一種污水處理廠剩余污泥穩定和資源化利用的處理系統及方法
【專利摘要】本發明屬于污染物處理領域，具體涉及一種污水廠剩余污泥的處理系統及方法，所述處理系統包括依次連通的調節罐、反應釜、澄清罐，所述反應釜與臭氧儲氣罐、臭氧發生器、制氧站相連通，澄清罐分別與除磷系統和殘泥調理罐相連通，反應釜內安裝有微氣泡發生器，微氣泡發生器的進氣口與臭氧儲氣罐連接。本發明系統可直接與污水處理廠的生化系統相連，實現資源化循環利用。本發明利用微氣泡獨特的理化特性解決了臭氧氧化方法在用于剩余污泥穩定化處理時逸失率高、投加量大、處理成本高、無法在實際工程中應用的問題，突破了臭氧在工程應用上的瓶頸。本發明既完成了對剩余污泥的穩定化處理，又實現了剩余污泥在廠內的資源化回用。
【專利說明】
-種污水處理廠剩余污泥穩定和資源化利用的處理系統及 方法
技術領域
[0001] 本發明屬于污染物處理領域，具體設及一種污水廠剩余污泥的處理系統及方法， 經處理的污泥可W達到《城鎮污水處理廠污染物排放標準KGB18918-2002)中規定的剩余 污泥穩定化要求，同時實現剩余污泥在污水處理廠內的資源化循環利用。
【背景技術】
[0002] 隨著環保法規的日益完善W及環保力度的加強，我國年廢水處理量迅速提高。截 至2011年9月，我國已建成投運城鎮污水處理廠3078座，處理能力達到1.36億mVd，全國城 市污水處理率達到80%左右。而我國城市污水處理廠中，活性污泥法是應用最為廣泛的污 水處理技術。該方法自20世紀初應用于污水處理W來，因其處理效率高、運行穩定可靠等優 點，在世界各地倍受青睞，目前己成為全世界應用最廣泛的一種污水處理工藝，世界范圍內 也有80 % W上的污水處理廠用的是活性污泥法。
[0003] 活性污泥法剩余污泥產生量一般是污水處理量的0.3%~0.5% (W含水率97% 計），據估算我國2010年污水廠產生剩余污泥的干重已超2000萬噸每萬噸污水的污泥產 量2.7噸計），剩余污泥的處理處置問題日益嚴峻。由于傳統上資金、技術及認識程度等多方 面的原因，在污水處理時往往存在"重污水處理，輕污泥處理"的誤區，導致污水在城市污水 處理廠經處理后達標排放，而大量未經恰當處理處置的污泥進入環境后，直接給環境帶來 二次污染，不但降低了污水處理系統的有效處理能力，而且對生態環境和人類活動構成了 嚴重威脅。《城鎮污水處理廠污染物排放標準KGB18918-2002)明確規定，城鎮污水處理廠 的污泥應進行穩定化處理，穩定化處理應達到的指標如表1所示。
[0004] 表1污泥穩定化控制指標
[0005]
[0006] 據中國水網預測，到2015年年末，我國脫水污泥年產量將超過2600萬t，已成為全 國甚至世界范圍內，城市污水處理廠所面臨嚴峻問題和沉重負擔。
[0007] 污泥處理與處置的目的就是要在保證污泥穩定安全的前提下，實現減量和資源 化。目前。污泥的處理、處置方法主要分為:穩定化、無害化、減量化和資源化。
[0008] (1)穩定化：通常通過中溫或高溫厭氧消化或者中溫好氧消化，使處理污泥穩定 化，最終處置后不再產生污泥的進一步降解，從而避免產生二次污染；
[0009] (2)無害化:達到污泥的無害化與衛生化，如殺滅細菌和寄生蟲卵，W及去除或固 定重金屬等；
[0010] (3)減量化:減少污泥最終處置前的體積和質量，W降低污泥處理及最終處置的費 用；
[0011] (4)資源化:在處理污泥的同時達到變害為利、綜合利用、保護環境的目的，如產生 生物氣(沼氣）、作為農田有機肥料、±壤改良劑等。
