CN101891343B - 一种城市污水生物净化并回收资源的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种城市污水生物净化并回收有用资源的方法。该方法包括下述步骤：1)将剩余污泥排入污泥活化池进行好氧曝气；2)将活化污泥与原污水排入污泥吸附池好氧曝气；3)将泥水混合液在沉淀池沉淀；上清液进入污水处理***，净化后污水外排；剩余污泥循环净化处理；4)沉淀池底部污泥与厌氧消化池中的污泥混合厌氧发酵；5)厌氧发酵后有机物转化为甲烷气体回收；6)上清液排入结晶池，投加镁盐、调节pH值，使其转变为鸟粪石沉淀回收；7)结晶池中的上清液进入污水处理***；8)经厌氧发酵后的剩余污泥被排出。通过利用剩余污泥对城市污水处理，既解决了污水净化、利用了其中的污染物，又实现了污泥处置、并提取了污水中的有效资源。
Description
所属技术领域
本发明属于污水和废水的生物净化方法，特别是一种城市污水生物净化并回收有用资源的方法。
背景技术
污水净化处理主要有分离法和转化法两大类。由于城市污水中的污染物绝大部分是溶解和胶体态的有机以及氮磷等无机物，直接分离法在技术上要求高、处理成本高昂，现阶段直接分离法难于普遍应用于净化城市污水。对城市污水的净化处理，基本上采用的都是生物转化法或生物转化-分离法。这些方法都是采用基于河流与土壤自然净化机理的人工强化微生物转化，利用微生物代谢将耗氧污染物等转化为在自然环境中生物稳定的物质。由于微生物在好氧环境下氧化有机物迅速且彻底，因此污水生物转化也多是采用好氧条件下的生物氧化。在好氧生物处理中就要向污水中不断充氧来满足微生物的需要，因而这一过程要消耗大量的能量。传统污水生物净化处理成为能量的净消耗过程。城市污水处理厂″建得起″，但能耗所导致的高昂的日常运行费，致使城市污水处理设施常″运行不起″的问题在我国普遍存在，污水净化处理的高耗能问题成为制约污水处理普及的环节之一。
城市生活污水中的污染物很大部分是来自人的***物，这些本来都是可以作为农作物和花木的肥料的，但出于卫生等方面的考虑以及收集运输手段的限制，人们只能借助水将这部分物质从生活场所排出。这部分物质经水冲刷后变成了污水，最终经下水管道被携带到污水处理厂。城市排水***使得原本在源头分散的、难于实现单独收集与处理的屎尿，在污水处理厂被集中了起来，但它们却变成了低浓度的污水。从物质循环的角度看，这些城市的废弃物——污水也是以另—种形式存在着的资源：其中的有机物所蓄含着能量，可以用来产生能源；氮和磷可以作为肥料。但是由于这些物质在污水中浓度较低并且难于从污水里分离出来，再加上污水的体积大，所以城市污水中的这些物质难于直接资源化利用，目前只能将它们氧化分解或去除掉来达到净化污水的目的，并且在净化污水的同时还要产生固体废弃物——剩余污泥。这些污泥仍然需要进一步处置可以安全地排放到环境中去。污泥处置费用约占污水处理厂总运行费用的近一半。如何既可以净化污水、解决污泥处置，又可以利用其中的污染物、提取有效资源问题，是现代城市污水处理厂亟待解决的一个问题。
发明内容
本发明解决现行城市污水处理技术问题的目的是提供一种新的城市污水生物净化并回收有用资源的方法，该方法通过将污水处理、污染物资源化回收以及污泥处置三者有机结合起来，从而实现净化污水、提取污染物资源、节约成本。
本发明的目的是通过下述技术方案———种城市污水生物净化并回收有用资源的方法来实现的，其特征在于该方法包括如下步骤：
1)将污水处理***产生的剩余污泥排入污泥活化池进行30min的好氧曝气；使D0保持在2-4mg/L，将污泥活化；
