專利名稱：一種城市污水生物凈化并回收資源的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于污水和廢水的生物凈化方法，特別是一種城市污水生物凈化并回收有 用資源的方法。
背景技術(shù)：
污水凈化處理主要有分離法和轉(zhuǎn)化法兩大類。由于城市污水中的污染物絕大部 分是溶解和膠體態(tài)的有機(jī)以及氮磷等無機(jī)物，直接分離法在技術(shù)上要求高、處理成本高昂， 現(xiàn)階段直接分離法難于普遍應(yīng)用于凈化城市污水。對(duì)城市污水的凈化處理，基本上采用的 都是生物轉(zhuǎn)化法或生物轉(zhuǎn)化_分離法。這些方法都是采用基于河流與土壤自然凈化機(jī)理的 人工強(qiáng)化微生物轉(zhuǎn)化，利用微生物代謝將耗氧污染物等轉(zhuǎn)化為在自然環(huán)境中生物穩(wěn)定的物 質(zhì)。由于微生物在好氧環(huán)境下氧化有機(jī)物迅速且徹底，因此污水生物轉(zhuǎn)化也多是采用好氧 條件下的生物氧化。在好氧生物處理中就要向污水中不斷充氧來滿足微生物的需要，因而 這一過程要消耗大量的能量。傳統(tǒng)污水生物凈化處理成為能量的凈消耗過程。城市污水處 理廠"建得起"，但能耗所導(dǎo)致的高昂的日常運(yùn)行費(fèi)，致使城市污水處理設(shè)施常"運(yùn)行不 起"的問題在我國普遍存在，污水凈化處理的高耗能問題成為制約污水處理普及的環(huán)節(jié)之
ο城市生活污水中的污染物很大部分是來自人的排泄物，這些本來都是可以作為農(nóng) 作物和花木的肥料的，但出于衛(wèi)生等方面的考慮以及收集運(yùn)輸手段的限制，人們只能借助 水將這部分物質(zhì)從生活場(chǎng)所排出。這部分物質(zhì)經(jīng)水沖刷后變成了污水，最終經(jīng)下水管道被 攜帶到污水處理廠。城市排水系統(tǒng)使得原本在源頭分散的、難于實(shí)現(xiàn)單獨(dú)收集與處理的屎 尿，在污水處理廠被集中了起來，但它們卻變成了低濃度的污水。從物質(zhì)循環(huán)的角度看，這 些城市的廢棄物——污水也是以另一種形式存在著的資源其中的有機(jī)物所蓄含著能量， 可以用來產(chǎn)生能源；氮和磷可以作為肥料。但是由于這些物質(zhì)在污水中濃度較低并且難于 從污水里分離出來，再加上污水的體積大，所以城市污水中的這些物質(zhì)難于直接資源化利 用，目前只能將它們氧化分解或去除掉來達(dá)到凈化污水的目的，并且在凈化污水的同時(shí)還 要產(chǎn)生固體廢棄物——剩余污泥。這些污泥仍然需要進(jìn)一步處置可以安全地排放到環(huán)境中 去。污泥處置費(fèi)用約占污水處理廠總運(yùn)行費(fèi)用的近一半。如何既可以凈化污水、解決污泥 處置，又可以利用其中的污染物、提取有效資源問題，是現(xiàn)代城市污水處理廠亟待解決的一 個(gè)問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明解決現(xiàn)行城市污水處理技術(shù)問題的目的是提供一種新的城市污水生物凈 化并回收有用資源的方法，該方法通過將污水處理、污染物資源化回收以及污泥處置三者 有機(jī)結(jié)合起來，從而實(shí)現(xiàn)凈化污水、提取污染物資源、節(jié)約成本。本發(fā)明的目的是通過下述技術(shù)方案-種城市污水生物凈化并回收有用資源
的方法來實(shí)現(xiàn)的，其特征在于該方法包括如下步驟
