專利名稱：城市生活污水處理工藝流程及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及生活污水處理的流程及方法，屬于環(huán)境保護(hù)與水資源合理利用技術(shù)領(lǐng)域。
目前，國內(nèi)外的城市污水處理主要采用活性污泥法。其處理工藝流程如下從下水道來的污水進(jìn)入城市污水處理廠，首先經(jīng)過格柵截留污水中大的懸浮物和漂浮物后進(jìn)入沉砂池，去除污水中比重大的砂粒，隨后進(jìn)入初沉池通過重力沉淀作用去除部分懸浮的有機(jī)物顆粒。然后進(jìn)入好氧反應(yīng)池，微生物利用風(fēng)機(jī)提供的氧氣完成對(duì)污水中的部分有機(jī)物的降解，在二沉池中完成微生物污泥與水的分離，上清液排放。為保持曝氣池中足夠的微生物，二沉池中的污泥必須部分回流，剩余污泥進(jìn)入污泥處理系統(tǒng)。
剩余污泥首先進(jìn)入污泥濃縮池，利用重力進(jìn)一步濃縮，隨后進(jìn)行污泥處理。污泥處理方法一般先進(jìn)行厭氧消化池處理，然后通過機(jī)械脫水，最后將脫水的污泥進(jìn)行焚燒或者填埋處置。
活性污泥法處理水城市污水的目標(biāo)主要是去除污水中可生物降解的有機(jī)物，對(duì)于氮、磷、以及難生物降解的有機(jī)物和色度、重金屬等污染物的去除作用很小。所存在的主要問題是1.動(dòng)力消耗高、占地面積大活性污泥法污水處理工藝的核心處理單元為好氧反應(yīng)單元(曝氣反應(yīng)池)，在這里通過曝氣強(qiáng)化溶進(jìn)大量的氧氣，供好氧微生物利用降解污水中的有機(jī)物，也就是水中的COD。污水中的COD包括以下幾部分可溶性快速降解COD、可溶性不可生物降解(惰性)COD、懸浮性可慢速降解的COD、懸浮性不可生物降解的COD。對(duì)于可溶性快速降解的COD，這一部分很容易去除；而對(duì)于不溶性及難溶性物質(zhì)所造成的COD，卻是非常難于去除。為了去除這部分物質(zhì)，必須經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間的曝氣，從而導(dǎo)致整體曝氣時(shí)間的延長(zhǎng)，其結(jié)果導(dǎo)致處理設(shè)施的占地面積，基建投資和運(yùn)行費(fèi)用的增大。物質(zhì)，必須經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間的曝氣，從而導(dǎo)致整體曝氣時(shí)間的延長(zhǎng)，其結(jié)果導(dǎo)致處理設(shè)施的占地面積，基建投資和運(yùn)行費(fèi)用的增大。2.無法有效地去除污水中的氮和磷。
活性污泥法處理工藝只能去除微生物合成所需要的氮和磷，去除率大約在15~21％。
傳統(tǒng)的活性污泥法一般都不具備硝化功能。這是由于硝化菌都是化能自養(yǎng)菌，從NH3-N的氧化中獲取能量，生長(zhǎng)緩慢，相對(duì)于異養(yǎng)細(xì)菌其世代周期長(zhǎng)，往往因?yàn)槭Ｓ辔勰嗟呐懦y以在曝氣池中大量繁殖。所以，在傳統(tǒng)的活性污泥法處理系統(tǒng)中，硝化現(xiàn)象不明顯。但是在低有機(jī)物負(fù)荷時(shí)，硝化功能可以大為改善。所以，為達(dá)到硝化目的，目前國內(nèi)外主要利用降低負(fù)荷、提高停留時(shí)間的方法來達(dá)到硝化的目的。所采用的主要工藝有氧化溝、延時(shí)曝氣。但是這兩種工藝的占地面積和動(dòng)力消耗比傳統(tǒng)的活性污泥法的還高。國內(nèi)外目前多采用A/O(缺氧-好氧)工藝進(jìn)行脫氮，這也是在必須通過延長(zhǎng)曝氣時(shí)間，以較低負(fù)荷運(yùn)行，在降低有機(jī)物濃度的基礎(chǔ)上，提高硝化率。另外，為提高反硝化效率，必須提高回流率以及投加碳源。這勢(shì)必會(huì)增加占地面積、動(dòng)力消耗以及運(yùn)行費(fèi)用。