[0012] 其中，實現污泥穩定化的方法主要有:厭氧消化、好氧消化和好氧堆肥等。運些方 法都是依靠熱能和微生物的源呼吸作用實現對污泥中生物固體的減量。
[0013] 目前，對于大多數中小型污水廠由于資金和技術力量的限制，對污泥只是采用濃 縮脫水后進行填埋的處理方式，消化穩定和干化處理的很少，真正進行無害化、資源化處理 就更少。濃縮脫水處理方式只是降低了污泥的含水率、減小了污泥的體積，而污泥中固體有 機物的總量并沒有變。
[0014] 采用臭氧對污水處理廠剩余污泥進行穩定化和減量化處理的研究在國內外都有 研究和報道，是目前業內公認的高效穩定的處理方式，但由于臭氧制備成本高，逸失率高的 問題一直無法有效解決，造成臭氧處理工藝的建設成本和處理成本都居高不下，制約了在 實際工程中的應用。
【發明內容】
[0015] 為了解決現有技術中存在的臭氧逸失問題，本發明利用微米和納米氣泡的高表面 能、高擴散性、大比表面積很好地解決了臭氧逸失問題，臭氧投加量降低到o.oikg/kg削減 有機物，把處理成本降低到厭氧消化工藝的水平，突破了實際工程應用的瓶頸。
[0016] 本發明屬于基于隱性增長的破壁溶胞法技術類別，采用微米和納米級的微小氣泡 作為臭氧的載體，利用臭氧的強氧化性對剩余污泥中的微生物進行殺滅、破碎和破壁溶胞 同時殺滅各種病原菌。經臭氧微氣泡反應處理4小時后，剩余污泥中的有機物降解量達到 50 %，高于GB18918-2002標準中有機物降解40 %的穩定化要求，破壁溶胞后的上清液碳氮 比穩定達到15:1，B/C達到0.4~0.5,具有豐富的碳源和良好的可生化性，可作為甲醇等碳 源補充物回用到污水廠的生化系統，提高總氮去除能力10% W上。
[0017] 本發明的處理成本折算到污水處理費約0.05元/噸，與厭氧消化工藝的處理成本 相近，但處理時間僅是厭氧消化工藝的1/10,占地面積約是厭氧消化工藝的1/20。
[0018] 一種污水處理廠剩余污泥穩定和資源化利用的處理系統，包括依次連通的調節罐 (池）、反應蓋、澄清罐(池），反應蓋與臭氧儲氣罐、臭氧發生器、制氧站相連通，澄清罐(池） 分別與除憐系統和殘泥調理罐(池)相連通，所述反應蓋內安裝有微氣泡發生器，微氣泡發 生器的進氣口與臭氧儲氣罐連接。本發明的系統處理對象是污水廠生化系統排出的含水率 99.5%或W上的剩余污泥;本系統可直接與污水處理廠的生化系統相連，實現資源化循環 利用，例如，現有生化處理系統處理后的污水經調節罐（池）進入本系統，在本系統內處理 后，固液部分別經由殘泥調理罐(池)和除憐系統再回到污水廠。
[0019] 其中，微氣泡發生器的數量可根據臭氧投加量、臭氧發生器的臭氧濃度和微氣泡 發生器的進氣流量計算得出；當使用多個微氣泡發生器時，可在反應罐的垂直線上錯落布 置，通過不同高度的氣泡出口使臭氧微氣泡在各個層面與污泥充分接觸反應。
[0020] 所述臭氧儲氣罐與臭氧發生器的出氣口連接，臭氧發生器進氣口與制氧站連接。
[0021] 所述除憐系統由加藥設備、管道混合器、沉淀罐(池)組成。
[0022] 本發明還公開了一種污水處理廠剩余污泥穩定和資源化利用的處理方法，包括： 污泥從生化系統排出后進入反應蓋，在反應蓋內進行臭氧處理的步驟，并且在反應蓋內設 有微氣泡發生器，采用微米和納米級的微小氣泡作為臭氧的載體，對污泥進行處理。
[0023] 具體地，上述方法包括W下步驟：
[0024] (1)污泥從生化系統排出后經由調節罐輸送到反應蓋，
