CN113480090A

CN113480090A - 一种生活污水低碳化深度处理与资源回收系统及工艺

Info

Publication number: CN113480090A
Application number: CN202110697386.6A
Authority: CN
Inventors: 朱光灿; 孙骥; 陆勇泽; 杨忠莲; 王楚亚; 王立夏; 殷玥; 赵晓迪
Original assignee: Southeast University
Current assignee: Southeast University
Priority date: 2021-06-23
Filing date: 2021-06-23
Publication date: 2021-10-08
Anticipated expiration: 2041-06-23
Also published as: CN113480090B

Abstract

本发明涉及一种生活污水低碳化深度处理与资源回收系统及工艺，所述系统包括按污水流向依次设置的污水进水管、粗格栅、提升泵房、细格栅、旋流沉砂池、高密度澄清池、曝气生物滤池、二沉池、集水池、氮磷吸附床及第一排水管；还包括与所述二沉池的污泥出口依次连通的第一集泥池、污泥脱水机等技术特征。本发明通过利用絮体污泥制备氮磷吸附材料及厌氧发酵、菌藻共生体系吸收甲烷及氮磷、沼渣制肥、饱和吸附材料回田以及光降解深度处理等措施，不仅实现了对生活污水的净化处理，还实现了对生活污水中氮磷及碳源的资源化回收利用，同时实现温室气体减排，是一种符合碳中和要求的新型生活污水处理工艺系统。

Description

一种生活污水低碳化深度处理与资源回收系统及工艺

技术领域

本发明属于污水处理与利用领域，具体涉及一种生活污水低碳化深度处理与资源回收系统及工艺。

背景技术

随着水体富营养化的不断加剧，城镇污水的净化处理及资源回收利用一直备受关注，然而，目前广泛采用的污水处理工艺是A²/O工艺，其存在有如下诸多问题：1）硝化菌与聚磷菌间的泥龄矛盾、缺氧反硝化与厌氧释磷对碳源的竞争、污泥中的硝酸盐对聚磷菌释磷的影响等，因此在实际应用中除磷脱氮效果不稳定；当污水的C/N值偏低时，不能同时满足反硝化和生物除磷对碳源的需求，出水总氮和总磷浓度总是难以同时低于15 mg/L和0.5mg/L的限值。2）传统的A²/O工艺其仅仅是对污水进行净化，而不能对污水中的资源进行回收，造成了资源的极大浪费。3）由于生活污水中还可能含有残留的抗生素等药品及其降解中间产物、微量消毒副产物、化妆品等有害微量有机污染物，甚至在排水过程中还可能受到重金属等污染，如果这些污水仅仅经A²/O工艺处理后，即直接用于田地灌溉，水中微量有机污染物、重金属等将在植物体内富集，从而导致危害环境健康。因此，急需研发一种生活污水低碳化深度处理与资源回收系统及工艺，能够在实现污水有效净化的同时，实现氮磷及有机质的资源化利用，减少了温室气体的排放，并对部分水进行深度处理，达到景观水回用标准。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的缺陷，提供了一种生活污水低碳化深度处理与资源回收系统及工艺，其能够在实现污水有效净化的同时，实现氮磷及有机质的资源化利用，减少了温室气体的排放，并对部分水进行深度处理，达到景观水回用标准。

为实现上述目的，本发明所采取的技术方案如下：

技术方案一：

一种生活污水低碳化深度处理与资源回收系统，包括按污水流向依次连通的污水进水管、粗格栅、提升泵房、细格栅、旋流沉砂池、高密度澄清池、曝气生物滤池、二沉池、集水池、氮磷吸附床及第一排水管；

