專利名稱：零能耗低污泥產(chǎn)率的城市污水處理方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于一種污水處理技術(shù)，具體是涉及一種城市污水的零能耗低污泥產(chǎn)率的 污水處理方法。
背景技術(shù)：
隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展以及城市化進(jìn)程的不斷加快，城鎮(zhèn)生活污水量也大 幅增加，并在1999年首次超過(guò)工業(yè)廢水排放量，占全國(guó)污水排放總量的52. 9%。近年來(lái)，城 鎮(zhèn)生活污水量以年均5%的速度遞增，已成為我國(guó)水環(huán)境的主要污染源。城市污水處理是高 能耗行業(yè)之一。高能耗一方面導(dǎo)致污水處理成本升高，另一方面也在一定程度上加劇了我 國(guó)當(dāng)前的能源危機(jī)。因此，開(kāi)展城市污水處理廠節(jié)能降耗技術(shù)的研究已成為當(dāng)務(wù)之急。城 市污水處理廠的能耗支出通常包括電能、燃料及藥劑等方面，其中電耗可占總能耗的80%。 電能的消耗主要用于污水污泥的提升、生物處理的供氧和推動(dòng)混合、污泥的處理處置、附屬 建筑用電和廠區(qū)照明等方面，其中約40% 50%的電耗用于曝氣池供氧。因此，一方面節(jié) 省電耗是污水處理過(guò)程節(jié)能降耗的一個(gè)重點(diǎn)，降低供氧電耗則是最具節(jié)能潛力的環(huán)節(jié)。另 一方面，污泥作為一種生物資源，提高污泥的資源化利用則是另一個(gè)重要的技術(shù)發(fā)展途徑。 城市污水處理廠污泥主要由沉砂池和初次沉淀池產(chǎn)生的初沉污泥(含水率為96%左右)以 及好氧生物處理單元產(chǎn)生的剩余污泥(含水率為99. 2% 99. 6% )組成。城市污泥含水 率高，體積龐大，有機(jī)物含量高達(dá)50% 70%，性質(zhì)不穩(wěn)定。由于濃縮/厭氧消化/脫水工 藝能同時(shí)實(shí)現(xiàn)污泥減量化和穩(wěn)定化，且伴有可回收的燃?xì)?甲烷)產(chǎn)生，最終污泥可作為農(nóng) 肥回用，故得到廣泛應(yīng)用。美國(guó)專利(USpatent application no. 20080223783)發(fā)明了一種由好氧膜生物 反應(yīng)器和厭氧污泥消化組成的污水處理系統(tǒng)。剩余污泥由好氧膜生物反應(yīng)器排放后，進(jìn)入 污泥消化池進(jìn)行厭氧消化。同時(shí)，厭氧污泥循環(huán)回流到好氧膜生物反應(yīng)器。該處理方法具 有高效和低污泥產(chǎn)率的特點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種零能耗低污泥產(chǎn)率的城市污水處理方法。其特征在 于，通過(guò)污泥厭氧消化和污水好氧處理技術(shù)的綜合利用，提高沼氣氣產(chǎn)量和降低消化污泥 的排放量，從而通過(guò)甲烷氣能量的回收利用可以完全提供污水和污泥處理的能耗(電能和 熱能)。具體包括如下步驟(1)經(jīng)過(guò)預(yù)處理的污水進(jìn)入初次沉淀池處理，污水中以無(wú)機(jī)物為主體的相對(duì)密度 大的固體懸浮物在重力作用下被去除。同時(shí)，由污泥消化單元回流的消化污泥部分或全部 進(jìn)入初次沉淀池。(2)初次沉淀池出水和由二次沉淀池回流的回流污泥一起進(jìn)入曝氣池形成混合 液，同時(shí)由污泥消化單元回流的消化污泥部分或全部進(jìn)入曝氣池。曝氣采用鼓風(fēng)曝氣或機(jī) 械曝氣的方式，目的是增加污水中的溶解氧含量，并且使混合液處于劇烈攪動(dòng)的狀態(tài)，形懸浮狀態(tài)。