一种污水处理厂剩余污泥稳定和资源化利用的处理系统及方法
【专利摘要】本发明属于污染物处理领域，具体涉及一种污水厂剩余污泥的处理系统及方法，所述处理系统包括依次连通的调节罐、反应釜、澄清罐，所述反应釜与臭氧储气罐、臭氧发生器、制氧站相连通，澄清罐分别与除磷系统和残泥调理罐相连通，反应釜内安装有微气泡发生器，微气泡发生器的进气口与臭氧储气罐连接。本发明系统可直接与污水处理厂的生化系统相连，实现资源化循环利用。本发明利用微气泡独特的理化特性解决了臭氧氧化方法在用于剩余污泥稳定化处理时逸失率高、投加量大、处理成本高、无法在实际工程中应用的问题，突破了臭氧在工程应用上的瓶颈。本发明既完成了对剩余污泥的稳定化处理，又实现了剩余污泥在厂内的资源化回用。
【专利说明】
-种污水处理厂剩余污泥稳定和资源化利用的处理系统及 方法
技术领域
[0001] 本发明属于污染物处理领域，具体设及一种污水厂剩余污泥的处理系统及方法， 经处理的污泥可W达到《城镇污水处理厂污染物排放标准KGB18918-2002)中规定的剩余 污泥稳定化要求，同时实现剩余污泥在污水处理厂内的资源化循环利用。
【背景技术】
[0002] 随着环保法规的日益完善W及环保力度的加强，我国年废水处理量迅速提高。截 至2011年9月，我国已建成投运城镇污水处理厂3078座，处理能力达到1.36亿mVd，全国城 市污水处理率达到80%左右。而我国城市污水处理厂中，活性污泥法是应用最为广泛的污 水处理技术。该方法自20世纪初应用于污水处理W来，因其处理效率高、运行稳定可靠等优 点，在世界各地倍受青睐，目前己成为全世界应用最广泛的一种污水处理工艺，世界范围内 也有80 % W上的污水处理厂用的是活性污泥法。
[0003] 活性污泥法剩余污泥产生量一般是污水处理量的0.3%~0.5% (W含水率97% 计），据估算我国2010年污水厂产生剩余污泥的干重已超2000万吨每万吨污水的污泥产 量2.7吨计），剩余污泥的处理处置问题日益严峻。由于传统上资金、技术及认识程度等多方 面的原因，在污水处理时往往存在"重污水处理，轻污泥处理"的误区，导致污水在城市污水 处理厂经处理后达标排放，而大量未经恰当处理处置的污泥进入环境后，直接给环境带来 二次污染，不但降低了污水处理系统的有效处理能力，而且对生态环境和人类活动构成了 严重威胁。《城镇污水处理厂污染物排放标准KGB18918-2002)明确规定，城镇污水处理厂 的污泥应进行稳定化处理，稳定化处理应达到的指标如表1所示。
[0004] 表1污泥稳定化控制指标
[0005]
[0006] 据中国水网预测，到2015年年末，我国脱水污泥年产量将超过2600万t，已成为全 国甚至世界范围内，城市污水处理厂所面临严峻问题和沉重负担。
[0007] 污泥处理与处置的目的就是要在保证污泥稳定安全的前提下，实现减量和资源 化。目前。污泥的处理、处置方法主要分为:稳定化、无害化、减量化和资源化。
[0008] (1)稳定化：通常通过中溫或高溫厌氧消化或者中溫好氧消化，使处理污泥稳定 化，最终处置后不再产生污泥的进一步降解，从而避免产生二次污染；
[0009] (2)无害化:达到污泥的无害化与卫生化，如杀灭细菌和寄生虫卵，W及去除或固 定重金属等；
[0010] (3)减量化:减少污泥最终处置前的体积和质量，W降低污泥处理及最终处置的费 用；
[0011] (4)资源化:在处理污泥的同时达到变害为利、综合利用、保护环境的目的，如产生 生物气(沼气）、作为农田有机肥料、±壤改良剂等。
[0012] 其中，实现污泥稳定化的方法主要有:厌氧消化、好氧消化和好氧堆肥等。运些方 法都是依靠热能和微生物的源呼吸作用实现对污泥中生物固体的减量。