1)將污水處理系統(tǒng)產(chǎn)生的剩余污泥排入污泥活化池進(jìn)行30min的好氧曝氣；使DO 保持在2-4mg/L，將污泥活化；2)將活化后的污泥與原污水按體積比1 1-3的比例排入污泥吸附池，進(jìn)行好氧 曝氣 30min ；DO 保持在 l_2mg/L ；3)將步驟2)經(jīng)好氧曝氣后的泥水混合液排入沉淀池沉淀1. 5-2h ；經(jīng)沉淀后的上 清液進(jìn)入傳統(tǒng)污水處理系統(tǒng)，污水中的污染物被氧化分解，凈化后的污水外排；同時(shí)凈化產(chǎn) 生的剩余污泥進(jìn)入污泥活化池進(jìn)行循環(huán)凈化處理；4)沉淀池底部吸附有污染物的污泥則按一定比例投入?yún)捬跸兀c與厭氧消化 池中的厭氧污泥按1-2 1的比例混合，進(jìn)行厭氧發(fā)酵；5)經(jīng)厭氧發(fā)酵后的污泥中有機(jī)物轉(zhuǎn)化為甲烷氣體，并回收；6)經(jīng)厭氧發(fā)酵沉淀后的上清液排入結(jié)晶池，投加鎂鹽，并用NaOH調(diào)節(jié)pH值至 10-14，使其中銨和磷酸鹽轉(zhuǎn)變?yōu)轼B糞石沉淀，并回收；7)結(jié)晶池中的上清液進(jìn)入傳統(tǒng)污水處理系統(tǒng)；8)經(jīng)厭氧發(fā)酵后的剩余污泥被排出。所述步驟4)中厭氧發(fā)酵溫度為30-40°C，厭氧發(fā)酵時(shí)間10_16h。所述步驟6)中投加鎂鹽為氯化鎂、硫酸鎂或氧化鎂。本發(fā)明的關(guān)鍵之一是步驟1)將剩余污泥進(jìn)行短時(shí)的好氧曝氣，能使其活性和吸 附能力顯著提高，然后與污水進(jìn)行混合進(jìn)行充氧攪拌，這樣有利于污泥中微生物對(duì)污水中 有機(jī)物、氨和磷酸鹽的吸附、吸收；關(guān)鍵之二是步驟3)將污泥投入到污泥厭氧消化池中，利 用具有厭氧水解和發(fā)酵能力的污泥來將吸附了污染物的污泥分解、將有機(jī)物直接轉(zhuǎn)化為能 源物質(zhì)甲烷，并且釋放出氨和磷酸鹽。這樣污水不經(jīng)生物好氧氧化，其中的部分污染物就被 去除、得到了凈化；氮磷則被濃縮，有利于化學(xué)沉淀回收。本發(fā)明通過利用城市污水處理廠的廢棄物——剩余污泥，將城市污水中部分有機(jī) 物和氨和磷酸鹽吸附、吸收，通過污泥的自身沉淀與污水分離；并且污泥直接進(jìn)入?yún)捬跸?階段，在污泥處理的同時(shí)也將吸附的有機(jī)物、氨和磷酸鹽釋放出來，將有機(jī)物轉(zhuǎn)化為甲烷， 并將高濃度的氨和磷酸鹽可以通過已有的化學(xué)沉淀法，以鳥糞石形式回收。通過對(duì)城市污 水的剩余污泥的凈化處理，解決了既可以凈化污水、利用其中的污染物，又實(shí)現(xiàn)了污泥處 置、并提取其中有效資源的目的。


圖1是本發(fā)明工藝流程圖。
具體實(shí)施例方式下面通過附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說明。本發(fā)明的具體工藝流程如圖1所示，工藝構(gòu)筑物是在已有的傳統(tǒng)污水處理工藝 中，增加污泥活化池、污泥吸附池、沉淀池和結(jié)晶池這四個(gè)環(huán)節(jié)，其中污泥活化池、污泥吸 附池、沉淀池、厭氧消化池和結(jié)晶池依次通過管線連通；在污泥活化池、污泥吸附池中設(shè)有 與池外用于曝氣的空氣泵相連的曝氣管；沉淀池上設(shè)有上清液出水管道，下方設(shè)有污泥排 出管道，該管道與污泥厭氧消化池相連通；污泥厭氧消化池設(shè)有上清液與甲烷排出管線，以及剩余污泥排出管口 ；污泥厭氧消化池的上清液排出管線與結(jié)晶池連通。本發(fā)明利用剩余污泥將污水中部分污染物回收，未能回收部分則在傳統(tǒng)處理流程 中被氧化分解，使污水凈化。污泥消化就借助污水處理廠已有的厭氧消化池進(jìn)行。