[0025] (2)反應蓋中微氣泡發生器可W制備粒徑在200納米W下的納米氣泡和5微米W下 的微米級氣泡，采用臭氧作為氣源在反應蓋內產生臭氧微氣泡，污泥在反應蓋內經臭氧微 氣泡破壁溶胞處理；
[0026] (3)在反應蓋內經過破壁溶胞后的反應液進入澄清罐進行固液分離，澄清罐的上 部是澄清區，上清液進入除憐系統，下部是殘泥沉淀區，殘泥排入殘泥調理罐；
[0027] (4)經除憐處理后的上清液作為碳源補充物回用到污水廠生化反應系統;沉淀罐 中的殘渣送往污水廠脫水車間進行脫水。
[0028] 其中，步驟(3)具體是:反應處理后的污泥液輸送到澄清罐進行固液分離，分離后 的上清液經過管道混合器輸送到沉淀罐，上清液在管道混合器中與來自加藥機的除憐藥劑 進行混合，在沉淀罐中完成沉淀除憐。
[0029] 調節罐(池）的作用是在反應蓋運行時臨時儲存生化系統排出的剩余污泥，穩定反 應蓋的進泥量。
[0030] 反應蓋是臭氧對剩余污泥進行破壁溶胞的反應空間，剩余污泥在反應蓋內的停留 時間約4小時。反應蓋采用不誘鋼材料制作，內壁進行防臭氧氧化處理
[0031] 臭氧發生器是制備反應所需臭氧的機器，采用純氧作為氧源。
[0032] 儲氣罐臨時儲存臭氧發生器制備出來的臭氧，儲氣罐同時實現對臭氧濃度的均化 調節。
[0033] 微氣泡發生器可W制備粒徑在200納米W下的納米氣泡(如圖2)和5微米W下的微 米級氣泡(如圖3)，采用臭氧作為氣源后即可在反應蓋內產生臭氧微氣泡，利用微氣泡高表 面能和大比表面積提高臭氧的利用率。微氣泡發生器的流量為40L/min。臭氧投加量優選 O.Olkg/kg削減有機物。
[0034] 澄清罐(池）用于對破壁溶胞后的反應液進行固液分離，澄清罐為圓錐性，上部是 澄清區，上清液(回用液)進入除憐系統，下部是殘泥沉淀區，殘泥排入殘泥調理罐。
[0035] 除憐系統由加藥設備、管道混合器、沉淀罐（池）組成，用于對回用液進行除憐處 理。
[0036] 殘泥調理罐(池）用于對殘泥進行調理，調理后的殘泥脫水性提高30%，送往污水 廠現有的脫水車間進行脫水。
[0037] 制氧站包括制氧系統和消防系統，用于制備臭氧發生器所需要的純氧。
[0038] 在本發明方法中，為了實施資源化利用，通過微氣泡發生器的布設方式、臭氧添加 量和反應時間的控制來達到可生化性好，碳源豐富的回用要求;增加單獨的除憐系統來去 除回用液中的憐;增加了殘泥調理步驟，使臭氧處理后的殘泥的脫水性能提高30%。
[0039] 本發明利用微氣泡獨特的理化特性解決了臭氧氧化方法在用于剩余污泥穩定化 處理時逸失率高、投加量大、處理成本高、無法在實際工程中應用的問題，突破了臭氧在工 程應用上的瓶頸。本發明，既完成了對剩余污泥的穩定化處理，又實現了剩余污泥在廠內的 資源化回用，降低了污水廠的運行成本并提高了生化系統對總氮的去除率。
【附圖說明】
[0040] 圖1是本發明示意圖。其中：1-調節罐(池），2-臭氧反應蓋，3-微氣泡發生器，4-制 氧站，5-臭氧發生器，6-儲氣罐，7-澄清罐(池），8-沉淀罐(池），9-加藥設備，10-管道混合 器，11-殘泥調理罐(池）。
[0041] 圖2是本發明所用的微氣泡發生器產生的納米級氣泡的粒徑分布圖。（檢測單位： 華東師范大學水環境與界面科學研究中屯、檢測時間：2015年1月）
[0042] 圖3是本發明使用的微氣泡發生器產生的微米級級氣泡的粒徑分布圖。（檢測單 位:華東師范大學水環境與界面科學研究中屯、檢測時間：2015年1月）
[0043] 圖4是本發明在lOOt/d的污水處理系統進行中試所得到的污泥中揮發性懸浮固體 (MLVSS)的削減量和去除率。