曝氣池的流態(tài)為推流式或完全混合式，也可為循環(huán)混合式。(3)曝氣池出水的混合液進(jìn)入二次沉淀池，混合液中懸浮的活性污泥和其他固體 物質(zhì)在這里沉淀下來(lái)與水分離，澄清后的污水去三級(jí)污水處理或作為出水排出系統(tǒng)。經(jīng)過(guò) 沉淀濃縮的污泥從沉淀池底部排出，其中大部分作為回流污泥回流至曝氣池，以保證曝氣 池內(nèi)的懸浮固體濃度和微生物濃度；剩余污泥排放至污泥濃縮單元進(jìn) 行濃縮處理。(4)剩余污泥在污泥濃縮單元通過(guò)重力濃縮或離心濃縮的方式，或采用氣浮濃縮 的方式，以達(dá)到減低污泥含水量的目的。被去除的污泥中的水分(如上清液)回流到污水 預(yù)處理單元或者初次沉淀池或者曝氣池。濃縮污泥排放至厭氧污泥消化單元進(jìn)行處理。(5)在厭氧污泥消化單元中，濃縮污泥中的有機(jī)物在厭氧條件下，被細(xì)菌降解為以 甲烷為主的沼氣和穩(wěn)定的污泥(消化污泥)。污泥消化采用中溫或者高溫厭氧消化。在污 泥消化單元的排出污泥中，一部分消化污泥回流至曝氣池或者初次沉淀池，或者按比例分 別回流至曝氣池和初次沉淀池；另一部分消化污泥經(jīng)脫水后按國(guó)家要求進(jìn)行污泥處置。所述步驟1是初次沉淀池接受污水預(yù)處理單元的來(lái)水，體積較大的懸浮物、漂浮 物和比重較大的無(wú)機(jī)顆粒以及油脂可被預(yù)處理單元去除，以減輕后續(xù)工藝的負(fù)擔(dān)。初次沉 淀池作為污水一級(jí)處理，可作為預(yù)處理單元的一部分。所述步驟2是用混合液懸浮固體(MLSS)濃度為1000 5000mg/L的活性污泥處 理污水，水力停留時(shí)間約為3 10小時(shí)，90%以上的有機(jī)物被去除。整個(gè)曝氣池可為好氧 狀態(tài)；或者通過(guò)控制溶解氧含量，在曝氣池中形成厭氧段、缺氧段和好氧段，或者僅缺氧段 和好氧段，從而利于反硝化和硝化反應(yīng)等生物反應(yīng)的的進(jìn)行。所述步驟3是用二次沉淀池將污泥和污水分離，50% 200%的污泥回流至曝氣 池，剩余污泥排放至污泥濃縮單元進(jìn)行濃縮。所述步驟4是用重力濃縮或者機(jī)械濃縮或者氣浮濃縮的方法，將污泥的含水率降 至97%以下，大大減小厭氧消化池的容積。所述步驟5是用中溫或者高溫厭氧消化由污泥濃縮單元而來(lái)的污泥。消化池的生 物固體停留時(shí)間(污泥齡)為10天 30天。產(chǎn)生的甲烷氣體做為燃料用來(lái)發(fā)電、燒鍋爐、 驅(qū)動(dòng)機(jī)械等以回收其中所含的能量，同時(shí)提供污水處理廠運(yùn)行的電能和熱能。與現(xiàn)有的城市污水處理方法相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)1.本發(fā)明采用回流消化污泥至曝氣池或初次沉淀池的方法，使污水中更多的有機(jī) 物是在污泥消化池中厭氧降解，因而產(chǎn)生更多的甲烷氣。2.通過(guò)發(fā)電等方式回收的甲烷氣能量，可以完全供給整個(gè)污水處理廠的運(yùn)行的所 需的電能和熱能(維持中溫或高溫污泥消化)，因而是零能耗的污水處理方法。3.因?yàn)閰捬跷勰嘞a(chǎn)生的沼氣大大高于常規(guī)的污水處理方法，所以本發(fā)明的污 泥產(chǎn)率也大大低于常規(guī)城市污水處理方法，具有污泥產(chǎn)率低的特點(diǎn)。