本發(fā)明將城市污水處理廠產(chǎn)生的準(zhǔn)備送往消化池的剩余污泥，將污水中部分污染 物轉(zhuǎn)移到污泥中，再回收。這樣既減少了需要凈化的污染物量、降低了能耗，也使得污染物 在污泥中“富集”，有利于回收。經(jīng)過本發(fā)明的處理，污水中25%以上的有機(jī)物、氨和磷酸鹽可以回收，污水中只有 不到75%的污染物是在污水凈化中被氧化分解。本發(fā)明較傳統(tǒng)城市污水生物處理能耗可以 降低30%以上，且回收能源-甲烷和化肥-鳥糞石，減少污泥處置負(fù)擔(dān)。實(shí)施例11)將城市污水處理廠產(chǎn)生的剩余脫水前濃縮污泥(SS為4000mg/L)排入污泥活化 池進(jìn)行好氧曝氣30min，使DO保持在2mg/L，將污泥活化；2)然后將活化后的污泥與城市污水(COD 260-500mg/L, SS 220_350mg/L，氨氮 24-40mg/L，溶解性磷酸鹽2-5mg/L)按原污水按體積比1 3的比例混合，排入污泥吸附池 進(jìn)行好氧曝氣30min，使污泥與污水充分混合，DO控制在lmg/L ；3)將經(jīng)步驟2)好氧曝氣后的泥水混合液進(jìn)入沉淀池，沉淀1. 5h，經(jīng)沉淀后的上清 液(COD 約 160-240mg/L、SS 100_130mg/L、氨氮 10_20mg/L 和磷 l_2mg/L)進(jìn)入傳統(tǒng)污水凈 化系統(tǒng)，污水中的污染物被氧化分解，凈化后的污水達(dá)到COD ( 60mg/L、SS ( 30mg/L、氨氮 (8mg/L和磷彡lmg/L后外排；同時(shí)凈化產(chǎn)生的剩余污泥進(jìn)入污泥活化池進(jìn)行活化處理；4)沉淀池底部吸附有污染物的污泥則與厭氧消化池中的污泥則按體積比2 1的 比例投入污泥消化池，在35°C下厭氧發(fā)酵16h ；5)經(jīng)厭氧發(fā)酵后的污泥中有機(jī)物轉(zhuǎn)化為甲烷氣體，并回收；6)經(jīng)厭氧發(fā)酵沉淀后的上清液含氨氮可達(dá)70-120mg/L、磷酸鹽磷6-15mg/L。相對(duì) 原水，濃度提高至3倍以上。投加氯化鎂、并用NaOH調(diào)節(jié)pH至10后，使其中銨和磷酸鹽轉(zhuǎn) 變?yōu)轼B糞石，并回收；經(jīng)核算原污水中35%的污染物被回收；7)結(jié)晶池中的上清液進(jìn)入傳統(tǒng)污水處理系統(tǒng)；8)經(jīng)厭氧發(fā)酵后的剩余污泥被排出。實(shí)施例21)將城市污水處理廠產(chǎn)生的剩余脫水前濃縮污泥(SS為4000mg/L)排入污泥活化 池進(jìn)行好氧曝氣30min，使DO保持在4mg/L，將污泥活化；2)然后將活化后的污泥與城市污水(COD 260-500mg/L, SS 220_350mg/L，氨氮 24-40mg/L，溶解性磷酸鹽2-5mg/L)按原污水按體積比1 1的比例混合，排入污泥吸附池 進(jìn)行好氧曝氣30min，使污泥與污水充分混合，DO控制在2mg/L ；3)將經(jīng)步驟2)好氧曝氣后的泥水混合液進(jìn)入沉淀池，沉淀2h，經(jīng)沉淀后的上清 液(COD 約 160-240mg/L、SS 100_130mg/L、氨氮 10_20mg/L 和磷 l_2mg/L)進(jìn)入傳統(tǒng)污水凈 化系統(tǒng)，污水中的污染物被氧化分解，凈化后的污水達(dá)到COD ( 60mg/L、SS ( 30mg/L、氨氮 (8mg/L和磷彡lmg/L后外排；同時(shí)凈化產(chǎn)生的剩余污泥進(jìn)入污泥活化池進(jìn)行活化處理；4)沉淀池底部吸附有污染物的污泥則與厭氧消化池中的污泥則按體積比1 1的 比例投入污泥消化池，在30°C下厭氧發(fā)酵12h ；
