CN104803546A - 一种污水处理厂污泥减量化、资源化处理工艺 - Google Patents
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Abstract
一种污水处理厂污泥减量化、资源化处理工艺，含以下步骤：污水用气浮法处理，产生预处理污水和初沉污泥，将预处理污水经生化处理、二沉池和消毒处理后排放，在二沉池中分离有剩余污泥，将初沉污泥和剩余污泥浓缩，分离出浓缩污泥和上清液；将浓缩污泥厌氧消化反应，消化污泥经脱水、干化处理后焚烧或填埋处理，消化污泥脱水时产生有滤液，沼气经除水脱硫处理后，进行发电和/或热回收处理；将上清液和滤液混合进行脱氮除磷。该工艺强化了污水的初沉效果，提高了初沉污泥产量，将初沉污泥进入生化处理前除去，从源头上减少了剩余污泥产量，将初沉污泥和剩余污泥厌氧消化处理，能获得更高的有机质转化率和沼气产率，能实现污泥的减量化和资源化。
Description
技术领域
本发明属于污水处理工艺技术领域，具体涉及一种污水处理厂污泥减量化、资源化处理工艺。
背景技术
污水处理厂剩余污泥是污水处理过程中的副产物，污水中大概50%的污染物转移到了污泥中。污水处理厂污泥如果得不到及时妥善的处理处置，直接外运、直接农用或任意堆放和不规范的填埋，污染物可能会进入土壤、地表水体和地下水***造成二次污染，从而严重影响水污染控制的实际成效。因此必须对污泥进行妥善的处理和处置，做到无害化、稳定化、减量化。
目前被普遍采用的污水处理厂污泥无害化、稳定化、减量化处理工艺路线以后处理为主，即在污水处理工艺的末端对污水处理过程中产生的污泥进行处理，主要的处理技术包括污泥的厌氧消化、干化和焚烧等，污泥最终处置技术填满和建材利用。目前常见的污水处理厂污泥后处理处置工艺路线如图1中所示。其中污泥厌氧消化技术既可以达到污泥无害化、稳定化、减量化的处理目的，同时可以以沼气的形式回收污泥中的生物质能，从而实现污泥的资源化处理，而且处理过程能耗低（相对于好氧处理），几乎没有二次污染，因此，厌氧消化是公认的最经济有效的污泥处理技术。该技术在欧美得到了普遍应用，在我国应用较少。
污水处理厂污泥以剩余污泥（生物法处理污水产生的生化污泥）为主，对于设有初沉池的污水处理厂的，还包括初沉污泥（初沉池产生的污泥）。初沉污泥由污水中的悬浮固体颗粒物和部分溶解性有机污染物组成，其主要成本是动植物有机体残骸。剩余污泥中的生物质以微生物细胞为主，微生物细胞结构的稳定性决定了其难以生物降解。与剩余污泥相比，初沉污泥有机质含量更高，初沉污泥挥发性有机质的含量为60~70%，而剩余污泥仅有50%左右，同时初沉污泥较剩余污泥更容易生物降解，初沉污泥厌氧消化的有机质转化率高于50%，单位有机质的沼气产率为900mL/gVSre，而剩余污泥厌氧消化的有机质转化率一般为30%，沼气产率为400~500 mL/gVSre。
因此，污泥厌氧消化处理存在有机质转化率和沼气产率较低，或污泥停留时间较长导致处理设置规模较大，投资较高等难题，对于我国污泥有机质含量较低的实际情况来说，这些问题更加突出。这很大程度上影响了污泥厌氧消化技术在我国的推广和应用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种污水处理厂污泥减量化、资源化处理工艺，该工艺通过强化污水的初沉效果，提高了初沉污泥的产量，将初沉污泥进入生化处理单元前除去，从源头上减少了剩余污泥的产量，将初沉污泥和剩余污泥进行厌氧消化处理，能获得更高的有机质转化率和沼气产率，并能实现污泥的减量化和资源化。