[0013] 目前，对于大多数中小型污水厂由于资金和技术力量的限制，对污泥只是采用浓 缩脱水后进行填埋的处理方式，消化稳定和干化处理的很少，真正进行无害化、资源化处理 就更少。浓缩脱水处理方式只是降低了污泥的含水率、减小了污泥的体积，而污泥中固体有 机物的总量并没有变。
[0014] 采用臭氧对污水处理厂剩余污泥进行稳定化和减量化处理的研究在国内外都有 研究和报道，是目前业内公认的高效稳定的处理方式，但由于臭氧制备成本高，逸失率高的 问题一直无法有效解决，造成臭氧处理工艺的建设成本和处理成本都居高不下，制约了在 实际工程中的应用。
【发明内容】
[0015] 为了解决现有技术中存在的臭氧逸失问题，本发明利用微米和纳米气泡的高表面 能、高扩散性、大比表面积很好地解决了臭氧逸失问题，臭氧投加量降低到o.oikg/kg削减 有机物，把处理成本降低到厌氧消化工艺的水平，突破了实际工程应用的瓶颈。
[0016] 本发明属于基于隐性增长的破壁溶胞法技术类别，采用微米和纳米级的微小气泡 作为臭氧的载体，利用臭氧的强氧化性对剩余污泥中的微生物进行杀灭、破碎和破壁溶胞 同时杀灭各种病原菌。经臭氧微气泡反应处理4小时后，剩余污泥中的有机物降解量达到 50 %，高于GB18918-2002标准中有机物降解40 %的稳定化要求，破壁溶胞后的上清液碳氮 比稳定达到15:1，B/C达到0.4~0.5,具有丰富的碳源和良好的可生化性，可作为甲醇等碳 源补充物回用到污水厂的生化系统，提高总氮去除能力10% W上。
[0017] 本发明的处理成本折算到污水处理费约0.05元/吨，与厌氧消化工艺的处理成本 相近，但处理时间仅是厌氧消化工艺的1/10,占地面积约是厌氧消化工艺的1/20。
[0018] 一种污水处理厂剩余污泥稳定和资源化利用的处理系统，包括依次连通的调节罐 (池）、反应蓋、澄清罐(池），反应蓋与臭氧储气罐、臭氧发生器、制氧站相连通，澄清罐(池） 分别与除憐系统和残泥调理罐(池)相连通，所述反应蓋内安装有微气泡发生器，微气泡发 生器的进气口与臭氧储气罐连接。本发明的系统处理对象是污水厂生化系统排出的含水率 99.5%或W上的剩余污泥;本系统可直接与污水处理厂的生化系统相连，实现资源化循环 利用，例如，现有生化处理系统处理后的污水经调节罐（池）进入本系统，在本系统内处理 后，固液部分别经由残泥调理罐(池)和除憐系统再回到污水厂。
[0019] 其中，微气泡发生器的数量可根据臭氧投加量、臭氧发生器的臭氧浓度和微气泡 发生器的进气流量计算得出；当使用多个微气泡发生器时，可在反应罐的垂直线上错落布 置，通过不同高度的气泡出口使臭氧微气泡在各个层面与污泥充分接触反应。
[0020] 所述臭氧储气罐与臭氧发生器的出气口连接，臭氧发生器进气口与制氧站连接。
[0021] 所述除憐系统由加药设备、管道混合器、沉淀罐(池)组成。
[0022] 本发明还公开了一种污水处理厂剩余污泥稳定和资源化利用的处理方法，包括： 污泥从生化系统排出后进入反应蓋，在反应蓋内进行臭氧处理的步骤，并且在反应蓋内设 有微气泡发生器，采用微米和纳米级的微小气泡作为臭氧的载体，对污泥进行处理。
[0023] 具体地，上述方法包括W下步骤：
[0024] (1)污泥从生化系统排出后经由调节罐输送到反应蓋，
[0025] (2)反应蓋中微气泡发生器可W制备粒径在200纳米W下的纳米气泡和5微米W下 的微米级气泡，采用臭氧作为气源在反应蓋内产生臭氧微气泡，污泥在反应蓋内经臭氧微 气泡破壁溶胞处理；
[0026] (3)在反应蓋内经过破壁溶胞后的反应液进入澄清罐进行固液分离，澄清罐的上 部是澄清区，上清液进入除憐系统，下部是残泥沉淀区，残泥排入残泥调理罐；
[0027] (4)经除憐处理后的上清液作为碳源补充物回用到污水厂生化反应系统;沉淀罐 中的残渣送往污水厂脱水车间进行脱水。
