CN201010606Y - 污泥零排放的污水处理系统 - Google Patents

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Abstract

本实用新型公开了用于生活污水、城市污水和工业废水(有机废水)的处理中，可尽量减少污泥产量和排放量，以致达到污泥零排放的污泥零排放的污水处理系统，其包括依次导通连接的污水预处理设施(01)、强化复合厌氧－兼性塘(02)、曝气养殖塘(03)、人工湿地(04)、净化塘(05)。本实用新型有效解决了污泥处理与处置的难题，使污水处理厂的设计、建造和运行比常规污水处理厂更加简易、经济和可靠。

Description

污泥零排放的污水处理系统
技术领域
本实用新型涉及污水处理系统，尤其涉及一种用于生活污水、城市污水和工业废水(有机废水)的处理中，可以尽量减少污泥的产量和排放量，以致达到污泥零排放的污水处理系统。
背景技术
在生活污水、城市污水和工业废水(有机废水)的处理中，所采用的常规生物处理或物理化学处理会产生大量的污泥。如，现在国内外最通用的污水处理工艺是活性污泥法工艺及其各种改进工艺与系统。它们在运行过程中产生大量剩余污泥需要从处理系统中排出，其剩余污泥产率为：0.7-0.8kg干污泥/kgΔBOD5，亦即每去除1kgBOD5就会产生0.7-0.8kg干污泥。日处理污水量10万m3/d的污水处理厂，每日排出的污泥量约为：(0.15×100,000)×0.7＝14,000kg干污泥[按进水BOD5浓度160mg/L，出水BOD5浓度10mg/L和污泥产率Y＝0.7kg干污泥/kgΔBOD5计算]，或者350m3浓缩污泥(含水率96％)，或70m3(吨)脱水污泥/日(含水率80％)。如果污水处理厂对污泥进行浓缩和脱水处理并将脱水污泥外运至填埋场，则污泥处理与处置的基建和运行费约占该污水处理厂基建费和运行费的20-30％。如果继续进行烘干和焚烧处理和最后处置，则基建费和运行费将占该污水处理厂基建费和运行费的40-50％。亦即，先进和完善的污泥处理与处置设施的建设投资及其运行费用，与各该污水处理厂的污水处理设施基建投资和运行费大致相同。
大量污泥的处理与处置已成为国内外污水处理厂面临的最棘手的问题。因为，许多城市已无足够的地方来接受和处置脱水污泥；污泥焚烧处置，则基建费和运行费用昂贵，而且还会产生恶臭和二恶英、呋喃等致癌气体，影响环境卫生，有碍居民健康；一些城市由于污泥处置无出路造成随处偷排，导致环境二次污染。因此，研发和应用污泥减量或污泥零排放污水处理系统，是污泥处理与处置的根本解决途径。
实用新型内容
本实用新型的目的是为了解决上述污水处理中的污泥处理与处置的技术问题，提供一种可尽量减少污泥的产量和排放量，以致达到污泥零排放的污水处理系统。
为解决上述问题，本实用新型的技术方案是构造一种污泥零排放的污水处理系统，其包括依次导通连接的污水预处理设施、强化复合厌氧-兼性塘、曝气养殖塘、人工湿地、净化塘。
所述的污水预处理设施由依次导通连接的粗格栅、细格栅和曝气沉沙构成。
