专利名称：零能耗低污泥产率的城市污水处理方法
技术领域：
本发明属于一种污水处理技术，具体是涉及一种城市污水的零能耗低污泥产率的 污水处理方法。
背景技术：
随着我国国民经济的高速发展以及城市化进程的不断加快，城镇生活污水量也大 幅增加，并在1999年首次超过工业废水排放量，占全国污水排放总量的52. 9%。近年来，城 镇生活污水量以年均5%的速度递增，已成为我国水环境的主要污染源。城市污水处理是高 能耗行业之一。高能耗一方面导致污水处理成本升高，另一方面也在一定程度上加剧了我 国当前的能源危机。因此，开展城市污水处理厂节能降耗技术的研究已成为当务之急。城 市污水处理厂的能耗支出通常包括电能、燃料及药剂等方面，其中电耗可占总能耗的80%。 电能的消耗主要用于污水污泥的提升、生物处理的供氧和推动混合、污泥的处理处置、附属 建筑用电和厂区照明等方面，其中约40% 50%的电耗用于曝气池供氧。因此，一方面节 省电耗是污水处理过程节能降耗的一个重点，降低供氧电耗则是最具节能潜力的环节。另 一方面，污泥作为一种生物资源，提高污泥的资源化利用则是另一个重要的技术发展途径。 城市污水处理厂污泥主要由沉砂池和初次沉淀池产生的初沉污泥(含水率为96%左右)以 及好氧生物处理单元产生的剩余污泥(含水率为99. 2% 99. 6% )组成。城市污泥含水 率高，体积庞大，有机物含量高达50% 70%，性质不稳定。由于浓缩/厌氧消化/脱水工 艺能同时实现污泥减量化和稳定化，且伴有可回收的燃气(甲烷)产生，最终污泥可作为农 肥回用，故得到广泛应用。美国专利(USpatent application no. 20080223783)发明了一种由好氧膜生物 反应器和厌氧污泥消化组成的污水处理系统。剩余污泥由好氧膜生物反应器排放后，进入 污泥消化池进行厌氧消化。同时，厌氧污泥循环回流到好氧膜生物反应器。该处理方法具 有高效和低污泥产率的特点。
发明内容
本发明的目的在于提供一种零能耗低污泥产率的城市污水处理方法。其特征在 于，通过污泥厌氧消化和污水好氧处理技术的综合利用，提高沼气气产量和降低消化污泥 的排放量，从而通过甲烷气能量的回收利用可以完全提供污水和污泥处理的能耗(电能和 热能)。具体包括如下步骤(1)经过预处理的污水进入初次沉淀池处理，污水中以无机物为主体的相对密度 大的固体悬浮物在重力作用下被去除。同时，由污泥消化单元回流的消化污泥部分或全部 进入初次沉淀池。(2)初次沉淀池出水和由二次沉淀池回流的回流污泥一起进入曝气池形成混合 液，同时由污泥消化单元回流的消化污泥部分或全部进入曝气池。曝气采用鼓风曝气或机 械曝气的方式，目的是增加污水中的溶解氧含量，并且使混合液处于剧烈搅动的状态，形悬浮状态。曝气池的流态为推流式或完全混合式，也可为循环混合式。(3)曝气池出水的混合液进入二次沉淀池，混合液中悬浮的活性污泥和其他固体 物质在这里沉淀下来与水分离，澄清后的污水去三级污水处理或作为出水排出系统。经过 沉淀浓缩的污泥从沉淀池底部排出，其中大部分作为回流污泥回流至曝气池，以保证曝气 池内的悬浮固体浓度和微生物浓度；剩余污泥排放至污泥浓缩单元进 行浓缩处理。(4)剩余污泥在污泥浓缩单元通过重力浓缩或离心浓缩的方式，或采用气浮浓缩 的方式，以达到减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 预处理单元或者初次沉淀池或者曝气池。浓缩污泥排放至厌氧污泥消化单元进行处理。(5)在厌氧污泥消化单元中，浓缩污泥中的有机物在厌氧条件下，被细菌降解为以 甲烷为主的沼气和稳定的污泥(消化污泥)。污泥消化采用中温或者高温厌氧消化。在污 泥消化单元的排出污泥中，一部分消化污泥回流至曝气池或者初次沉淀池，或者按比例分 别回流至曝气池和初次沉淀池；另一部分消化污泥经脱水后按国家要求进行污泥处置。