本发明的上述目的是通过以下技术方案来实现的：一种污水处理厂污泥减量化、资源化处理工艺，包括以下步骤：
（1）将污水处理厂污水进行预处理后，在絮凝剂的作用下采用加压溶气气浮法处理，产生预处理污水和初沉污泥，将预处理污水经生化处理、二沉池和消毒处理后达标排放，在二沉池中分离有剩余污泥，将初沉污泥和剩余污泥混合形成混合污泥，将混合污泥进行浓缩处理，分离出浓缩污泥和上清液；
（2）将浓缩污泥进行中温厌氧消化反应，产生消化污泥和沼气，消化污泥经脱水、干化处理后焚烧或填埋处理，消化污泥脱水时产生有滤液，沼气经除水脱硫处理后，进行发电和/或热回收处理；
（3）将步骤（1）中的上清液和步骤（2）中的滤液混合，采用鸟粪石沉淀法脱氮除磷，脱氮除磷后的出水回流至步骤（1）中的预处理，然后同污水采用相同后续步骤继续处理。
在上述污水处理厂污泥减量化、资源化处理工艺中：
步骤（1）中所述的预处理优选包括将污水经粗格栅、细格栅和曝气沉砂池处理。
步骤（1）中所述的絮凝剂优选为PAM絮凝剂，其添加量为1~2mg/L。
步骤（1）中在絮凝剂的作用下采用溶气气浮法处理后，能除去污水中50~70%的悬浮颗粒物。
本发明步骤（1）中进入污水处理厂的污水经粗格栅、细格栅和曝气沉砂池等预处理后，再经溶气气浮法处理，在投加絮凝剂的情况下，污水中大部分悬浮颗粒物（SS）以及部分溶解性有机物被去除，形成“初沉污泥”；试验结果表明，在此过程中，50%~70%的悬浮颗粒物（SS）被去除。由于气浮法去除了污水中50%~70%的悬浮颗粒物（SS）以及部分溶解性有机物，因此，此时污水生化处理产生的剩余污泥量将会大大少于未经气浮处理时的剩余污泥产生量，同时，生化处理（好氧生化处理）的能耗约也将会显著降低；据推算，此过程可减少30~40%剩余污泥产量，减少30~40%曝气能耗。
本发明步骤（1）中通过高效溶气气浮法强化污水处理初沉作用，从源头上实现剩余污泥减量的目的。提高了初沉污泥的产量，为后续厌氧消化处理截留了更多有机底物，尤其是沼气产量更高的脂肪、脂肪酸类型有机底物的浓度，从而使厌氧消化***获得更高的有机底物转化率和沼气产率，从而减少了污泥厌氧消化***的建设成本，提高污泥厌氧消化***的经济性。此外，污水在进入好氧生化处理之前截留了大部分有机污染物，降低了污水好氧生化处理的曝气能耗。
另外，气浮可减少“初沉污泥”中的泥沙量，大幅减少进入厌氧消化反应器的泥沙量，为厌氧消化反应器长期稳定运行创造良好条件。
步骤（1）中将混合污泥进行浓缩处理至混合污泥的含水率为92~94%。
本发明步骤（1）中气浮法产生的初沉污泥和二沉池产生的剩余污泥经混合后形成混合污泥，将混合污泥浓缩至含水率92~94%后，进行厌氧消化处理。这里厌氧消化处理反应器可以为全混合厌氧消化反应器（CSTR）。
厌氧消化残余的消化污泥送入污泥脱水设备进行脱水处理。脱水污泥送入污泥干化装置进行干化处理。
步骤（2）中将浓缩污泥进行中温厌氧消化反应时，反应温度为33~37℃，pH值为7.0~7.8。
步骤（2）中沼气进行发电产生的能量包括用于消化污泥干化处理，热回收处理包括将沼气产生的热量用于消化污泥干化处理。
混合污泥厌氧消化产生的沼气经除水脱硫净化处理后，可以进行发电和/或热回收处理，发电处理时，可以通入沼气热电联产机组中，产生的电能并入电网，回收的余热作为污泥干化的热源输送给污泥干化装置，或直接通入沼气锅炉，产生热源，用于污泥干化。最终所获得的干化污泥可送至垃圾焚烧厂进行焚烧处理或运至垃圾填埋场进行填埋处置。