所述的强化复合厌氧-兼性塘由前段的复合厌氧塘和后段的复合兼性塘组合而成，复合厌氧塘的底部设有污泥厌氧发酵坑。强化复合厌氧-兼性塘进水端的堤坝顶部设有第一集水槽，该第一集水槽的通过第一进水管与所述污水预处理设施的出口连通，该第一集水槽的通过一排平行设置的第一进水分配管与复合厌氧塘内污泥发酵坑的底部连通；强化复合厌氧-兼性塘出水端的堤坝顶部设有第二集水槽，该第二集水槽通过一排平行设置的第一出水管与强化复合厌氧-兼性塘连通，该第二集水槽通过另一排平行设置的第二进水管与所述的曝气养殖塘连通；该强化复合厌氧-兼性塘中还设有固定式生物膜载体填料，在复合兼性塘内间隔设置有曝气机。
所述曝气养殖塘中沿水体的流向设有多面导流墙，各面导流墙在垂直水体的流向等距间隔设置，导流墙一端与曝气养殖塘的一端的堤坝连接，而其另一端与曝气养殖塘的另一端的堤坝隔开，各面导流墙末端出口错开设置，致使形成水体流动的正反方向交替的折流通道；所述的第二进水管设于所述第二集水槽的一端，并通过第一布水花墙与由所述导流墙构成的进水通道连通；曝气养殖塘出水端堤坝的顶部设有第三集水槽，该第三集水槽通过一排平行设置的第二出水管与由所述导流墙构成的出水通道连通，该第三集水槽外侧设有锯齿形出水溢流堰并通过跌水曝气台阶与所述的人工湿地导通。
所述的曝气养殖塘中还设有固定式生物膜载体填料和间隔设置的曝气机以及养殖有底栖动物、浮游动物、水生动物。
所述人工湿地出水端堤坝的顶部设有第四集水槽，该第四集水槽的内侧与人工湿地直接连通，而其外侧通过一排平行设置的第三进水管与所述的净化塘连通。
所述人工湿地中养殖有底栖动物、浮游动物、水生动物和水生植物。
所述强化复合厌氧-兼性塘前段复合厌氧塘的有效水深为5～6m、后段复合兼性塘的有效水深为3-4m；所述曝气养殖塘的有效水深为4～5m；所述的人工湿地的有效水深为0.5～1m；所述净化塘的有效水深为2～4m。
本实用新型的第一实施例，所述的污水预处理设施、强化复合厌氧-兼性塘、曝气养殖塘、人工湿地、净化塘为一条排列依次导通连接。
本实用新型的第二实施例，所述的污水预处理设施、强化复合厌氧-兼性塘、曝气养殖塘一条排列依次导通连接，而连接曝气养殖塘的人工湿地、净化塘折返依次导通连接。
本实用新型彻底解决了污泥处理与处置的难题，使污水处理厂的设计、建造和运行比常规污水处理厂更加简易、经济和可靠。其具体优点如下：
1、省去了污泥处理设备，如污泥浓缩、脱水、干燥和焚烧等设备及相应建筑物和附属设施；
2、去了污泥处置设施，如污泥填埋场、污泥堆肥场、污泥焚烧或热解转化炉等；
3、通过建立复杂的生态、生物和强化物理化学综合处理系统，将固体污泥(生物膜)经水解、酸化、甲烷发酵等转变成液态、气态或水溶性产物，从而使固体污泥消失；另一方面，其溶解性产物，无机营养盐，如氨氨、亚硝酸盐、硝酸盐、磷酸盐和二氧化碳等，参与细菌和藻类新细胞的合成而形成其新机体，它们又作为食料或饵料促进原生动物、后生动物的生长和繁殖；它们又作为饵料促进鱼类、鸭、水禽等生长和繁殖，由此形成长的食物链，最后以水产品(芦苇、鱼、鸭、鹅等)收获而实现污水和污泥处理与处理资源化，同时又实现了污泥零排放。
附图说明
下面结合附图和实施例对本实用新型做进一步的说明，其中：
图1为本实用新型典型应用的工艺流程图；
图2为本实用新型第一实施例污水预处理设施后的横向剖视图；
图3为本实用新型第二实施例污水预处理设施后的俯视图；
图4为图2A处锯齿形出水溢流堰和跌水曝气台阶的局部放大图；
图5为图3B处锯齿形出水溢流堰和跌水曝气台阶的局部放大图。
具体实施方式
