CN113045111A - 一种基于碳源分类回收的倒置吸附沉淀系统及工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于碳源分类回收的倒置吸附沉淀系统及工艺，待处理污水先经前置的斜板沉淀池回收颗粒态碳源，之后进入后置的微氧曝气的活性污泥吸附池吸附回收污水中的胶体及溶解态碳源；所述待处理污水为经过格栅和沉砂池处理去除其中垃圾和泥沙后的污水。整体工艺通过间歇运行的方式进一步降低活性污泥吸附池的曝气能耗。前置的沉淀池主要针对污水中易沉淀的颗粒态碳源进行回收，通过最简单的沉淀方式最大限度地降低了颗粒态碳源的回收成本。颗粒态碳源的去除显著降低了后置活性污泥吸附池的负荷压力，使得后置活性污泥吸附池只针对污水中剩余的胶体及溶解态碳源进行回收，回收能力大幅增加，回收效率显著提升。

Description

一种基于碳源分类回收的倒置吸附沉淀系统及工艺
技术领域
本发明属于环境保护和污水处理技术领域，具体涉及一种基于碳源分类回收的倒置吸附沉淀系统及工艺。
背景技术
公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
人口的迅速增长以及城市化的快速发展使得污水排放量迅猛增长，污水是资源的有效载体，其中蕴含着大量的碳源，对这些碳源进行充分回收及资源转化，是实现污水处理能源中和与可持续发展的重要途径。污水中各种形态的碳源(颗粒态(粒径＞12μm)、胶体态(粒径0.45-12μm)和溶解态(粒径＜0.45μm))分别占总体碳源的50％、20％和30％左右，颗粒态碳源又可分为易沉淀和不易沉淀两种，易沉淀的颗粒态碳源一般粒径较大，约占污水中碳源的30％左右，这部分碳源可通过沉淀作用直接回收利用，不易沉淀的碳源为污水中粒径较小的颗粒胶体及溶解态碳源，约占70％左右，这部分碳源需要通过污泥吸附沉淀以及污泥吸收转化为内源有机碳进行回收。
污水中碳源的回收及资源化过程一般分为三步：首先，污水经格栅和沉砂池处理，将其中的垃圾和泥沙去除，为回收污水中的碳源提供基础；其次，通过不同的碳源回收工艺对污水中的碳源进行回收；最后，回收的碳源可通过厌氧消化等方式实现资源、能源的转化。其中，碳源的回收工艺是整个过程中的核心，其创新改进对实现污水资源化具有重要意义。
传统活性污泥法是目前应用最广泛的污水处理技术，利用活性污泥微生物的新陈代谢作用，在较长的污泥停留时间(5-7d)和水力停留时间(＞2h)，较低的有机负荷(0.2-0.4kgBOD5/kgMLSS/d)以及充足的氧气(DO＞2mg/L)条件下将污水中大量的碳源矿化，无法实现污水中碳源的有效回收，“以能耗能”使得传统活性污泥法不具有可持续发展的潜力。
高负荷活性污泥法是目前回收污水中碳源的主流工艺，由前置的吸附池和后置的沉淀池组成。污水经格栅和沉砂池预处理后，先进入吸附池中与活性污泥混合，被活性污泥吸附或吸收，并在沉淀池中沉淀浓缩，最终通过剩余污泥排放进行回收利用。高负荷活性污泥法在极短的污泥停留时间(0.3-0.5d)、水力停留时间(30min)和极高的有机负荷(2-6kgBOD5/kgMLSS/d)下，利用活性污泥的生物絮凝吸附作用及沉淀浓缩实现污水中碳源的富集回收，但发明人发现，这样的回收过程是对污水中碳源的一种混合回收(即污水中各种形态的碳源混合在一起被污泥吸附或吸收后回收)，这样的回收方式导致大量碳源流失(流失的碳源约占总碳源的30-50％)，碳源回收率很低，约30％左右。
发明内容
针对现有技术中存在的技术问题，本发明提供一种基于碳源分类回收的倒置吸附沉淀系统及工艺。整体工艺由前置的沉淀池和后置的活性污泥吸附池组成。前置的沉淀池主要针对污水中易沉淀的颗粒态碳源进行回收，通过最简单的沉淀方式最大限度地降低了颗粒态碳源的回收成本。颗粒态碳源的去除一方面显著降低了后置活性污泥吸附池的负荷压力，另一方面使得后置活性污泥吸附池只针对污水中剩余的胶体及溶解态碳源进行吸附回收，回收效率显著提升。