进一步的，所述集水池的出水口还连通有光催化降解反应器，所述光催化降解反应器出水用于厂区景观灌溉。

进一步的，还包括与所述二沉池的污泥出口依次连通的第一集泥池、污泥脱水机，所述污泥脱水机设置于所述污泥脱水机房内；

所述污泥脱水机房的污水出口通过回流管道与所述粗格栅相连通。

进一步的，所述高密度澄清池的污泥出口还依次设置有第二集泥池、厌氧污泥床反应器和菌藻共生反应器；所述菌藻共生反应器的出液口与所述曝气生物滤池的回流口相连通。

进一步的，所述厌氧污泥床反应器的排渣口与所述第一集泥池的第二进泥口相连通。

进一步的，所述厌氧污泥床反应器的沼气出口还依次设置有沼气净化处理房、沼气储罐，所述沼气储罐上设置有沼气输出管道。

技术方案二：

一种生活污水低碳化深度处理与资源回收的工艺，包括如下步骤：

步骤一、污水经管网收集后，采用粗格栅滤除较大的固体悬浮物后，由提升泵房进行提升；

步骤二、污水提升后经细格栅进一步滤除细小悬浮物颗粒后，经旋流沉砂池除去污水中的泥砂；

步骤三、经旋流沉砂池处理后的污水流至高密度澄清池，同时向高密度澄清池中加入组合絮凝剂，并进行搅拌强化絮凝，去除污水中的有机物和磷，对污水进行澄清处理；

步骤四、经高密度澄清池澄清处理后的污水进入曝气生物滤池，进一步去除有机物，同时将部分氨氮氧化为硝态氮；

步骤五、经曝气生物滤池处理后的污水经二沉池再次沉淀去除污泥后，上清液流至集水池；经二沉池沉淀收集的污泥排入第一集泥池后，由泵输送至污泥脱水机房进行脱水处理；

步骤六、经集水池收集后污水，其中一部分提升至氮磷吸附床，将污水中剩余的氮磷吸附去除后排出；其中另一部分进入光催化降解反应器，在光催化剂的作用下，污水中难降解有机物得到去除，然后作为景观观赏用水回用。

进一步的，在步骤三中，经高密度澄清池澄清处理所得的絮体污泥经第二集泥池后提升至厌氧污泥床反应器进行厌氧发酵；

厌氧发酵产生的发酵液经菌藻共生反应器去除甲烷及氮磷后回流至曝气生物滤池，进行后续处理过程；

厌氧发酵产生的沼气经沼气净化处理房进行脱水脱硫处理后，进入沼气储罐储藏备用；

厌氧发酵产生的沼渣进入第一集泥池后，进行后继处理，用于制作磷肥，实现资源化利用。

更进一步的，菌藻共生反应器（9）中固定二氧化碳生长的微藻后续可供用于提取生物油脂等高值化副产品。

进一步的，在步骤三中，所述组合絮凝剂包括氯化铁和生物絮凝剂；在步骤六中，所述光催化剂包括改性BiOBr、TiO₂中的一种或两种。

本发明对于生活污水中的SS（Suspended Solids，悬浮物）、COD（Chemical OxygenDemand，化学需氧量）、TN（Total Nitrogen，总氮）、TP（Total Phosphorus，总磷）等污染物，首先在高密度澄清池中采用CEPT（Chemically Enhanced Primary Treatment,强化一级处理工艺）捕获主体COD及TP，后续通过曝气生物滤池及二沉池进一步去除SS及COD，并将氨氮转化为硝态氮，同时，CEPT中产生的剩余污泥进行厌氧污泥床发酵处理，并构建微藻-甲烷氧化菌共培养体系去除发酵液中温室气体CH₄和CO₂。另外，以CEPT产生的剩余污泥制备生物炭并进行改性，制备高效氮磷同步吸附材料，实现生活污水尾水中氮磷的同步吸附回收及剩余污泥的资源化利用。最后，为进一步保障出水水质安全并使水质达到《城市污水再生利用景观环境用水水质》（GB/T 18921-2002）标准要求，制备新型可见光驱动的催化剂，进一步去除出水中残留的难降解微量有机污染物，实现生活污水的低碳化深度处理及资源化利用。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

本发明所提供的生活污水低碳化深度处理与资源回收系统及工艺，将强化一级处理工艺、曝气生物滤池、氮磷吸附床、厌氧发酵、菌藻共生反应器和光催化降解反应器有机结合，各单元功能分区明确，运行稳定可靠，具体效果如下：