图1示出了本实用新型典型应用的工艺流程，原生污水首先进入由粗格栅、细格栅和曝气沉沙构成的污水预处理设施01去除污水中的大块固体污物和无机颗粒(如砂、泥土、灰渣等)。经过预处理的污水导入强化复合厌氧-兼性塘02，对污水中的固体污泥进行转化降解成液态产物、水溶性产物和气体产物。气态产物从处理系统逸出进入大气而实现污泥的减量。含有最后形成的水溶性产物的处理污水导入曝气养殖塘03、人工湿地04和净化塘05。水体中水溶性产物等参与藻类和细菌的合成而形成食物链：→藻类和细菌合成与增殖→底栖动物与浮游动物→虾、蟹、鱼、鸭、水鸟水生动物和水生植物等，使被处理的污泥消失而最后转化为水产资源；同时经过上述处理的污水得到净化而排入至受纳水体。
图2所示为本实用新型第一实施例污水预处理设施后的横向剖视结构示意图，该实施例所述的处理设施是一条排列依次导通连接。强化复合的厌氧-兼性塘02由前段的复合厌氧塘021和后段的复合兼性塘022组合而成，复合厌氧塘的底部设有污泥厌氧发酵坑023。请参阅图3，强化复合厌氧-兼性塘左侧进水端的堤坝顶部设有第一集水槽1，该第一集水槽的通过第一进水管2与所述污水预处理设施01的出口连通，该第一集水槽的通过一排平行设置的第一进水分配管3与复合厌氧塘内污泥发酵坑的底部连通；强化复合厌氧-兼性塘右侧出水端的堤坝顶部设有第二集水槽4，该第二集水槽左侧通过一排平行设置的第一出水管5与强化复合厌氧-兼性塘连通，该第二集水槽右侧通过另一排平行设置的第二进水管6与所述的曝气养殖塘03连通。该强化复合强化复合厌氧-兼性塘02中还设有固定式生物膜载体填料7，如，辨帘式填料等，在复合兼性塘内间隔设置有多个曝气机8。
请结合图3，所述曝气养殖塘03中沿水体的流向设有第一、第二导流墙09、090，导流墙的数量可以根据曝气养殖塘的大小选取。两导流墙在垂直水体的流向等距间隔设置。第一导流墙09的左端与曝气养殖塘03的左端的堤坝连接、而其右端与曝气养殖塘03右端的堤坝隔开。第二导流墙090与第一导流墙末端出口位置错开设置，即第二导流墙090的末端与曝气养殖塘03的左端的堤坝隔开、而其起端与曝气养殖塘03右端的堤坝连接。这两面导流墙位置错开形成水体流动方向相反的折流通道(见图箭头所示)。上述的第二进水管6设于第二集水槽4的上端，并通过第一布水花墙10与由所述第一导流墙09构成的进水通道连通。曝气养殖塘03右侧出水端堤坝的顶部设有第三集水槽11，该第三集水槽通过一排平行设置的第二出水管12与由所述第二导流墙090构成的出水通道连通，该第三集水槽右侧设有锯齿形出水溢流堰13并通过跌水曝气台阶14与所述的人工湿地04导通(如图4、图5所示)。曝气养殖塘03中还设有固定的辨帘式生物膜载体填料7和间隔设置的多个曝气机8以及养殖有底栖动物，如，贝、螺、蛤等；浮游动物，如，轮虫、枝角类等；水生动物，如，鱼、鸭、鹅、水鸟等。
请结合图3，所述人工湿地04右侧出水端堤坝的顶部设有第四集水槽15，该第四集水槽的左侧与人工湿地04直接连通，而其右侧通过一排平行设置的第三进水管16与所述的净化塘05连通。所述人工湿地04中养殖有上述的底栖动物、浮游动物、水生动物，还养殖有水生植物，如，莲、荷、芦苇、蒲草、香蒲、盒、奁和浮萍等。
请结合图3，所述净化塘05左侧通过第二布水花墙19与所述的第三进水管16连通。净化塘05右侧出水端堤坝的顶部设有第五集水槽17，该第五集水槽的左侧与净化塘05直接连通，而其右侧通过出水总管18与所受纳水体连通。净化塘05中养殖有水生动物，还养殖有水生植物，如，鱼、虾、蟹、鸭、鹅、水鸟等。