5)經(jīng)厭氧發(fā)酵后的污泥中有機(jī)物轉(zhuǎn)化為甲烷氣體，并回收；6)經(jīng)厭氧發(fā)酵沉淀后的上清液含氨氮40_80mg/L，磷8_10mg/L，相對(duì)原水，濃度提 高了 2倍。投加硫酸鎂、并用NaOH調(diào)節(jié)pH至12后，使其中銨和磷酸鹽轉(zhuǎn)變?yōu)轼B糞石，并回 收；經(jīng)核算原污水中30%的污染物被回收；7)結(jié)晶池中的上清液進(jìn)入傳統(tǒng)污水處理系統(tǒng)；8)經(jīng)厭氧發(fā)酵后的剩余污泥被排出。實(shí)施例31)將城市污水處理廠產(chǎn)生的剩余脫水前濃縮污泥(SS為4000mg/L)排入污泥活化 池進(jìn)行好氧曝氣30min，使DO保持在3mg/L，將污泥活化；2)然后將活化后的污泥與城市污水(COD 260-500mg/L, SS 220_350mg/L，氨氮 24-40mg/L，溶解性磷酸鹽2-5mg/L)按原污水按體積比1 2的比例混合，排入污泥吸附池 進(jìn)行好氧曝氣30min，使污泥與污水充分混合，DO控制在1. 5mg/L ；3)將經(jīng)步驟2)好氧曝氣后的泥水混合液進(jìn)入沉淀池，沉淀2h，經(jīng)沉淀后的上清 液(COD 約 160-240mg/L、SS 100_130mg/L、氨氮 10_20mg/L 和磷 l_2mg/L)進(jìn)入傳統(tǒng)污水凈 化系統(tǒng)，污水中的污染物被氧化分解，凈化后的污水達(dá)到COD ( 60mg/L、SS ( 30mg/L、氨氮 (8mg/L和磷彡lmg/L后外排；同時(shí)凈化產(chǎn)生的剩余污泥進(jìn)入污泥活化池進(jìn)行活化處理；4)沉淀池底部吸附有污染物的污泥則與厭氧消化池中的污泥則按體積比2 1的 比例投入污泥消化池，在40°C下厭氧發(fā)酵IOh ；5)經(jīng)厭氧發(fā)酵后的污泥中有機(jī)物轉(zhuǎn)化為甲烷氣體，并回收；6)經(jīng)厭氧發(fā)酵沉淀后的上清液含氨氮達(dá)70_120mg/L、磷酸鹽磷6_15mg/L，相對(duì)原 水，濃度提高了 3倍。投加氧化鎂、并用NaOH調(diào)節(jié)pH至14后，使其中銨和磷酸鹽轉(zhuǎn)變?yōu)轼B 糞石，并回收；經(jīng)核算原污水中30%的污染物被回收；7)結(jié)晶池中的上清液進(jìn)入傳統(tǒng)污水處理系統(tǒng)；8)經(jīng)厭氧發(fā)酵后的剩余污泥被排出。實(shí)施效果通過本發(fā)明技術(shù)的實(shí)施，(1)能夠降低城市污水處理廠或者區(qū)域生活污水處理站 的電耗在30-50% ； (2)污水處理過程產(chǎn)生的、需要外排的污泥固體廢棄物的量也將減少 70-80% ； (3)同時(shí)回收沼氣和可用于肥田的鳥糞石化肥。因此本發(fā)明具有顯著的節(jié)能、降 耗和資源回收的效益。
權(quán)利要求
一種城市污水生物凈化并回收資源的方法，其特征在于，該方法包括如下步驟1)將污水處理系統(tǒng)產(chǎn)生的剩余污泥排入污泥活化池進(jìn)行短時(shí)的好氧曝氣；2)將活化后的污泥與原污水按體積比1∶1 3的比例排入污泥吸附池，進(jìn)行好氧曝氣；3)將步驟2)經(jīng)好氧曝氣后的泥水混合液排入沉淀池進(jìn)行沉淀；經(jīng)沉淀后的上清液進(jìn)入傳統(tǒng)污水處理系統(tǒng)，污水中的污染物氧化分解，凈化后的污水外排；同時(shí)凈化產(chǎn)生的剩余污泥進(jìn)入污泥活化池進(jìn)行循環(huán)凈化處理；4)沉淀池底部吸附有污染物的污泥則按體積比1 2∶1的比例投入?yún)捬跸?，與厭氧消化池中的厭氧污泥混合，進(jìn)行厭氧發(fā)酵；5)經(jīng)厭氧發(fā)酵后的污泥中有機(jī)物轉(zhuǎn)化為甲烷氣體，并回收；6)經(jīng)厭氧發(fā)酵沉淀后的上清液排入結(jié)晶池，投加鎂鹽、并用NaOH調(diào)節(jié)pH值，使其中銨和磷酸鹽轉(zhuǎn)變?yōu)轼B糞石沉淀，并回收；7)結(jié)晶池中的上清液進(jìn)入傳統(tǒng)污水處理系統(tǒng)；8)經(jīng)厭氧發(fā)酵后的剩余污泥被排出。
