CN212050983U - 一种碳源循环污泥减量的污水处理系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种碳源循环污泥减量的污水处理系统，包括依次连接的前端预处理单元、生物处理单元、后端沉淀分离处理单元和深度处理单元。与现有技术的区别在于，该系统还包括与所述后端沉淀分离处理单元连接的污泥水解酸化单元。该系统能够将前端处理单元产生的初沉污泥和后端沉淀分离处理单元产生的第一剩余污泥进行水解酸化，得到含有碳源的污泥水解液，并将污泥水解液作为碳源投加至生物处理单元，以替代部分或全部生物处理所需的碳源。这一处理系统可解决现有工艺中碳源投加量大，污泥产量高的问题，从而降低污水处理厂的污泥处置费用。

Description

一种碳源循环污泥减量的污水处理系统

技术领域

本实用新型涉及污水处理技术领域，具体涉及一种碳源循环污泥减量的污水处理系统。

背景技术

在传统的污水生物脱氮除磷工艺中，反硝化菌和聚磷菌均为异养菌，其生长需要足够的碳源。我国典型城市污水属于低碳源污水(其中COD/TN＜5，COD/TP＜25)，通常需要通过外加碳源以满足脱氮除磷的需要。污水处理厂常用面粉、葡萄糖、乙酸钠、甲醇、乙酸等作为外加碳源用于提高脱氮除磷效果，但上述方法将导致污水处理厂运行费用的增加。同时传统的污水生物处理工艺中，二沉池产生的污泥量大，且污泥中含有大量未被分解的有机物。而污泥处理一般是通过压缩脱水后填埋或焚烧来解决，但无论采用填埋还是焚烧，污泥中大量未被分解的有机物都是未经利用就直接消灭，造成很大的能源浪费。

如果需要实现污泥生物减量，现有技术一般采用厌氧发酵工艺对产生的污泥进行处理。但厌氧发酵工艺需要的停留时间长、池体需密闭、需配套搅拌设备和三相分离器。而且厌氧发酵产生的甲烷存在爆炸风险，对各项指标控制要求更为严格，一旦控制不当会导致反应效果不佳或需清罐重新培养。如果能将污水处理厂产生的污泥中的未被利用的有机物提取出来，并作为碳源直接投入污水生物处理过程中，则能够降低碳源加入量和污泥处置费用。

然而，现有的污泥水解制碳源的工艺中常采用初沉池污泥作为水解原料，但初沉污泥产量具有一定的不稳定性，碳源转化率相对较低。并且目前污泥水解工艺中，一般不考虑磷的富集对整个系统的影响，因此也一般不设置磷的去除功能。但随着反应时间的积累，磷会出现积累富集的现象。而生物去除磷的过程会导致碳源的消耗，同时对氮的去除也会造成负面影响，进而影响出水指标的稳定性。

鉴于此，特提出本实用新型。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种碳源循环污泥减量的污水处理系统，该系统能够将污水处理厂现有技术中，直接进入污泥处理系统进行脱水填埋或焚烧的污泥转化为高品质碳源，并用这部分碳源替代部分或全部生物处理所需的碳源，可降低污水处理终端碳源投加量，同时实现污泥减量。

为实现上述目的，本实用新型的技术方案如下：

本实用新型涉及一种碳源循环污泥减量的污水处理系统，所述系统包括依次连接的前端预处理单元、生物处理单元、后端沉淀分离处理单元和深度处理单元，以及与所述后端沉淀分离处理单元连接的污泥水解酸化单元，其中，