1. 具有较高的脱氮除磷效率，出水可达地表Ⅳ类水标准；

2. 污泥产生量小，大部分可通过厌氧发酵及制备吸附材料内部循环利用；

3. 厌氧发酵产生沼气可用于发电等，产生的二氧化碳可通过微藻固定后可提取生物油脂等高值化副产品；

4. 吸附剂可回收污水中大量的氮磷用于回田等；

5. 整套工艺无需外加碳源，符合碳中和要求；

6. 部分出水经光催化处理后可达到《城市污水再生利用景观环境用水水质》标准中观赏性景观环境用水要求，满足厂区景观回用水需求。

本发明不仅实现了对生活污水的净化处理，还实现了对生活污水中氮磷及碳源的资源化回收利用，同时实现温室气体减排，是一种符合碳中和要求的新型生活污水处理工艺系统。

附图说明

图1为本发明一个实施例的结构示意图；

在图中： 1、污水进水管，2、粗格栅，3、提升泵房，4、细格栅，5、旋流沉砂池，6、高密度澄清池、7、曝气生物滤池，8、二沉池，9、集水池，10、氮磷吸附床，11、第一排水管，12、光催化降解反应器，13、第二排水管；14、第一集泥池，15、污泥脱水机房，16、污泥脱水机，17、第二集泥池，18、厌氧污泥床反应器，19、菌藻共生反应器，20、沼气净化处理房，21、沼气储罐，22、沼气输出管道；23、水封器，24、脱水器，25、脱硫器；26、阀门，27、转料泵，28、提升泵；29、第一污水管道，30、第二污水管道，31、第三污水管道，32、第四污水管道，33、第五污水管道，34、第六污水主管，35、第一污水支管，36、第二污水支管，37、第一排泥管道，38、第二排泥管道，39、回流管道，40、第一污泥管道，41、第二污泥管道，42、第七污水管道，43、第八污水管道，44、第三排泥管道，45、第一沼气管道，46、第二沼气管道。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

以下结合附图对本发明进行进一步详细的叙述。

实施例1：

如图1所示的本发明一种生活污水低碳化深度处理与资源回收系统的一个实施例，包括按污水流向依次设置的污水进水管1、粗格栅2、提升泵房3、细格栅4、旋流沉砂池5、高密度澄清池6、曝气生物滤池7、二沉池8、集水池9、氮磷吸附床10及第一排水管11；

所述粗格栅2的第一污水进口处设置有所述污水进水管1；

所述粗格栅2与所述提升泵房3、所述细格栅4与所述旋流沉砂池5均通过过水口相连通；

所述提升泵房3的出水口与所述细格栅4的进水口通过第一污水管道29相连通；

所述旋流沉砂池5的出水口与所述高密度澄清池6的进水口通过第二污水管道30相连通；

所述高密度澄清池6的出水口与所述曝气生物滤池7的进水口通过第三污水管道31相连通；

所述曝气生物滤池7的出水口与所述二沉池8的进水口通过第四污水管道32相连通；

所述二沉池8的出水口与所述集水池9的进水口通过第五污水管道33相连通；

所述集水池9内的出水口与所述氮磷吸附床10的进水口通过第六污水主管34和第一污水支管35相连通。

其中，所述旋流沉砂池5可根据设计进水流量进行设备选型；所述曝气生物滤池7按照碳氧化/硝化滤池设计；

作为本发明一种生活污水低碳化深度处理与资源回收系统的一个实施例，所述集水池9的出水口还通过第六污水主管34和第二污水支管36设置有光催化降解反应器12，所述光催化降解反应器12通过第二排水管13与景观或灌溉用水口相连通。

作为本发明一种生活污水低碳化深度处理与资源回收系统的一个实施例，所述生活污水低碳化深度处理与资源回收系统还包括与所述二沉池8的污泥出口依次连通的第一集泥池14、污泥脱水机16，所述污泥脱水机16设置于所述污泥脱水机房15内；