2)将活化后的污泥与原污水按体积比1∶1-3的比例排入污泥吸附池，进行好氧曝气30min；D0保持在1-2mg/L；
3)将步骤2)经好氧曝气后的泥水混合液排入沉淀池沉淀1.5-2h；经沉淀后的上清液进入传统污水处理***，污水中的污染物被氧化分解，净化后的污水外排；同时净化产生的剩余污泥进入污泥活化池进行循环净化处理；
4)沉淀池底部吸附有污染物的污泥则按一定比例投入厌氧消化池，与与厌氧消化池中的厌氧污泥按1-2∶1的比例混合，进行厌氧发酵；
5)经厌氧发酵后的污泥中有机物转化为甲烷气体，并回收；
6)经厌氧发酵沉淀后的上清液排入结晶池，投加镁盐，并用NaOH调节pH值至10-14，使其中铵和磷酸盐转变为鸟粪石沉淀，并回收；
7)结晶池中的上清液进入传统污水处理***；
8)经厌氧发酵后的剩余污泥被排出。
所述步骤4)中厌氧发酵温度为30-40℃，厌氧发酵时间10-16h。
所述步骤6)中投加镁盐为氯化镁、硫酸镁或氧化镁。
本发明的关键之一是步骤1)将剩余污泥进行短时的好氧曝气，能使其活性和吸附能力显著提高，然后与污水进行混合进行充氧搅拌，这样有利于污泥中微生物对污水中有机物、氨和磷酸盐的吸附、吸收；关键之二是步骤3)将污泥投入到污泥厌氧消化池中，利用具有厌氧水解和发酵能力的污泥来将吸附了污染物的污泥分解、将有机物直接转化为能源物质甲烷，并且释放出氨和磷酸盐。这样污水不经生物好氧氧化，其中的部分污染物就被去除、得到了净化；氮磷则被浓缩，有利于化学沉淀回收。
本发明通过利用城市污水处理厂的废弃物——剩余污泥，将城市污水中部分有机物和氨和磷酸盐吸附、吸收，通过污泥的自身沉淀与污水分离；并且污泥直接进入厌氧消化阶段，在污泥处理的同时也将吸附的有机物、氨和磷酸盐释放出来，将有机物转化为甲烷，并将高浓度的氨和磷酸盐可以通过已有的化学沉淀法，以鸟粪石形式回收。通过对城市污水的剩余污泥的净化处理，解决了既可以净化污水、利用其中的污染物，又实现了污泥处置、并提取其中有效资源的目的。
附图说明
图1是本发明工艺流程图。
具体实施方式
下面通过附图和具体实施例对本发明做进一步说明。
本发明的具体工艺流程如图1所示，工艺构筑物是在已有的传统污水处理工艺中，增加污泥活化池、污泥吸附池、沉淀池和结晶池这四个环节，其中：污泥活化池、污泥吸附池、沉淀池、厌氧消化池和结晶池依次通过管线连通；在污泥活化池、污泥吸附池中设有与池外用于曝气的空气泵相连的曝气管；沉淀池上设有上清液出水管道，下方设有污泥排出管道，该管道与污泥厌氧消化池相连通；污泥厌氧消化池设有上清液与甲烷排出管线，以及剩余污泥排出管口；污泥厌氧消化池的上清液排出管线与结晶池连通。
本发明利用剩余污泥将污水中部分污染物回收，未能回收部分则在传统处理流程中被氧化分解，使污水净化。污泥消化就借助污水处理厂已有的厌氧消化池进行。
本发明将城市污水处理厂产生的准备送往消化池的剩余污泥，将污水中部分污染物转移到污泥中，再回收。这样既减少了需要净化的污染物量、降低了能耗，也使得污染物在污泥中“富集”，有利于回收。
经过本发明的处理，污水中25％以上的有机物、氨和磷酸盐可以回收，污水中只有不到75％的污染物是在污水净化中被氧化分解。本发明较传统城市污水生物处理能耗可以降低30％以上，且回收能源-甲烷和化肥-鸟粪石，减少污泥处置负担。
实施例1
1)将城市污水处理厂产生的剩余脱水前浓缩污泥(SS为4000mg/L)排入污泥活化池进行好氧曝气30min，使D0保持在2mg/L，将污泥活化；
