一种污泥干化污水处理系统和处理方法

摘要

本发明提供一种污泥干化污水处理系统，包含了一种典型的生化处理工艺和膜生物反应器（MBR）。生化处理工艺是一种有回流的前置反硝化生物脱氮工艺，由前段缺氧池、后段好氧池串联组成。膜生物反应器（MBR）采用浸没式MBR技术，将生物处理和膜分离技术有机结合起来，实现高浓度活性污水处理条件下的高效生物处理，明显较少占地面积。利用膜的物理分离作用，获得优质的出水，确保出水完全达标。工艺组合简洁明了，流程短，效果稳定可靠，对污泥干化污水的水质特征具有很强的针对性。

权利要求

1.一种污泥干化污水处理系统包括：沉淀池，硝化-反硝化系统和膜池，硝化-反硝化系统包括反硝化池和硝化池，其特征在于，反硝化池前端设置缺氧反硝化池，进行生物脱氮，缺氧池设置液下搅拌机进行池水搅拌，后端设置好氧反硝化池，进行碳源污染物降解和氨氮转化，反硝化池与硝化池底部开孔，硝化池中设置曝气装置对池水进行有效充氧曝气。

2.如权利要求1所述的污泥干化污水处理系统，其特征在于，硝化池中曝气系统选自微孔曝气方式、潜水射流曝气方式中一种或两种，曝气装置的氧转移效率≥20%，动力效率≥2.0kg/kW·h，充氧能力5.3~5.9kgO2/h。

3.如权利要求1所述的污泥干化污水处理系统，其特征在于，硝化池设置混合液回流泵，混合液回流泵从硝化池末端回流部分混合液至反硝化池前端进行脱氮。

4.如权利要求1所述的污泥干化污水处理系统，其特征在于，膜池内设置浸没式膜组件以及曝气系统，膜池外设置抽吸水泵，净化水通过泵的抽吸作用透过膜组件而出来，污泥则被阻挡在膜池内；膜池外同时设置污泥回流泵，将部分污泥回流至反硝化池以补充其中的污泥浓度。

5.一种包含权利要求1所述的污泥干化污水处理系统的污水处理方法，其特征在于，包括以下步骤：

1）废水经沉淀池沉淀后，实现泥水分离；污泥送去污泥处理系统处理；上清液溢流进入硝化反硝化系统；

2）上清液在反硝化池前端的缺氧反硝化池进行生物脱氮，在后端的好氧反硝化池进行碳源污染物降解和氨氮转化，硝化池内的曝气系统进行池水充氧，活性污泥在此进行碳源污染物的降解；硝化菌进行硝化作用将氨氮转化为硝态氮和亚硝态氮，为反硝化脱氮提供基质；硝化混合液通过回流泵从硝化池末端输送至反硝化池前端，在反硝化池内反硝化菌作用下实现脱氮；

3）硝化池出水溢流至膜池，膜池采用浸没式膜生物反应器方式，内置膜组件和曝气系统，膜池外采用抽吸泵抽吸，这样，膜池内同时进行活性污泥法和膜物理分离的两个过程，膜组件通量逐渐下降后进行清洗。

6.如权利要求5所述污水处理方法，其特征在于，第3）步骤中，膜池内保持高浓度的污泥浓度MLSS为10~15g/L。

7.如权利要求5所述污水处理方法，其特征在于，反硝化池内反硝化菌为亚硝化单胞菌属、亚硝化球菌属、亚硝化螺菌属和亚硝化叶菌属中的至少一种。

8.如权利要求5所述污水处理方法，其特征在于，硝化池内硝化菌为硝化杆菌属、硝化球菌属和硝化囊菌属中的至少一种。

9.如权利要求5所述污水处理方法，其特征在于，排泥频率可根据处理规模来确定，小

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于3000m/d每周排泥一次，大于3000m/d以上的污水站每天排泥一次。