2.按照權(quán)利要求1所述的城市污水生物凈化并回收資源的方法，其特征在于，該方法 進(jìn)一步包括如下步驟1)將污水處理系統(tǒng)產(chǎn)生的剩余污泥排入污泥活化池進(jìn)行30min的好氧曝氣；使DO保 持在2-4mg/L，將污泥活化；2)將活化后的污泥與原污水按體積比1 1-3的比例排入污泥吸附池，進(jìn)行好氧曝氣 30min ；DO 保持在 l_2mg/L ；3)將步驟2)經(jīng)好氧曝氣后的泥水混合液排入沉淀池，沉淀1.5-2h ；經(jīng)沉淀后的上清液 進(jìn)入傳統(tǒng)污水處理系統(tǒng)，污水中的污染物被氧化分解，凈化后的污水外排；同時(shí)凈化產(chǎn)生的 剩余污泥進(jìn)入污泥活化池進(jìn)行活化處理；4)沉淀池底部吸附有污染物的污泥則與厭氧消化池中的污泥則按體積比1-2 1的比 例混合，進(jìn)行厭氧發(fā)酵；5)經(jīng)厭氧發(fā)酵后的污泥中有機(jī)物轉(zhuǎn)化為甲烷氣體，并回收；6)經(jīng)厭氧發(fā)酵沉淀后的上清液排入結(jié)晶池，投加鎂鹽，并用NaOH調(diào)節(jié)pH值至10-14， 使其中銨和磷酸鹽轉(zhuǎn)變?yōu)轼B糞石沉淀，并回收；7)結(jié)晶池中的上清液進(jìn)入傳統(tǒng)污水處理系統(tǒng)；8)經(jīng)厭氧發(fā)酵后的剩余污泥被排出。
3.按照權(quán)利要求1所述的城市污水生物凈化并回收資源的方法，其特征在于，所述步 驟4)中厭氧發(fā)酵溫度為30-40°C，厭氧發(fā)酵時(shí)間10-16h。
4.按照權(quán)利要求1所述的城市污水生物凈化并回收資源的方法，其特征在于，所述步 驟6)中投加鎂鹽為氯化鎂、硫酸鎂或氧化鎂。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種城市污水生物凈化并回收有用資源的方法。該方法包括下述步驟1)將剩余污泥排入污泥活化池進(jìn)行好氧曝氣；2)將活化污泥與原污水排入污泥吸附池好氧曝氣；3)將泥水混合液在沉淀池沉淀；上清液進(jìn)入污水處理系統(tǒng)，凈化后污水外排；剩余污泥循環(huán)凈化處理；4)沉淀池底部污泥與厭氧消化池中的污泥混合厭氧發(fā)酵；5)厭氧發(fā)酵后有機(jī)物轉(zhuǎn)化為甲烷氣體回收；6)上清液排入結(jié)晶池，投加鎂鹽、調(diào)節(jié)pH值，使其轉(zhuǎn)變?yōu)轼B糞石沉淀回收；7)結(jié)晶池中的上清液進(jìn)入污水處理系統(tǒng)；8)經(jīng)厭氧發(fā)酵后的剩余污泥被排出。通過利用剩余污泥對(duì)城市污水處理，既解決了污水凈化、利用了其中的污染物，又實(shí)現(xiàn)了污泥處置、并提取了污水中的有效資源。
文檔編號(hào)C01B25/45GK101891343SQ201010224118
公開日2010年11月24日 申請(qǐng)日期2010年7月12日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月12日
發(fā)明者袁林江 申請(qǐng)人:西安建筑科技大學(xué)