2)然后将活化后的污泥与城市污水(COD 260-500mg/L，SS 220-350mg/L，氨氮24-40mg/L，溶解性磷酸盐2-5mg/L)按原污水按体积比1∶3的比例混合，排入污泥吸附池进行好氧曝气30min，使污泥与污水充分混合，D0控制在1mg/L；
3)将经步骤2)好氧曝气后的泥水混合液进入沉淀池，沉淀1.5h，经沉淀后的上清液(COD约160-240mg/L、SS 100-130mg/L、氨氮10-20mg/L和磷1-2mg/L)进入传统污水净化***，污水中的污染物被氧化分解，净化后的污水达到C0D≤60mg/L、SS≤30mg/L、氨氮≤8mg/L和磷≤1mg/L后外排；同时净化产生的剩余污泥进入污泥活化池进行活化处理；
4)沉淀池底部吸附有污染物的污泥则与厌氧消化池中的污泥则按体积比2∶1的比例投入污泥消化池，在35℃下厌氧发酵16h；
5)经厌氧发酵后的污泥中有机物转化为甲烷气体，并回收；
6)经厌氧发酵沉淀后的上清液含氨氮可达70-120mg/L、磷酸盐磷6-15mg/L。相对原水，浓度提高至3倍以上。投加氯化镁、并用NaOH调节pH至10后，使其中铵和磷酸盐转变为鸟粪石，并回收；经核算原污水中35％的污染物被回收；
7)结晶池中的上清液进入传统污水处理***；
8)经厌氧发酵后的剩余污泥被排出。
实施例2
1)将城市污水处理厂产生的剩余脱水前浓缩污泥(SS为4000mg/L)排入污泥活化池进行好氧曝气30min，使D0保持在4mg/L，将污泥活化；
2)然后将活化后的污泥与城市污水(COD 260-500mg/L，SS 220-350mg/L，氨氮24-40mg/L，溶解性磷酸盐2-5mg/L)按原污水按体积比1∶1的比例混合，排入污泥吸附池进行好氧曝气30min，使污泥与污水充分混合，D0控制在2mg/L；
3)将经步骤2)好氧曝气后的泥水混合液进入沉淀池，沉淀2h，经沉淀后的上清液(COD约160-240mg/L、SS 100-130mg/L、氨氮10-20mg/L和磷1-2mg/L)进入传统污水净化***，污水中的污染物被氧化分解，净化后的污水达到C0D≤60mg/L、SS≤30mg/L、氨氮≤8mg/L和磷≤1mg/L后外排；同时净化产生的剩余污泥进入污泥活化池进行活化处理；
4)沉淀池底部吸附有污染物的污泥则与厌氧消化池中的污泥则按体积比1∶1的比例投入污泥消化池，在30℃下厌氧发酵12h；
5)经厌氧发酵后的污泥中有机物转化为甲烷气体，并回收；
6)经厌氧发酵沉淀后的上清液含氨氮40-80mg/L，磷8-10mg/L，相对原水，浓度提高了2倍。投加硫酸镁、并用NaOH调节pH至12后，使其中铵和磷酸盐转变为鸟粪石，并回收；经核算原污水中30％的污染物被回收；
7)结晶池中的上清液进入传统污水处理***；
8)经厌氧发酵后的剩余污泥被排出。
实施例3
1)将城市污水处理厂产生的剩余脱水前浓缩污泥(SS为4000mg/L)排入污泥活化池进行好氧曝气30min，使D0保持在3mg/L，将污泥活化；
2)然后将活化后的污泥与城市污水(COD 260-500mg/L，SS 220-350mg/L，氨氮24-40mg/L，溶解性磷酸盐2-5mg/L)按原污水按体积比1∶2的比例混合，排入污泥吸附池进行好氧曝气30min，使污泥与污水充分混合，D0控制在1.5mg/L；
3)将经步骤2)好氧曝气后的泥水混合液进入沉淀池，沉淀2h，经沉淀后的上清液(COD约160-240mg/L、SS 100-130mg/L、氨氮10-20mg/L和磷1-2mg/L)进入传统污水净化***，污水中的污染物被氧化分解，净化后的污水达到C0D≤60mg/L、SS≤30mg/L、氨氮≤8mg/L和磷≤1mg/L后外排；同时净化产生的剩余污泥进入污泥活化池进行活化处理；