圖1是本發(fā)明零能耗低污泥產(chǎn)率的城市污水處理方法的示意圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明提供一種零能耗低污泥產(chǎn)率的污水處理方法。以下結(jié)合圖1列舉實(shí)例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行說(shuō)明。污水進(jìn)水水量為10萬(wàn)噸/天。經(jīng)過(guò)粗、細(xì)格柵等預(yù)處理的城市污水首先進(jìn)入初次 沉淀池去除比重較大的懸浮顆粒，然后初次沉淀池出水和回流的活性污泥以及由污泥消化 池回流的消化污泥，一起進(jìn)入曝氣池形成混合液。曝氣池采用鼓風(fēng)曝氣的方式，使混合液處 于劇烈攪動(dòng)的狀態(tài)，形懸浮狀態(tài)。通過(guò)控制曝氣池溶解氧含量，使曝氣池前段溶解氧含量在 0. 2mg/L左右，形成缺氧段以利于脫氮反應(yīng)的進(jìn)行。維持曝氣池后段的溶解氧在2mg/L左 右，保證污水中有機(jī)物的生物降解和硝化反應(yīng)的順利進(jìn)行。曝氣池出水的混合液進(jìn)入二次 沉淀池，混合液中懸浮的活性污泥和其他固體物質(zhì)在這里沉淀下來(lái)與水分離，澄清后的污 水去三級(jí)污水處理或作為處理水排出系統(tǒng)。在二次沉淀池中，50 % 150 %的污泥回流至曝 氣池，剩余污泥排放至污泥濃縮單元進(jìn)行濃縮。剩余污泥在污泥濃縮單元通過(guò)重力濃縮的 方式，使?jié)饪s污泥的含水率低于97%。濃縮池的上清液回流到污水預(yù)處理單元同污水混合 后進(jìn)入初次沉淀池。濃縮污泥排放至厭氧污泥消化池進(jìn)行處理。污泥消化采用中溫厭氧消 化(35°C左右)。在污泥消化池中，污泥中的有機(jī)物在厭氧條件下，被細(xì)菌降解為以甲烷為 主的沼氣和穩(wěn)定的污泥(消化污泥)。部分消化污泥回流至曝氣池，部分消化污泥經(jīng)脫水后 按國(guó)家要求進(jìn)行污泥處置。表1給出了在低濃度城市污水和典型城市污水的情況下(處理水量為10萬(wàn)噸/ 天)，本發(fā)明實(shí)例處理的出水水質(zhì)、由污泥厭氧消化回收的能量和污水污泥處理消耗的能 量。由此表可見(jiàn)，出水水質(zhì)達(dá)到城鎮(zhèn)污水廠二級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)；在低濃度城市污水的情況下(進(jìn) 水BOD為150mg/L)，本發(fā)明每處理1噸污水，可獲得0. 278kffh的電能；在典型城市污水的情 況下(進(jìn)水BOD為300mg/L)，本發(fā)明每處理1噸污水，可獲得0. 325kffh的電能。因此，在扣除 污水和污泥處理的能耗以后，在低濃度城市污水的情況下，本發(fā)明仍可獲得0. 018kffh/m3的 電能盈余和0. 238kffh/m3的熱能盈余；在典型城市污水的情況下，本發(fā)明可獲得0. 054kffh/ m3的電能盈余和0. 370kffh/m3的熱能盈余。并且，本發(fā)明的污泥產(chǎn)率只有0. 08kgVSS/ kgBOD (低濃度城市污水)和0. 07kgVSS/kgB0D (典型城市污水)，大大低于傳統(tǒng)活性污泥處 理方法。表 1
權(quán)利要求
一種零能耗低污泥產(chǎn)率的城市污水處理方法。其特征在于，通過(guò)污泥厭氧消化和污水好氧處理技術(shù)的綜合利用，提高沼氣產(chǎn)量和降低消化污泥的排放量，通過(guò)甲烷氣能量的回收利用從而可以提供污水和污泥處理的能耗(電能和熱能)。具體包括如下步驟(1)經(jīng)過(guò)預(yù)處理的城市污水進(jìn)入初次沉淀池處理，同時(shí)由厭氧污泥消化單元回流的消化污泥部分或全部進(jìn)入初次沉淀池。