一种回收污水能源、资源，减少温室气体排放的系统的制作方法

1.本发明涉及污水处理技术领域，特别涉及一种回收污水能源、资源，减 少温室气体排放的系统。


背景技术：

2.我国目前日均处理城市和村镇污水约1.7亿吨，采用的主流处理工艺是 需要曝气的好氧生物+深度处理工艺，好氧和深度处理通过曝气、加药、膜 过滤等方式，将污水中的有机物、氮、磷和悬浮物转化为二氧化碳、污泥。 好氧曝气过程，需要消耗电能，同时产生二氧化碳、甲烷和一氧化二氮等温 室气体。深度处理过滤时需要消耗电能，脱氮除磷时消耗碳源、絮凝剂等， 同时产生大量污泥需要处理和处置(焚烧为主)。以电能消耗有机质能源(曝 气将有机物变成二氧化碳和水)，污染物转移(废水中的有机物转移到污泥 中)，消耗大量能源，浪费水中的氮磷营养资源，同时排放温室气体。
3.污水处理行业是我国的耗能大户，2020年全行业耗电约184亿kw.h， 且在社会总能耗中的比例逐年提高。采用好氧+深度处理工艺，处理每吨废 水，折合二氧化碳排放量约1.0～1.5kg，每年二氧化碳排放总量约6000～8000 万吨。每年产生5000～7000万吨的污泥(含水量约80％)。
4.