为保证本污水处理系统高效的运行，所述强化复合厌氧-兼性塘02前段复合厌氧塘021的有效水深为5～6m、水力停留时间(HRT)AP＝1d；后段复合兼性塘022的有效水深为3-4m，水力停留时间(HRT)TP＝1～2d。曝气养殖塘03的有效水深为4～5m，水力停留时间(HRT)AP＝0.5～Fd。人工湿地04的有效水深为0.5～1m，HRTC.W.＝1d。净化塘05的有效水深为2～4m，HRTPP＝1-3d。
如图2所示，本实用新型的第二实施例的俯视结构，所述的污水预处理设施01、强化复合厌氧-兼性塘02、曝气养殖塘03一条排列依次导通连接，而连接曝气养殖塘的人工湿地04、净化塘05折返依次导通连接。本实施例的各单元设施基本结构与第一实施例相同，只是在人工湿地04与曝气养殖塘03连接时，采用折返建筑。即曝气养殖塘03右侧出水端堤坝的第三集水槽11沿其轴线伸长，在该第三集水槽伸长部分的左侧设置锯齿形出水溢流堰13并通过跌水曝气台阶14与向左设置的人工湿地04导通，再连通左向设置的净化塘05。本实用新型采用这种结构，可适用于横向距离较小的场地。
本实用新型适用于不同污水处理规模，各塘的长宽尺寸可以根据处理污水的规模设定，还可以采用多套并列设计的方案。
本实用新型实现污泥减量和消失的途径及工作原理如下：
原生污水首先进入由粗格栅、细格栅和曝气沉沙构成的污水预处理设施01去除污水中的大块固体污物和无机颗粒(如砂、泥土、灰渣等)，以防止它们进入其后的污水处理设施中，否则它们因不能降解而会较快的沉积和占据越来越多的设施体积，而影响其正常运行。经过预处理的污水导入底部设置污泥厌氧发酵坑的强化复合厌氧-兼性塘02，即经预处理的污水流经一排平行地通至塘底的进水分配管3而进入污泥发酵坑的底部，然后自下而上流经污泥发酵坑，以UASB(上向流厌氧污泥床反应器)的原理工作，使污水中含有的固体有机物与厌氧活性污泥接触并发生沉降、水解、酸化和甲烷发酵等反应，由此形成挥发性脂肪酸、氨基酸等中间产物，以及CH4、CO2、NH4 +、N2、H2等最后产物，从而将污泥从固态转化为液态产物、水溶性产物和气态产物，致使污水在污泥发酵坑中沉积的污泥固体因形态转化而消失。即污泥固体转化成气态产物(如CH4、CO2、N2、H2、H2S等)从系统中逸出进入大气，而液态或水溶性产物(如氨氮、有机氮、聚合磷酸盐、胶体和溶解性有机物等)则随出水进入其后续的曝气养殖塘03、人工湿地04和净化塘05中，在其中继续进行好氧降解与同化，由此形成NH4 +、NO2 -、NO3 -、CO2、PO4 3-等无机营养盐等参与藻类和细菌的合成而进入食物链：→藻类和细菌合成与增殖→底栖动物(螺、蛤、贝等)与浮游动物(轮虫、枝角类等)→虾、蟹、鱼、鸭、水鸟等，由此形成多条较长的食物链，并进而形成食物网，而使污泥固体通过其中的物质和能量逐级营养的迁移和转化，最后以水生植物(如莲、荷、芦苇、蒲草和浮萍)和水生动物(如鱼、虾、蟹、鸭、鹅等)等资源予以回收，使被处理的污泥消失而最后转化为水产资源，实现污水和污泥处理的资源化。这样，既使污泥消失实现污水处理系统的污泥零排放，又使污泥转化成资源而回收，可谓一举两得。设计、建造和运行良好的本实用新型，可连续运行10～20年而不排除污泥。

Claims (9)

1.一种污泥零排放的污水处理系统，其特征在于，包括依次导通连接的污水预处理设施(01)、强化复合厌氧-兼性塘(02)、曝气养殖塘(03)、人工湿地(04)、净化塘(05)。