本发明以污泥厌氧消化产生的沼气为能源对消化污泥进行干化处理，可以实现污泥减量的最大化，由于本发明工艺可以比传统剩余污泥厌氧消化工艺获得更多的沼气，因此在不额外补充能源的情况下，可以获得更好的污泥干化效果。
步骤（3）中采用鸟粪石沉淀法脱氮除磷后产生的鸟粪石作为高效缓释肥待用。
步骤（1）中混合污泥浓缩产生的上清液和步骤（2）中消化污泥脱水产生滤液混合后采用鸟粪石沉淀法脱氮除磷，该上清液和滤液中的NH4+、PO4 3-与外部投加的MgO或MgCl2等镁源生成Mg NH4PO4·6H2O结晶（鸟粪石，高效缓释肥），并通过沉淀法从上述污水中去除；鸟粪石沉淀法脱氮除磷装置的出水回流至污水处理厂前处理***。
采用鸟粪石沉淀法脱氮除磷的主要目的是，由于污水在进入好氧生化处理前，已通过溶气气浮法去除了污水中相当数量的有机污染物，并在厌氧消化反应中将其中大部分有机污染物转化为沼气，最终随浓缩污泥上清液和消化污泥脱水滤液回流的有机污染物仅占很少一部分，试验结果表明上述过程去除了污水中30~40%的COD，而此过程对NH4+、PO4 3-的去除率非常有限，因此，如果不对浓缩污泥上清液和消化污泥脱水滤液进行有效的化学脱氮除磷处理，可能会导致污水生物法脱氮除磷处理因碳源不足而不能达标。
本发明具有如下优点：
（1）本发明通过有效的溶气气浮法处理技术强化污水处理的初沉处理效果，提高了初沉污泥的产量，在污水进入生化处理前将污水中的部分有机污染物有效地物理去除，这样既能节约污水生化处理（好氧）的曝气能耗，又能在源头有效减少污水处理过程中剩余污泥的产量；
（2）本发明通过溶气气浮法对污水进出初沉处理，可减少“初沉污泥”中的泥沙量，大幅减少进入厌氧消化反应器的泥沙量，为厌氧消化反应器长期稳定运行创造良好条件；
（3）本发明通过对溶气气浮法处理后产生的初沉污泥和剩余污泥进行厌氧消化处理，由于强化的初沉处理减少了进入好氧生化处理过程的有机污染物的量，而增加了进入污泥厌氧消化处理初沉污泥的量，从而与传统的剩余污泥厌氧消化处理工艺路线相比，本发明工艺路线可以获得更高的有机质转化率和沼气产率，可以实现更好的污泥减量化和资源化处理效果；
（4）本发明以污泥厌氧消化产生的沼气为能源对消化污泥进行干化处理，可以实现污泥减量的最大化，由于本发明工艺可以比传统剩余污泥厌氧消化工艺获得更多的沼气，因此在不额外补充能源的情况下，可以获得更好的污泥干化效果；
（5）本发明的工艺还与污泥干化处理技术相结合，利用污泥厌氧消化产生的沼气为能源，对最终的消化污泥进行干化处理，可以最大程度的实现污泥减量化处理效果，并能大大减少污泥最终处置的运输和处置成本。
附图说明
图 1 是目前常见的污水处理厂污泥后处理工艺路线；
图 2 是本发明实施例 1中污水处理厂污泥减量化、资源化处理工艺框图。
具体实施方式
实施例1
如图2中所示，本发明提供的污水处理厂污泥减量化、资源化处理工艺，包括以下步骤：