所述前端预处理单元用于对污水进行预处理，得到初沉污泥和第一上清液；

所述生物处理单元用于对所述第一上清液进行生物处理，得到污泥混合液；

所述后端沉淀分离处理单元用于对所述污泥混合液进行分离，得到回流污泥、剩余污泥和上清液，并将所述回流污泥返回生物处理单元；

所述深度处理单元用于对所述上清液进行处理，实现其达标排放；

所述污泥水解酸化单元用于对所述初沉污泥和第一剩余污泥进行处理，得到污泥水解液和第二剩余污泥。

优选地，所述系统还包括污泥处理单元，所述污泥处理单元与所述污泥水解酸化单元连接，用于对所述第二剩余污泥进行处理，实现污泥填埋、焚烧或作为其它生产原料。

优选地，所述前端预处理单元包括依次连接的格栅、调节池和初沉池，其中，

所述格栅用于除去进入所述前端预处理单元的较大悬浮固体，得到产水；

所述调节池用于调节并均质进入所述前端预处理单元的水质和水量；

所述初沉池用于通过沉淀分离除去进入所述前端预处理单元的较重固体颗粒，得到第一上清液。

优选地，所述生物处理单元选自A²O、AO、SBR、氧化沟、MBBR中的至少一种。

优选地，所述后端沉淀分离处理单元选自二沉池、MBR膜池中的至少一种。

优选地，所述污泥水解酸化单元包括依次连接的污泥预处理设备、污泥水解设备和污泥水解液暂存设备，其中，

所述污泥预处理设备用于调节污泥浓度；

所述污泥水解设备用于对污泥进行水解发酵生产碳源，并通过所述污泥水解液将碳源输出；

所述污泥水解液暂存设备用于储存所述污泥水解液，并将所述污泥水解液输出至所述生物处理单元。

优选地，所述污泥处理单元选自污泥输送泵、污泥暂存池、污泥浓缩池、污泥脱水机、污泥螺旋输送机中的至少一种。

优选地，在深度处理单元的出水口或污泥水解酸化单元的污泥水解液出口设置磷分析仪表，用于实时监测磷的含量；同时设置除磷药剂投加设备，当磷含量超标时，启动除磷药剂投加设备将磷去除。

优选地，通过管道重力自流或动力设备，将水解液回用至生物处理单元前端，代替部分或全部碳源的投加。

本实用新型的有益效果：

1、本实用新型提供了一种碳源循环污泥减量的污水处理系统，该系统能够将前端处理单元产生的初沉污泥和后端沉淀分离处理单元产生的第一剩余污泥进行水解酸化，得到含有碳源的污泥水解液，并将污泥水解液作为碳源投加至生物处理单元，以替代部分或全部生物处理所需的碳源。这一处理系统可解决现有工艺中碳源投加量大，污泥产量高的问题，从而降低污水处理厂的污泥处置费用。

2、由于本实用新型通过对污泥进行水解酸化以替代传统的厌氧工艺，无需采用现有技术中的厌氧发酵工艺。这一措施能够避免厌氧发酵工艺中存在的罐体容积大、易产生异味气体且存在爆炸风险、罐体需密闭集气、罐体配置多、能耗高、运行控制难度大等问题。

3、在优选的方案中，本实用新型选择合适的污泥作为水解原料，从污泥种类上解决污泥水解酸化碳源转化率低的问题。同时对进入污泥水解酸化单元的污泥进行富集，以解决现有技术中对污泥浓度适用范围窄，且不具备调整污泥浓度功能的问题。

4、在优选的方案中，本实用新型采用磷分析仪表实时监测磷指标，以及采用除磷药剂投加设备投加除磷剂，能够在输出碳源的同时控制污泥水解液中的磷，以解决现有技术中因为对磷未采取措施而导致的磷积累，进而对碳源品质、脱氮除磷效果、水质指标的影响。

附图说明

图1为现有技术的污水处理系统的结构示意图。

其中，1-1前端预处理单元；1-2生物处理单元；1-3后端沉淀分离处理单元；1-4深度处理单元；1-5污泥处理单元。

图2为本实用新型的污水处理系统的结构示意图。

图3为包含部分装置的本实用新型的污水处理系统的结构示意图。

其中，

1-前端预处理单元；

11-格栅；12-调节池；13-初沉池；

2-生物处理单元；

3-后端沉淀分离处理单元；

4-污泥水解酸化单元；

41-污泥预处理设备；42-污泥水解设备；43-污泥水解液暂存设备；

5-污泥处理单元；

51-污泥处理设备；

6-深度处理单元。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本实用新型的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本实用新型所保护的范围。

