申請(qǐng)日2010.06.25
公開(公告)日2011.01.05
IPC分類號(hào)C02F3/30; C02F9/14
摘要
一種城市污水處理方法，涉及一種污水處理技術(shù)。本發(fā)明公開了一種零能耗低污泥產(chǎn)率的城市污水處理方法。包括如下步驟：經(jīng)過預(yù)處理的城市污水進(jìn)入初沉池，初沉池出水和由二沉池回流的活性污泥一起進(jìn)入曝氣池形成混合液。曝氣池出水的混合液進(jìn)入二沉池，經(jīng)沉淀澄清后的污水去三級(jí)污水處理或作為處理水排放。剩余活性污泥經(jīng)污泥濃縮后，濃縮污泥排放至厭氧污泥消化單元進(jìn)行消化處理。厭氧污泥消化單元在厭氧條件下消化污泥，一部分消化污泥回流至曝氣池或者初沉池，或者按比例分別回流至曝氣池和初沉池;另一部分消化污泥經(jīng)脫水后進(jìn)行污泥處置。通過甲烷氣能量的回收利用從而可以提供污水和污泥處理的能耗(電能和熱能)。
摘要附圖
權(quán)利要求書
1.一種零能耗低污泥產(chǎn)率的城市污水處理方法。其特征在于，通過污泥厭氧消化和污水好氧處理技術(shù)的綜合利用，提高沼氣產(chǎn)量和降低消化污泥的排放量，通過甲烷氣能量的回收利用從而可以提供污水和污泥處理的能耗(電能和熱能)。具體包括如下步驟：
(1)經(jīng)過預(yù)處理的城市污水進(jìn)入初次沉淀池處理，同時(shí)由厭氧污泥消化單元回流的消化污泥部分或全部進(jìn)入初次沉淀池。
(2)初次沉淀池出水和由二次沉淀池回流的回流污泥一起進(jìn)入曝氣池形成混合液，同時(shí)由厭氧污泥消化單元回流的消化污泥部分或全部進(jìn)入曝氣池。
(3)曝氣池出水的混合液進(jìn)入二次沉淀池，混合液中懸浮的活性污泥和其他固體物質(zhì)在這里沉淀下來與水分離。澄清后的污水去三級(jí)污水處理或作為處理出水排出系統(tǒng);污泥從二次沉淀池底部排出，其中大部分作為回流污泥進(jìn)入曝氣池，剩余污泥排放至污泥濃縮單元。
(4)在污泥濃縮單元，濃縮污泥排放至厭氧污泥消化單元進(jìn)行消化處理。被去除的污泥中的水分(如上清液)回流至污水預(yù)處理或者初次沉淀池或者曝氣池。
(5)厭氧污泥消化單元在厭氧條件下消化污泥，產(chǎn)生為以甲烷為主的沼氣和消化污泥。在污泥消化單元的排出污泥中，一部分消化污泥回流至曝氣池或者初次沉淀池，或者按比例分別回流至曝氣池和初次沉淀池;另一部分消化污泥按國家要求進(jìn)行污泥脫水及處置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述零能耗低污泥產(chǎn)率的城市污水處理方法，其特征在于，所述步驟5消化污泥回流至曝氣池或者初次沉淀池，或者按比例分別回流至曝氣池和初次沉淀池。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述零能耗低污泥產(chǎn)率的城市污水處理方法，其特征在于，所述步驟1初次沉淀池接受的消化污泥來自步驟5。同時(shí)，經(jīng)過預(yù)處理的城市污水進(jìn)入初次沉淀池。
4.根據(jù)權(quán)利要求1和2所述零能耗低污泥產(chǎn)率的城市污水處理方法，其特征在于，所述步驟2曝氣池接受的消化污泥來自步驟5或者來自步驟1，或者同時(shí)來自步驟5和步驟1;在曝氣池中，采用鼓風(fēng)曝氣或機(jī)械曝氣的方式，增加污水中的溶解氧含量，污水和污泥的混合液在好氧或缺氧的狀況下進(jìn)行生化反應(yīng)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述零能耗低污泥產(chǎn)率的城市污水處理方法，其特征在于，所述步驟3二次沉淀池將污泥和污水分離。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述零能耗低污泥產(chǎn)率的城市污水處理方法，其特征在于，所述步驟4是用重力濃縮或者機(jī)械濃縮或者氣浮濃縮的方法，降低污泥的含水率。