（1）进入污水处理厂的污水经粗格栅、细格栅和曝气沉砂池等预处理后，进入矩形的高效加压溶气气浮装置，在投加PAM絮凝剂（投加量1mg/L）的情况下，污水中大部分悬浮颗粒物（SS）以及部分溶解性有机物被去除，形成“初沉污泥”；试验结果表明，在此过程中，50%~70%的悬浮颗粒物（SS）被去除，经高效溶气气浮装置处理后的污水分别经生化处理单元（好氧，A2O法）、二沉池和消毒处理后达标排放，由于气浮单元去除了污水中50%~70%的悬浮颗粒物（SS）以及部分溶解性有机物，因此，此时污水生化处理单元产生的剩余污泥量将会大大少于未经气浮处理时的剩余污泥产生量，同时，好氧生化处理单元的能耗约也将会显著降低；据推算，此过程可减少30~40%剩余污泥产量，减少30~40%曝气能耗。
（2）气浮装置产生的“初沉污泥”和二沉池产生的剩余污泥分别排入污泥浓缩池，混合污泥浓缩至含水率92%左右后，泵入厌氧消化反应器进行厌氧消化处理。这里厌氧消化反应器为全混合厌氧消化反应器（CSTR）。厌氧消化残余的消化污泥送入污泥脱水设备进行脱水处理。脱水污泥送入污泥干化装置进行干化处理。混合污泥厌氧消化产生的沼气经除水脱硫净化处理用，通入沼气热电联产机组，产生的电能并入电网，回收的余热作为污泥干化的热源输送给污泥干化装置，最终所获得的干化污泥可送至垃圾焚烧厂进行焚烧处理。
（3）污泥浓缩池产生的上清液和消化污泥脱水产生滤液混合后进入鸟粪石沉淀法脱氮除磷装置，上述混合污水中的NH4 +、PO4 3-与外部投加的MgO或MgCl2等镁源生成Mg NH4PO4·6H2O结晶（鸟粪石，高效缓释肥），并通过沉淀法从上述污水中去除；鸟粪石沉淀法脱氮除磷装置的出水回流至污水处理厂预处理***。此过程的主要目的是，由于在本发明中，污水在进入好氧生化处理单元前，已通过高效溶气气浮装置去除了污水中相当数量的有机污染物，并在厌氧消化反应器将将其中大部分转化为沼气，最终随浓缩池上清液和污泥脱水滤液回流的有机污染物仅占很少一部分，试验结果表明上述过程去除了污水中30~40%的COD，而此过程对NH4 +、PO4 3-的去除率非常有限，因此，如果不对浓缩池上清液和污泥脱水滤液进行有效的化学脱氮除磷处理，可能会导致污水生物法脱氮除磷处理因碳源不足而不能达标。
实施例2
如图2中所示，本发明提供的污水处理厂污泥减量化、资源化处理工艺，包括以下步骤：
（1）进入污水处理厂的污水经粗格栅、细格栅和曝气沉砂池等预处理后，进入浅层高效溶气气浮装置，在投加PAM絮凝剂（投加量2mg/L）的情况下，污水中大部分悬浮颗粒物（SS）以及部分溶解性有机物被去除，形成“初沉污泥”；试验结果表明，在此过程中，50%~70%的悬浮颗粒物（SS）被去除，经高效溶气气浮装置处理后的污水分别经生化处理单元（好氧，CASS法）、二沉池和消毒处理后达标排放，由于气浮单元去除了污水中50%~70%的悬浮颗粒物（SS）以及部分溶解性有机物，因此，此时污水生化处理单元产生的剩余污泥量将会大大少于未经气浮处理时的剩余污泥产生量，同时，好氧生化处理单元的能耗约也将会显著降低；据推算，此过程可减少30~40%剩余污泥产量，减少30~40%曝气能耗。
（2）气浮装置产生的“初沉污泥”和二沉池产生的剩余污泥分别排入污泥浓缩池，混合污泥浓缩至含水率94%左右后，泵入厌氧消化反应器进行厌氧消化处理。这里厌氧消化反应器为全混合厌氧消化反应器（CSTR）。厌氧消化残余的消化污泥送入污泥脱水设备进行脱水处理。脱水污泥送入污泥干化装置进行干化处理。混合污泥厌氧消化产生的沼气经除水脱硫净化处理用，通入沼气热电联产机组，产生的电能并入电网，回收的余热作为污泥干化的热源输送给污泥干化装置，最终所获得的干化污泥可送至垃圾焚烧厂进行焚烧处理。
