CN204874224U

CN204874224U - 一种污水处理厂剩余活性污泥再利用系统

Info

Publication number: CN204874224U
Application number: CN201520601288.8U
Authority: CN
Inventors: 张冬梅; 沈豪祥; 林燕娟; 李详; 邓惠锋; 张慧敏; 周文婷; 陈章嫔; 曾兰燕; 苏炜航
Original assignee: Guangdong University of Petrochemical Technology
Current assignee: Guangdong University of Petrochemical Technology
Priority date: 2015-08-12
Filing date: 2015-08-12
Publication date: 2015-12-16
Anticipated expiration: 2025-08-12

Abstract

一种污水处理厂剩余活性污泥再利用系统，曝气搅拌池（1）的活性污泥进料口（8）与二沉池的剩余活性污泥出料口连接，曝气搅拌池的污泥上清液出口（9）接MAP沉淀池（3）的污泥上清液入口，曝气搅拌池的底泥出口（10）接厌氧调节池（2）的底泥入口，MAP沉淀池的沉淀后上清液出口（11）接厌氧调节池的沉淀后上清液入口，MAP沉淀池的沉淀物出口（12）接MAP回收装置（4）的沉淀物入口，厌氧调节池的混合液出口（13）接厌氧反应器（5）的混合液入口，厌氧反应器的甲烷出口（14）接甲烷储罐（7）的甲烷入口，厌氧反应器的厌氧污泥排出口接机械脱水装置（6）的厌氧污泥入口。本实用新型操作简便易行，实现污水处理厂对剩余活性污泥循环利用目标，达到对剩余活性污泥回收资源、能源目标。

Description

一种污水处理厂剩余活性污泥再利用系统

技术领域

本实用新型属于剩余活性污泥处理和资源化技术领域，具体为一种污水处理厂剩余活性污泥再利用系统，实现污水处理厂对剩余活性污泥循环利用目标，达到对剩余活性污泥回收资源、能源目标。

背景技术

我国城镇污水处理厂每年干污泥产量大约为30万吨，并且每年以大约10%的速度增长，其处理处置费用占污水处理厂总运行费用的25%～40%。然而我国剩余污泥处理水平比污水处理技术水平要落后许多，国内拥有稳定污泥处理设施的污水处理厂不足 1/4，城镇污水厂污泥的处理与处置已经成为我国现代化建设过程中亟待解决的重大环境问题。但是活性污泥中的有机物含量在60%-75%，生物易降解有机组分在40%以上，磷约占污泥干重的5.0％，氮元素的含量更为丰富约9.3％，因此活性污泥中蕴藏着极大的资源。但如何将其资源化利用是目前污水处理厂的技术瓶颈问题之一。

目前在污泥资源化减量化处理中常用的方法有投加酸、碱或臭氧的方法。常用的酸、碱物质分别是HCI和NaOH溶液，二者均能有效地促进污泥融胞释放氮磷，对污泥减量化有很好的效果，但酸、碱的处理液色度均很重。中国发明专利“污泥碳源两级碱性水解酸化回收方法”（CN101708932B），中国发明专利“碱解预处理—磷酸铵镁法回收磷氮—厌氧消化产甲烷的集成工艺处理剩余污泥的方法”（201310708860.6）中均使用碱解处理方法，但经过5%NaOH处理污泥后上清液呈现黑褐色；且大量的Na⁺、OH^-造成上清液盐度大，会增大后续处理出水色度、盐度，不利于废水达标排放。10%HCI处理液呈现褐黄色，而且酸处理上清液中含有大量的CI-离子。所以酸碱处理法都在处理系统中引入了新的污染物质，不利于后续的进一步厌氧消化产甲烷回收生物质能。而臭氧法目前主要用于废水三级处理，且臭氧法的设备一次性投入大，处理过程能耗高，因此会大幅度增加处理成本。