图1为现有技术的污水处理系统的结构示意图。其中，前端预处理单元1-1、生物处理单元1-2、后端沉淀分离处理单元1-3和深度处理单元1-4依次连接，后端沉淀分离处理单元1-3与污泥处理单元1-5连接。其污水处理过程如下：

(1)污水进入前端预处理单元1-1进行预处理后，得到初沉污泥和第一上清液；

(2)将第一上清液输入生物处理单元1-2进行生物处理，得到污泥混合物；

(3)将污泥混合物输入后端沉淀分离处理单元1-3进行分离，得到回流污泥、剩余污泥和第二上清液；

(4)将第二上清液输入深度处理单元1-4进行处理，实现污水达标排放；

(5)将初沉污泥和剩余污泥输入污泥处理单元1-5进行处理，污泥处理单元1-5中设置的污泥处理设备选自污泥输送泵、污泥暂存池、污泥浓缩池、污泥脱水机、污泥螺旋输送机中的一种或多种设备。通过上述设备的组合作用，将污泥处理后进行填埋、焚烧或作为其它生产原料。由于后端沉淀分离处理单元1-3产生的污泥量较大，且污泥中含有大量未被分解的有机物，直接填埋或焚烧造成很大的能源浪费。

本实用新型实施例涉及一种碳源循环污泥减量的污水处理系统。如图2所示，该系统包括依次连接的前端预处理单元1、生物处理单元2、后端沉淀分离处理单元3和深度处理单元6。与现有技术的区别在于，该系统还包括与后端沉淀分离处理单元3连接的污泥水解酸化单元4。

其中，前端预处理单元1用于对污水进行预处理，得到初沉污泥和第一上清液。

在本实用新型的一个实施例中，如图3所示，前端预处理单元1包括依次连接的格栅11、调节池12和初沉池13，或具有类似功能的设备或构筑物。此过程主要是将污水做预处理，去除较大悬浮物、杂质、砂粒等，以减轻后续设备磨损和堵塞的可能性，同时将污水均质均量，以减轻水质水量对生物处理系统的冲击。其中，格栅11用于除去进入前端预处理单元1的较大悬浮固体，得到产水。产水溢流至调节池12，进行水质和水量的调节并均质，然后进入初沉池13，通过沉淀分离除去进入前端预处理单元1的较重固体颗粒，得到第一上清液。可定期采用污泥泵，将初沉池13底部沉淀的污泥输送至污泥水解酸化单元4进行处理。初沉池13顶部的第一上清液进入生物处理单元2。

生物处理单元2用于对第一上清液进行生物处理，得到污泥混合物。

在本实用新型的一个实施例中，生物处理单元2选自A2O、AO、SBR、氧化沟、MBBR设备中的至少一种，或具有降解COD、BOD、氮、磷等的其它生物处理设备。其中，A2O工艺为“厌氧-缺氧-好氧”的污水处理工艺，AO工艺为厌氧好氧工艺，SBR工艺为序批式活性污泥法，氧化沟工艺采用封闭的沟渠型曝气池，MBBR工艺我生物载体及运行控制技术。此过程主要是将污水中污染物质分解去除。

后端沉淀分离处理单元3用于对污泥混合物进行分离，得到回流污泥、第一剩余污泥和第二上清液，并将回流污泥返回生物处理单元2。与图1表示的现有技术类似，由生物处理单元2产生的污泥混合物进入后端沉淀分离处理单元3，在后端沉淀分离处理单元3实现污泥混合物的固液分离，分离沉淀后的污泥一部分作为回流至生物处理单元2，另一部分作为第一剩余污泥进入污泥水解酸化单元4。深度处理单元6用于对第二上清液进行处理，实现其达标排放。