技术实现要素：

5.本发明目的是提供一种回收污水能源、资源，减少温室气体排放的系统， 可利用污水中能源、减少温室气体排放。
6.基于上述问题，本发明提供的技术方案是：
7.一种回收污水能源、资源，减少温室气体排放的系统，包括沿进水方向 依次设置的格栅井、初沉池、厌氧膜生物反应器及离子交换器，所述离子交 换器去除氮磷并回收；
8.所述初沉池、厌氧膜生物反应器的底部污泥排入污泥浓缩池，所述污泥 浓缩池浓缩后的污泥排入污泥厌氧消化罐，所述污泥厌氧消化罐消化后的污 泥排入污泥脱水机；
9.所述厌氧膜生物反应器、污泥厌氧消化罐顶部分别连接沼气收集管道。
10.在其中的一些实施方式中，所述格栅井经第一管道连接至所述初沉池， 所述第一管道上设置第一进水泵，所述初沉池上部经第二管道连接至所述厌 氧膜生物反应器底部，所述第二管道上设置第二进水泵，所述厌氧膜生物反 应器内膜组件经第三管道连接至所述离子交换器，所述第三管道上设有第三 进水泵。
11.在其中的一些实施方式中，所述初沉池底部经第一污泥管道连接至所述 污泥浓缩池，所述厌氧膜生物反应器底部经第二污泥管道连接至所述污泥浓 缩池，所述污泥浓缩池底部经第一排泥管连接至所述污泥厌氧消化罐，所述 污泥厌氧消化罐经第二排泥管连接至所述污泥脱水机，所述第一排泥管上设 置污泥泵。
12.在其中的一些实施方式中，所述污泥浓缩池上部经溢流管道连接至所述 格栅井。
13.在其中的一些实施方式中，所述格栅井内设有粗格栅和细格栅，所述粗 格栅的孔径为8～15mm，所述细格栅的孔径为3～5mm。
14.在其中的一些实施方式中，所述厌氧膜生物反应器、污泥厌氧消化罐的 顶部分别设置浮动式顶盖。
15.在其中的一些实施方式中，所述离子交换器内设有串联布置的氮交换柱 和磷交换柱。
16.在其中的一些实施方式中，所述氮交换柱内填装沸石，空床接触时间为 20～40min，采用nacl或kcl进行再生；所述磷交换柱内填装混合阴离子交 换树脂，空床接触时间10～20min，采用naoh进行再生。
17.与现有技术相比，本发明的优点是：
18.1、厌氧膜生物反应器可产生沼气作为能源加以利用，节省能源，同时 降低甲烷气体的排放；
19.2、相比于采用好氧处理可以节省能耗，好氧去除1kgc od需要曝气电 能0.5～1kw.h，厌氧去除1kgcod产生0.5m3沼气(相当于2.8kw.h电的热 值)；
20.3、减少污泥产量，厌氧处理是好氧处理产泥量的1/6～1/10；
21.4、减少温室气体排放，好氧处理气水比10～20，曝气和降解过程产生 二氧化碳，硝化-反硝化的脱氮过程产生一氧化二氮(温室效应是二氧化碳 的265倍)，减少二氧化碳排放；
22.5、离子交换器产生的回用水可以作为城市杂用水、景观环境用水，减 少自来水用量；
23.6、离子交换器再生回收的氮磷可作为植物营养盐加以利用，节省传统 硝化反硝化曝气能耗和碳源消耗，节省传统化学除磷的药剂消耗；
24.7、污泥进行厌氧消化，回收有机肥，同时减少污泥量，减少污泥处置 费用。
附图说明
25.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所 需要使用的附图作简单地介绍，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施 例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以 根据这些附图获得其他的附图。
26.图1为本发明一种回收污水能源、资源，减少温室气体排放的系统实施 例的结构示意图；
27.其中：
28.1、格栅井；
29.2、初沉池；
30.3、厌氧膜生物反应器；3-1、超滤膜组件；3-2、布水器；
31.4、离子交换器；
32.5、污泥浓缩池；
33.6、污泥厌氧消化罐；
34.7、污泥脱水机；
35.8、第一管道；
36.9、第一进水泵；
37.10、第二管道；
38.11、第二进水泵；
39.12、第三管道；
40.13、第三进水泵；
41.14、第一污泥管道；
42.15、第二污泥管道；
43.16、第一排泥管；
44.17、污泥泵；
45.18、第二排泥管；
46.19、沼气收集管道；
47.20、溢流管道。
具体实施方式
48.以下结合具体实施例对上述方案做进一步说明。应理解，这些实施例是 用于说明本发明而不限于限制本发明的范围。实施例中采用的实施条件可以 根据具体厂家的条件做进一步调整，未注明的实施条件通常为常规实验中的 条件。
49.参见图1，为本发明实施例的结构示意图，提供一种回收污水能源、资 源，减少温室气体排放的系统，包括沿进水方向依次设置的格栅井1、初沉 池2、厌氧膜生物反应器3及离子交换器4，离子交换器4去除氮磷并回收。 初沉池2、厌氧膜生物反应器3的底部污泥排入污泥浓缩池5，污泥浓缩池 5浓缩后的污泥排入污泥厌氧消化罐6，污泥厌氧消化罐6消化后的污泥排 入污泥脱水机7，厌氧膜生物反应器3、污泥厌氧消化罐6内产生的沼气收 集后利用。
