CN101973672A - 零能耗的城市污水除磷处理方法 - Google Patents

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Abstract

一种城市污水除磷处理方法，涉及一种污水处理技术。本发明公开了一种零能耗的城市污水除磷处理方法。包括如下步骤：经过预处理的城市污水和回流的消化污泥，一同进入厌氧池进行生化反应；厌氧池出水进入好氧曝气池进行有机物的降解和聚磷菌的摄取磷的反应；好氧曝气池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池或好氧曝气池，或者按比例分别回流至缺氧池和好氧曝气池；另一部分消化污泥经脱水后进行污泥处置。

Description

零能耗的城市污水除磷处理方法
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除磷处理方法。
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***。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
一种零能耗的城市污水除磷处理方法。其特征在于，通过污泥厌氧消化和污水厌氧、好氧生物除磷处理技术的综合利用，大大提高沼气气产量，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进入厌氧池，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池，污水和污泥经搅拌或曝气形成混合液a。
(2)混合液a由厌氧池进入好氧曝气池，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曝气池；好氧曝气池流出的混合液b进入二次沉淀池。
(3)混合液b进入二次沉淀池后，经澄清的污水作为出水排出***或去三级污水处理；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池，剩余污泥排放至污泥浓缩单元。
(4)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。
(5)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，一部分消化污泥回流至厌氧池或者好氧曝气池，或者按比例分别回流至厌氧池和好氧曝气池；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是厌氧池接受污水预处理来来的污水，厌氧池中的溶解氧浓度控制在低于0.2mg/L，以利于聚磷菌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是通过鼓风曝气或机械曝气的方式，控制好氧曝气池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)进行有机物降解和聚磷菌的摄取磷的反应；混合液悬浮固体(MLSS)浓度为1000～5000mg/L，水力停留时间约为3～10小时，90％以上的有机物被去除。
所述步骤3是用二次沉淀池将污泥和污水分离，40％～200％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。
所述步骤4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，大大减小厌氧消化池的容积。
所述步骤5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池或好氧曝气池的方法，使污水中更多的有机物是在污泥消化池中厌氧降解，因而产生更多的甲烷气。
2.本发明是A/O(厌氧/好氧)法除磷工艺的变形，具有其相同的除磷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是本发明零能耗的城市污水除磷处理方法的示意图。
具体实施方式
本发明提供一种零能耗的城市污水除磷处理方法。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，一起进入厌氧池；采用鼓风曝气和机械搅拌的方式使厌氧池中的污水和污泥充分搅动混合，同时控制溶解氧浓度在0.2mg/L以下，以利于聚磷菌的释放磷的生化反应。维持好氧曝气池的溶解氧在2mg/L左右，保证污水中有机物的生物降解和聚磷菌的摄取磷的反应的顺利进行。好氧曝气池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***。在二次沉淀池中，50％～100％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池，部分消化污泥经脱水后按国家要求进行污泥处置。
表1给出了在低浓度城市污水和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，并且总磷的出水浓度达到了一级B的排放标准；在低浓度城市污水的情况下(进水BOD为100mg/L)，本发明每处理1吨污水，可获得0.199kWh的电能；在典型城市污水的情况下(进水BOD为190mg/L)，本发明每处理1吨污水，可获得0.278kWh的电能。因此，在扣除污水和污泥处理的能耗以后，在低浓度城市污水的情况下，本发明仍可获得0.002kWh/m3的电能盈余和0.066kWh/m3的热能盈余；在典型城市污水的情况下，本发明可获得0.033kWh/m3的电能盈余和0.185kWh/m3的热能盈余。并且，本发明的污泥产率只有0.15kgVSS/kgBOD(低浓度城市污水)和0.14kgVSS/kgBOD(典型城市污水)，大大低于常规活性污泥处理方法。
表1.
Figure BSA00000305327500041
A/O法指厌氧/好氧生物除磷法。
a污泥加热由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。

Claims (6)

1.一种零能耗的城市污水除磷处理方法。其特征在于，通过污泥厌氧消化和污水厌氧、好氧生物除磷处理技术的综合利用，大大提高沼气气产量，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进入厌氧池，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池，污水和污泥经搅拌或曝气形成混合液a。
(2)混合液a由厌氧池进入好氧曝气池，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曝气池；好氧曝气池流出的混合液b进入二次沉淀池。
(3)混合液b进入二次沉淀池后，经澄清的污水作为出水排出***或去三级污水处理；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池，剩余污泥排放至污泥浓缩单元。
(4)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。
(5)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，一部分消化污泥回流至厌氧池或者好氧曝气池，或者按比例分别回流至厌氧池和好氧曝气池；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所述零能耗的城市污水除磷处理方法，其特征在于，所述步骤5消化污泥回流至厌氧池或者好氧曝气池，或者按比例分别回流至厌氧池和好氧曝气池。
3.根据权利要求1或2所述零能耗的城市污水除磷处理方法，其特征在于，所述步骤1厌氧池接受的消化污泥来自步骤5；污水和污泥的混合液在厌氧的状况下(溶解氧浓度低于0.2mg/L)进行生化反应。
4.根据权利要求1和2所述零能耗的城市污水除磷处理方法，其特征在于，所述步骤2好氧曝气池接受的消化污泥来自步骤5或者来自步骤1，或者同时来自步骤5和步骤1；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)进行生化反应。
5.根据权利要求1所述零能耗的城市污水除磷处理方法，其特征在于，所述步骤3二次沉淀池将污泥和污水分离，大部分的污泥回流至缺氧池，剩余污泥排放至污泥浓缩单元进行浓缩。
6.根据权利要求1所述零能耗的城市污水除磷处理方法，其特征在于，所述步骤4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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