10.如权利要求5所述污水处理方法，其特征在于，膜池外同时设置污泥回流泵，将部分污泥回流至反硝化池以保持其中的污泥浓度为15~20g/L。

说明书

一种污泥干化污水处理系统和处理方法

技术领域

[0001] 本发明属于污水处理领域，特别是涉及一种污泥干化污水处理系统和处理方法。

背景技术

[0002] 近年来，随着我国经济的快速增长，工业化和城市化进程不断推进，水污染日益加剧，造成水质性缺水和原本的资源性缺水彼此重叠，越来越多地影响到人们的正常生产和生活。其中，氮素污染是主要的一项危害。环保部公布的《2011年中国环境状况公报》中指出，七大水系除淮河水系外主要污染指标均包含氨氮，湖泊（水库）富营养化问题仍突出。水体中的氮素污染已严重威胁到我们赖以生存的生态环境，开发经济有效的生物脱氮技术已成为国内外的研究热点。

[0003] 目前，污染水体治理技术按照治理手段划分可分为化学处理、物理处理和生物处理方法。化学法需大量投加化学药剂，其运行费用较高，常用于特定行业的污水处理；生活污水处理厂大部分采用生物法，生物方法主要指的是活性污泥法，主要包括（1）传统活性污泥工艺和其改进型A/O、A2/O工艺，A/O处理效果稳定，能实现脱氮和除磷的目标；A2/O在通过设置厌氧区、缺氧区和好氧区，达到同步脱氮除磷的效果，通过良好运行，能取得稳定的出水水质；（2）AB法工艺将曝气池分为高低负荷两段，各有独立的沉淀和污泥回流系统。高负荷A段以生物絮凝吸附为主，B段与常规活性污泥法相似，负荷较低，泥龄较长，AB法A段效率很高，去除BOD达50％以上，并有较强的缓冲能力。B段处理稳定性较好；（3）SBR工艺是序批式活性污泥法的简称，一般有五个步骤，分别是进水、曝气、沉淀、排水、闲置。该工艺优点是节省占地，减少污泥回流量，有节能效果；静止沉淀可以获得较高的沉淀效率和较好的水质。另外，有SBR的改进工艺，CA悬浮物工艺、MSBR工艺、ICEAS工艺等；（4）氧化沟是一种改良的活性污泥法，曝气池成封闭的沟渠形，其流态是一种首尾相接的循环流，延时曝气使得污水和污泥同时得到净化。氧化沟处理设施简单，没有初沉池和污泥消化池，具有脱氮功能；运行简便且处理效果稳定。

[0004] 全程自养脱氮工艺（CANON）工艺是近年来发现的生物脱氮新技术，其将短程硝化与厌氧氨氧化结合在一个反应器内，正逐渐成为生物脱氮方面的研究热点，与传统脱氮技术相比，具有技术上、经济上、可持续性上的诸多优点，能有效的处理低碳氮比的高浓度氨氮废水，具有脱氮路径短、节省曝气量、污泥产量低、无需有机碳源等诸多优点。对于我国水环境污染治理和恢复具有重要的意义和广阔的应用前景。然而，CANON工艺中的功能微生物氨氧化细菌（AOB）和厌氧氨氧化菌（anammox）均属于自养菌，生长缓慢难以富集，同时其稳定性较差，从而导致反应器启动比较困难，总氮去除负荷比较低等。因此如何实现反应器的快速启动，对于CANON工艺的发展应用具有现实意义。

[0005] 中国专利CN103224284A公布了一种膜生物反应器全程自养脱氮工艺的快速启动方法。在膜生物反应器（MBR）内启动全程自养脱氮工艺，其步骤为：首先接种城市污水厂曝气池硝化污泥，在常温及较低进水氨氮下恢复污泥活性；其次降低曝气量，逐渐增加氨氮浓度，成功富集氨氧化菌；最后再次减小曝气量降低DO，诱导厌氧氨氧化菌，成功启动全程自养脱氮工艺。其解决了全程自养脱氮工艺启动缓慢、种泥要求苛刻的难题，提供了一种在MBR反应器中快速启动全程自养脱氮工艺的策略，实现了氨氮的高效去除，为MBR反应器应用于全程自养脱氮工艺的长期高效稳定运行提供了方法。

