CN101935136B - 零能耗低污泥产率的城市污水除磷脱氮处理方法 - Google Patents
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Abstract
一种城市污水除磷脱氮处理方法，涉及一种污水处理技术。本发明公开了一种零能耗低污泥产率的城市污水除磷脱氮处理方法。包括如下步骤：经过预处理的城市污水和由二次沉淀池回流的回流污泥以及回流的消化污泥，一同进入厌氧反应器进行生化反应；厌氧反应器的出水和由好氧反应器回流的混合液进入缺氧反应器，进行反硝化等生化反应；缺氧反应器出水进入好氧反应器进行有机物的降解和硝化反应；好氧反应器出水的混合液进入二次沉淀池进行泥、水分离；剩余活性污泥经污泥浓缩后，浓缩污泥排放至厌氧污泥消化单元进行消化处理。厌氧污泥消化单元在厌氧条件下消化污泥，一部分消化污泥回流至厌氧反应器或者缺氧反应器或者好氧反应器；另一部分消化污泥经脱水后进行污泥处置。
Description
技术领域
本发明属于一种污水处理技术，具体是涉及一种城市污水的零能耗低污泥产率的除磷脱氮污水处理方法。
背景技术
随着我国国民经济的高速发展以及城市化进程的不断加快，城镇生活污水量也大幅增加，并在1999年首次超过工业废水排放量，占全国污水排放总量的52.9％。近年来，城镇生活污水量以年均5％的速度递增，已成为我国水环境的主要污染源。城市污水处理是高能耗行业之一。高能耗一方面导致污水处理成本升高，另一方面也在一定程度上加剧了我国当前的能源危机。因此，开展城市污水处理厂节能降耗技术的研究已成为当务之急。城市污水处理厂的能耗支出通常包括电能、燃料及药剂等方面，其中电耗可占总能耗的80％。电能的消耗主要用于污水污泥的提升、生物处理的供氧和推动混合、污泥的处理处置、附属建筑用电和厂区照明等方面，其中约40％～50％的电耗用于曝气池供氧。因此，一方面节省电耗是污水处理过程节能降耗的一个重点，降低供氧电耗则是最具节能潜力的环节。另一方面，污泥作为一种生物资源，提高污泥的资源化利用则是另一个重要的技术发展途径。城市污水处理厂污泥主要由沉砂池和初次沉淀池产生的初沉污泥(含水率为96％左右)以及好氧生物处理单元产生的剩余污泥(含水率为99.2％～99.6％)组成。城市污泥含水率高，体积庞大，有机物含量高达50％～70％，性质不稳定。由于浓缩/厌氧消化/脱水工艺能同时实现污泥减量化和稳定化，且伴有可回收的燃气(甲烷)产生，最终污泥可作为农肥回用，故得到广泛应用。
美国专利(US patent application no.20080223783)发明了一种由好氧膜生物反应器和厌氧污泥消化组成的污水处理系统。剩余污泥由好氧膜生物反应器排放后，进入污泥消化池进行厌氧消化。同时，厌氧污泥循环回流到好氧膜生物反应器。该处理方法具有高效和低污泥产率的特点。
发明内容
本发明的目的在于提供一种零能耗低污泥产率的城市污水除磷脱氮处理方法。其特征在于，通过污泥厌氧消化和污水生物除磷脱氮等技术的综合利用，提高甲烷气产量和降低消化污泥的排放量，通过甲烷气能量的回收利用从而可以提供污水和污泥处理的能耗(电能和热能)。具体包括如下步骤：
(1)经过预处理的污水和由二次沉淀池而来的回流污泥一同进入厌氧反应器；同时，由厌氧污泥消化单元回流的消化污泥部分或全部进入厌氧反应器。在厌氧反应器中，污水和污泥经曝气或搅拌形成混合液a。
(2)混合液a由厌氧反应器流入缺氧反应器，同时由厌氧污泥消化单元回流的消化污泥部分或全部进入缺氧反应器；混合液b由好氧反应器回流到缺氧反应器。在缺氧反应器中，污水和污泥经曝气或搅拌形成混合液c。
(3)混合液c由缺氧反应器流入好氧反应器，同时由厌氧污泥消化单元回流的消化污泥部分或全部进入好氧反应器。好氧反应器流出的混合液，一部分(混合液b)回流到缺氧反应器，另外一部分(混合液d)进入二次沉淀池。
(4)混合液d进入二次沉淀池后，经澄清的污水去三级污水处理或作为出水排出系统；污泥从二次沉淀池底部排出，其中大部分作为回流污泥进入厌氧反应器，剩余污泥排放至污泥浓缩单元。
