CN113003857B - 一种磁性污泥炭载体协同污水提标扩容的处理工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种污水处理厂污泥资源化处理方法，特别是涉及一种磁性污泥炭载体协同污水提标扩容的处理工艺。本发明包括如下步骤：第一步：废水经一级处理后去除大部分悬浮固体污染物，进入二级生化处理段；第二步：磁性污泥炭载体与溶剂混合配制成混合液，与废水同步进入二级生化处理段；第三步：废水、磁性污泥炭载体、活性污泥于生化处理构筑物内混合均匀；第四步：二级生化处理段流出的混合液于沉淀池内进行泥水分离；第五步：磁分离设备回收具有磁性的颗粒体。既能解决污水处理厂污泥去处的，又能协同污水提标增效的磁性污泥炭载体协同污水提标扩容的处理工艺，具有节约投资成本、废水处理效果、环境友好等优点。
Description
技术领域
本发明涉及一种污水处理厂污泥资源化处理方法，特别是涉及一种磁性污泥炭载体协同污水提标扩容的处理工艺。
背景技术
经济和社会的快速发展，带来的环保问题日益突出，环境管理也日益严格。目前，《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）为污水处理厂污染物排放标准主要执行标准，其中“一级A”标准是最高要求。但在实际项目中，已涌现了一波以“地表Ⅳ类水”或“准Ⅳ类水”为排放标准的污水处理项目。为此各地陆续颁布了一系列地方强制性标准，如浙江省《城镇污水处理厂主要水污染物排放标准》（DB33/ 2169-2018），具体对比如下表。
表 主要水污染物排放限值
日益增加的污水排放量、复杂的污染物种类和严格的污染物排放限值标准，致使污水处理厂扩建或增建的需求急迫。然而新建或扩建污水处理厂缺点明显，如土地资源紧张、征地难、项目建设周期长、初期投资大和建设成本高等。因此急需一种在原污水处理厂运行条件下提升水厂处理能力的技术。
污泥基生物炭（污泥炭）是指污水处理厂污泥在高温条件下加热炭化所产生的产品。污泥炭具有比表面积大和多孔结构丰富特点，资源化利用途径广，如污泥炭可作为微生物增效复合填料、土壤改良剂或土壤肥料等等。然而在实际应用中，污泥炭因政策规则较严格，资源化利用途径受限。
污水生化处理段投加粉末载体用以提高废水生化处理能力的研究较多。中国专利申请CN201911051940.2公开了一种新型处理城镇污水的高浓度粉末载体生物流化床工艺，通过向生化处理段投加复合粉末载体，新增搅拌系统，混合液浓缩分离，上清液排出过高效澄清池、过滤池后外排，剩余污泥通过旋流分离回收器回收粉末载体。
中国专利申请CN201911131996.9公开了一种粉体强化生化水处理的方法，通过筛选处理粉末载体、制备粉体浆料、水力搅拌作用、粉末载体负载微生物、生物反应处理污水、沉淀、回收等步骤，增加了生物处理的容积负荷，提高微生物浓度，以达到提升了工艺出水水质的要求。但上述粉末载体多为硅藻土、沸石或活性炭等原料，从经济上而言成本高，且非环保型材料易产生二次污染。
磁混凝技术是在混凝沉淀工艺中同步加入磁粉，使之与污染物絮凝结合成一体，以加强混凝、絮凝的效果，使生成的絮体密度更大、更结实，从而达到高速沉降的目的。磁粉可以通过磁回收循环使用。与传统工艺相比，磁混凝技术具有高速沉降、可回收利用、占地面积小、投资小等诸多优点。但磁粉材料同样面临成本高、消耗大等缺点。
综上所述，结合污泥炭工艺、废水生化处理段投加粉末载体工艺和磁混凝技术三种工艺技术的优点，克服各自的缺点，开发一种既解决污水处理厂污泥去处的工艺，又能协同污水提标增效的工艺具有重要意义。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中存在的上述不足，而提供一种既能解决污水处理厂污泥去处的，又能协同污水提标增效的磁性污泥炭载体协同污水提标扩容的处理工艺，具有节约投资成本、废水处理效果、环境友好等优点。
本发明解决上述问题所采用的技术方案是：该磁性污泥炭载体协同污水提标扩容的处理工艺，其特点在于：包括如下步骤：
第一步：废水经一级处理后去除大部分悬浮固体污染物，进入二级生化处理段；