所述二沉池8还通过第一排泥管道37与所述第一集泥池14的第一进泥口相连通；

所述第一集泥池14的出泥口与所述污泥脱水机房15通过第二排泥管道38相连通；

所述污泥脱水机房15的污水出口通过回流管道39与所述粗格栅2的第二污水进口相连通。

作为本发明一种生活污水低碳化深度处理与资源回收系统的一个实施例，所述高密度澄清池6的污泥出口还依次设置有第二集泥池17、厌氧污泥床反应器18和菌藻共生反应器19；

所述高密度澄清池6的污泥出口与所述第二集泥池17的进泥口通过第一污泥管道40相连通；

所述第二集泥池17的出泥口与所述厌氧污泥床反应器18的进泥口通过第二污泥管道41相连通；

所述菌藻共生反应器19的进液口与所述厌氧污泥床反应器18的发酵液出口通过第七污水管道42相连通；

所述菌藻共生反应器19的出液口与所述曝气生物滤池7的回流口通过第八污水管道43相连通；

进一步的，所述厌氧污泥床反应器18的排渣口与所述第一集泥池14的第二进泥口通过第三排泥管道44相连通。

作为本发明一种生活污水低碳化深度处理与资源回收系统的一个实施例，所述厌氧污泥床反应器18的沼气出口还依次设置有沼气净化处理房20、沼气储罐21，所述沼气储罐21上设置有沼气输出管道22；

所述沼气净化处理房20的进气口与所述厌氧污泥床反应器18的沼气出口通过第一沼气管道45相连通；所述沼气净化房的出气口与所述沼气储罐21的进气口通过第二沼气管道46相连通；

进一步的，所述沼气净化处理房20内按照沼气流向依次设置有水封器23、脱水器24、脱硫器25。

作为本发明一种生活污水低碳化深度处理与资源回收系统的一个实施例，所述曝气生物滤池7采用序批式反应器。

作为本发明一种生活污水低碳化深度处理与资源回收系统的一个实施例，，所述第一污水管道29、第二污水管道30、第三污水管道31、第四污水管道32、第五污水管道33、第六污水主管34、第一污水支管35、第二污水支管36、第一污泥管道40、第二污泥管道41、第七污水管道42上均设置有阀门26；

所述第二污泥管道41、第六污水主管34上均设置有转料泵27；

所述提升泵房3和所述集水池9内还设置有提升泵28。

实施例2：

作为本发明的一个实施例，以流量为20000 m³/d的生活污水厂为例，进水水质取COD =350 mg/L，BOD=180 mg/L，TN=40 mg/L，NH₄ ⁺= 35 mg/L，TP=5 mg/L；利用实施例1所述的一种生活污水低碳化深度处理与资源回收系统进行生活污水低碳化深度处理与资源回收的工艺，包括如下步骤：

步骤一、污水经管网收集后，采用粗格栅2滤除较大的固体悬浮物及颗粒后，将提升泵房3进行提升，以便于后继的处理；所述粗格栅2设两台平面格栅，过栅流速取1.0 m/s，栅渣量W=0.02 m³/103m³，采用机械清渣，进水泵房取9 m×5 m×3 m，设置大小提升泵28，三用一备。

步骤二、污水提升后经细格栅4进一步滤除悬浮物颗粒后，经旋流沉沙池除去污水中的泥砂；所述细格栅4采用平面格栅，设两组，过栅流速取1.0 m/s，旋流沉砂池5选型为砂区直径A=3.05 m，储砂区直径B=1.52 m，进水渠宽度C=0.61 m，出水渠宽度D=1.22 m，锥斗底径E=0.46 m。

步骤三、经旋流沉砂池5处理后的污水流至高密度澄清池6，同时向高密度澄清池6中加入组合絮凝剂，并进行搅拌强化絮凝，去除污水中的有机物和磷，对污水进行澄清处理；所述组合絮凝剂包括氯化铁和生物絮凝剂，本实施例使用时，先加入三氯化铁40 mg/L，快搅30 s，慢搅2 min，再加入生物絮凝剂10 mg/L，慢搅至出现矾花，并完成澄清过程。水力停留时间为10 min，有效水深取6.8 m，出水水质为COD=100 mg/L，BOD=40 mg/L，TN=40 mg/L，NH₄ ⁺ =35 mg/L，TP=2 mg/L。