为解决以上技术问题，本发明的以下一个或多个实施例提供了如下技术方案：
第一方面，本发明提供一种基于碳源分类回收的倒置吸附沉淀系统，包括：斜板沉淀池和活性污泥吸附池，其中，
所述斜板沉淀池的底部为漏斗状，底部的最低端与污泥管连接，其中部靠上的部位设置有斜板，其侧面设置有第一进水管，进水位置设有挡流板，使进水从斜板沉淀池中下部进入；斜板的上方设置有穿孔溢流管；
活性污泥吸附池，其内部填充有活性污泥，第二进水管的一端与穿孔溢流管连通，另一端与活性污泥吸附池的下端连通；活性污泥吸附池的下端设置有曝气盘，且底部设置有排泥口，出水口位于活性污泥吸附池中部。
第二方面，本发明提供一种基于碳源分类回收的倒置吸附池沉淀工艺，包括如下步骤：
待处理污水先经斜板沉淀池沉淀回收易沉淀碳源，然后初步净化后的污水溢流至活性污泥吸附池的底部，在活性污泥的吸附和吸收作用下，回收污水中的碳源；
所述待处理污水为经过格栅和沉砂池处理去除其中垃圾和泥沙后的污水。
与现有技术相比，本发明的以上一个或多个技术方案取得了以下有益效果：
针对现有的高负荷活性污泥法没有对各种形态的碳源进行分类回收，致使大量碳源流失，工艺碳源回收率低等问题，本发明提出了污水中碳源分类回收的理念，通过对调高负荷活性污泥法中沉淀池和吸附池的位置，创建前置沉淀-后置吸附工艺来实现污水中碳源的分类回收。生活污水经过格栅和沉砂池处理后，去除了大量的垃圾和泥沙，之后进入前置沉淀池，其中易沉淀的颗粒态碳源以最简单的方式沉淀浓缩在前置沉淀池底部，通过剩余污泥排出回收，前置沉淀池的出水中不易沉淀的胶体溶解态碳源占据主体，与后置吸附池中的污泥混合后转移至污泥相，同样以剩余污泥排放的方式回收利用，通过前置沉淀-后置吸附工艺创新可实现碳源的分类回收，有效提高污水中碳源的回收率。
前置沉淀池回收污水中易沉淀的碳源可节约20％左右的回收成本；后置吸附池间歇微氧运行(DO＝0.5-1.0mg/L)，可有效减少碳源矿化10％以上，降低30％左右的运行能耗，减少约15％的运行成本。
工艺通过前置沉淀-后置吸附将污水中的碳源在各自有利的条件下分类回收，与现有技术的30％-50％相比，至少可有效提高碳源回收率20％以上。
工艺采用间歇运行方式，可有效降低曝气能耗，减少运行成本。
附图说明
构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
图1是本发明实施例1提供的一种基于碳源分类回收的倒置吸附沉淀系统的结构示意图。
其中：1-进水泵，2-第一进水管，3-斜板沉淀池，4-穿孔溢流管，5-活性污泥吸附池，6-出水管，7-曝气泵，8-微孔曝气盘，9-污泥泵，10-污泥管，11-出水泵。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
第一方面，本发明提供一种基于碳源分类回收的倒置吸附沉淀系统，包括：斜板沉淀池和活性污泥吸附池，其中，
所述斜板沉淀池的底部为漏斗状，底部的最低端与污泥管连接，其中部靠上的部位设置有斜板，其侧面设置有第一进水管，进水位置设有挡流板，使进水从斜板沉淀池中下部进入；斜板的上方设置有穿孔溢流管；
活性污泥吸附池，其内部填充有活性污泥，第二进水管的一端与穿孔溢流管连通，另一端与活性污泥吸附池的下端连通；活性污泥吸附池的下端设置有曝气盘，且底部设置有排泥口，出水口位于活性污泥吸附池中部。
在一些实施例中，所述曝气盘为微孔曝气盘。
在一些实施例中，所述斜板沉淀池的有效容积为活性污泥吸附池的40-60％。
进一步的，所述斜板沉淀池中的斜板倾角为50°-70°，优选为60°。