第二步：磁性污泥炭载体与溶剂混合配制成混合液，与废水同步进入二级生化处理段；
第三步：废水、磁性污泥炭载体、活性污泥于生化处理构筑物内混合均匀，微生物通过磁性污泥炭载体表面附着和内部孔道吸附、并大量繁殖生成复合生物膜，磁性污泥炭载体孔道亦可用于吸附部分污染物质、并形成高浓度和大密度复合载体颗粒、以提高整个生化系统的处理效率；
第四步：二级生化处理段流出的混合液于沉淀池内进行泥水分离，上清液流入深度处理段、达标排放，沉淀物主要为复合载体颗粒、一部分回流至二级生化处理段的进水前端、另一部分至磁分离设备；
第五步：磁分离设备回收具有磁性的颗粒体，具有磁性的颗粒体通过磁粉回收装置、回用至二级生化处理段的进水前端，剩余的非磁性悬浮污泥颗粒、非磁性悬浮污泥颗粒通过污泥深度脱水工艺+炭化工艺联合加工产生新的磁性污泥炭载体，可供前端废水处理自用或对外销售。
进一步地，所述第一步中，一级处理主要为格栅、沉砂池等物理处理方法。
进一步地，所述第二步中，磁性污泥炭载体混合液通过搅拌桶搅拌，配制浓度为1-5%，通过螺杆泵打入至二级生化处理段的进水前端。
进一步地，所述第二步中，磁性污泥炭载体内比表面积为30-100m2/g，密度控制为0.9-1.2g/m3。
进一步地，所述第三步中，废水进水量：磁性污泥炭载体投加量为30-60:1，生化系统的污泥浓度可提高为5000-9000mg/L，微生物附着和吸附于磁性污泥炭载体、使得微生物浓度提高、增强生化系统的去除效率。
进一步地，所述第四步中，复合载体颗粒于沉淀池内重力沉降，通过污泥回流泵回流至二级生化处理段的进水前端，回流比为50-150%。
进一步地，所述第四步中，沉淀物通过滚筒式磁粉回收装置分离出具有磁性的颗粒体和非磁性悬浮污泥颗粒，磁分离设备的磁场强度为4500-6000Gs，分离出的具有磁性的颗粒体进入所述第二步中的配制桶内配制混合液，重新利用投加至二级生化处理段的进水前端。
进一步地，所述第五步中，磁分离设备为电磁分离设备，处理过程中采用自动控制法，每隔一定时间自动断电10-30s，使电磁铁上吸附的具有磁性的颗粒体掉落收集。
进一步地，所述第五步中，非磁性悬浮污泥颗粒收集于中转池后，进行污泥生物淋滤调理，调理过程中定量投加专用淋滤微生物营养剂，调理时间为36-48小时，污泥生物淋滤调理完成后，可改善改善污泥的脱水性能，降低污泥比阻。
进一步地，所述第五步中，污泥生物淋滤调理完成后，经高压进料泵泵入高压隔膜板框内压滤脱水，高压进料泵压力1.6-2.0Mpa，待污泥填充满压力腔室，切换为压榨泵二次压榨脱水，压榨泵压力6.0-7.0Mpa，污泥经二次高压压榨脱水后，脱水污泥含水率可直接降至40%-50%。
进一步地，所述第五步中，炭化工艺主要流程为干化-炭化（同步活化），经脱水工艺获得的脱水泥饼进一步烘干至含水率20-25%，与混合料配比完成后输送至炭化炉内炭化，热解炭化过程中温度保持恒定，炭化腔体内为无氧或缺氧状态。
进一步地，所述第五步中，炭化炉热解温度为500-650℃，炭化后余热（300-400℃）供干燥机烘干污泥用。
进一步地，所述第五步中，污泥炭化热解后冷却过筛，得到磁性污泥炭产品。
相比现有技术，本发明具有以下优点：
1、污水处理厂提标扩容无需新建或扩建生化段构筑物，解决了提标扩容征地难、项目建设周期长、初期投资大和建设成本高等缺点。
2、投加磁性污泥炭载体，可直接增加生化处理容积负荷，提高微生物浓度，污染物去除效率提升，保证出水水质。
3、磁性污泥炭载体通过磁鼓转筒回收，循环多次利用返回至生化处理系统，节约了运行成本，提高了载体利用率。
4、磁性污泥炭载体吸附和附着一定微生物和污染物，比重增加，沉降性好。
5、回流污泥保证了生化处理系统污泥浓度，附着生物膜的载体颗粒可进一步降低污染物浓度，减少载体挂膜时间和次数，保持系统污染物较高的处理效率。
6、以污水处理厂内剩余污泥为原料，通过经济节能方式将污泥含水率降至0，制得磁性污泥炭载体；本发明不仅解决了剩余污泥的处理处置问题，同时还实现了污泥的资源化利用。
