧池中曝气控制，控制好氧池末端的溶解氧1.0mg/L左右且出水氨氮浓度小于1.0mg/L。好氧池出水部分通过硝化液回流管道回流至缺氧池中，为缺氧池脱氮提供硝态氮基质，硝化液回流比200～300％；剩余部分进入到后置缺氧池中。
在后置缺氧池中，通过好氧池末端硝态氮前馈，调控系统的运行方式。当好氧池出水 硝态氮浓度大于9mg/L时，在后置缺氧池中通过智能加药系统外加适量的水解上清液进行 进一步脱氮。
在后置好氧池中进行碳化和进一步的硝化反应，降低生化池系统出水COD和氨氮浓度， 从而使出水COD小于20mg/L以及氨氮浓度维持在1.0mg/L以下，实现稳定且达标的出水水 质。
好氧池的出水进入矩形周进周出二沉池，在二沉池中实现泥水分离，上清液进入到混 凝沉淀池系统，沉淀后的污泥部分回流至厌氧池前端以维持生化池中稳定的污泥浓度，污 泥回流比100～200％；其余污泥以剩余污泥的形式排出系统，通过排泥控制此系统污泥龄 在20～25天。
所述的深度处理单元，由混凝沉淀池、V型滤池和次氯酸钠消毒系统组成。二沉池上 清液进入混凝沉淀池，进一步降低二沉池出水悬浮物和TP浓度。在混凝沉淀池单元，可以 去除约20％的TP。在混凝沉淀池后，设置V型滤池，用于污水深度处理去除SS，保证系统出 水SS在5mg/L以下。出水进入到微污染物去除单元，以得到高品质的再生水。最后，通过次氯酸钠消毒系统去除水中的细菌。消毒后的出水进行污水回用。
所述的热能回收单元，主要由水源热泵、热电联产系统和供热供电、制冷管道组成。 厂区暖通系统(对厂区车间及办公室的供暖及制冷)以及及冬季污泥水解罐的加热(需加 热到35℃)均通过水源热泵和热电联产系统实现。水源热泵的采暖供回水温度50～45℃， 制冷供回水温度7～12℃。通过水源热泵实现了对污水中能量的回收利用。此外，通过对 原水部分碳源及外源高热易降解垃圾的水解发酵产生高热值CH4，并通过热电联产系统产生 电力，以满足厂区对电能的需求。
进一步的，上述污水处理系统可与大数据平台配合，实现远程控制及风险预测，该大 数据平台的构建流程如图2所示，包括以下步骤：
首先，完成污水处理系统的数据采集，建立数据库。对污水处理系统的进水与出水流 量(Q)、水质参数(COD、TN、氨氮、TP、SS、温度、pH等)、过程参数(COD、TN、氨 氮、亚硝酸盐、硝酸盐、TP、ORP、pH等)、设备运行参数、能耗药耗等进行采集与传输 存储；
进一步的，进行趋势显示，数据分析，并标记特征事件。选取进水与出水流量、水质参数、过程参数、关键设备运行参数、能耗药耗等数据，生成动态趋势图和数据报表，通 过图、表直观了解污水处理系统的基本运行情况。同时通过标记运行中的特征事件，如突 然降温、流量剧增、来水污染物浓度剧增或降低等，分析系统运行情况的变化。
进一步的，进行系统优化，工艺模拟，并预测出水水质。通过前期数据的采集与分析， 根据进水水量、水质数据预测出系统运行情况，同时通过系统进行工艺模拟，模拟出最优 工况并参照工艺运行现状提前给出全系统优化方案，实现曝气系统、加药系统、硝化液回 流系统、污泥回流系统的最优调控。整个系统可实现人工确定与指令下达，反馈到自动控 制系统，调整相关参数以实现系统优化，避免进水波动对运行工艺的扰动，保障出水稳定 达标并实现系统运行效果与处理成本的综合最优化。
在此过程中，为满足大量的时间空间相关的数据处理分析的需求，建立污水处理系统 的云平台服务模式。提升污水处理整体的数据存储和传递水平，优化资源配置。
首先，对云平台所需的硬件设备进行优化配置，基于物联网分布式计算和存储，远程 实时监控，实现普通数据的云平台上传和发布。
其次，基于云计算，实现污水处理的ASM系列模型进行工艺运行的定量预测，确定动 力学参数的敏感性和稳定性，实时智能预警。建立一套包括云平台的模拟预测和专家系统 集成的软硬件系统，建立一套适用于水务系统的云平台服务模式。