所述步骤1是初次沉淀池接受污水预处理单元的来水，体积较大的悬浮物、漂浮 物和比重较大的无机颗粒以及油脂可被预处理单元去除，以减轻后续工艺的负担。初次沉 淀池作为污水一级处理，可作为预处理单元的一部分。所述步骤2是用混合液悬浮固体(MLSS)浓度为1000 5000mg/L的活性污泥处 理污水，水力停留时间约为3 10小时，90%以上的有机物被去除。整个曝气池可为好氧 状态；或者通过控制溶解氧含量，在曝气池中形成厌氧段、缺氧段和好氧段，或者仅缺氧段 和好氧段，从而利于反硝化和硝化反应等生物反应的的进行。所述步骤3是用二次沉淀池将污泥和污水分离，50% 200%的污泥回流至曝气 池，剩余污泥排放至污泥浓缩单元进行浓缩。所述步骤4是用重力浓缩或者机械浓缩或者气浮浓缩的方法，将污泥的含水率降 至97%以下，大大减小厌氧消化池的容积。所述步骤5是用中温或者高温厌氧消化由污泥浓缩单元而来的污泥。消化池的生 物固体停留时间(污泥龄)为10天 30天。产生的甲烷气体做为燃料用来发电、烧锅炉、 驱动机械等以回收其中所含的能量，同时提供污水处理厂运行的电能和热能。与现有的城市污水处理方法相比，本发明具有以下优点1.本发明采用回流消化污泥至曝气池或初次沉淀池的方法，使污水中更多的有机 物是在污泥消化池中厌氧降解，因而产生更多的甲烷气。2.通过发电等方式回收的甲烷气能量，可以完全供给整个污水处理厂的运行的所 需的电能和热能(维持中温或高温污泥消化)，因而是零能耗的污水处理方法。3.因为厌氧污泥消化产生的沼气大大高于常规的污水处理方法，所以本发明的污 泥产率也大大低于常规城市污水处理方法，具有污泥产率低的特点。
图1是本发明零能耗低污泥产率的城市污水处理方法的示意图。
具体实施例方式本发明提供一种零能耗低污泥产率的污水处理方法。以下结合图1列举实例对本发明进行说明。污水进水水量为10万吨/天。经过粗、细格栅等预处理的城市污水首先进入初次 沉淀池去除比重较大的悬浮颗粒，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，一起进入曝气池形成混合液。曝气池采用鼓风曝气的方式，使混合液处 于剧烈搅动的状态，形悬浮状态。通过控制曝气池溶解氧含量，使曝气池前段溶解氧含量在 0. 2mg/L左右，形成缺氧段以利于脱氮反应的进行。维持曝气池后段的溶解氧在2mg/L左 右，保证污水中有机物的生物降解和硝化反应的顺利进行。曝气池出水的混合液进入二次 沉淀池，混合液中悬浮的活性污泥和其他固体物质在这里沉淀下来与水分离，澄清后的污 水去三级污水处理或作为处理水排出系统。在二次沉淀池中，50 % 150 %的污泥回流至曝 气池，剩余污泥排放至污泥浓缩单元进行浓缩。剩余污泥在污泥浓缩单元通过重力浓缩的 方式，使浓缩污泥的含水率低于97%。浓缩池的上清液回流到污水预处理单元同污水混合 后进入初次沉淀池。浓缩污泥排放至厌氧污泥消化池进行处理。污泥消化采用中温厌氧消 化(35°C左右)。在污泥消化池中，污泥中的有机物在厌氧条件下，被细菌降解为以甲烷为 主的沼气和稳定的污泥(消化污泥)。部分消化污泥回流至曝气池，部分消化污泥经脱水后 按国家要求进行污泥处置。表1给出了在低浓度城市污水和典型城市污水的情况下(处理水量为10万吨/ 天)，本发明实例处理的出水水质、由污泥厌氧消化回收的能量和污水污泥处理消耗的能 量。由此表可见，出水水质达到城镇污水厂二级排放标准；在低浓度城市污水的情况下(进 水BOD为150mg/L)，本发明每处理1吨污水，可获得0. 278kffh的电能；在典型城市污水的情 况下(进水BOD为300mg/L)，本发明每处理1吨污水，可获得0. 325kffh的电能。因此，在扣除 污水和污泥处理的能耗以后，在低浓度城市污水的情况下，本发明仍可获得0. 018kffh/m3的 电能盈余和0. 238kffh/m3的热能盈余；在典型城市污水的情况下，本发明可获得0. 054kffh/ m3的电能盈余和0. 370kffh/m3的热能盈余。并且，本发明的污泥产率只有0. 08kgVSS/ kgBOD (低浓度城市污水)和0. 07kgVSS/kgB0D (典型城市污水)，大大低于传统活性污泥处 理方法。表 1