為了達(dá)到除磷效果，目前采用A-O(厭氧-好氧)工藝，但由于活性污泥法生物量的限制(SS在1500~3000mg/l左右)以及聚磷菌本身聚磷特性的限制，出水中磷的含量一般都高于幾個(gè)mg/l，難以達(dá)到新的污水排放標(biāo)準(zhǔn)。
為了簡(jiǎn)化流程，目前多采用A-A-O(厭氧-缺氧-好氧)同步去除氮和磷的工藝(這里厭氧的目的僅僅是釋放磷)，但這種工藝也存在著曝氣時(shí)間長(zhǎng)、動(dòng)力消耗大、占地面積大和磷的去除率不高的問題以及磷的二次污染問題。3.難以有效去除重金屬和色度以及一些難降解有機(jī)物。。
由于我國多半城市的污水中工業(yè)污水占有較高的比例(可達(dá)50~60％)，所以污水中重金屬和色度污染問題嚴(yán)重。色度一般都是有一些染料等有機(jī)化合物引起，由于這些有機(jī)物非常穩(wěn)定，利用好氧微生物很難去除。
重金屬以離子、膠體或者絡(luò)合物狀態(tài)存在，微生物無法有效去除。更有甚者被轉(zhuǎn)變?yōu)橛袡C(jī)態(tài)(如汞)，增加其毒性。所以利用目前的處理工藝中不能有效的去除重金屬和色度，應(yīng)該尋找更加有效的途徑。
進(jìn)入城市污水中的工業(yè)污水中含有一些苯環(huán)類或者長(zhǎng)璉化合物，這些物質(zhì)是好氧細(xì)菌所無法利用的。這些有機(jī)物在進(jìn)入水體后，在各種細(xì)菌的作用下進(jìn)一步降解，進(jìn)一步污染水體。并且，越來越多的事實(shí)證明這些物質(zhì)是環(huán)境荷爾蒙一大來源。所以一定要去除這些難降解的有機(jī)物。4.產(chǎn)泥量大，有機(jī)物含量高，污泥處理困難且成本高。
在傳統(tǒng)城市污水處理工藝中，發(fā)生污泥量約占總處理污水量體積的0.3％～0.5％。傳統(tǒng)的污泥處理工藝處理費(fèi)用昂貴，約占污水處理廠總運(yùn)行費(fèi)用的20％～50％，投資占污水處理廠總投資的30％～40％。剩余污泥中可以被轉(zhuǎn)化的有機(jī)物只是一些能被溶解的有機(jī)物，只占剩余污泥總量的20~30％。由于剩余污泥中的有機(jī)物得不到良好的去除，剩余污泥的二次污染機(jī)會(huì)相當(dāng)大。另外，由于剩余污泥含水量大，處理成本高。在全國現(xiàn)有污水處理設(shè)施中有污泥穩(wěn)定處理設(shè)施的還不到1/4，處理工藝和配套設(shè)備較為完善的不到1/10。在我國目前僅有的十幾座污泥消化池中，能夠正常運(yùn)行的為數(shù)不多，有些消化池根本就沒有運(yùn)行。某些地方的污水雖然得到了有效治理，但污泥卻沒有得到妥善處理和處置，造成了二次污染。污泥的處理已經(jīng)成為制約污水處理廠良好運(yùn)行的關(guān)鍵。
本發(fā)明的效果1.利用高負(fù)荷的厭氧反應(yīng)器處理污水中大部分的有機(jī)物，減少好氧曝氣池中的曝氣量和停留時(shí)間，大大降低動(dòng)力消耗、減少占地面積以及投資。
由于厭氧反應(yīng)能夠處理高濃度的有機(jī)廢水，并且不需要曝氣，所以其有機(jī)負(fù)荷要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于好氧反應(yīng)(好氧曝氣池)，厭氧反應(yīng)器有機(jī)負(fù)荷能達(dá)到10~20kgCOD/m3.d，而傳統(tǒng)的活性污泥法一般只有0.5kgCOD/m3.d)，這樣就可降低占地面積。由于厭氧反應(yīng)器不象活性污泥法需要曝氣，所以可以節(jié)約大量的動(dòng)力消耗。