[0006] 以上为城市生活污水处理厂的几种常用处理工艺。可以看到，大部分工艺属于二级处理，处理效果一般能达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》GB18918—2002。然而对于大中型城市来说，即使按照最严格的一级A标准进行排放，由于城市人口众多，排污量大，其对环境的污染负荷十分巨大。排污受纳水体很有可能无法对所有污染物进行自净，从而造成受纳水体水质恶化。将会大大增加水体治理成本，影响处理的水质质量。

发明内容

[0007] 为了解决人员集中地方的生活废水污染大的处理，为了达到废水高排放标准，防止污染，本发明提供一种污泥干化污水处理系统，包含了一种典型的生化处理工艺和膜生物反应器（MBR）。生化处理工艺是一种有回流的前置反硝化生物脱氮工艺，由前段缺氧池、后段好氧池串联组成。膜生物反应器（MBR）采用浸没式MBR技术，将生物处理和膜分离技术有机结合起来，实现高浓度活性污水处理条件下的高效生物处理，明显较少占地面积。利用膜的物理分离作用，获得优质的出水，确保出水完全达标。工艺组合简洁明了，流程短，效果稳定可靠，对污泥干化污水的水质特征具有很强的针对性。

[0008] 本发明的污泥干化污水处理系统包括：沉淀池，硝化-反硝化系统和膜池，硝化-反硝化系统包括反硝化池和硝化池。

[0009] 进一步地，反硝化池前端设置缺氧反硝化池，进行生物脱氮，缺氧池设置液下搅拌机进行池水搅拌，后端设置好氧反硝化池，进行碳源污染物降解和氨氮转化，反硝化池与硝化池底部开孔，硝化池中设置曝气装置对池水进行有效充氧曝气。

[0010] 进一步地，曝气装置的氧转移效率≥20%，动力效率≥2.0kg/kW·h，充氧能力5.3~5.9kgO2/h。

[0011] 进一步地，硝化池设置混合液回流泵，混合液回流泵从硝化池末端回流部分混合液至反硝化池前端进行脱氮；

[0012] 进一步地，膜池内设置浸没式膜组件以及曝气系统，膜池外设置抽吸水泵，净化水通过泵的抽吸作用透过膜组件而出来，污泥则被阻挡在膜池内；

[0013] 进一步地，膜池外同时设置污泥回流泵，将部分污泥回流至反硝化池以补充其中的污泥浓度。

[0014] 进一步地，膜池还设置排泥系统进行定期排泥。

[0015] 进一步地，膜组件选自平板膜和中空纤维膜中一种或两种。

[0016] 本发明还提供一种污水处理方法包括以下步骤：

[0017] 1）废水经沉淀池沉淀后，实现泥水分离；污泥送去污泥处理系统处理；上清液溢流进入硝化反硝化系统；

[0018] 2）上清液在反硝化池前端的缺氧反硝化池进行生物脱氮，在后端的好氧反硝化池进行碳源污染物降解和氨氮转化，硝化池内的曝气系统进行池水充氧，活性污泥在此进行碳源污染物的降解；硝化菌进行硝化作用将氨氮转化为硝态氮和亚硝态氮，为反硝化脱氮提供基质；硝化混合液通过回流泵从硝化池末端输送至反硝化池前端，在反硝化池内反硝化菌作用下实现脱氮；

[0019] 3）硝化池出水溢流至膜池，膜池采用浸没式膜生物反应器方式，内置膜组件和曝气系统。膜池外采用抽吸泵抽吸。这样，膜池内同时进行活性污泥法和膜物理分离的两个过程。膜组件通量逐渐下降后进行清洗。