[0028] 其中，步骤(3)具体是:反应处理后的污泥液输送到澄清罐进行固液分离，分离后 的上清液经过管道混合器输送到沉淀罐，上清液在管道混合器中与来自加药机的除憐药剂 进行混合，在沉淀罐中完成沉淀除憐。
[0029] 调节罐(池）的作用是在反应蓋运行时临时储存生化系统排出的剩余污泥，稳定反 应蓋的进泥量。
[0030] 反应蓋是臭氧对剩余污泥进行破壁溶胞的反应空间，剩余污泥在反应蓋内的停留 时间约4小时。反应蓋采用不诱钢材料制作，内壁进行防臭氧氧化处理
[0031] 臭氧发生器是制备反应所需臭氧的机器，采用纯氧作为氧源。
[0032] 储气罐临时储存臭氧发生器制备出来的臭氧，储气罐同时实现对臭氧浓度的均化 调节。
[0033] 微气泡发生器可W制备粒径在200纳米W下的纳米气泡(如图2)和5微米W下的微 米级气泡(如图3)，采用臭氧作为气源后即可在反应蓋内产生臭氧微气泡，利用微气泡高表 面能和大比表面积提高臭氧的利用率。微气泡发生器的流量为40L/min。臭氧投加量优选 O.Olkg/kg削减有机物。
[0034] 澄清罐(池）用于对破壁溶胞后的反应液进行固液分离，澄清罐为圆锥性，上部是 澄清区，上清液(回用液)进入除憐系统，下部是残泥沉淀区，残泥排入残泥调理罐。
[0035] 除憐系统由加药设备、管道混合器、沉淀罐（池）组成，用于对回用液进行除憐处 理。
[0036] 残泥调理罐(池）用于对残泥进行调理，调理后的残泥脱水性提高30%，送往污水 厂现有的脱水车间进行脱水。
[0037] 制氧站包括制氧系统和消防系统，用于制备臭氧发生器所需要的纯氧。
[0038] 在本发明方法中，为了实施资源化利用，通过微气泡发生器的布设方式、臭氧添加 量和反应时间的控制来达到可生化性好，碳源丰富的回用要求;增加单独的除憐系统来去 除回用液中的憐;增加了残泥调理步骤，使臭氧处理后的残泥的脱水性能提高30%。
[0039] 本发明利用微气泡独特的理化特性解决了臭氧氧化方法在用于剩余污泥稳定化 处理时逸失率高、投加量大、处理成本高、无法在实际工程中应用的问题，突破了臭氧在工 程应用上的瓶颈。本发明，既完成了对剩余污泥的稳定化处理，又实现了剩余污泥在厂内的 资源化回用，降低了污水厂的运行成本并提高了生化系统对总氮的去除率。
【附图说明】
[0040] 图1是本发明示意图。其中：1-调节罐(池），2-臭氧反应蓋，3-微气泡发生器，4-制 氧站，5-臭氧发生器，6-储气罐，7-澄清罐(池），8-沉淀罐(池），9-加药设备，10-管道混合 器，11-残泥调理罐(池）。
[0041] 图2是本发明所用的微气泡发生器产生的纳米级气泡的粒径分布图。（检测单位： 华东师范大学水环境与界面科学研究中屯、检测时间：2015年1月）
[0042] 图3是本发明使用的微气泡发生器产生的微米级级气泡的粒径分布图。（检测单 位:华东师范大学水环境与界面科学研究中屯、检测时间：2015年1月）
[0043] 图4是本发明在lOOt/d的污水处理系统进行中试所得到的污泥中挥发性悬浮固体 (MLVSS)的削减量和去除率。
[0044] 图5是本发明在10化/d的污水处理系统进行中试所得到的污泥浓度(MLVSS)的削 减量和去除率
[0045] 图6是本发明在l(K)t/d的污水处理系统进行中试所得到的破壁溶胞后上清液的碳 氮比。
[0046] 图7是本发明在l(K)t/d的污水处理系统进行中试时上清液作为碳源回用到生化处 理系统对出水COD的影响数据。
[0047] 图8是本发明在l(K)t/d的污水处理系统进行中试时上清液作为碳源回用到生化处 理系统对出水总氮的影响数据。