經(jīng)過厭氧反應(yīng)器處理掉污水中的大部分的有機(jī)物后，出水有機(jī)物含量降低，并且有效的改善出水的可生物降解性，這樣不但有利于自養(yǎng)硝化菌成為優(yōu)勢(shì)菌，而且有利于降低好氧反應(yīng)中的停留時(shí)間，降低動(dòng)力消耗以及占地面積。由于厭氧出水的良好可生化降解性，可以用作反硝化階段的外加碳源，而無須另外投加有機(jī)物，這樣就可以減少反硝化階段的運(yùn)行費(fèi)用，節(jié)約成本。本發(fā)明利用O/A(好氧/缺氧)工藝代替?zhèn)鹘y(tǒng)的A/O(缺氧/好氧)工藝進(jìn)行脫氮，不必進(jìn)行污水的回流，提高脫氮率，降低了動(dòng)力消耗。
傳統(tǒng)工藝?yán)脜捬跸尢幚硎Ｓ辔勰?，效率低下，占地面積大，這是由于首先由于厭氧消化罐屬于最原始的厭氧反應(yīng)器，屬于間歇式的厭氧反應(yīng)器。由于設(shè)計(jì)上以及運(yùn)行上的問題，占地面積大，死區(qū)多，有效容積比率低。另外由于剩余污泥屬于具有細(xì)胞壁的細(xì)胞結(jié)構(gòu)，由于細(xì)胞壁的良好保護(hù)性能，剩余污泥中的大部分有機(jī)物之很難在厭氧消化器中進(jìn)行有效的降解，因此，為了穩(wěn)定剩余污泥，不但造成停留時(shí)間的延長(zhǎng)，反應(yīng)器容積變大，而且剩余的有機(jī)物比較多，有機(jī)物得不到有效的去除。而本發(fā)明采用目前國際上最新型的厭氧反應(yīng)器—膨脹顆粒污泥床厭氧反應(yīng)器，采用全新的設(shè)計(jì)，大大提高了反應(yīng)器的效率。另外由于本發(fā)明中利用厭氧反應(yīng)處理絮凝污泥中的有機(jī)物，這些有機(jī)物仍然是以普通有機(jī)物的狀態(tài)存在，與剩余污泥相比，其可生化性以及降解速度都是非常好的。這樣一來，可以大大的降低停留時(shí)間，減少占地面積以及降低投資。另外，由于厭氧污泥的礦化度高，含水率低(厭氧污泥的含水率一般能達(dá)到80％左右，而好氧污泥的含水率在99％左右。)，脫水效果好于好氧污泥，降低脫水費(fèi)用。由于細(xì)胞的難降解性，所以在利用厭氧反應(yīng)處理的有機(jī)物的剩余污泥量要遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于傳統(tǒng)的消化罐處理剩余污泥的污泥產(chǎn)量，并且消化率也要高于消化罐，最終剩余污泥中的有機(jī)物含量也要低。這樣不但降低剩余污泥的產(chǎn)量、含水率而且能提高剩余污泥的礦化率，最終就會(huì)大大減輕污泥處理成本和費(fèi)用。2.有效的去除污水中的氮、磷、重金屬、色度等難降解的有機(jī)物，與目前城市污水處理工藝相比具有良好的出水水質(zhì)。由于在厭氧反應(yīng)器中有機(jī)物的降解經(jīng)歷了水解、酸化、產(chǎn)酸和產(chǎn)甲烷四個(gè)階段。這樣對(duì)于一些像長(zhǎng)鏈和帶苯環(huán)等的難于被好氧細(xì)菌所降解的有機(jī)物可以通過水解酸化過程成為小分子物質(zhì)或者斷鏈被厭氧微生物所利用，明顯改善城市污水的生物降解性。3.剩余污泥產(chǎn)量低，含水率低以及礦化度高，簡(jiǎn)化污泥處理工藝以及降低剩余污泥的處理成本。由于本發(fā)明在好氧階段的有機(jī)負(fù)荷較一般的傳統(tǒng)活性污泥法還要低，所以好氧污泥產(chǎn)來量也遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于傳統(tǒng)方法。再者，利用最新型的高效厭氧反應(yīng)器EGSB處理好氧剩余污泥，也會(huì)提高污泥的處理效率。另外，由于甲烷菌等厭氧菌的生長(zhǎng)速率遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于好氧細(xì)菌，所以一般來說，厭氧微生物的產(chǎn)率僅僅是好氧微生物的1/10左右。這樣就會(huì)大大的減少城市污水處理廠的污泥產(chǎn)量，減輕處理負(fù)擔(dān)。