[0020] 其中第3）步骤中，膜池内保持高浓度的污泥浓度MLSS为10~15g/L；

[0021] 优选反硝化池内反硝化菌为亚硝化单胞菌属、亚硝化球菌属、亚硝化螺菌属和亚硝化叶菌属中的细菌；

[0022] 优选硝化池内硝化菌为硝化杆菌属、硝化球菌属和硝化囊菌属中的细菌；曝气系统选自微孔曝气方式、潜水射流曝气方式中一种或两种。

[0023] 浸没式膜生物反应器采用曝气时气流剪切作用实现错流过滤，因而动力消耗相对较低。

[0024] 排泥频率可根据处理规模来确定，小于3000m3/d每周排泥一次，大于3000m3/d以上的污水站每天排泥一次。

[0025] 进一步地，硝化池中设置曝气装置的氧转移效率≥20%，动力效率≥2.0kg/kW·h，充氧能力5.3~5.9kgO2/h。

[0026] 进一步地，膜池外同时设置污泥回流泵，将部分污泥回流至反硝化池以补充其中的污泥浓度为15~20g/L；

[0027] 膜池进行定期排泥，排泥频率可根据处理规模来确定，小于3000m3/d可考虑每周排泥一次，大于3000m3/d以上的污水站考虑每天排泥一次。

[0028] 本发明与最接近的现有技术相比，具备以下优点：污泥干化污水具有较高的有机污染物浓度，氨氮浓度和悬浮物浓度，其中悬浮物包含有大量的无机杂质和大部分的有机污染物。基于污泥干化污水的上述特征，适合其有效处理的废水处理方法有混凝沉淀工艺、好氧活性污泥法、膜生物反应器等或这些方法的组合。

[0029] 1）硝化反硝化工艺前端设置缺氧反硝化池，进行生物脱氮，后端设置好氧池，进行碳源污染物降解和氨氮转化。该工艺流程简单，构筑物少，大大节省了基建费用。针对污泥干化污水C/N比例高（C/N≈10）的特点进行前置反硝化设置，充分利用自身的碳源进行脱氮作用，避免了额外碳源的投加，有效降低了运行成本。同时，该工艺在低污泥负荷、长泥龄条件下运行，因此系统剩余污泥量少，有一定稳定性。

[0030] 2）MBR（膜生物反应器）是一种由活性污泥法与膜分离技术相结合的新型水处理技术。浸没式MBR是指将膜组件浸没在水池中，利用池外的抽吸泵来获取出水的一种MBR技术形式。

[0031] 3）该工艺可以在高容积负荷、低污泥负荷下运行，剩余污泥产量低（理论上可以实现零污泥排放），降低了污水处理费用。膜池中污泥浓度可达10g~18g/L，是普通活性污泥法的3~6倍；

[0032] 4）由于微生物被完全截流在生物反应器内，从而有利于增殖缓慢的微生物如硝化细菌的截留生长，系统硝化效率得以提高。同时，可增长一些难降解的有机物在系统中的水力停留时间，有利于难降解有机物降解效率的提高。

[0033] 5）操作管理方便，易于实现自动控制

[0034] 该工艺实现了水力停留时间（HRT）与污泥停留时间（SRT）的完全分离，运行控制更加灵活稳定，是污水处理中容易实现装备化的新技术，可实现微机自动控制，从而使操作管理更为方便。

附图说明

[0035] 图1为本发明污水处理工艺流程图。

具体实施方式

[0036] 下面结合实施例来更详细的说明本发明，但本发明并不受这些实施例的限制。

[0037] 图1所示是本发明污水处理工艺流程图，其中箭头表示污水流动方向以及活性污泥的回流方向，该污水处理系统包括：沉淀池，硝化-反硝化系统和膜池，硝化-反硝化系统包括反硝化池和硝化池。污泥干化污水从车间排出至沉淀池，利用重力沉降原理进行泥水分离，污泥送至污泥处理系统，清液溢流至反硝化池，缺氧池设置液下搅拌机进行池水搅拌，反硝化池与硝化池底部开孔，硝化池中设置曝气装置对池水进行有效充氧。利用混合液回流泵从硝化池末端回流部分混合液至反硝化池前端进行脱氮。硝化池出水溢流至膜池，膜池内设置浸没式膜组件以及曝气系统，膜池外设置抽吸水泵，净化水通过泵的抽吸作用透过膜组件而出来，污泥则被阻挡在膜池内。膜池外同时设置污泥回流泵，将部分污泥回流至反硝化池以补充其中的污泥浓度。膜池还设置排泥系统进行定期排泥。

[0038] 在一个实施例中，废水经沉淀池沉淀后，实现泥水分离。污泥送去污泥处理系统处理。上清液溢流进入硝化反硝化系统。经过沉淀分离后，大部分的悬浮物得以去除，SS浓度降低，同时，包含在悬浮物中的大部分有机污染物以被去除，大大减轻了后续处理设施的有机负荷。