进一步的，所述斜板沉淀池中的斜板间距为3-5cm。
进一步的，所述斜板沉淀池的泥斗容积为斜板沉淀池泥斗容积的15％-25％。
在一些实施例中，活性污泥吸附池的径深比为1:6-12，优选为1:10。
第二方面，本发明提供一种基于碳源分类回收的倒置吸附池沉淀工艺，包括如下步骤：
待处理污水先经斜板沉淀池沉淀回收易沉淀碳源，然后初步净化后的污水溢流至活性污泥吸附池的底部，在活性污泥的吸附和吸收作用下，回收污水中的碳源；
所述待处理污水为经过格栅和沉砂池处理去除其中垃圾和泥沙后的污水。
本发明工艺进水为普通生活污水，经过了格栅和沉砂池处理，去除了大量垃圾和泥沙，工艺进水总COD约200-300mg/L，颗粒态COD约100-140mg/L，胶体态COD约35-60mg/L，溶解态COD约60-100mg/L，SS约150-200mg/L。
本发明工艺用于回收处理城市生活污水中的碳源，回收的碳源可用于厌氧发酵产能。
前置沉淀-后置吸附的工艺设置主要有以下作用：(1)通过前置沉淀-后置吸附的工艺设置，可将污水中易沉淀的碳源与不易沉淀的碳源分开在各自有利的条件下进行回收，可显著提升碳源回收率；(2)易沉淀的碳源通过直接沉淀进行回收，在节约回收成本的同时，可减轻后置吸附池的碳源负荷，空出后置吸附池中活性污泥的吸附点位，提升不易沉淀的碳源的回收率，进而提升整体工艺碳源回收率；(3)经过前置沉淀后的污水碳源粒径变小，以小颗粒胶体和溶解态为主，可以促进活性污泥将碳源转化为聚羟基脂肪酸酯(PHA)等内源有机碳，提升工艺对溶解性碳源的回收率；(4)碳源回收率的提高可提升剩余污泥中碳源的含量，进而提升剩余污泥厌氧消化时的产能潜力，促进污水中碳源的资源能源转化。
通过前置沉淀-后置吸附的工艺设置实现了污水中易沉淀的碳源和不易沉淀的碳源的分类回收，前置沉淀池极大的降低了易沉淀碳源的回收成本，后置吸附池针对性的对不易沉淀的碳源进行回收，显著提升了污水中碳源的回收率。
在一些实施例中，所述活性污泥吸附池中活性污泥的接种浓度为4-8g/L，优选为6g/L，接种体积为活性污泥吸附池有效容积的一半。
在一些实施例中，经过曝气，使活性污泥吸附池中的溶解氧含量为0.5-2.0mg/L，优选为0.5-1.0mg/L。
在一些实施例中，所述基于碳源分类回收的倒置吸附池沉淀工艺，具体包括如下步骤：
启动阶段：向活性污泥吸附池中投加好氧活性污泥，污泥取自污水处理厂好氧池末端；开启进水，采用SBR运行方式，在该阶段，斜板沉淀池和活性污泥吸附池不排放剩余污泥；
泥龄调试阶段：采用SBR运行方式，斜板沉淀池每天排放一次污泥，污泥排放量与沉淀池泥斗容积相当；活性污泥吸附池每天逐步增加剩余污泥的排放量，使其在1-2周内达到设定的SRT；
稳定运行阶段：当活性污泥吸附池的SRT稳定达到设定值后，进入稳定运行阶段；在该阶段，待处理污水先经斜板沉淀池沉淀回收易沉淀碳源，然后初步净化后的污水溢流至活性污泥吸附池的底部，在活性污泥的吸附和吸收作用下，回收污水中的碳源。
进一步的，斜板沉淀池的SBR运行分为进水和闲置两个阶段，进水阶段为15-25min，闲置阶段为40-50min。
进一步的，活性污泥吸附池的SBR运行分为进水、曝气、沉淀、出水和闲置四个阶段，其中，进水和曝气阶段为15-25min，DO为0.5-1.0mg/L；沉淀阶段为15-25min；出水阶段为15-25min。
更进一步的，活性污泥吸附池的体积交换率为40-60％，闲置阶段为4-10min，用于排放剩余污泥。
更进一步的，活性污泥吸附池中的SRT为1-3d。
在一些实施例中，启动阶段结束的标志为活性污泥吸附池的污泥增长量达到0.3-0.5g/L/d；
在一些实施例中，泥龄调试阶段结束的标志为连续3d活性污泥吸附池的SRT为2.5-3.5d，且活性污泥吸附池中的污泥浓度为2-3g/L。