本实用新型利用污水厂现行处理设施，改变污泥处理工艺路线，将污水厂贮泥池（或污泥浓缩池）进行结构改造，安装曝气和搅拌装置，通过对搅拌装置和搅拌方式的特殊设计增大污泥颗粒间接触碰撞几率和挤压力，与曝气形成的剪切力共同作用进一步使污泥颗粒溶胞破解，达到污泥胞外聚合物剥离细胞破碎释放氮磷的目的。对于曝气搅拌后上清液进一步利用中国专利 “一种对废水氮磷进行鸟粪石资源化回收的装置”（201420458242.0）对产生的MAP沉淀作为缓释肥利用，将氮磷回收后的污泥进行厌氧发酵产甲烷回收能源。由于曝气搅拌使污泥溶胞释放较多的蛋白质、多糖等SCOD，所以厌氧产甲烷效率比通常污水厂污泥厌氧效率提高10-15%。本实用新型弥补了碱解工艺中碱解后污泥pH值高不利于后续厌氧产甲烷的缺陷，与其他处理系统相比，本系统通过对污水厂现有设施改造达到污泥再利用的目标，操作方便易行，没有引入新的化学物质，与酸、碱处理液相比，曝空气的处理液与原污水颜色相近，有利于后续污泥厌氧消化处理，且氮磷资源与能源的回收降低约10-20%操作成本，达到污水厂实施清洁生产的目标。

发明内容

针对目前污水处理厂没有针对剩余活性污泥再利用的处理系统，本实用新型的目的是提供一种污水处理厂剩余活性污泥再利用系统，利用污水厂贮泥池（或污泥浓缩池）结构改造，安装曝气和搅拌装置，通过对搅拌装置和搅拌方式的特殊设计促使污泥氮磷物质释放到混合液中，当曝气量5L/L∙min、曝气时间为120h，污泥融胞释放的氨氮和溶解性磷浓度分别达到160.2±15.3mg/L和119.3±13.1mg/L，再进一步利用MAP沉淀法和中国专利 “一种对废水磷氮进行鸟粪石资源化回收的装置”（201420458242.0）对此氮磷进行回收作为缓释肥利用，将氮磷回收后的污泥进一步厌氧发酵产甲烷回收能源。最终排放体积减少50-60%，氮磷资源与能源的回收降低约10-20%操作成本，实现了污水处理厂清洁生产的理念。

为了达到以上目的，本实用新型采取的技术措施是：

一种污水处理厂剩余活性污泥再利用系统，曝气搅拌池的活性污泥进料口与二沉池的剩余活性污泥出料口连接，曝气搅拌池的污泥上清液出口接MAP沉淀池的污泥上清液入口，曝气搅拌池的底泥出口接厌氧调节池的底泥入口，MAP沉淀池的沉淀后上清液出口接厌氧调节池的沉淀后上清液入口，MAP沉淀池的沉淀物出口接MAP回收装置的沉淀物入口，厌氧调节池的混合液出口接厌氧反应器的混合液入口，厌氧反应器的甲烷出口接甲烷储罐的甲烷入口，厌氧反应器的厌氧污泥排出口接机械脱水装置的厌氧污泥入口。

上述中，机械脱水装置还设置有排泥口。

上述中，曝气搅拌池中的搅拌装置由搅拌轴及6个相隔60°的长方形叶片组成。

上述中，曝气搅拌池中的曝气装置设置在搅拌装置的下面。

上述中，机械脱水装置可以是真空过滤机、板框压滤机、带式压滤机和离心机等常用的机械脱水设备中一种，以离心机为例，经过离心机脱水后污泥的含水率约78%。

在MAP沉淀池中投加镁盐溶液和磷盐溶液，用5MNaOH调节反应溶液pH值8.9±0.1，调整P/Mg/N摩尔比1/1.2/1，在投加药剂时进行搅拌，搅拌方式为800rpm搅拌5分钟后、降为200rpm搅拌15分钟，停止搅拌后沉淀3h，将沉淀后上清液排入厌氧调节池，产生的沉淀排放到分离回收装置；