7、污泥深度脱水调理采用生物淋滤调理方法，调理过程中淋滤微生物专用营养剂内含有一定量铁盐，无需另外添加磁源材料亦可使污泥炭获得磁性，即完成了污泥的深度脱水调理，又降低了加磁制备成本。
8、磁性污泥炭载体可供污水处理厂自用或销售，节约采购运行成本或产生经济效益，实现产品的高附加值。
9、整体工艺实现了污水处理厂内循环提标扩容，各单项工艺也可独立运行，可操作性强。
10、工艺具有可行性强、成本低、生产效率高等优点，适用于大规模生产，具有良好的环境效益和经济效益，具有环境友好和可持续发展的技术优势。
附图说明
图1是本发明实施例的整体工艺流程示意图。
图2是本发明实施例的试进出水COD浓度变化示意图。
图3是本发明实施例的试进出水氨氮浓度变化示意图。
具体实施方式
下面结合附图并通过实施例对本发明作进一步的详细说明，以下实施例是对本发明的解释而本发明并不局限于以下实施例。
实施例
参见图1至图3所示，须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容能涵盖的范围内。同时，本说明书中若有引用如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。
本实施例中的磁性污泥炭载体协同污水提标扩容的处理工艺，包括如下步骤：
第一步：废水经一级处理后去除大部分悬浮固体污染物，进入二级生化处理段。
第一步中，一级处理主要为格栅、沉砂池等物理处理方法。
第二步：磁性污泥炭载体与溶剂混合配制成混合液，与废水同步进入二级生化处理段。
第二步中，磁性污泥炭载体混合液通过搅拌桶搅拌，配制浓度为1-5%，通过螺杆泵打入至二级生化处理段的进水前端。
第二步中，磁性污泥炭载体内比表面积为30-100m2/g，密度控制为0.9-1.2g/m3。
第三步：废水、磁性污泥炭载体、活性污泥于生化处理构筑物内混合均匀，微生物通过磁性污泥炭载体表面附着和内部孔道吸附、并大量繁殖生成复合生物膜，磁性污泥炭载体孔道亦可用于吸附部分污染物质、并形成高浓度和大密度复合载体颗粒、以提高整个生化系统的处理效率。
第三步中，废水进水量：磁性污泥炭载体投加量为30-60:1，生化系统的污泥浓度可提高为5000-9000mg/L，微生物附着和吸附于磁性污泥炭载体、使得微生物浓度提高、增强生化系统的去除效率。
第四步：二级生化处理段流出的混合液于沉淀池内进行泥水分离，上清液流入深度处理段、达标排放，沉淀物主要为复合载体颗粒、一部分回流至二级生化处理段的进水前端、另一部分至磁分离设备。
第四步中，复合载体颗粒于沉淀池内重力沉降，通过污泥回流泵回流至二级生化处理段的进水前端，回流比为50-150%。
第四步中，沉淀物通过滚筒式磁粉回收装置分离出具有磁性的颗粒体和非磁性悬浮污泥颗粒，磁分离设备的磁场强度为4500-6000Gs，分离出的具有磁性的颗粒体进入所述第二步中的配制桶内配制混合液，重新利用投加至二级生化处理段的进水前端。
第五步：磁分离设备回收具有磁性的颗粒体，具有磁性的颗粒体通过磁粉回收装置、回用至二级生化处理段的进水前端，剩余的非磁性悬浮污泥颗粒、非磁性悬浮污泥颗粒通过污泥深度脱水工艺+炭化工艺联合加工产生新的磁性污泥炭载体，可供前端废水处理自用或对外销售。
第五步中，磁分离设备为电磁分离设备，处理过程中采用自动控制法，每隔一定时间自动断电10-30s，使电磁铁上吸附的具有磁性的颗粒体掉落收集。
第五步中，非磁性悬浮污泥颗粒收集于中转池后，进行污泥生物淋滤调理，调理过程中定量投加专用淋滤微生物营养剂，调理时间为36-48小时，污泥生物淋滤调理完成后，可改善改善污泥的脱水性能，降低污泥比阻。
第五步中，污泥生物淋滤调理完成后，经高压进料泵泵入高压隔膜板框内压滤脱水，高压进料泵压力1.6-2.0Mpa，待污泥填充满压力腔室，切换为压榨泵二次压榨脱水，压榨泵压力6.0-7.0Mpa，污泥经二次高压压榨脱水后，脱水污泥含水率可直接降至40%-50%。
第五步中，炭化工艺主要流程为干化-炭化（同步活化），经脱水工艺获得的脱水泥饼进一步烘干至含水率20-25%，与混合料配比完成后输送至炭化炉内炭化，热解炭化过程中温度保持恒定，炭化腔体内为无氧或缺氧状态。