因此，大数据和云平台智慧控制通过数据挖掘、异常预警、工艺模拟优化等功能模块， 形成污水处理系统的决策运行系统。大大减轻了操作工人的劳动强度，甚至可以做到现场 无人值守；可进行出水水质预测与调控，保障出水稳定达标排放。
本发明的污水处理系统以自养和异养耦合脱氮为基础，辅之微污染物深度处理，前端 进行碳、磷高效回收，在污水处理流程末端采用水源热泵/热电联产技术实现对废水中热 量的回收，能实现对城市污水进行污染物深度去除、资源和能源回收，能够在产出高品质 回用水的同时，尽可能的回收污水中的资源、能源。该系统可用于污水处理厂，能在尽大 可能回收原水中资源和能源的同时，产出高品质再生水；优化工艺流程，将低碳建设与低 碳运行相结合，使污水处理厂成为低环境影响的、人为强化的元素和能量转化工厂，并可 利用智能控制及大数据平台(参见图2)，实现污水处理系统的数据实时传输、运行远程控制及风险预测，实现智慧水务。
参见图3，本实施例还提供一种能实现资源和能源回收转化的污水处理方法，用于上 述的污水处理系统，具有“资源转化”、“能源供应”和“低碳和谐”几个优点，其中，
所述的“资源转化”即对原水中水资源和碳、磷资源的回收。其中，水资源通过深度处理微污染物技术将经过生化处理后的污水转化为高品质再生水进行回收利用；原水中碳、磷资源的回收，先采用超磁碳磷浓缩技术进行碳、磷捕获及浓缩，继而通过超磁污泥 水解与膨胀颗粒污泥床反应器(EGSB)技术将磷资源以富磷矿的形式回收，将碳以高品质碳源及高热值甲烷(CH4)的形式回收利用。对于原水中的氮资源采用主流自养脱氮技术进行氮素低成本去除，此方法较为经济高效。
所述的“能源供应”其主要效益是使污水处理厂实现碳中和/能源输出。对于面向未 来的污水处理厂，其能源供应分为自有能源和外源能源两部分。自有能源主要包括原水的 冷/热能和原水碳源的回收开发。其中，通过水源热泵和热电联产技术实现原水中冷/热能 的高效能源捕获，通过超磁碳浓缩、超磁污泥水解、EGSB产甲烷和热电联产技术将原水中 部分碳源转化成高热值CH4后产电实现能源回收。外源能源即引入高效易降解垃圾，将高效 易降解垃圾与捕获的原水中碳源一起进行水解发酵产甲烷，回收高热值CH4。通过对自有能 源与外源能源的回收利用，致力于使面向未来的污水处理厂实现碳中和，成为能源中心。
所述的“低碳和谐”分为三个方面，分别是低碳建设、低碳运行和环境友好。其中，低碳建设包括节省建材和占地两方面，污水处理厂采用玻璃幕墙以节省建材用量；采用超磁碳磷分离和高纯脱氮菌培养技术实现污水处理厂的源头减压和高负荷运行，从而节约污水处理厂占地面积。低碳运行从电、药、泥、人四方面体现。面向未来的污水处理厂通过 精确曝气技术、智能加药技术实现水厂的精细化运行，减少了电耗、药耗；通过主流自养 脱氮技术在实现低耗脱氮的同时减少污泥量产量。此外，大数据智慧运营平台的搭建，通 过开发污水处理的远程实时监控、智能预警及相关支撑技术，对运行数据进行采集、挖掘 以达到工艺诊断、运行评估的目的，以适应未来污水处理厂扁平化、智慧化的管理需求。 使污水处理厂实现了智慧化管理，节省人工成本。在环境友好方面，通过将污水处理厂打 造成一个花园式水厂，使优美的环境与清澈优质的出水相匹配，实现和谐友好的生态环境。
本发明的污水处理系统及方法至少具有以下有益效果：
(1)采用超磁碳磷浓缩、超磁污泥水解和EGSB产甲烷技术，将原水中碳素转化成高品 质碳源和高热值甲烷，将磷素以富磷矿形式富集，实现对污水中碳、磷资源回收。
(2)通过对污水中微污染物的深度处理，产生高品质再生水，实现水资源的回收利用。