[0044] 圖5是本發明在10化/d的污水處理系統進行中試所得到的污泥濃度(MLVSS)的削 減量和去除率
[0045] 圖6是本發明在l(K)t/d的污水處理系統進行中試所得到的破壁溶胞后上清液的碳 氮比。
[0046] 圖7是本發明在l(K)t/d的污水處理系統進行中試時上清液作為碳源回用到生化處 理系統對出水COD的影響數據。
[0047] 圖8是本發明在l(K)t/d的污水處理系統進行中試時上清液作為碳源回用到生化處 理系統對出水總氮的影響數據。
[0048] 圖9是本發明在l(K)t/d的污水處理系統進行中試時殘泥衛生指標的檢測數據。
[0049] 圖10是本發明在l(K)t/d的污水處理系統進行中試時殘泥穩定化觀察照片。A是未 處理樣，發臭發黑;B是反應3小時樣，無變化;C是反應3小時樣，無變化。
【具體實施方式】 [(K)加]實施例1
[0051] 本發明系統構成如圖1所示，由調節罐(池）、反應蓋、臭氧發生器、儲氣罐、微氣泡 發生器、沉淀罐(池）、除憐系統、殘泥調理罐(池）、制氧站等部分組成，處理對象是污水廠生 化系統排出的含水率99.5 %或W上的剩余污泥。
[0052] 污泥從生化系統排出后進入調節罐(池）1，再由污泥累輸送到臭氧反應蓋2。反應 蓋內安裝有微氣泡發生器3。
[0053] 微氣泡發生器的進氣口與臭氧儲氣罐6連接，臭氧儲氣罐與臭氧發生器5連接，臭 氧發生器的氧源采用制氧站4產出的純氧。臭氧儲氣罐和臭氧發生器安裝在反應蓋旁。臭氧 發生器產生的臭氧經儲氣罐存儲調節后W均勻的濃度進入微氣泡發生器，微氣泡發生器W 臭氧作為氣源，產生臭氧微氣泡。
[0054] 反應處理后的污泥液輸送到澄清罐(池)7進行固液分離。分離后的上清液經過管 道混合器10輸送到沉淀罐(池)8。上清液在管道混合器中與來自加藥機9的除憐藥劑進行混 合，在沉淀罐(池）中完成沉淀除憐。經除憐處理后的上清液作為碳源補充物回用到污水廠 生化反應系統。沉淀罐中的殘渣送往污水廠脫水車間進行脫水。
[0055] 澄清罐(池）7中沉淀分離的殘泥經污泥累輸送到殘泥調理罐(池）11，添加調理劑 完成調理后送往污水廠脫水車間進行脫水。
[0056] 微氣泡發生器進氣流量40L/min，臭氧濃度llOmg/L，污泥在臭氧反應蓋的停留時 間約4小時，臭氧投加量0.01 kg/kg削減有機物。
[0化7]實施例2
[005引本發明在l(K)t/d的污水處理系統進行中試，結果如下：
[0059] (1)剩余污泥中揮發性懸浮固體(MLVSS)削減50 % (圖4)，污泥濃度(MLSS)削減 45% (圖5)，高于《城鎮污水處理廠污染物排放標準KGB18918-2002)中對污水廠污泥穩定 化的要求規定；
[0060] (2)反應3小時后，處理后的上清液液碳氮比穩定達到15:1(圖6)，B/C約0.4~0.5， 碳源充足，可生化性好，可W作為碳源補充物回用到污水廠生化系統；
[0061] (3)如圖7,前36天為上清液未回用，出水平均COD 28.3111邑/1;第36天開始，上清液 作為碳源回用到生化系統，出水平均COD 29.2mg/L，基本無影響。如圖8,前36天為上清液未 回用，出水平均總氮17.2mg/L，平均去除率51.4%;第36天開始，上清液作為碳源回用到生 化系統，出水平均氨氮13.2mg/L，平均去除率62.6%。上清液回用后，總氮平均去除率提高 10% W上。表明上清液回用到生化系統后，對污水廠出水中的COD、氨氮、總憐沒有影響，總 氮去除率提局10% W上；