(2)初次沉淀池出水和由二次沉淀池回流的回流污泥一起進(jìn)入曝氣池形成混合液，同時(shí)由厭氧污泥消化單元回流的消化污泥部分或全部進(jìn)入曝氣池。(3)曝氣池出水的混合液進(jìn)入二次沉淀池，混合液中懸浮的活性污泥和其他固體物質(zhì)在這里沉淀下來(lái)與水分離。澄清后的污水去三級(jí)污水處理或作為處理出水排出系統(tǒng)；污泥從二次沉淀池底部排出，其中大部分作為回流污泥進(jìn)入曝氣池，剩余污泥排放至污泥濃縮單元。(4)在污泥濃縮單元，濃縮污泥排放至厭氧污泥消化單元進(jìn)行消化處理。被去除的污泥中的水分(如上清液)回流至污水預(yù)處理或者初次沉淀池或者曝氣池。(5)厭氧污泥消化單元在厭氧條件下消化污泥，產(chǎn)生為以甲烷為主的沼氣和消化污泥。在污泥消化單元的排出污泥中，一部分消化污泥回流至曝氣池或者初次沉淀池，或者按比例分別回流至曝氣池和初次沉淀池；另一部分消化污泥按國(guó)家要求進(jìn)行污泥脫水及處置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述零能耗低污泥產(chǎn)率的城市污水處理方法，其特征在于，所述步 驟5消化污泥回流至曝氣池或者初次沉淀池，或者按比例分別回流至曝氣池和初次沉淀 池。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述零能耗低污泥產(chǎn)率的城市污水處理方法，其特征在于，所述 步驟1初次沉淀池接受的消化污泥來(lái)自步驟5。同時(shí)，經(jīng)過(guò)預(yù)處理的城市污水進(jìn)入初次沉淀 池。
4.根據(jù)權(quán)利要求1和2所述零能耗低污泥產(chǎn)率的城市污水處理方法，其特征在于，所述 步驟2曝氣池接受的消化污泥來(lái)自步驟5或者來(lái)自步驟1，或者同時(shí)來(lái)自步驟5和步驟1 ； 在曝氣池中，采用鼓風(fēng)曝氣或機(jī)械曝氣的方式，增加污水中的溶解氧含量，污水和污泥的混 合液在好氧或缺氧的狀況下進(jìn)行生化反應(yīng)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述零能耗低污泥產(chǎn)率的城市污水處理方法，其特征在于，所述步 驟3 二次沉淀池將污泥和污水分離。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述零能耗低污泥產(chǎn)率的城市污水處理方法，其特征在于，所述步 驟4是用重力濃縮或者機(jī)械濃縮或者氣浮濃縮的方法，降低污泥的含水率。
全文摘要
一種城市污水處理方法，涉及一種污水處理技術(shù)。本發(fā)明公開(kāi)了一種零能耗低污泥產(chǎn)率的城市污水處理方法。包括如下步驟經(jīng)過(guò)預(yù)處理的城市污水進(jìn)入初沉池，初沉池出水和由二沉池回流的活性污泥一起進(jìn)入曝氣池形成混合液。曝氣池出水的混合液進(jìn)入二沉池，經(jīng)沉淀澄清后的污水去三級(jí)污水處理或作為處理水排放。剩余活性污泥經(jīng)污泥濃縮后，濃縮污泥排放至厭氧污泥消化單元進(jìn)行消化處理。厭氧污泥消化單元在厭氧條件下消化污泥，一部分消化污泥回流至曝氣池或者初沉池，或者按比例分別回流至曝氣池和初沉池；另一部分消化污泥經(jīng)脫水后進(jìn)行污泥處置。通過(guò)甲烷氣能量的回收利用從而可以提供污水和污泥處理的能耗(電能和熱能)。
文檔編號(hào)C02F9/14GK101935131SQ20101020889
公開(kāi)日2011年1月5日 申請(qǐng)日期2010年6月25日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月25日
發(fā)明者余靜 申請(qǐng)人:余靜