在本实用新型的一个实施例中，后端沉淀分离处理单元3选自二沉池、污泥浓缩池、MBR膜分离池中的至少一种，或其它具有固液分离的设备或构筑物。此过程主要是将生物处理单元2产生的污泥混合物进行固液分离。

污泥水解酸化单元4用于对初沉污泥和第一剩余污泥进行处理，得到污泥水解液和第二剩余污泥。其中，“初沉污泥和第一剩余污泥”可能包含下列污泥：生物处理单元2处理后的二沉池排出的污泥、MBR膜池排出的污泥、初沉池和二沉池混合污泥、污泥浓缩池排出的污泥以及所有经过生物处理之后产生的污泥。

在本实用新型的一个实施例中，污泥水解酸化单元4包括依次连接的污泥预处理设备41、污泥水解设备42和污泥水解液暂存设备43。可以参考申请号为201910699848.0，实用新型名称为“一种中温碱解污泥生产碳源的组合装置”中涉及的装置。这一装置能够对进入的污泥进行富集，解决现有技术中对污泥浓度适用范围窄，且不具备调整污泥浓度功能的问题。

其中，污泥预处理设备41用于调节污泥浓度，在该设备中能将不符合浓度要求的污泥进行浓度调节，使污泥浓度控制在适合的范围内。“预处理后的污泥”是指经过污泥预处理设备41调节至符合浓度要求的污泥。

污泥水解设备42用于将污泥水解发酵温度、pH、停留时间控制在合适的范围内，并对污泥进行水解发酵生产高品质的碳源。产生的碳源存在于污泥水解液中，通过污泥水解液将碳源输出。

污泥水解液暂存设备43用于储存污泥水解液，并将污泥水解液输出至生物处理单元2。用这部分碳源替代部分或全部生物处理单元所需的碳源。实现碳源减量的同时降低污泥产量。水解酸化后的污泥定期排至污泥处理单元5。

进一步地，该系统还包括污泥处理单元5。污泥处理单元5与污泥水解酸化单元4连接，用于对第二剩余污泥进行处理，实现污泥填埋、焚烧或作为其它生产原料。

在本实用新型的一个实施例中，污泥处理单元5主要是指具有污泥处置或暂存功能的组合装置、池体或设备，可选自污泥输送泵、污泥暂存池、污泥浓缩池、污泥脱水机、污泥螺旋输送机中的至少一种，或几种设备的组合或具有类似功能的设备、池体的组合等。

本实用新型还涉及使用上述系统实现碳源循环污泥减量的污水处理方法，包括以下步骤：

(1)将污水输入前端预处理单元1进行预处理，得到初沉污泥和第一上清液；

(2)将第一上清液输入生物处理单元2进行生物处理，得到污泥混合物；

(3)将污泥混合物输入后端沉淀分离处理单元3进行分离，得到回流污泥、第一剩余污泥和第二上清液；

(4)将第二上清液输入深度处理单元6进行处理，实现污水达标排放；

(5)将初沉污泥和第一剩余污泥输入污泥水解酸化单元4进行处理，得到污泥水解液和第二剩余污泥，并将污泥水解液输送至生物处理单元2作为碳源投加。

进一步地，当系统包括污泥处理单元5时还包括步骤(6)：将第二剩余污泥输入污泥处理单元5进行处理，将处理后的污泥进行填埋、焚烧或作为其它生产原料。

综上所述，上述方法中对污水和污泥分别进行处理。污水和污泥的来源如下：

步骤(1)中污水来源为管网或其他排放途径收集的未经处理的污水。污水先后经过前端预处理单元1、生物处理单元2、后端沉淀分离处理单元3和深度处理单元6进行处理，得到清水实现达标排放。

步骤(5)中污泥来源为前端预处理单元1的初沉污泥、后端沉淀分离处理单元3的第一剩余污泥的混合污泥。混合污泥先后经过污泥水解酸化单元4、污泥处理单元5进行处理，得到第二剩余污泥进行填埋或用做其他生产原料。