說明書
零能耗低污泥產(chǎn)率的城市污水處理方法
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明屬于一種污水處理技術(shù)，具體是涉及一種城市污水的零能耗低污泥產(chǎn)率的污水處理方法。
背景技術(shù)
隨著我國國民經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展以及城市化進(jìn)程的不斷加快，城鎮(zhèn)生活污水量也大幅增加，并在1999年首次超過工業(yè)廢水排放量，占全國污水排放總量的52.9%。近年來，城鎮(zhèn)生活污水量以年均5%的速度遞增，已成為我國水環(huán)境的主要污染源。城市污水處理是高能耗行業(yè)之一。高能耗一方面導(dǎo)致污水處理成本升高，另一方面也在一定程度上加劇了我國當(dāng)前的能源危機(jī)。因此，開展城市污水處理廠節(jié)能降耗技術(shù)的研究已成為當(dāng)務(wù)之急。城市污水處理廠的能耗支出通常包括電能、燃料及藥劑等方面，其中電耗可占總能耗的80%。電能的消耗主要用于污水污泥的提升、生物處理的供氧和推動(dòng)混合、污泥的處理處置、附屬建筑用電和廠區(qū)照明等方面，其中約40%～50%的電耗用于曝氣池供氧。因此，一方面節(jié)省電耗是污水處理過程節(jié)能降耗的一個(gè)重點(diǎn)，降低供氧電耗則是最具節(jié)能潛力的環(huán)節(jié)。另一方面，污泥作為一種生物資源，提高污泥的資源化利用則是另一個(gè)重要的技術(shù)發(fā)展途徑。城市污水處理廠污泥主要由沉砂池和初次沉淀池產(chǎn)生的初沉污泥(含水率為96%左右)以及好氧生物處理單元產(chǎn)生的剩余污泥(含水率為99.2%～99.6%)組成。城市污泥含水率高，體積龐大，有機(jī)物含量高達(dá)50%～70%，性質(zhì)不穩(wěn)定。由于濃縮/厭氧消化/脫水工藝能同時(shí)實(shí)現(xiàn)污泥減量化和穩(wěn)定化，且伴有可回收的燃?xì)?甲烷)產(chǎn)生，最終污泥可作為農(nóng)肥回用，故得到廣泛應(yīng)用。
美國專利(US patent application no.20080223783)發(fā)明了一種由好氧膜生物反應(yīng)器和厭氧污泥消化組成的污水處理系統(tǒng)。剩余污泥由好氧膜生物反應(yīng)器排放后，進(jìn)入污泥消化池進(jìn)行厭氧消化。同時(shí)，厭氧污泥循環(huán)回流到好氧膜生物反應(yīng)器。該處理方法具有高效和低污泥產(chǎn)率的特點(diǎn)。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種零能耗低污泥產(chǎn)率的城市污水處理方法。其特征在于，通過污泥厭氧消化和污水好氧處理技術(shù)的綜合利用，提高沼氣氣產(chǎn)量和降低消化污泥的排放量，從而通過甲烷氣能量的回收利用可以完全提供污水和污泥處理的能耗(電能和熱能)。具體包括如下步驟：
(1)經(jīng)過預(yù)處理的污水進(jìn)入初次沉淀池處理，污水中以無機(jī)物為主體的相對(duì)密度大的固體懸浮物在重力作用下被去除。同時(shí)，由污泥消化單元回流的消化污泥部分或全部進(jìn)入初次沉淀池。