(3)采用主流自养脱氮技术实现污水中氮素的低耗去除，节省碳源消耗和曝气能耗， 减少污泥产量。
(4)水源热泵和热电联产技术进行污水中能量回收，使污水处理厂运行接近碳中和。
(5)能实现污水处理厂的低碳建设。采用玻璃幕墙，节省建材用量；采用源头减压和 高负荷运行，节约占地面积。
(6)采用精确曝气技术和智能加药技术，进行水厂的精细化管理，实现曝气和加药过 程中的低碳运行、高效控制。
(7)能通过开发大数据云平台实现数据实时传输、远程控制及风险预测，在降低人工 成本的同时为污水处理厂的稳定运行提供了依据和控制手段。
(8)能将污水处理厂打造成花园式水厂，营造和谐友好的生态环境。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任 何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都 应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围 为准。
Claims (10)
1.一种能实现资源和能源回收转化的污水处理系统，其特征在于，包括：
强化预处理单元、碳磷回收单元、高效复合脱氮单元、深度处理单元和热能回收单元；其中，
所述强化预处理单元设置污水进水口和出水口，所述出水口与所述碳磷回收单元连接；
所述碳磷回收单元分别设有磁分离出水口、高热易降解垃圾入口、磷回收口、碳源输出口和沼气输出口，所述磁分离出水口和碳源输出口分别与所述高效复合脱氮单元连接；
所述高效复合脱氮单元与所述深度处理单元连接，所述深度处理单元设有高品质再生回用水出口；
所述深度处理单元的高品质再生回用水出口与所述热能回收单元连接；
所述碳磷回收单元的沼气输出口与所述热能回收单元连接。
2.根据权利要求1所述的能实现资源和能源回收转化的污水处理系统，其特征在于，所述碳磷回收单元包括：
依次连接的磁分离系统、污泥浓缩池、污泥水解池、第一污泥脱水系统、碳源回流池、膨胀颗粒污泥床反应器和沼气储柜；其中，
所述磁分离出水口设置在所述磁分离系统的后端；
所述污泥水解池上设置所述高热易降解垃圾入口；
所述第一污泥脱水系统设置所述磷回收口；
所述碳源回流池设置所述碳源输出口；
所述沼气储柜设置所述沼气输出口。
3.根据权利要求1或2所述的能实现资源和能源回收转化的污水处理系统，其特征在于，所述高效复合脱氮单元包括：
依次连接的厌氧池、缺氧池、好氧池、后缺氧池、后好氧池和二沉池；其中，
所述缺氧池和后缺氧池上分别设有与所述碳磷回收单元的碳源输出口连接的碳源加入口；
所述好氧池通过硝化液回流管回连至所述缺氧池；
所述二沉池通过污泥回流管回连至所述厌氧池。
4.根据权利要求3所述的能实现资源和能源回收转化的污水处理系统，其特征在于，所述高效复合脱氮单元还包括：
集泥池和第二污水脱水系统，集泥池与所述二沉池的污泥出口连接，该集泥池的排泥口与所述第二污水脱水系统连接。
5.根据权利要求3所述的能实现资源和能源回收转化的污水处理系统，其特征在于，所述厌氧池和缺氧池中均填充挂有厌氧氨氧化菌的悬浮填料，填充比为10～20％；
所述厌氧池和缺氧池内均设有推流器；
所述好氧池内底部均匀分布设有曝气系统的曝气管道；
所述后缺氧池设有加药装置。
6.根据权利要求1或2所述的能实现资源和能源回收转化的污水处理系统，其特征在于，所述深度处理单元由依次连接的混凝沉淀池、V型滤池、微污染物去除单元和次氯酸钠消毒系统组成；
所述混凝沉淀池与所述高效复合脱氮单元的出水端连接；
所述次氯酸钠消毒系统后端设置所述高品质再生回用水出口。
7.根据权利要求1或2所述的能实现资源和能源回收转化的污水处理系统，其特征在于，所述热能回收单元包括：
水源热泵、供热管道、制冷管道和热电联产系统；其中，