在一些实施例中，活性污泥吸附池的污泥浓度(MLSS)为2-3g/L，污泥中有机质浓度(MLVSS)为1.4-2.4g/L，污泥中有机质含量(MLVSS/MLSS)为0.7-0.8。
实施例中所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法；所述试剂和材料，如无特殊说明，均可从商业途径获得。
测定方法：COD、NH3-N、TN、TP根据标准方法测定，COD采用重铬酸钾法，NH3-N采用纳式分光光度法，TN采用过硫酸钾氧化-紫外分光光度法，TP采用钼锑抗分光光度法。
实施例1
如图1所示，一种基于碳源分类回收的倒置吸附沉淀工艺，其装置组成主要包括进水泵1、第一进水管2、斜板沉淀池3、穿孔溢流管4、后置活性污泥吸附池5、出水管6、曝气泵7、微孔曝气盘8、污泥泵9、污泥管10和出水泵11。
前置沉淀池采用斜板沉淀池3，其有效容积为后置活性污泥吸附池5有效容积的50％，斜板倾角为60°，斜板间距为4厘米，泥斗容积约为斜板沉淀池3容积的20％。后置活性污泥吸附池5有效容积为斜板沉淀池3有效容积的两倍，活性污泥吸附池5的径深比为1:10，后置活性污泥吸附池为SBR吸附池，污水从池底进入从池中部排出，池中含有活性污泥。
一种基于碳源分类回收的倒置吸附沉淀工艺，间歇运行，一个周期持续65min：前置斜板沉淀池进水20min，闲置45min，后置活性污泥吸附池进水+曝气20min，沉淀20min，出水20min，闲置5min。进水阶段，污水先进入斜板沉淀池，富集回收污水中易沉淀的碳源，斜板沉淀池出水进入活性污泥吸附池，与污泥混合同时进行曝气，DO控制在0.5-1mg/L，促进活性污泥吸附吸收污水中不易沉淀的碳源；沉淀阶段，吸附池泥位20min内下降50％以上；出水阶段，20min内排出吸附池50％体积的上清液；闲置阶段，排放斜板沉淀池及吸附池的剩余污泥，控制斜板沉淀池的SRT为1d，吸附池的SRT为3d。工艺处理的生活污水来自北方某学校生活污水，进水总COD浓度为150.3±20.6mg/L，斜板沉淀池出水总COD浓度为108.2±14.8mg/L，活性污泥吸附池的出水总COD浓度为37.5±12.1mg/L，经过COD质量平衡，整体工艺碳源的回收率为60％。
实施例2
一种基于碳源分类回收的倒置吸附沉淀工艺，间歇运行，一个周期持续65min：前置斜板沉淀池进水20min，闲置45min，后置活性污泥吸附池进水+曝气20min，沉淀20min，出水20min，闲置5min。进水阶段，污水先进入斜板沉淀池，富集回收污水中易沉淀的碳源，斜板沉淀池出水进入活性污泥吸附池，与污泥混合同时进行曝气，DO控制在0.5-1mg/L，促进活性污泥吸附吸收污水中不易沉淀的碳源；沉淀阶段，吸附池泥位20min内下降50％以上；出水阶段，20min内排出吸附池50％体积的上清液；闲置阶段，排放斜板沉淀池及吸附池的剩余污泥，控制斜板沉淀池的SRT为1d，吸附池的SRT为2d。该工艺处理北方某城市生活污水，进水总COD浓度为300.6±30.8mg/L，氨氮浓度为31.8±2.9mg/L，总氮浓度为51.6±3.3mg/L，总磷浓度为6.5±1.2mg/L；该工艺的出水总COD浓度为69.3±15.6mg/L，氨氮浓度为27.8±2.1mg/L，总氮浓度为47.6±2.4mg/L，总磷浓度为5.9±1.3mg/L；经COD质量平衡该工艺碳源的回收率可达70％以上。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于碳源分类回收的倒置吸附沉淀系统，其特征在于：包括：斜板沉淀池和活性污泥吸附池，其中，