（3）污泥浓缩池产生的上清液和消化污泥脱水产生滤液混合后进入鸟粪石沉淀法脱氮除磷装置，上述混合污水中的NH4 +、PO4 3-与外部投加的MgO或MgCl2等镁源生成Mg NH4PO4·6H2O结晶（鸟粪石，高效缓释肥），并通过沉淀法从上述污水中去除；鸟粪石沉淀法脱氮除磷装置的出水回流至污水处理厂预处理***。此过程的主要目的是，由于在本发明中，污水在进入好氧生化处理单元前，已通过高效溶气气浮装置去除了污水中相当数量的有机污染物，并在厌氧消化反应器将将其中大部分转化为沼气，最终随浓缩池上清液和污泥脱水滤液回流的有机污染物仅占很少一部分，试验结果表明上述过程去除了污水中30~40%的COD，而此过程对NH4 +、PO4 3-的去除率非常有限，因此，如果不对浓缩池上清液和污泥脱水滤液进行有效的化学脱氮除磷处理，可能会导致污水生物法脱氮除磷处理因碳源不足而不能达标。
实施例3
与实施例1不同的是，步骤（2）中混合污泥厌氧消化产生的沼气经除水脱硫净化处理后，直接通入沼气锅炉，产生热源，用于污泥干化。最终所获得的干化污泥运至垃圾填埋场进行填埋处置。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制。其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种污水处理厂污泥减量化、资源化处理工艺，其特征是包括以下步骤：
（1）将污水处理厂污水进行预处理后，在絮凝剂的作用下采用加压溶气气浮法处理，产生预处理污水和初沉污泥，将预处理污水经生化处理、二沉池和消毒处理后达标排放，在二沉池中分离有剩余污泥，将初沉污泥和剩余污泥混合形成混合污泥，将混合污泥进行浓缩处理，分离出浓缩污泥和上清液；
（2）将浓缩污泥进行中温厌氧消化反应，产生消化污泥和沼气，消化污泥经脱水、干化处理后焚烧或填埋处理，消化污泥脱水时产生有滤液，沼气经除水脱硫处理后，进行发电和/或热回收处理；
（3）将步骤（1）中的上清液和步骤（2）中的滤液混合，采用鸟粪石沉淀法脱氮除磷，脱氮除磷后的出水回流至步骤（1）中的预处理，然后同污水采用相同后续步骤继续处理。
2.根据权利要求1所述的污水处理厂污泥减量化、资源化处理工艺，其特征是：步骤（1）中所述的预处理包括将污水经粗格栅、细格栅和曝气沉砂池处理。
3.根据权利要求1所述的污水处理厂污泥减量化、资源化处理工艺，其特征是：步骤（1）中所述的絮凝剂为PAM絮凝剂，其添加量为1~2mg/L。
4.根据权利要求1所述的污水处理厂污泥减量化、资源化处理工艺，其特征是：步骤（1）中在絮凝剂的作用下采用加压溶气气浮法处理后，能除去污水中50~70%的悬浮颗粒物。
5.根据权利要求1所述的污水处理厂污泥减量化、资源化处理工艺，其特征是：步骤（1）中将混合污泥进行浓缩处理至混合污泥的含水率为92~94%。
6.根据权利要求1所述的污水处理厂污泥减量化、资源化处理工艺，其特征是：步骤（2）中将浓缩污泥进行中温厌氧消化反应时，反应温度为33~37℃，pH值为7.0~7.8。
7.根据权利要求1所述的污水处理厂污泥减量化、资源化处理工艺，其特征是：步骤（2）中沼气进行发电产生的能量包括用于消化污泥干化处理，热回收处理包括将沼气产生的热量用于消化污泥干化处理。
8.根据权利要求1所述的污水处理厂污泥减量化、资源化处理工艺，其特征是：步骤（3）中采用鸟粪石沉淀法脱氮除磷后产生的鸟粪石作为高效缓释肥待用。
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