进一步地，污泥水解酸化单元4由污泥预处理设备41、污泥水解设备42、污泥水解液暂存设备43组成。混合污泥首先进入污泥预处理设备41，在其中实现污泥浓度的调节，预处理后的污泥进入污泥水解设备42，控制该设备内的温度、pH值和停留时间，使污泥在其中水解酸化。水解酸化后的水解液进入污泥水解液暂存设备43暂存，水解酸化后的污泥定期排至污泥处理单元5。暂存在污泥水解液暂存设备43的污泥水解液通过管道或动力输送设备，输送至生物处理单元2前端替代部分或全部碳源。

整个污水处理方法中主要检测污泥水解设备，即污泥水解液中的氮、磷、COD等指标。控制污泥水解设备内的温度、pH、停留时间等参数，此过程主要是为了将污泥水解酸化设备内的反应工况控制在最佳范围内，其反应温度、pH、停留时间等参数对碳源中的COD、氮、磷等含量产生影响。而碳源中的COD、氮、磷的含量又决定了碳源品质的高低。并根据监测数据指标调整工艺运行参数及相关药剂投加量。

在优选的方案中，本实用新型在污泥水解酸化单元4的污泥水解液出口端，或在深度处理单元6的出水口设置磷分析仪表，以实时监测水中磷指标。当仪表显示磷指标升高或高于设计值时，开启除磷药剂投加设备。通过除磷剂的作用，将水解液中的磷分离并沉积富集在第二剩余污泥中，通过定期排放第二剩余污泥实现磷的去除。

将污泥水解酸化单元4内的污泥定期排出是指通过污泥输送设备排出或静压排出。此过程主要是通过将污泥水解酸化单元4内的污泥定期排出，维持水解酸化装置中的污泥活性和浓度在最佳水平。所述“定期”是指具有一定时间规律，可以是连续，也可以是间隔一段时间如几个小时、几天等。

该方法中污泥水解酸化单元4作为核心组成部分，通过该单元内设备的共同作用，将产生的高品质碳源回用至生物处理单元前端。采用该种工艺方案的污水处理厂具有如下优势：

1)整个工艺中利用污泥自产高品质碳源回用于生物处理单元2前端，替代了部分或全部外加碳源，并可以提高脱氮除磷效果。工艺运行过程中将污泥中未利用的有机物转化为可直接利用的碳源，降低碳源投加量的同时，实现污泥减量化、提高污泥可压缩性、减少污泥处理药剂投加量。

2)污泥处理工艺中的污泥水解酸化单元4将整个反应过程控制在水解酸化阶段，整个反应过程中不存在产甲烷过程，且设备运行过程中不是密闭状态，运行过程控制简单，更加安全可靠。

3)污泥处理工艺中的水解酸化过程选用水解酸化碳源产率更高的混合污泥或生物处理后的污泥，碳源转化率和品质更有保障。

4)无需操作控制难度大、运行费用高且很难工程化的预处理措施。

5)工艺中通过设置的磷实时分析监测、磷去除功能解决了污泥水解酸化产生的碳源中磷的长期积累对生化系统的影响。

6)水解污泥浓度适用范围更宽，工艺适用性更广。

实施例

对生活污水进行处理，污水流量为8300m³/d，采用如图1所示现有技术的污水处理工艺，为格栅+调节池+初沉池+A²O+MBR+深度处理工艺，初沉池产生的初沉污泥和MBR膜池产生第一剩余污泥量合计约为：200吨/天，污泥含水率为99％。将这部分污泥收集进入污泥处理单元脱水处理后，外运填埋处理。

采用如图2和图3所示的污水处理工艺，即在原有工艺中增加污泥水解酸化单元，将原有工艺中产生的全部污泥收集进入污泥水解酸化单元。污泥经过水解酸化后，水解上清液回流至A²O工艺前端，水解酸化后的第二剩余污泥排放至污泥处理单元脱水后外运填埋。