所述镁盐溶液的质量百分比浓度为17%，所述镁盐溶液为MgCl₂溶液、MgSO₄溶液和MgO溶液中的一种；所述磷盐溶液的质量百分比浓度为5%，所述的磷盐溶液为NaH₂PO₄溶液、Na₂HPO₄溶液、Na₃PO₄溶液、KH₂PO₄溶液和K₂HPO₄溶液中的一种。

对MAP沉淀池中的沉淀用中国专利 “一种对废水磷氮进行鸟粪石资源化回收的装置”（201420458242.0）进行分离回收，得到的沉淀中磷酸铵镁含量在92%以上作为缓释肥利用。

上述中，厌氧反应器为完全混合式厌氧反应器、上流式厌氧污泥床、厌氧滤池、厌氧挡板反应器、厌氧膨胀颗粒污泥床或厌氧序批式反应器中一种。反应器正常运转后每次进料的料液比1/3-1/5，COD去除率82-87%以上，厌氧产甲烷效率高，在35℃时比通常污水厂污泥厌氧效率提高10-15%，厌氧反应器中污泥最终再经过机械脱水后进行填埋处理，与初始剩余活性污泥相比，VSS减少80-90%，污泥最终排放体积减少50-60%。氮磷资源与能源的回收降低约10-20%操作成本，实现了污水处理厂清洁生产的理念。。

本实用新型具有以下的积极效果：

（1）为污水处理厂提供整套对剩余活性污泥再利用的清洁生产技术路线，弥补目前污水厂没有对剩余活性污泥利用的技术缺陷。与目前碱解工艺相比，充分实现对污泥中氮磷资源与能源高效回收利用的目标，且不引入新的污染物，具有显著的经济效益、环境效益。

（2）利用污水厂贮泥池（或污泥浓缩池）进行结构改造，污泥融胞释放的氨氮和溶解性磷浓度分别达到160.2±15.3mg/L和119.3±13.1mg/L，高于同条件下的10%HCl溶液和5%NaOH溶液处理液中氨氮的最大释放浓度58.2mg/L、63.7mg/L与溶解性磷的最大释放浓度92.48、76.12mg/L，对污泥总氮磷的回收率30-45%，高于酸、碱处理工艺。

（3）本实用新型将曝气搅拌池底泥与MAP沉淀后上清液混合，达到调节pH值的目的，在35℃时厌氧产甲烷效率比通常污水厂污泥厌氧产甲烷提高10-15%，污泥最终排放体积减少50-70%，克服了碱解处理后污泥pH值高不利于后续厌氧处理的技术缺陷。

（4）经本实用新型技术路线处理后，最终排放的污泥与初始剩余活性污泥相比，VSS减少80-90%，排放体积减少50-60%，比现有工艺极大地降低污泥处理费用，氮磷资源与能源的回收降低约10-20%操作成本，实现了污水处理厂清洁生产的理念。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图。

图2是本实用新型的曝气搅拌池的结构示意图。

图3是图2中搅拌装置的俯视图。

具体实施方式

参照图1至图3，本实用新型提供的一种污水处理厂剩余活性污泥再利用系统，曝气搅拌池1的活性污泥进料口8与二沉池的剩余活性污泥出料口连接，曝气搅拌池1的污泥上清液出口9接MAP沉淀池3的污泥上清液入口，曝气搅拌池的底泥出口10接厌氧调节池2的底泥入口，MAP沉淀池3的沉淀后上清液出口11接厌氧调节池2的沉淀后上清液入口，MAP沉淀池3的沉淀物出口12接MAP回收装置4的沉淀物入口，厌氧调节池2的混合液出口13接厌氧反应器5的混合液入口，厌氧反应器5的甲烷出口14接甲烷储罐7的甲烷入口，厌氧反应器5的厌氧污泥排出口接机械脱水装置6的厌氧污泥入口。

在本实用新型中，机械脱水装置1还设置有排泥口15；曝气搅拌池1中的搅拌装置由搅拌轴16及6个相隔60°的长方形叶片17组成；曝气搅拌池1中的曝气装置18设置在搅拌装置的下面。