50.格栅井1主要用于截留大粒径纤维、塑料等不可降解无机物或难以降解 物，防止堵塞后续设备，同时减少杂物在后续初沉池2和厌氧膜生物反应器 3内的累积，格栅井1经第一管道8连接至初沉池2，在第一管道8上设置 第一进水泵9，用于将格栅井1内废水提升至初沉池2。在格栅井1内设置 粗格栅和细格栅两道格栅，粗格栅的孔径为8～15mm，细格栅的孔径为 3～5mm，根据处理水量采用机械格栅或人工格栅。
51.初沉池2用于将污水中颗粒态悬浮物沉淀至底部，可采用平流式、竖流 式或幅流式沉淀池，表面负荷为1.5～3m3/(m2.h)，污水停留时间2～4h，初 沉池2上部经第二管道10连接至厌氧膜生物反应器3底部的布水器3-2，在 第二管道10上设置第二进水泵11。
52.厌氧膜生物反应器3用于对污水进行厌氧膜生物处理，厌氧膜生物反应 器3可采用高塔式碳钢结构，根据污水水温不同，停留时间24～48h，厌氧 膜生物反应器3内污泥浓度10000～15000mg/l，运行稳温度要求大于15℃。 内置超滤膜组件3-1，膜通量8～10l/(m2.h)，通过产生沼气进行定期冲刷膜 组件，厌氧膜生物反应器3顶部采用浮动式顶盖，密封收集沼气，cod去 除率80％～90％，其中，浮动式顶盖的结构为现有技术，本发明不再赘述。 超滤膜组件3-1经第三管道12连接至离子交换器4，在第三管道12上设置 第三进水泵13。
53.离子交换器4用于去除和回收氮磷，为逆流再生固定床，离子交换器4 内设有串联
布置的氮交换柱和磷交换柱，分别交换氮和磷，氮交换柱内填装 沸石，空床接触时间20～40min，采用nacl或kcl进行再生。磷交换柱内 填装混合阴离子交换树脂，空床接触时间10～20min，采用naoh进行再生。
54.污泥浓缩池5用于污泥的浓缩，为了防止长时间停留导致磷释放，污泥 浓缩池5可采用气浮或离心式浓缩，初沉池2底部经第一污泥管道14连接 至污泥浓缩池5，厌氧膜生物反应器3底部经第二污泥管道15连接至污泥 浓缩池5，从而对初沉池2、厌氧膜生物反应器3产生的污泥进行浓缩处理。 污泥浓缩池5上部上清液经溢流管道20溢流至格栅井1进一步处理。
55.污泥厌氧消化罐6用于污泥的厌氧消化，可采用高塔式碳钢结构，水力 停留时间30～50天，运行温度大于15℃。采用沼气定期搅拌，反应器顶部 采用浮动式顶盖，密封收集沼气，有机物消解率60％～80％。污泥浓缩池5 底部经第一排泥管16连接至污泥厌氧消化罐6，污泥厌氧消化罐6经第二 排泥管18连接至污泥脱水机7，在第一排泥管16上设置污泥泵17，用于将 污泥浓缩池5内浓缩的污泥抽吸至污泥厌氧消化罐6内进行厌氧消化。污泥 厌氧消化罐6内消化稳定后的污泥自流至污泥脱水机7进行脱水处理，污泥 脱水机7可采用离心机或叠螺脱水机，将污泥脱水至含水率80％左右作为农 业、园林有机肥加以利用。
56.本发明的工作过程为：
57.经管网收集的污水经过格栅井1截留纤维、塑料等大粒径杂质后，经第 一进水泵9提升至初沉池2，经过重力沉淀后，上清液经第二进水泵11提 升至厌氧膜生物反应器3进行处理，在此将废水中的有机物转化为沼气，净 化后沼气经过内置的超滤膜组件3-1过滤后进入离子交换器4，通过树脂将 厌氧膜生物反应器3出水中的氮、磷营养元素进行交换，去除水中绝大部分 氮、磷，其出水作为回用水加以利用，通过再生产生的再生液中富含氮、磷， 作为氮磷营养盐回收利用。
58.初沉池2底部污泥和厌氧膜生物反应器3内污泥定期排入污泥浓缩池5 进行浓缩，其上清液溢流至格栅井1进水口，其底部浓缩污泥进入污泥厌氧 消化罐6进行厌氧消化，经过消化稳定后的污泥自流进入污泥脱水机7脱水 后作为有机肥加以利用。
59.厌氧膜生物反应器3和污泥厌氧消化罐6产生的沼气经沼气收集管道 19收集后作为能源加以利用。
60.上述系统主要用于处理城市和城镇的生活污水、类似的预处理后工业废 水与生活污水混合废水以及低浓度工业废水，废水参数为：cod浓度 1000mg/l以下，总氮100mg/l以下，总磷30mg/l以下。经过系统处理后 回用水可以达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》，若污水来水污染程度 较低，回用水可达到《城市污水再生利用城市杂用水水质》或《城市污水 再生利用景观环境用水水质》标准。
61.上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项 技术的人员能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保 护范围。凡根据本发明精神实质所做的等效变换或修饰，都应涵盖在本发明 的保护范围之内。