所述斜板沉淀池的底部为漏斗状，底部的最低端与污泥管连接，其中部靠上的部位设置有斜板，其侧面设置有第一进水管，进水位置设有挡流板，使进水从斜板沉淀池中下部进入；斜板的上方设置有穿孔溢流管；
活性污泥吸附池，其内部填充有活性污泥，第二进水管的一端与穿孔溢流管连通，另一端与活性污泥吸附池的下端连通；活性污泥吸附池的下端设置有曝气盘，且底部设置有排泥口，出水口位于活性污泥吸附池中部。
2.根据权利要求1所述的基于碳源分类回收的倒置吸附沉淀系统，其特征在于：所述曝气盘为微孔曝气盘。
3.根据权利要求1所述的基于碳源分类回收的倒置吸附沉淀系统，其特征在于：所述斜板沉淀池的有效容积为活性污泥吸附池的40-60％；
进一步的，所述斜板沉淀池中的斜板倾角为50°-70°，优选为60°；
进一步的，所述斜板沉淀池中的斜板间距为3-5cm；
进一步的，所述斜板沉淀池的泥斗容积为斜板沉淀池泥斗容积的15％-25％。
4.根据权利要求1所述的基于碳源分类回收的倒置吸附沉淀系统，其特征在于：活性污泥吸附池的径深比为1:6-12，优选为1:10。
5.一种基于碳源分类回收的倒置吸附池沉淀工艺，其特征在于：包括如下步骤：
待处理污水先经斜板沉淀池沉淀回收易沉淀碳源，然后初步净化后的污水溢流至活性污泥吸附池的底部，在活性污泥的吸附和吸收作用下，回收污水中的碳源；
所述待处理污水为经过格栅和沉砂池处理去除其中垃圾和泥沙后的污水。
6.根据权利要求5所述的基于碳源分类回收的倒置吸附池沉淀工艺，其特征在于：所述活性污泥吸附池中活性污泥的接种浓度为4-8g/L，优选为6g/L，接种体积为活性污泥吸附池有效容积的一半。
7.根据权利要求5所述的基于碳源分类回收的倒置吸附池沉淀工艺，其特征在于：经过曝气，使活性污泥吸附池中的溶解氧含量为0.5-2.0mg/L，优选为0.5-1.0mg/L。
8.根据权利要求5所述的基于碳源分类回收的倒置吸附池沉淀工艺，其特征在于：具体包括如下步骤：
启动阶段：向活性污泥吸附池中投加好氧活性污泥，污泥取自污水处理厂好氧池末端；开启进水，采用SBR运行方式，在该阶段，斜板沉淀池和活性污泥吸附池不排放剩余污泥；
泥龄调试阶段：采用SBR运行方式，斜板沉淀池每天排放一次污泥，污泥排放量与沉淀池泥斗容积相当；活性污泥吸附池每天逐步增加剩余污泥的排放量，使其在1-2周内达到设定的SRT；
稳定运行阶段：当活性污泥吸附池的SRT稳定达到设定值后，进入稳定运行阶段；在该阶段，待处理污水先经斜板沉淀池沉淀回收易沉淀碳源，然后初步净化后的污水溢流至活性污泥吸附池的底部，在活性污泥的吸附和吸收作用下，回收污水中的碳源；
进一步的，斜板沉淀池的SBR运行分为进水和闲置两个阶段，进水阶段为15-25min，闲置阶段为40-50min；
进一步的，活性污泥吸附池的SBR运行分为进水、曝气、沉淀、出水和闲置四个阶段，其中，进水和曝气阶段为15-25min，DO为0.5-1.0mg/L；沉淀阶段为15-25min；出水阶段为15-25min；
更进一步的，活性污泥吸附池的体积交换率为40-60％，闲置阶段为4-10min，用于排放剩余污泥；
更进一步的，活性污泥吸附池中的SRT为1-3d。
9.根据权利要求8所述的基于碳源分类回收的倒置吸附池沉淀工艺，其特征在于：启动阶段结束的标志为活性污泥吸附池的污泥增长量达到0.3-0.5g/L/d，泥龄调试阶段结束的标志为连续3d活性污泥吸附池的SRT为2.5-3.5d，且活性污泥吸附池中的污泥浓度为2-3g/L。
10.根据权利要求8所述的基于碳源分类回收的倒置吸附池沉淀工艺，其特征在于：活性污泥吸附池的污泥浓度为2-3g/L，污泥中有机质浓度为1.4-2.4g/L，污泥中有机质含量为0.7-0.8。
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