[0039] 上清液溢流进入硝化-反硝化系统。通过混合液回流泵从硝化池末端输送至反硝化池前端的硝化混合液在反硝化池内反硝化菌作用下实现脱氮。硝化池内设置曝气系统进行池水充氧，活性污泥在此进行碳源污染物的降解。硝化菌进行硝化作用将氨氮转化为硝态氮和亚硝态氮，为反硝化脱氮提供基质。

[0040] 硝化池出水溢流至膜池。膜池采用浸没式MBR方式，内置膜组件和曝气系统。膜池内保持高浓度的污泥浓度MLSS为10~15g/L,膜池外采用抽吸泵抽吸。这样，膜池内同时进行活性污泥法和膜物理分离的两个过程。膜组件通量逐渐下降后进行清洗。

[0041] 进一步地，在一个实施例中，硝化池内曝气装置的氧转移效率≥20%，动力效率≥2.0kg/kW·h，充氧能力5.3~5.9kgO2/h。

[0042] 膜池内保持高浓度的污泥浓度MLSS为10~15g/L；

[0043] 在一个优选实施例中，反硝化池内反硝化菌为亚硝化单胞菌属、亚硝化球菌属、亚硝化螺菌属和亚硝化叶菌属中的细菌；

[0044] 硝化池内硝化菌为硝化杆菌属、硝化球菌属和硝化囊菌属中的细菌；

[0045] 曝气系统选自微孔曝气方式、潜水射流曝气方式中一种或两种。

[0046] 浸没式膜生物反应器采用曝气时气流剪切作用实现错流过滤，因而动力消耗相对较低。

[0047] 在一个优选实施例中，排泥频率可根据处理规模来确定，小于3000m3/d每周排泥一次，大于3000m3/d以上的污水站每天排泥一次。

[0048] 在一个优选实施例中，硝化池中设置曝气装置曝气装置的氧转移效率≥20%，动力效率≥2.0kg/kW·h，充氧能力5.3~5.9kgO2/h。

[0049] 进一步地，在一个优选实施例中，膜池外同时设置污泥回流泵，将部分污泥回流至反硝化池以补充其中的污泥浓度为15~20g/L；

[0050] 膜池进行定期排泥，排泥频率可根据处理规模来确定，小于3000m3/d可考虑每周排泥一次，大于3000m3/d以上的污水站考虑每天排泥一次。

[0051] 实施例1

[0052] 1）废水经沉淀池沉淀后，实现泥水分离。污泥送去污水处理系统处理。上清液溢流进入硝化反硝化系统。经过沉淀分离后，大部分的悬浮物得以去除，悬浮物浓度降低，同时，包含在悬浮物中的大部分有机污染物以被去除，大大减轻了后续处理设施的有机负荷。

[0053] 2）上清液溢流进入硝化-反硝化系统。经过除碳作用和硝化作用之后的废水，其中被认为含有大量经硝化作用之后的硝态氮和亚硝态氮，通过混合液回流泵从硝化池末端输送至反硝化池前端的硝化混合液，在反硝化池内反硝化菌为亚硝化单胞菌属作用下实现脱氮。硝化池内设置曝气系统进行池水充氧，硝化池中设置曝气装置的氧转移效率为22-25%，动力效率为2.1-2.5kg/kW·h，充氧能力5.3~5.9kgO2/h活性污泥在此进行碳源污染物的降解。硝化菌为硝化杆菌属进行硝化作用将氨氮转化为硝态氮和亚硝态氮，为反硝化脱氮提供基质。

[0054] 3）硝化池出水溢流至膜池。膜池采用浸没式MBR方式，内置膜组件和曝气系统。膜池外采用抽吸泵抽吸。这样，膜池内同时进行活性污泥法和膜物理分离的两个过程。膜组件通量逐渐下降后进行清洗。

[0055] 实施例1的污泥干化污水处理系统设计进出水水质为：进水：COD=3800~3953mg/L、SS=26300~28100mg/L、NH3-N=3620~3850mg/L、pH为6-9；排放出水：COD=80~90mg/L、SS=56~62mg/l、NH3-N=11~13mg/L。