4)沉淀池底部吸附有污染物的污泥则与厌氧消化池中的污泥则按体积比2∶1的比例投入污泥消化池，在40℃下厌氧发酵10h；
5)经厌氧发酵后的污泥中有机物转化为甲烷气体，并回收；
6)经厌氧发酵沉淀后的上清液含氨氮达70-120mg/L、磷酸盐磷6-15mg/L，相对原水，浓度提高了3倍。投加氧化镁、并用NaOH调节pH至14后，使其中铵和磷酸盐转变为鸟粪石，并回收；经核算原污水中30％的污染物被回收；
7)结晶池中的上清液进入传统污水处理***；
8)经厌氧发酵后的剩余污泥被排出。
实施效果
通过本发明技术的实施，(1)能够降低城市污水处理厂或者区域生活污水处理站的电耗在30-50％；(2)污水处理过程产生的、需要外排的污泥固体废弃物的量也将减少70-80％；(3)同时回收沼气和可用于肥田的鸟粪石化肥。因此本发明具有显著的节能、降耗和资源回收的效益。
Claims (4)
1.一种城市污水生物净化并回收资源的方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：
1)将污水处理***产生的剩余污泥排入污泥活化池进行短时的好氧曝气；
2)将活化后的污泥与原污水按体积比1∶1-3的比例排入污泥吸附池，进行好氧曝气；
3)将步骤2)经好氧曝气后的泥水混合液排入沉淀池进行沉淀；经沉淀后的上清液进入传统污水处理***，污水中的污染物氧化分解，净化后的污水外排；同时净化产生的剩余污泥进入污泥活化池进行循环净化处理；
4)沉淀池底部吸附有污染物的污泥则按体积比1-2∶1的比例投入厌氧消化池，与厌氧消化池中的厌氧污泥混合，进行厌氧发酵；
5)经厌氧发酵后的污泥中有机物转化为甲烷气体，并回收；
6)经厌氧发酵沉淀后的上清液排入结晶池，投加镁盐、并用NaOH调节pH值，使其中铵和磷酸盐转变为鸟粪石沉淀，并回收；
7)结晶池中的上清液进入传统污水处理***；
8)经厌氧发酵后的剩余污泥被排出。
2.按照权利要求1所述的城市污水生物净化并回收资源的方法，其特征在于，该方法进一步包括如下步骤：
1)将污水处理***产生的剩余污泥排入污泥活化池进行30min的好氧曝气；使D0保持在2-4mg/L，将污泥活化；
2)将活化后的污泥与原污水按体积比1∶1-3的比例排入污泥吸附池，进行好氧曝气30min；D0保持在1-2mg/L；
3)将步骤2)经好氧曝气后的泥水混合液排入沉淀池，沉淀1.5-2h；经沉淀后的上清液进入传统污水处理***，污水中的污染物被氧化分解，净化后的污水外排；同时净化产生的剩余污泥进入污泥活化池进行活化处理；
4)沉淀池底部吸附有污染物的污泥则与厌氧消化池中的污泥则按体积比1-2∶1的比例混合，进行厌氧发酵；
5)经厌氧发酵后的污泥中有机物转化为甲烷气体，并回收；
6)经厌氧发酵沉淀后的上清液排入结晶池，投加镁盐，并用NaOH调节pH值至10-14，使其中铵和磷酸盐转变为鸟粪石沉淀，并回收；
7)结晶池中的上清液进入传统污水处理***；
8)经厌氧发酵后的剩余污泥被排出。
3.按照权利要求1所述的城市污水生物净化并回收资源的方法，其特征在于，所述步骤4)中厌氧发酵温度为30-40℃，厌氧发酵时间10-16h。
4.按照权利要求1所述的城市污水生物净化并回收资源的方法，其特征在于，所述步骤6)中投加镁盐为氯化镁或硫酸镁。
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