利用本工藝可以有效的去除城市污水中的有機(jī)物、色度、重金屬、氮和磷，其出水水質(zhì)要遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于傳統(tǒng)的城市污水處理方法.這些水可以作為多種水源，如冷卻、綠化、景觀用水等，甚至經(jīng)過適當(dāng)處理以后，完全可以作為飲用水的補(bǔ)充水源。這樣，城市污水不但不會(huì)再污染環(huán)境，反而會(huì)解決我國日益嚴(yán)重的水資源短缺問題，有效地為城市提供二次水源。
厭氧反應(yīng)(17)沉淀下來的污泥進(jìn)行機(jī)械脫水(11)，之后進(jìn)行最終處置(12)，填埋或焚燒。風(fēng)機(jī)8提供好氧反應(yīng)單元所需的氧氣。
權(quán)利要求
1.一種城市生活污水處理與凈化工藝流程，城市生活污水經(jīng)過格柵、沉砂池過程預(yù)處理后，其特征在于還要依次經(jīng)過以下過程(1)投加混凝劑(13)(2)混凝反應(yīng)(14)，產(chǎn)生混凝反應(yīng)，混凝懸浮物、膠體狀態(tài)類污染物、難降解的有機(jī)物、磷和重金屬(3)沉淀池(16)，得到其污泥和上清液，上清液進(jìn)入(4)好氧反應(yīng)(5)，在此對(duì)上清液進(jìn)行好氧曝氣經(jīng)過沉淀池(16)得到的污泥進(jìn)入(5)厭氧反應(yīng)(17)，去除大部分有機(jī)物、色度、難降解有機(jī)物、磷和重金屬，并為后面缺氧反應(yīng)(18)中氮的缺氧反硝化提供所需要的COD從好氧反應(yīng)(5)的出水和厭氧反應(yīng)(17)的出水混合后進(jìn)入(6)缺氧反應(yīng)(18)，利用厭氧反應(yīng)(17)出水中的有機(jī)物進(jìn)行反硝化脫氮(7)好氧反應(yīng)(5)，在此再次進(jìn)行好氧曝氣，降解剩余的有機(jī)物(8)二沉池(6)，沉淀有機(jī)物污泥，使污泥和水分離(9)凈化后的水(7)；得到凈化后的水厭氧反應(yīng)(17)處理得到的大部分污泥進(jìn)入(10)脫水(11)，進(jìn)行機(jī)械脫水處理；再經(jīng)過(11)后最終處置(12)，填埋或焚燒
2.按照權(quán)利要求1所說的一種城市生活污水處理與凈化工藝流程，其特征在于(1)去除污水中的有機(jī)物；主要依次經(jīng)過以下流程投加混凝劑(13)、混凝反應(yīng)(14)、沉淀池(16)、厭氧反應(yīng)(17)、好氧反應(yīng)(5)缺氧反應(yīng)(18)、好氧反應(yīng)(5)、二沉池(6)；(2)去除污水中的重金屬，主要依次經(jīng)過以下流程投加混凝劑(13)、混凝反應(yīng)(14)、沉淀池(16)、厭氧反應(yīng)(17)；(3)去除污水中的氮，主要依次經(jīng)過以下流程投加混凝劑(13)、混凝反應(yīng)(14)、沉淀池(16)、好氧反應(yīng)(5)、缺氧反應(yīng)(18)、二沉池(6)；(4)去除污水中的磷，主要依次經(jīng)過以下流程投加混凝劑(13)、混凝反應(yīng)(14)、沉淀池(16)；(5)去除污水中的色度，主要依次經(jīng)過以下流程投加混凝劑(13)、混凝反應(yīng)(14)、沉淀池(16)、厭氧反應(yīng)(17)、好氧反應(yīng)(5)，缺氧反應(yīng)(18)、二沉池(6)；(6)去除污水中的污泥，主要依次經(jīng)過以下流程投加混凝劑(13)、混凝反應(yīng)(14)、沉淀池(16)、二沉池(6)、厭氧反應(yīng)(17)、脫水(11)、最終處置(12)；