(5)在污泥浓缩单元，浓缩污泥排放至厌氧污泥消化单元进行消化处理。被去除的污泥中的水分(如上清液)回流至污水预处理。
(6)厌氧污泥消化单元在厌氧条件下消化污泥，产生为以甲烷为主的沼气和消化污泥。在污泥消化单元的排出污泥中，一部分消化污泥全部回流至厌氧反应器或者缺氧反应器或者好氧反应器，或者按比例分别回流至厌氧反应器或者缺氧反应器或者好氧反应器；另一部分消化污泥按国家要求进行污泥脱水及处置。
所述步骤1是厌氧反应器接受由污水预处理而来的污水，厌氧反应器中的溶解氧浓度控制在低于0.2mg/L，以利于微生物在厌氧条件下释放磷；可设置机械搅拌器或水下推流器，以加强搅拌混合作用。污水预处理可包括粗格栅、细格栅、沉砂池和初沉池等，用以去除体积较大的悬浮物、漂浮物和比重较大的无机颗粒和油脂，以减轻后续工艺的负担。
所述步骤2是利用缺氧反应器进行脱氮反应。混合液b提供反硝化反应所需的硝酸氮和亚硝酸氮。缺氧反应器中的溶解氧浓度控制在低于0.5mg/L，以利于反硝化反应的进行；可设置机械搅拌器或水下推流器，以加强搅拌混合作用。
所述步骤3是通过鼓风曝气或机械曝气的方式，控制好氧反应器中污水和污泥的混合液在好氧的状况下(溶解氧浓度高于0.5mg/L)进行有机物降解和硝化等反应；同时微生物在好氧状况下摄取过量的磷，从而降低处理出水中的磷含量。混合液悬浮固体(MLSS)浓度为1000～5000mg/L，水力停留时间约为3～8小时，90％以上的有机物被去除。作为内循环的混合液b的回流量为100％～300％。
所述步骤4是用二次沉淀池将污泥和污水分离，50％～200％的污泥回流至厌氧反应器，剩余污泥排放至污泥浓缩单元进行浓缩。
所述步骤5是用重力浓缩或者机械浓缩或者气浮浓缩的方法，将剩余污泥的含水率降至97％以下，大大减小厌氧消化单元的容积。
所述步骤6是用中温或者高温厌氧消化由污泥浓缩单元而来的污泥。消化池的生物固体停留时间(污泥龄)为10天～30天。产生的甲烷气体做为燃料用来发电、烧锅炉、驱动机械等以回收其中所含的能量，同时提供污水处理厂运行的电能和热能。
与现有的城市污水处理方法相比，本发明具有以下优点：
1.本发明采用回流消化污泥至厌氧反应器或缺氧反应器或好氧反应器的方法，使污水中更多的有机物是在厌氧污泥消化单元中厌氧降解，因而产生更多的甲烷气。
2.本发明是A2/O法除磷脱氮工艺的变形，具有同等的除磷脱氮效果和工艺简单的优点。
3.通过发电等方式回收的甲烷气能量，可以完全供给整个污水处理厂的运行的所需的电能和热能(维持中温或高温污泥消化)，因而是零能耗的污水除磷脱氮处理方法。
4.因为厌氧污泥消化产生的沼气大大高于常规的污水处理方法，所以本发明的污泥产率也大大低于常规城市污水处理方法，具有污泥产率低的特点。
附图说明
图1是本发明零能耗低污泥产率的城市污水除磷脱氮处理方法的示意图。
具体实施方式
本发明提供一种零能耗低污泥产率的污水除磷脱氮处理方法。以下结合图1列举实例对本发明进行说明。
污水进水水量为10万吨/天。城市污水首先经过粗、细格栅等预处理的去除比重较大的悬浮物，然后和回流的活性污泥以及由污泥消化池回流的消化污泥，一起进入厌氧反应器。聚磷菌在厌氧反应器中将细胞中的磷释放出来；厌氧反应器出水的混合液a流入缺氧反应器，内循环(混合液b)的回流率维持在200％左右，以提供反硝化反应所需的硝态氮；采用鼓风曝气和机械搅拌的方式使缺氧反应器中的污水和污泥充分搅动混合，以利于反硝化反应的进行。维持好氧反应器的溶解氧在2mg/L左右，保证污水中有机物的生物降解和硝化反应的顺利进行。好氧反应器出水的混合液进入二次沉淀池，混合液中悬浮的活性污泥和其他固体物质在这里沉淀下来与水分离，澄清后的污水去三级污水处理或作为处理水排出系统。在二次沉淀池中，50％～150％的污泥回流至曝气池，剩余污泥排放至污泥浓缩单元进行浓缩。剩余污泥在污泥浓缩单元通过重力浓缩的方式，使浓缩污泥的含水率低于97％。浓缩污泥排放至厌氧污泥消化池进行处理。污泥消化采用中温厌氧消化(35℃左右)。在污泥消化池中，污泥中的有机物在厌氧条件下，被细菌降解为以甲烷为主的沼气和稳定的污泥(消化污泥)。部分消化污泥回流至厌氧反应器，部分消化污泥经脱水后按国家要求进行污泥处置。