权利要求
一种零能耗低污泥产率的城市污水处理方法。其特征在于，通过污泥厌氧消化和污水好氧处理技术的综合利用，提高沼气产量和降低消化污泥的排放量，通过甲烷气能量的回收利用从而可以提供污水和污泥处理的能耗(电能和热能)。具体包括如下步骤(1)经过预处理的城市污水进入初次沉淀池处理，同时由厌氧污泥消化单元回流的消化污泥部分或全部进入初次沉淀池。(2)初次沉淀池出水和由二次沉淀池回流的回流污泥一起进入曝气池形成混合液，同时由厌氧污泥消化单元回流的消化污泥部分或全部进入曝气池。(3)曝气池出水的混合液进入二次沉淀池，混合液中悬浮的活性污泥和其他固体物质在这里沉淀下来与水分离。澄清后的污水去三级污水处理或作为处理出水排出系统；污泥从二次沉淀池底部排出，其中大部分作为回流污泥进入曝气池，剩余污泥排放至污泥浓缩单元。(4)在污泥浓缩单元，浓缩污泥排放至厌氧污泥消化单元进行消化处理。被去除的污泥中的水分(如上清液)回流至污水预处理或者初次沉淀池或者曝气池。(5)厌氧污泥消化单元在厌氧条件下消化污泥，产生为以甲烷为主的沼气和消化污泥。在污泥消化单元的排出污泥中，一部分消化污泥回流至曝气池或者初次沉淀池，或者按比例分别回流至曝气池和初次沉淀池；另一部分消化污泥按国家要求进行污泥脱水及处置。
2.根据权利要求1所述零能耗低污泥产率的城市污水处理方法，其特征在于，所述步 骤5消化污泥回流至曝气池或者初次沉淀池，或者按比例分别回流至曝气池和初次沉淀 池。
3.根据权利要求1或2所述零能耗低污泥产率的城市污水处理方法，其特征在于，所述 步骤1初次沉淀池接受的消化污泥来自步骤5。同时，经过预处理的城市污水进入初次沉淀 池。
4.根据权利要求1和2所述零能耗低污泥产率的城市污水处理方法，其特征在于，所述 步骤2曝气池接受的消化污泥来自步骤5或者来自步骤1，或者同时来自步骤5和步骤1 ； 在曝气池中，采用鼓风曝气或机械曝气的方式，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状况下进行生化反应。
5.根据权利要求1所述零能耗低污泥产率的城市污水处理方法，其特征在于，所述步 骤3 二次沉淀池将污泥和污水分离。
6.根据权利要求1所述零能耗低污泥产率的城市污水处理方法，其特征在于，所述步 骤4是用重力浓缩或者机械浓缩或者气浮浓缩的方法，降低污泥的含水率。
全文摘要
一种城市污水处理方法，涉及一种污水处理技术。本发明公开了一种零能耗低污泥产率的城市污水处理方法。包括如下步骤经过预处理的城市污水进入初沉池，初沉池出水和由二沉池回流的活性污泥一起进入曝气池形成混合液。曝气池出水的混合液进入二沉池，经沉淀澄清后的污水去三级污水处理或作为处理水排放。剩余活性污泥经污泥浓缩后，浓缩污泥排放至厌氧污泥消化单元进行消化处理。厌氧污泥消化单元在厌氧条件下消化污泥，一部分消化污泥回流至曝气池或者初沉池，或者按比例分别回流至曝气池和初沉池；另一部分消化污泥经脱水后进行污泥处置。通过甲烷气能量的回收利用从而可以提供污水和污泥处理的能耗(电能和热能)。
文档编号C02F9/14GK101935131SQ20101020889
公开日2011年1月5日 申请日期2010年6月25日 优先权日2010年6月25日
发明者余静 申请人:余静