此外，在步骤三中，经高密度澄清池6澄清处理所得的絮体污泥经第二集泥池17后提升至厌氧污泥床反应器18进行厌氧发酵，所述厌氧污泥床反应器18容积负荷为7.8kgCOD/(m³/d)；厌氧发酵产生的发酵液经菌藻共生反应器19去除甲烷及氮磷后回流至曝气生物滤池7，进行后继处理过程；本实施例发酵液水量取500 m³/d，溶解性甲烷浓度为15 kg溶解甲烷/(m³/d)，发酵液水质为COD=700 mg/L，TN=100 mg/L，NH₄ ⁺=64 mg/L，TP=2 mg/L。

厌氧发酵产生的沼气经沼气净化处理房20进行脱水脱硫处理后，进入沼气储罐21储藏备用；

步骤四、经高密度澄清池6澄清处理后的污水进入曝气生物滤池7，进一步去除有机物，同时将部分氨氮氧化为硝态氮；；本实施例空床水力停留时间为80 min，出水水质为COD=30 mg/L，BOD <5 mg/L，TN=35 mg/L，NH₄ ⁺< 2 mg/L，NO₃ ^- =30 mg/L，TP=2 mg/L。

步骤五、经曝气生物滤池7处理后的污水经二沉池8再次沉淀去除污泥后，上清液流至集水池9；本实施例停留时间取150 min，出水水质为COD=30 mg/L，BOD <5 mg/L，TN=35mg/L，NH₄ ⁺< 2 mg/L，NO₃ ^-=30 mg/L，TP=2 mg/L。

厌氧发酵产生的沼渣以及二沉池8沉淀收集的污泥排入第一集泥池14后，由泵输送至污泥脱水机房15进行脱水处理；

步骤六、经集水池9收集后污水，其中一部分提升至氮磷吸附床10，将污水中残余的氮磷吸附去除后排出；本实施例出水水质为COD=25 mg/L，BOD <5 mg/L，TN=10 mg/L，NH₄ ⁺<1 mg/L，TP<0.1 mg/L。氮磷吸附所用吸附柱更换周期为2个月，即1440 h，设计进水流速为u=0.5 m/h；

其中另一部分进入光催化降解反应器，在光催化剂的作用下污水中的难降解有机物得到去除，然后作为景观观赏或灌溉用水回用。本实施例采用银改性BiOBr作为光催化剂，水力停留时间为30 min，对于生活污水中难降解有机物BPA（双酚A）进行深度处理，降解率可达54%，出水可作为景观灌溉水回用，进水比例可根据用水需求调整。

作为本发明一种生活污水低碳化深度处理与资源回收的工艺的一个实施例，在步骤三中，厌氧发酵产生的沼渣具有较高的含磷量，进入第一集泥池14后进行收集，用于后续制作磷肥，实现资源化利用。

作为本发明一种生活污水低碳化深度处理与资源回收的工艺的一个实施例，菌藻共生反应器9中固定二氧化碳生长的微藻后续可供用于提取生物油脂等高值化副产品，而厌氧发酵产生的发酵液中的氮磷可供菌藻共生反应器中的微藻生长利用。

以上所述实施方式仅为本发明的优选实施例，而并非本发明可行实施的穷举。对于本领域一般技术人员而言，在不背离本发明原理和精神的前提下对其所作出的任何显而易见的改动，都应当被认为包含在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims

1.一种生活污水低碳化深度处理与资源回收系统，其特征在于，包括按污水流向依次连通的污水进水管（1）、粗格栅（2）、提升泵房（3）、细格栅（4）、旋流沉砂池（5）、高密度澄清池（6）、曝气生物滤池（7）、二沉池（8）、集水池（9）、氮磷吸附床（10）及第一排水管（11）。