表1给出了在典型城市污水的情况下(处理水量为10万吨/天)，本发明实例处理的出水水质、由污泥厌氧消化回收的能量和污水污泥处理消耗的能量。由此表可见，出水水质达到城镇污水厂二级排放标准，并且除总磷以外其余指标达到了一级B的排放标准。在典型城市污水进水水质的情况下，本发明由甲烷气回收的电能能够供给整个污水处理厂运行，并可获得0.012kWh/m3的电能盈余和0.479kWh/m3的热能盈余。并且，本发明的污泥产率为0.07kgVSS/kgBOD，仅为常规活性污泥处理方法(0.14kgVSS/kgBOD)的一半。
表1
a污泥由15℃加热到35℃。
b总能耗或单位总能耗不包含污泥加热能耗。污泥加热能耗可利用沼气热能获得，所以不算在总能耗内。
c单位电能收益＝污泥消化单位电能产率-单位总能耗。
Claims (7)
1.一种零能耗低污泥产率的城市污水除磷脱氮处理方法，其特征在于，通过污泥厌氧消化和污水生物除磷脱氮、好氧生物处理技术的综合利用，提高甲烷气产量和降低消化污泥的排放量，通过甲烷气能量的回收利用从而提供污水和污泥处理的电能和热能能耗；具体包括如下步骤：
(1)经过预处理的污水和由二次沉淀池而来的回流污泥一起进入厌氧反应器，同时由厌氧污泥消化单元回流的消化污泥部分或全部进入厌氧反应器；在厌氧反应器中，污水和污泥经曝气或搅拌形成混合液a；
(2)混合液a由厌氧反应器流入缺氧反应器，同时由厌氧污泥消化单元回流的消化污泥部分或全部进入缺氧反应器，混合液b由好氧反应器回流到缺氧反应器；在缺氧反应器中，污水和污泥经曝气或搅拌形成混合液c；
(3)混合液c由缺氧反应器流入好氧反应器，同时由厌氧污泥消化单元回流的消化污泥部分或全部进入好氧反应器；好氧反应器流出的混合液b回流到缺氧反应器，混合液d进入二次沉淀池；
(4)混合液d进入二次沉淀池后，经澄清的污水去三级污水处理或作为出水排出系统；污泥从二次沉淀池底部排出，其中大部分作为回流污泥进入厌氧反应器，剩余污泥排放至污泥浓缩单元；
(5)在污泥浓缩单元，浓缩污泥排放至厌氧污泥消化单元进行消化处理，上清液回流至污水预处理；
(6)厌氧污泥消化单元在厌氧条件下消化污泥，产生为以甲烷为主的沼气和消化污泥；在厌氧污泥消化单元的排出污泥中，一部分消化污泥全部回流至厌氧反应器或者缺氧反应器或者好氧反应器，或者按比例分别回流至厌氧反应器或者缺氧反应器或者好氧反应器，另一部分消化污泥按国家要求进行污泥脱水及处置。
2.根据权利要求1所述零能耗低污泥产率的城市污水除磷脱氮处理方法，其特征在于，所述步骤6消化污泥回流至厌氧反应器或者缺氧反应器或者好氧反应器，或者按比例分别回流至厌氧反应器或者缺氧反应器或者好氧反应器。
3.根据权利要求1或2所述零能耗低污泥产率的城市污水除磷脱氮处理方法，其特征在于，所述步骤1厌氧反应器接受的消化污泥来自步骤6；在厌氧反应器中，污水和污泥的混合液在溶解氧浓度低于0.2mg/L的厌氧状况下进行生化反应。
4.根据权利要求1或2所述零能耗低污泥产率的城市污水除磷脱氮处理方法，其特征在于，所述步骤2缺氧反应器接受的消化污泥来自步骤6；在缺氧反应器中，污水和污泥的混合液在溶解氧浓度低于0.5mg/L的缺氧状况下进行生化反应。
5.根据权利要求1所述零能耗低污泥产率的城市污水除磷脱氮处理方法，其特征在于，所述步骤3好氧反应器接受的消化污泥来自步骤6；在好氧反应器中，污水和污泥的混合液在溶解氧浓度高于0.5mg/L的好氧状况下进行生化反应。
6.根据权利要求1所述零能耗低污泥产率的城市污水除磷脱氮处理方法，其特征在于，所述步骤4二次沉淀池将污泥和污水进行分离。
7.根据权利要求1所述零能耗低污泥产率的城市污水除磷脱氮处理方法，其特征在于，所述步骤5是用重力浓缩或者机械浓缩或者气浮浓缩的方法，降低污泥的含水率。
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