上述中，机械脱水装置采用离心机，经过离心机脱水后污泥的含水率约78%。

应用例一：

将城市污水处理厂二沉池的剩余活性污泥自然沉降后不经过任何预处理直接加入曝气搅拌池中，污泥沉降比为55%，开启曝气装置调节气量5L/L∙min，开启搅拌装置控制搅拌速率300rpm，搅拌方式为脉冲间歇式即每转10秒停5秒。在处理时间分别为12h、24h、48h、72h、90h、110 h、120h、130h时取样分析，测定上清液中溶解性磷氮浓度，在处理时间120h时达到最大，分别为154.3mg/L和116.4mg/L，SCOD为3806.7mg/L。

将此混合液沉淀后，出水排入MAP沉淀反应器中，投加5%Na₃PO₄溶液和17%MgCl₂溶液，使P/Mg/N摩尔比为1/1.2/1，用5MNaOH调节反应溶液pH值8.9，在投加药剂时进行搅拌，搅拌方式为800rpm搅拌5分钟后、降为200rpm搅拌15分钟，停止搅拌后沉淀3h，上清液中氨氮的回收率是89%，溶解性磷的回收率是93.9%。对生成的沉淀用中国专利201420458242.0“一种对废水磷氮进行鸟粪石资源化回收的装置”进行分离回收，测得沉淀中磷酸铵镁含量在92.5%以上。

将上述搅拌曝气后底泥和MAP沉淀后上清液在厌氧调节池中混合，混合液pH值8.37，再排入厌氧序批式反应器，接种厌氧污泥启动反应器，反应器正常运转后每次进料的料液比1/3-1/5，COD去除率84%以上，甲烷最大比产气率1.17L/（g·VS）。厌氧反应器中排出污泥最终再经过机械脱水后进行填埋处理，与初始剩余活性污泥相比，VSS减少80-90%，排放体积减少55%。极大地降低污泥处理处置费用，实现了污水处理厂清洁生产的理念。

同时进行污泥碱解处理对比实验，取二沉池剩余活性污泥各400ml分装入1000ml广口试剂瓶中，分别加入5%NaOH溶液，在处理时间分别为12h、24h、48h、72h、90h、110h、120h、130h时分取少量碱处理液并对其进行离心分离，然后测定上清液中溶解性氮磷浓度分别为67.5mg/L和70.1mg/L，远低于本实用新型中氮磷浓度。在处理12h后碱的处理液色度均很重，呈现黑褐色，而本实用新型曝气搅拌池中上清液与原污水颜色相近。碱处理中含有大量的Na⁺、OH^-离子造成上清液盐度大，会增大后续处理出水色度、盐度，不利于废水达标排放。

同时进行污泥酸处理对比实验，取二沉池剩余活性污泥各400ml分装入1000ml广口试剂瓶中，分别加入10%HCl溶液，在处理时间分别为12h、24h、48h、72h、90h、110h、120h、130h时分取少量碱处理液并对其进行离心分离，然后测定上清液中溶解性氮磷浓度分别为58.1mg/L和90.1mg/L，远低于本实用新型中氮磷浓度。在处理12h后酸处理液色度重，呈褐黄色，而本实用新型曝气搅拌池中上清液与原污水颜色相近。酸处理中含有大量的Cl^-造成上清液盐度大，不利于废水达标排放。

本实用新型操作简便易行，没有引入新的化学物质，与酸碱处理液相比，污泥氮磷回收率被极大地提高，且最终经过厌氧产甲烷回收大量能源，使污泥最终排放体积减少50-60%，极大地降低污泥处理处置费用，实现了污水处理厂清洁生产的理念。

实施例二：

将城市污水处理厂二沉池的剩余活性污泥自然沉降后不经过任何预处理直接加入曝气搅拌池中，污泥沉降比为60%，开启曝气装置调节气量5L/L∙min，开启搅拌装置控制搅拌速率300rpm，搅拌方式为脉冲间歇式即每转10秒停5秒。在处理时间分别为12h、24h、48h、72h、90h、110 h、120 h、130时取样分析，测定上清液中溶解性磷氮浓度，在处理时间120h时达到最大，分别为137.3mg/L和120.5mg/L，SCOD为3990.3mg/L。