所述水源热泵分别与所述供热管道和制冷管道连接；
所述热电联产系统分别与所述供热管道和制冷管道连接；
所述供热管道末端为供热接口；
所述制冷管道末端为制冷接口。
8.根据权利要求1或2所述的能实现资源和能源回收转化的污水处理系统，其特征在于，所述强化预处理单元由依次连接的粗格栅、细格栅和旋流沉砂池组成，所述污水进水口设于所述粗格栅前端，所述旋流沉砂池后端设置所述出水口。
9.一种能实现资源和能源回收转化的污水处理方法，其特征在于，用于权利要求1至7任一项所述的污水处理厂，包括以下步骤：
强化预处理：污水进入污水处理厂的强化预处理单元，先过滤去除污水中的悬浮物，再通过除砂去除污水中的无机沙砾，强化预处理后的污水进入所述碳磷回收单元进行处理；
碳与磷回收处理：污水在所述碳磷回收单元中先通过磁分离捕获原水中部分SS、COD和TP得到碳磷富集污泥，将所述碳磷富集污泥与引入的高热易降解垃圾一起进行污泥水解，对水解后的污泥依次进行预浓缩和脱水后分离出含碳上清液和富磷污泥，从富磷污泥回收磷资源；将部分含碳上清液输出至所述高效复合脱氮单元，剩余的含碳上清液进行厌氧消化产生甲烷，并输出至所述热能回收单元；
磁分离后的污水进入所述高效复合脱氮单元进行处理；
高效复合脱氮处理：污水在所述高效复合脱氮单元中依次经厌氧、缺氧、好氧、后缺氧、后好氧和沉淀进行脱氮处理，处理后得到稳定且达标的出水，出水进入所述深度处理单元进行处理；
深度处理：污水在所述深度处理单元中，依次进行混凝沉淀、过滤、微污染物去除和次氯酸钠消毒处理，得到高品质的再生水一部分外排回用，另一部分进入所述热能回收单元进行处理；
热能回收处理：在所述热能回收单元中，污水经水源热泵对污水中能量进行回收利用；所述碳与磷回收处理步骤输出的甲烷经热电联产系统产生电力，供外部使用。
10.根据权利要求9所述的能实现资源和能源回收转化的污水处理方法，其特征在于，所述的强化预处理中，污水先经过粗、细格栅去除污水中大块的悬浮物；然后进入旋流沉砂池去除污水中比重大于2.65且粒径大于0.2mm的无机沙砾；
所述的碳与磷回收处理中，污水进入到磁分离系统捕获原水中部分SS、COD和TP得到碳磷富集污泥，磁分离系统输出的碳磷富集污泥经过污泥浓缩池预浓缩后进入污泥水解池，与引入所述污泥水解池的高热易降解垃圾一起进行水解，水解温度为30～35℃，污泥停留时间为4～5天，污泥水解率为40～50％；水解后的污泥经第一污泥脱水系统进行脱水分离得到含碳上清液和富磷污泥；对富磷污泥进行处理回收磷资源；使含碳上清液存入碳源回流池，将部分含碳上清液作为外加优质碳源输出至所述高效复合脱氮单元的缺氧池和后缺氧池，使剩余的含碳上清液进入膨胀颗粒污泥床反应器进行厌氧消化产甲烷，膨胀颗粒污泥床反应器的污泥停留时间为10～12天，产生的甲烷储存于沼气储柜中，输出至所述热能回收单元；
所述的高效复合脱氮处理中，污水进入所述高效复合脱氮单元中，先进入厌氧池中进行生物释磷、反硝化和自养脱氮，再进入缺氧池进行复合脱氮、短程反硝化和自养脱氮，之后进入好氧池进行好氧处理，然后进入后缺氧池进行脱氮，再进入后好氧池中进行碳化和硝化反应，最后出水进入二沉池进行泥水分离；
所述的深度处理中，所述高效复合脱氮处理出水的二沉池上清液依次进入混凝沉淀池、V型滤池、微污染物去除单元和次氯酸钠消毒系统，通过混凝沉淀、过滤、微污染物去除和消毒，得到再生回用水；
所述的热能回收处理中，所述深度处理得到的再生回用水经水源热泵和供热管道输送至厂区暖通系统的供暖设备，以及通过所述水源热泵和制冷管道输送至厂区暖通系统的制冷设备；
所述热电联产系统利用所述碳磷回收单元的沼气发出电力输送给厂区暖通系统的用电设备。
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