3.一種城市生活污水處理與凈化的方法，城市生活污水首先經(jīng)過格柵截留污水中的大的懸浮物和漂浮物、沉砂池去除污水中比重大的砂粒預(yù)處理后，其特征在于還要依次經(jīng)過以下工藝步驟(1)投加混凝劑(13)，產(chǎn)生混凝反應(yīng)，混凝懸浮物、膠體狀態(tài)類污染物、難降解的有機(jī)物、磷和重金屬(2)沉淀池(16)，沉淀混凝反應(yīng)得到的絮凝反應(yīng)物；得到其污泥和上清液(3)好氧反應(yīng)(5)，在此對(duì)上清液進(jìn)行好氧曝氣，微生物降解剩余的有機(jī)物，并把NH3-N在硝化菌的作用下轉(zhuǎn)變?yōu)橄鯌B(tài)氮(4)厭氧反應(yīng)(17)，使有機(jī)物通過水解酸化過程成為小分子物質(zhì)或者斷鏈被厭氧微生物所利用，改善出水的可生物降解性；穩(wěn)定重金屬；去除污水中的大部分色度、有機(jī)物、磷和重金屬；提供后面缺氧反應(yīng)(18)中氮的缺氧反硝化所需要的COD；污水中的NH3-N在硝化菌的作用下完全轉(zhuǎn)變?yōu)橄鯌B(tài)氮，降低污水在好氧反應(yīng)中的停留時(shí)間，降低動(dòng)力消耗以及占地面積；厭氧出水用作反硝化階段的外加碳源，提高污泥礦化度，降低含水率；(5)利用O/A(好氧/缺氧)工藝(依次經(jīng)過好氧反應(yīng)5、缺氧反應(yīng)18、好氧反應(yīng)5)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的A/O(缺氧/好氧)工藝進(jìn)行脫氮(6)沉淀池(16)、二沉池(6)，沉淀有機(jī)物污泥，使污泥和水分離厭氧反應(yīng)(17)處理的剩余污泥進(jìn)入(7)脫水(11)，進(jìn)行機(jī)械脫水處理，再經(jīng)過(8)最終處置(12)(填埋或焚燒)
4.按照權(quán)利要求1、2、和3所說的一種城市生活污水處理與凈化工藝流程和方法，其特征在于混凝劑(13)的主要成分為Al3+或Fe3+的金屬化合物。
5.按照權(quán)利要求1、2和3所說的一種城市生活污水處理與凈化工藝流程和方法，其特征在于厭氧反應(yīng)(17)處理單元采用的是最新型的高效厭氧反應(yīng)器-膨脹顆粒污泥床反應(yīng)器(EGSB)
6.按照權(quán)利要求1、2和3所說的一種城市生活污水處理與凈化工藝流程和方法，其特征在于好氧反應(yīng)單元5所需的氧氣由風(fēng)機(jī)8提供。
全文摘要
一種城市生活污水處理工藝流程及方法，屬于環(huán)保與水資源合理利用技術(shù)領(lǐng)域，解決現(xiàn)有的污水處理耗能高、占地大、無法有效的去除氮、磷、色度、重金屬以及難降解的有機(jī)物等問題。采用的技術(shù)方案是將污水經(jīng)過格柵和沉砂池預(yù)處理后，投加混凝劑，使污水中的磷、重金屬和以膠體及懸浮物狀態(tài)存在的有機(jī)物以污泥的形式進(jìn)入?yún)捬醴磻?yīng)器，經(jīng)過厭氧處理使污泥中的有機(jī)物轉(zhuǎn)化為沼氣。沉淀的上清液經(jīng)過后續(xù)的好氧處理去除有機(jī)物并將氨態(tài)氮轉(zhuǎn)化為硝酸態(tài)氮。厭氧出水與好氧出水混合后再經(jīng)缺氧處理進(jìn)行反硝化脫氮，最后經(jīng)過二次曝氣和沉淀，徹底除去污水中的有機(jī)物，使水質(zhì)得到凈化。本方法具有節(jié)能、高效、水質(zhì)好，設(shè)施占地面積小、投資和處理成本低等特點(diǎn)。
文檔編號(hào)C02F9/02GK1412134SQ0215559
公開日2003年4月23日 申請(qǐng)日期2002年12月13日 優(yōu)先權(quán)日2002年12月13日
發(fā)明者張振家, 李克勛 申請(qǐng)人:南開大學(xué)