第五步中，炭化炉热解温度为500-650℃，炭化后余热（300-400℃）供干燥机烘干污泥用。
第五步中，污泥炭化热解后冷却过筛，得到磁性污泥炭产品。
具体的实施例1。
某市政污水处理厂废水生化处理磁性污泥炭载体试验，具体情况如下：
该污水一级处理工艺流程主要为粗格栅+细格栅+旋流沉砂池+初沉池。初沉池出水泵入至生化处理中试进水前端，流量为400L/h。
磁性污泥炭载体为污泥炭加工所制，200目过筛，与水混合搅拌桶搅拌配制浓度为4.0%的混合液，后通过螺杆泵输送至生化处理中试进水前端。废水进水量：磁性污泥炭载体投加量为40:1。
生化处理中试系统污泥浓度为6000mg/L，微生物附着和吸附于污泥炭载体，形成复合载体颗粒，提高微生物浓度，增强系统去除效率。
复合载体颗粒于竖流式沉淀池内重力沉降，一部分污泥通过污泥回流泵回流至生化处理中试前端，回流比为100%。另一部分污泥通过磁滚筒分离装置分离磁性复合载体颗粒和非磁性悬浮污泥颗粒，分离装置磁场强度4500-6000Gs。
磁滚筒分离装置采用自动控制法，运行过程中含磁性颗粒吸附于通磁的滚筒上，非磁性颗粒则流入至后端污泥中转池。分离装置每隔10分钟自动断电15s，断电时电磁铁上吸附的含磁性复合载体颗粒自动掉落收集。
由图2图3可知，磁性污泥炭载体投加至生化处理段，能提高生化系统处理能力，出水COD和氨氮浓度明显降低，提标增效效果明显。
具体的实施例2。
某市政污水处理厂剩余污泥生物淋滤深度脱水试验，具体情况如下：
该污水处理厂剩余污泥浓缩采用辐流式连续重力浓缩，二沉池剩余污泥排入浓缩池，污泥在不添加浓缩药剂情况下重力浓缩至含水率97%左右。取浓缩池内污泥进行污泥生物淋滤调理，包括污泥驯化、污泥接种、污泥培养步骤，与CN201410010263.0中公开的具体实施方式相同。
污泥进泥至淋滤调理池后，需按量投加专用淋滤微生物营养剂，投加量为绝干污泥量的8%，24小时持续曝气培养，调理时间为36小时。污泥生物淋滤调理完成后，可改善改善污泥的脱水性能，降低污泥比阻。
生物淋滤调理完成的浓缩污泥经打入高压板框内压滤脱水，高压进料泵压力1.6Mpa，待污泥填充满压滤腔室，切换为压榨泵二次压榨脱水，压榨泵压力6.0Mpa。污泥经二次高压压榨脱水后，脱水污泥含水率可直接降至40%以下。
脱水污泥采用自然风干，风干后污泥含水率约20%，破碎过筛，控制干化污泥粒径5-10mm，留存待用。
该市政污泥生物淋滤调理处理前后相关参数见下表。
具体的实施例3。
某市政污水处理厂污泥炭化制备磁性污泥炭载体试验，具体情况如下：
实施例2中风干后污泥颗粒与混合料配比完成后输送至炭化炉内炭化，热解炭化过程中温度保持恒定，为500-650℃，炭化腔体内为无氧或缺氧状态。
热解炭化后所得污泥炭，冷却、过筛，得到磁性污泥炭产品。
磁性污泥炭载体内比表面积为55m2/g，密度控制为0.9g/m3。
综上所述，该磁性污泥炭载体协同污水提标扩容的处理工艺，可实施性强，可实现污水处理厂内循环提标扩容，同时各单项工艺也可独立运行。该磁性污泥炭载体协同污水提标扩容的处理工艺具有可行性强、成本低、生产效率高等优点，适用于大规模生产，具有良好的环境效益和经济效益，具有环境友好和可持续发展的技术优势。
此外，需要说明的是，本说明书中所描述的具体实施例，其零、部件的形状、所取名称等可以不同，本说明书中所描述的以上内容仅仅是对本发明结构所作的举例说明。凡依据本发明专利构思所述的构造、特征及原理所做的等效变化或者简单变化，均包括于本发明专利的保护范围内。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离本发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。
Claims (6)
1.一种磁性污泥炭载体协同污水提标扩容的处理工艺，其特征在于：包括如下步骤：
第一步：废水经一级处理后去除悬浮固体污染物，所述一级处理为沉砂池处理，进入二级生化处理段；