[0062] (4)按照碳當量換算并考慮上清液中所含的氮，每噸含水率80%的污泥可W產出 相當于30公斤甲醇反硝化效果的上清液，不僅實現剩余污泥在廠內的資源化利用，也降低 了污水廠的運行成本；
[0063] (5)上清液除憐渣泥數量少且W無機物為主，可W脫水后作為綠化營養±外售；
[0064] (6)處理后殘泥完全脫色脫臭，處理后污泥靜置一個月后，泥樣無變化(圖10)
[0065] (7)本發明處理后殘泥達到《城鎮污水處理廠污染物排放標準KGB18918-2002)標 準和美國A級污泥標準。殘泥實現無害化，糞大腸桿菌、沙口氏菌、咖蟲卵都達到未檢出水 平，超過美國A級污泥標準(圖9);
[0066] (8)殘泥經調理后，脫水性能(CST)提高30%，有利于后續脫水處理；
[0067] (9)可充分利用污水廠現有濃縮池、均質池、脫水設備等現有設施設備，脫水后無 腐敗、異味、衛生等問題，可W作為綠化±外售。
[0068] (10)臭氧投加量僅0.0 lkg/kg削減有機物，達到國際領先水平；
[0069] (11)建設投資和處理成本達到與厭氧消化工藝相近的水平，低于好氧發酵堆肥、 焚燒干化等其他處理工藝；
[0070] (12)反應時間是厭氧消化工藝的1/10,占地面積僅是厭氧消化工藝的1/20,節約 上地資源；
[0071 ] (13)運行穩定，不受溫度、濕度等環境條件影響。
【主權項】
1. 一種污水處理廠剩余污泥穩定和資源化利用的處理系統，其特征在于：包括依次連 通的調節罐、反應釜、澄清罐，所述反應釜與臭氧儲氣罐、臭氧發生器、制氧站相連通，澄清 罐分別與除磷系統和殘泥調理罐相連通，反應釜內安裝有微氣泡發生器，微氣泡發生器的 進氣口與臭氧儲氣罐連接。2. 根據權利要求1所述的系統，其特征在于，臭氧儲氣罐與臭氧發生器的出氣口連接， 臭氧發生器進氣口與制氧站連接。3. 根據權利要求1所述的系統，其特征在于，除磷系統由加藥設備、管道混合器、沉淀罐 組成。4. 根據權利要求1所述的系統，其特征在于，微氣泡發生器為多個，在反應罐的垂直線 上錯落布置。5. -種污水處理廠剩余污泥穩定和資源化利用的處理方法，包括:污泥從生化系統排 出后進入反應釜，在反應釜內進行臭氧處理的步驟，其特征在于:在反應釜內設有微氣泡發 生器，采用微米和納米級的微小氣泡作為臭氧的載體，對污泥進行處理。6. 根據權利要求5所述的方法，其特征在于，包括以下步驟： (1) 污泥從生化系統排出后經由調節罐輸送到反應釜， (2) 反應釜中微氣泡發生器制備粒徑在200納米以下的納米氣泡或5微米以下的微米級 氣泡，采用臭氧作為氣源在反應釜內產生臭氧微氣泡，污泥在反應釜內經臭氧微氣泡破壁 溶胞處理； (3) 在反應釜內經過破壁溶胞后的反應液進入澄清罐進行固液分離，澄清罐的上部是 澄清區，上清液進入除磷系統，下部是殘泥沉淀區，殘泥排入殘泥調理罐； (4) 經除磷處理后的上清液作為碳源補充物回用到污水廠生化反應系統;沉淀罐中的 殘渣送往污水廠脫水車間進行脫水。7. 根據權利要求6所述的方法，其特征在于:步驟(3)具體是:反應處理后的污泥液輸送 到澄清罐進行固液分離，分離后的上清液經過管道混合器輸送到沉淀罐，上清液在管道混 合器中與來自加藥機的除磷藥劑進行混合，在沉淀罐中完成沉淀除磷。
【文檔編號】C02F11/00GK105948436SQ201610504095
【公開日】2016年9月21日
【申請日】2016年6月29日
【發明人】崔恩喜
【申請人】崔恩喜