2.根据权利要求1所述的一种生活污水低碳化深度处理与资源回收系统，其特征在于，所述集水池（9）的出水口还连通有光催化降解反应器（12），所述光催化降解反应器（12）出水用于厂区景观灌溉。

3.根据权利要求1所述的一种生活污水低碳化深度处理与资源回收系统，其特征在于，还包括与所述二沉池（8）的污泥出口依次连通的第一集泥池（14）、污泥脱水机（16），所述污泥脱水机（16）设置于所述污泥脱水机房（15）内；所述污泥脱水机房（15）的污水出口通过回流管道（39）与所述粗格栅（2）相连通。

4.根据权利要求3所述的一种生活污水低碳化深度处理与资源回收系统，其特征在于，所述高密度澄清池（6）的污泥出口还依次设置有第二集泥池（17）、厌氧污泥床反应器（18）和菌藻共生反应器（19）；所述菌藻共生反应器（19）的出液口与所述曝气生物滤池（7）的回流口相连通。

5.根据权利要求4所述的一种生活污水低碳化深度处理与资源回收系统，其特征在于，所述厌氧污泥床反应器（18）的排渣口与所述第一集泥池（14）的第二进泥口相连通。

6.根据权利要求4所述的一种生活污水低碳化深度处理与资源回收系统，其特征在于，所述厌氧污泥床反应器（18）的沼气出口还依次设置有沼气净化处理房（20）、沼气储罐（21），所述沼气储罐（21）上设置有沼气输出管道（22）。

7.一种生活污水低碳化深度处理与资源回收的工艺，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一、污水经管网收集后，采用粗格栅（2）滤除较大的固体悬浮物后，由提升泵房（3）进行提升；

步骤二、污水提升后经细格栅（4）进一步滤除细小悬浮物颗粒后，经旋流沉砂池（5）除去污水中的泥砂；

步骤三、经旋流沉砂池（5）处理后的污水流至高密度澄清池（6），同时向高密度澄清池（6）中加入组合絮凝剂，并进行搅拌强化絮凝，去除污水中的有机物和磷，对污水进行澄清处理；

步骤四、经高密度澄清池（6）澄清处理后的污水进入曝气生物滤池（7），进一步去除有机物，同时将部分氨氮氧化为硝态氮；

步骤五、经曝气生物滤池（7）处理后的污水经二沉池（8）再次沉淀去除污泥后，上清液流至集水池（9）；经二沉池（8）沉淀收集的污泥排入第一集泥池（14）后，由泵输送至污泥脱水机房（15）进行脱水处理；

步骤六、经集水池（9）收集后污水，其中一部分提升至氮磷吸附床（10），将污水中剩余的氮磷吸附去除后排出；其中另一部分进入光催化降解反应器（12），在光催化剂的作用下，污水中难降解有机物得到去除，然后作为景观观赏用水回用。

8.根据权利要求7所述的一种生活污水低碳化深度处理与资源回收的工艺，其特征在于，在步骤三中，经高密度澄清池（6）澄清处理所得的絮体污泥经第二集泥池（17）后提升至厌氧污泥床反应器（18）进行厌氧发酵；

厌氧发酵产生的发酵液经菌藻共生反应器（19）去除甲烷及氮磷后，回流至曝气生物滤池（7），进行后续处理过程；

厌氧发酵产生的沼气经沼气净化处理房（20）进行脱水脱硫处理后，进入沼气储罐（21）储藏备用；

厌氧发酵产生的沼渣进入第一集泥池（14）后，进行后继处理，用于制作磷肥，实现资源化利用。

9.根据权利要求8所述的一种生活污水低碳化深度处理与资源回收的工艺，其特征在于，菌藻共生反应器（9）中固定二氧化碳生长的微藻后续用于提取生物油脂等高值化副产品。

10.根据权利要求7所述的一种生活污水低碳化深度处理与资源回收的工艺，其特征在于，在步骤三中，所述组合絮凝剂包括氯化铁和生物絮凝剂；所述光催化剂包括改性BiOBr、TiO₂中的一种或两种。