2.如权利要求1所述的污泥零排放的污水处理系统，其特征在于，所述的污水预处理设施(01)由依次导通连接的粗格栅、细格栅和曝气沉沙构成。
3.如权利要求2所述的污泥零排放的污水处理系统，其特征在于，所述的强化复合的厌氧-兼性塘(02)由前段的复合厌氧塘(021)和后段的复合兼性塘(022)组合而成，复合厌氧塘的底部设有污泥厌氧发酵坑(023)；强化复合厌氧-兼性塘进水端的堤坝顶部设有第一集水槽(1)，该第一集水槽通过第一进水管(2)与所述污水预处理设施(01)的出口连通，该第一集水槽的通过一排平行设置的第一进水分配管(3)与复合厌氧塘内污泥发酵坑的底部连通；强化复合厌氧-兼性塘出水端的堤坝顶部设有第二集水槽(4)，该第二集水槽通过一排平行设置的第一出水管(5)与强化复合厌氧-兼性塘连通，该第二集水槽通过另一排平行设置的第二进水管(6)与所述的曝气养殖塘(03)连通；该强化复合厌氧-兼性塘(02)中还设有固定式生物膜载体填料(7)，在复合兼性塘内间隔设置有曝气机(8)。
4.如权利要求3所述的污泥零排放的污水处理系统，其特征在于，所述曝气养殖塘(03)中沿水体的流向设有多面导流墙，各面导流墙在垂直水体的流向等距间隔设置，导流墙一端与曝气养殖塘(03)的一端的堤坝连接，而其另一端与曝气养殖塘(03)的另一端的堤坝隔开，各面导流墙末端开口位置错开设置致使形成水体流动方向相反的折流通道；所述的第二进水管(6)设于所述第二集水槽(4)的一端，并通过第一布水花墙(10)与由所述导流墙构成的进水通道连通；曝气养殖塘(03)出水端堤坝的顶部设有第三集水槽(11)，该第三集水槽通过一排平行设置的第二出水管(12)与由所述导流墙构成的出水通道连通，该第三集水槽外侧设有锯齿形出水溢流堰(13)并通过跌水曝气台阶(14)与所述的人工湿地(04)导通。
5.如权利要求4所述的污泥零排放的污水处理系统，其特征在于，所述的曝气养殖塘(03)中还设有固定式生物膜载体填料(7)和间隔设置的曝气机(8)以及养殖有底栖动物、浮游动物、水生动物。
6.如权利要求5所述的污泥零排放的污水处理系统，其特征在于，所述人工湿地(04)出水端堤坝的顶部设有第四集水槽(15)，该第四集水槽的内侧与人工湿地(04)直接连通，而其外侧通过一排平行设置的第三进水管(16)与所述的净化塘(05)连通。
7.如权利要求6所述的污泥零排放的污水处理系统，其特征在于，所述人工湿地(04)中种植有去除污染能力强的优良品种芦苇、蒲草、香蒲、盒、奁水生植物，养殖有底栖动物、浮游动物、水生动物。
8.如权利要求7所述的污泥零排放的污水处理系统，其特征在于，所述强化复合厌氧-兼性塘(02)前段厌氧塘(021)的有效水深为5～6m、后段兼性塘(022)的有效水深为3-4m；所述曝气养殖塘(03)的有效水深为4～5m；所述的人工湿地(04)的有效水深为0.5～1m；所述净化塘(05)的有效水深为2～4m。
9.如权利要求1所述的污泥零排放的污水处理系统，其特征在于，所述的污水预处理设施(01)、强化复合厌氧-兼性塘(02)、曝气养殖塘(03)、人工湿地(04)、净化塘(05)为一条排列依次导通连接或折返依次导通连接。
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