(2)初次沉淀池出水和由二次沉淀池回流的回流污泥一起進(jìn)入曝氣池形成混合液，同時(shí)由污泥消化單元回流的消化污泥部分或全部進(jìn)入曝氣池。曝氣采用鼓風(fēng)曝氣或機(jī)械曝氣的方式，目的是增加污水中的溶解氧含量，并且使混合液處于劇烈攪動(dòng)的狀態(tài)，形懸浮狀態(tài)。曝氣池的流態(tài)為推流式或完全混合式，也可為循環(huán)混合式。
(3)曝氣池出水的混合液進(jìn)入二次沉淀池，混合液中懸浮的活性污泥和其他固體物質(zhì)在這里沉淀下來與水分離，澄清后的污水去三級(jí)污水處理或作為出水排出系統(tǒng)。經(jīng)過沉淀濃縮的污泥從沉淀池底部排出，其中大部分作為回流污泥回流至曝氣池，以保證曝氣池內(nèi)的懸浮固體濃度和微生物濃度;剩余污泥排放至污泥濃縮單元進(jìn)行濃縮處理。
(4)剩余污泥在污泥濃縮單元通過重力濃縮或離心濃縮的方式，或采用氣浮濃縮的方式，以達(dá)到減低污泥含水量的目的。被去除的污泥中的水分(如上清液)回流到污水預(yù)處理單元或者初次沉淀池或者曝氣池。濃縮污泥排放至厭氧污泥消化單元進(jìn)行處理。
(5)在厭氧污泥消化單元中，濃縮污泥中的有機(jī)物在厭氧條件下，被細(xì)菌降解為以甲烷為主的沼氣和穩(wěn)定的污泥(消化污泥)。污泥消化采用中溫或者高溫厭氧消化。在污泥消化單元的排出污泥中，一部分消化污泥回流至曝氣池或者初次沉淀池，或者按比例分別回流至曝氣池和初次沉淀池;另一部分消化污泥經(jīng)脫水后按國家要求進(jìn)行污泥處置。
所述步驟1是初次沉淀池接受污水預(yù)處理單元的來水，體積較大的懸浮物、漂浮物和比重較大的無機(jī)顆粒以及油脂可被預(yù)處理單元去除，以減輕后續(xù)工藝的負(fù)擔(dān)。初次沉淀池作為污水一級(jí)處理，可作為預(yù)處理單元的一部分。
所述步驟2是用混合液懸浮固體(MLSS)濃度為1000～5000mg/L的活性污泥處理污水，水力停留時(shí)間約為3～10小時(shí)，90%以上的有機(jī)物被去除。整個(gè)曝氣池可為好氧狀態(tài);或者通過控制溶解氧含量，在曝氣池中形成厭氧段、缺氧段和好氧段，或者僅缺氧段和好氧段，從而利于反硝化和硝化反應(yīng)等生物反應(yīng)的的進(jìn)行。
所述步驟3是用二次沉淀池將污泥和污水分離，50%～200%的污泥回流至曝氣池，剩余污泥排放至污泥濃縮單元進(jìn)行濃縮。
所述步驟4是用重力濃縮或者機(jī)械濃縮或者氣浮濃縮的方法，將污泥的含水率降至97%以下，大大減小厭氧消化池的容積。
所述步驟5是用中溫或者高溫厭氧消化由污泥濃縮單元而來的污泥。消化池的生物固體停留時(shí)間(污泥齡)為10天～30天。產(chǎn)生的甲烷氣體做為燃料用來發(fā)電、燒鍋爐、驅(qū)動(dòng)機(jī)械等以回收其中所含的能量，同時(shí)提供污水處理廠運(yùn)行的電能和熱能。
與現(xiàn)有的城市污水處理方法相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)：
1.本發(fā)明采用回流消化污泥至曝氣池或初次沉淀池的方法，使污水中更多的有機(jī)物是在污泥消化池中厭氧降解，因而產(chǎn)生更多的甲烷氣。
2.通過發(fā)電等方式回收的甲烷氣能量，可以完全供給整個(gè)污水處理廠的運(yùn)行的所需的電能和熱能(維持中溫或高溫污泥消化)，因而是零能耗的污水處理方法。
3.因?yàn)閰捬跷勰嘞a(chǎn)生的沼氣大大高于常規(guī)的污水處理方法，所以本發(fā)明的污泥產(chǎn)率也大大低于常規(guī)城市污水處理方法，具有污泥產(chǎn)率低的特點(diǎn)。