将此混合液沉淀后，出水排入MAP沉淀反应器中，投加5%Na₃PO₄溶液和17%MgCl₂溶液，使P/Mg/N摩尔比为1/1.2/1，用5MNaOH调节反应溶液pH值8.95，在投加药剂时进行搅拌，搅拌方式为800rpm搅拌5分钟后、降为200rpm搅拌15分钟，停止搅拌后沉淀3h，上清液中氨氮的回收率是87.1%，溶解性磷的回收率是94.3%。对生成的沉淀用中国专利201420458242.0“一种对废水磷氮进行鸟粪石资源化回收的装置”进行分离回收，测得沉淀中磷酸铵镁含量在92.9%以上。

将上述搅拌曝气后底泥和MAP沉淀后上清液在厌氧调节池中混合，混合液pH值8.1，再排入厌氧序批式反应器，接种厌氧污泥启动反应器，反应器正常运转后每次进料的料液比1/3-1/5，COD去除率86%以上，甲烷最大比产气率1.19L/（g·VS）。厌氧反应器中污泥最终再经过机械脱水后进行填埋处理，与初始剩余活性污泥相比，VSS减少80-90%，排放体积减少60%。极大地降低污泥处理处置费用，实现了污水处理厂清洁生产的理念。

同时进行污泥碱解处理对比工艺，取二沉池剩余活性污泥各800ml分装入2000ml广口试剂瓶中，分别加入5%NaOH溶液，在处理时间分别为12h、24h、48h、72h、90h、110h、120h、130h时分取少量碱处理液并对其进行离心分离，然后测定上清液中溶解性氮磷浓度分别为72.5mg/L和68.2mg/L，远低于本实用新型中氮磷浓度。在处理12h后碱的处理液色度均很重，呈现黑褐色，而本实用新型曝气搅拌池中上清液与原污水颜色相近。碱处理中含有大量的Na⁺、OH^-离子造成上清液盐度大，会增大后续处理出水色度、盐度，不利于废水达标排放。

本实用新型操作简便易行，没有引入新的化学物质，与碱处理液相比，污泥氮磷回收率被极大地提高，且最终经过厌氧产甲烷回收大量能源，使污泥最终排放体积减少50-60%，极大地降低污泥处理处置费用，实现了污水处理厂清洁生产的理念。

Claims

1. 一种污水处理厂剩余活性污泥再利用系统，其特征在于，曝气搅拌池（1）的活性污泥进料口（8）与二沉池的剩余活性污泥出料口连接，曝气搅拌池（1）的污泥上清液出口（9）接MAP沉淀池（3）的污泥上清液入口，曝气搅拌池的底泥出口（10）接厌氧调节池（2）的底泥入口，MAP沉淀池（3）的沉淀后上清液出口（11）接厌氧调节池（2）的沉淀后上清液入口，MAP沉淀池（3）的沉淀物出口（12）接MAP回收装置（4）的沉淀物入口，厌氧调节池（2）的混合液出口（13）接厌氧反应器（5）的混合液入口，厌氧反应器（5）的甲烷出口（14）接甲烷储罐（7）的甲烷入口，厌氧反应器（5）的厌氧污泥排出口接机械脱水装置（6）的厌氧污泥入口。

2.根据权利要求1所述的一种污水处理厂剩余活性污泥再利用系统，其特征在于，机械脱水装置（1）还设置有排泥口（15）。

3.根据权利要求1所述的一种污水处理厂剩余活性污泥再利用系统，其特征在于，曝气搅拌池（1）中的搅拌装置由搅拌轴（16）及6个相隔60°的长方形叶片（17）组成。

4.根据权利要求3所述的一种污水处理厂剩余活性污泥再利用系统，其特征在于，曝气搅拌池（1）中的曝气装置（18）设置在搅拌装置的下面。