原工艺中进水水质如表1所示：

表1

由于COD/TN的平均值要求为7，计算得知，进水中缺少碳源的量为1.64吨/天。

进入污泥水解酸化单元的污泥浓度约为12000mg/l，污泥水解酸化单元处理后产生的富含高品质碳源的水解液的量约为140吨/天，产生的第二剩余污泥的量为60吨/天，浓度约为20000mg/l。共实现污泥减量50％。

对污泥水解酸化单元输出的水解液进行取样测定，参数如表2所示：

表2

根据上述指标得知，回用至A²O前端的污泥水解液能替代碳源的量为0.79吨/天。污水处理系统只需向生物处理单元补充投加碳源0.85吨/天。共节省碳源48％。

以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种碳源循环污泥减量的污水处理系统，所述系统包括依次连接的前端预处理单元、生物处理单元、后端沉淀分离处理单元和深度处理单元，其特征在于，所述系统还包括与所述后端沉淀分离处理单元连接的污泥水解酸化单元，其中，

所述前端预处理单元用于对污水进行预处理，得到初沉污泥和第一上清液；

所述生物处理单元用于对所述第一上清液进行生物处理，得到污泥混合物；

所述后端沉淀分离处理单元用于对所述污泥混合物进行分离，得到回流污泥、第一剩余污泥和第二上清液，并将所述回流污泥返回生物处理单元；

所述深度处理单元用于对所述第二上清液进行处理，实现其达标排放；

所述污泥水解酸化单元用于对所述初沉污泥和第一剩余污泥进行处理，得到污泥水解液和第二剩余污泥。

2.根据权利要求1所述的碳源循环污泥减量的污水处理系统，其特征在于，所述系统还包括污泥处理单元，所述污泥处理单元与所述污泥水解酸化单元连接，用于对所述第二剩余污泥进行处理，实现污泥填埋、焚烧或作为其它生产原料。

3.根据权利要求1所述的碳源循环污泥减量的污水处理系统，其特征在于，所述前端预处理单元包括依次连接的格栅、调节池和初沉池，其中，

所述格栅用于除去进入所述前端预处理单元的较大悬浮固体，得到产水；

所述调节池用于调节并均质进入所述前端预处理单元的水质和水量；

所述初沉池用于通过沉淀分离除去进入所述前端预处理单元的较重固体颗粒，得到第一上清液。

4.根据权利要求1所述的碳源循环污泥减量的污水处理系统，其特征在于，所述生物处理单元选自A2O、AO、SBR、氧化沟、MBBR中的至少一种。

5.根据权利要求1所述的碳源循环污泥减量的污水处理系统，其特征在于，所述后端沉淀分离处理单元选自二沉池、MBR膜池中的至少一种。

6.根据权利要求1所述的碳源循环污泥减量的污水处理系统，其特征在于，所述污泥水解酸化单元包括依次连接的污泥预处理设备、污泥水解设备和污泥水解液暂存设备，其中，

所述污泥预处理设备用于调节污泥浓度；

所述污泥水解设备用于对污泥进行水解发酵生产碳源，并通过所述污泥水解液将碳源输出；

所述污泥水解液暂存设备用于储存所述污泥水解液，并将所述污泥水解液输出至所述生物处理单元。

7.根据权利要求2所述的碳源循环污泥减量的污水处理系统，其特征在于，所述污泥处理单元选自污泥输送泵、污泥暂存池、污泥浓缩池、污泥脱水机、污泥螺旋输送机中的至少一种。

8.根据权利要求1所述的碳源循环污泥减量的污水处理系统，其特征在于，在深度处理单元的出水口或污泥水解酸化单元的污泥水解液出口设置磷分析仪表，用于实时监测磷的含量。

9.根据权利要求8所述的碳源循环污泥减量的污水处理系统，其特征在于，在深度处理单元的出水口或污泥水解酸化单元的污泥水解液出口设置除磷药剂投加设备，当磷含量超标时启动除磷药剂投加设备将磷去除。

10.根据权利要求1所述的碳源循环污泥减量的污水处理系统，其特征在于，通过管道重力自流或动力设备，将水解液回用至生物处理单元前端，代替部分或全部碳源的投加。

Images