第二步：磁性污泥炭载体与溶剂混合配制成混合液，与废水同步进入二级生化处理段，磁性污泥炭载体混合液通过搅拌桶搅拌，配制浓度为1-5%，通过螺杆泵打入至二级生化处理段的进水前端，磁性污泥炭载体内比表面积为30-100m2/g，密度控制为0.9-1.2g/m3；
第三步：废水、磁性污泥炭载体、活性污泥于生化处理构筑物内混合均匀，微生物通过磁性污泥炭载体表面附着和内部孔道吸附、并繁殖生成复合生物膜，磁性污泥炭载体孔道用于吸附部分污染物质、并形成高浓度和大密度复合载体颗粒、以提高整个生化系统的处理效率，废水进水量：磁性污泥炭载体投加量为30-60:1，生化系统的污泥浓度提高为5000-9000mg/L，微生物附着和吸附于磁性污泥炭载体、使得微生物浓度提高、增强生化系统的去除效率；
第四步：二级生化处理段流出的混合液于沉淀池内进行泥水分离，上清液流入深度处理段、达标排放，沉淀物为复合载体颗粒、一部分回流至二级生化处理段的进水前端、另一部分至磁分离设备，复合载体颗粒于沉淀池内重力沉降，通过污泥回流泵回流至二级生化处理段的进水前端，回流比为50-150%，沉淀物通过磁粉回收装置分离出具有磁性的颗粒体和非磁性悬浮污泥颗粒，磁分离设备的磁场强度为4500-6000Gs，分离出的具有磁性的颗粒体进入所述第二步中内配制混合液，投加至二级生化处理段的进水前端；
第五步：磁分离设备回收具有磁性的颗粒体，具有磁性的颗粒体通过磁粉回收装置、回用至二级生化处理段的进水前端，剩余的非磁性悬浮污泥颗粒、非磁性悬浮污泥颗粒通过污泥深度脱水工艺+炭化工艺联合加工产生磁性污泥炭载体，磁分离设备为电磁分离设备，处理过程中采用自动控制法，每隔一定时间自动断电10-30s，使电磁铁上吸附的具有磁性的颗粒体掉落收集，非磁性悬浮污泥颗粒收集于中转池后，进行污泥生物淋滤调理，调理过程中定量投加淋滤微生物营养剂，调理时间为36-48小时，所述淋滤微生物营养剂的配比为硫酸铵0.5-2%、磷酸氢二钾0.2-0.5%、硝酸钙0.01%-0.5%、七水硫酸镁0.25%-0.5%、葡萄糖3%-5%、二硫化铁3%-5%、其余是敷料。
2.根据权利要求1所述的磁性污泥炭载体协同污水提标扩容的处理工艺，其特征在于：所述第一步中，一级处理为物理处理方法。
3.根据权利要求1所述的磁性污泥炭载体协同污水提标扩容的处理工艺，其特征在于：所述第五步中，污泥生物淋滤调理完成后，经高压进料泵泵入高压隔膜板框内压滤脱水，高压进料泵压力1.6-2.0Mpa，待污泥填充满压力腔室，切换为压榨泵二次压榨脱水，压榨泵压力6.0-7.0Mpa。
4.根据权利要求1所述的磁性污泥炭载体协同污水提标扩容的处理工艺，其特征在于：所述第五步中，炭化工艺流程为干化-炭化，经脱水工艺获得的脱水泥饼烘干至含水率20-25%，与混合料配比完成后输送至炭化炉内炭化，热解炭化过程中温度保持恒定，炭化腔体内为无氧或缺氧状态。
5.根据权利要求3所述的磁性污泥炭载体协同污水提标扩容的处理工艺，其特征在于：所述第五步中，炭化炉热解温度为500-650℃，炭化后余热供干燥机烘干污泥用。
6.根据权利要求3所述的磁性污泥炭载体协同污水提标扩容的处理工艺，其特征在于：所述第五步中，污泥炭化热解后冷却过筛。
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right |
Denomination of invention: A Treatment Process for Magnetic Sludge Carbon Carrier Synergistic Wastewater Upgrading and Capacity Expansion Granted publication date: 20221209 Pledgee: Hangzhou branch of Zhejiang Tailong Commercial Bank Co.,Ltd. Pledgor: ZHEJIANG ZONE-KING ENVIRONMENTAL SCI&TECH CO.,LTD. Registration number: Y2024980017891 |