[0048] 图9是本发明在l(K)t/d的污水处理系统进行中试时残泥卫生指标的检测数据。
[0049] 图10是本发明在l(K)t/d的污水处理系统进行中试时残泥稳定化观察照片。A是未 处理样，发臭发黑;B是反应3小时样，无变化;C是反应3小时样，无变化。
【具体实施方式】 [(K)加]实施例1
[0051] 本发明系统构成如图1所示，由调节罐(池）、反应蓋、臭氧发生器、储气罐、微气泡 发生器、沉淀罐(池）、除憐系统、残泥调理罐(池）、制氧站等部分组成，处理对象是污水厂生 化系统排出的含水率99.5 %或W上的剩余污泥。
[0052] 污泥从生化系统排出后进入调节罐(池）1，再由污泥累输送到臭氧反应蓋2。反应 蓋内安装有微气泡发生器3。
[0053] 微气泡发生器的进气口与臭氧储气罐6连接，臭氧储气罐与臭氧发生器5连接，臭 氧发生器的氧源采用制氧站4产出的纯氧。臭氧储气罐和臭氧发生器安装在反应蓋旁。臭氧 发生器产生的臭氧经储气罐存储调节后W均匀的浓度进入微气泡发生器，微气泡发生器W 臭氧作为气源，产生臭氧微气泡。
[0054] 反应处理后的污泥液输送到澄清罐(池)7进行固液分离。分离后的上清液经过管 道混合器10输送到沉淀罐(池)8。上清液在管道混合器中与来自加药机9的除憐药剂进行混 合，在沉淀罐(池）中完成沉淀除憐。经除憐处理后的上清液作为碳源补充物回用到污水厂 生化反应系统。沉淀罐中的残渣送往污水厂脱水车间进行脱水。
[0055] 澄清罐(池）7中沉淀分离的残泥经污泥累输送到残泥调理罐(池）11，添加调理剂 完成调理后送往污水厂脱水车间进行脱水。
[0056] 微气泡发生器进气流量40L/min，臭氧浓度llOmg/L，污泥在臭氧反应蓋的停留时 间约4小时，臭氧投加量0.01 kg/kg削减有机物。
[0化7]实施例2
[005引本发明在l(K)t/d的污水处理系统进行中试，结果如下：
[0059] (1)剩余污泥中挥发性悬浮固体(MLVSS)削减50 % (图4)，污泥浓度(MLSS)削减 45% (图5)，高于《城镇污水处理厂污染物排放标准KGB18918-2002)中对污水厂污泥稳定 化的要求规定；
[0060] (2)反应3小时后，处理后的上清液液碳氮比稳定达到15:1(图6)，B/C约0.4~0.5， 碳源充足，可生化性好，可W作为碳源补充物回用到污水厂生化系统；
[0061] (3)如图7,前36天为上清液未回用，出水平均COD 28.3111邑/1;第36天开始，上清液 作为碳源回用到生化系统，出水平均COD 29.2mg/L，基本无影响。如图8,前36天为上清液未 回用，出水平均总氮17.2mg/L，平均去除率51.4%;第36天开始，上清液作为碳源回用到生 化系统，出水平均氨氮13.2mg/L，平均去除率62.6%。上清液回用后，总氮平均去除率提高 10% W上。表明上清液回用到生化系统后，对污水厂出水中的COD、氨氮、总憐没有影响，总 氮去除率提局10% W上；
[0062] (4)按照碳当量换算并考虑上清液中所含的氮，每吨含水率80%的污泥可W产出 相当于30公斤甲醇反硝化效果的上清液，不仅实现剩余污泥在厂内的资源化利用，也降低 了污水厂的运行成本；
[0063] (5)上清液除憐渣泥数量少且W无机物为主，可W脱水后作为绿化营养±外售；
[0064] (6)处理后残泥完全脱色脱臭，处理后污泥静置一个月后，泥样无变化(图10)
[0065] (7)本发明处理后残泥达到《城镇污水处理厂污染物排放标准KGB18918-2002)标 准和美国A级污泥标准。残泥实现无害化，粪大肠杆菌、沙口氏菌、咖虫卵都达到未检出水 平，超过美国A级污泥标准(图9);
[0066] (8)残泥经调理后，脱水性能(CST)提高30%，有利于后续脱水处理；
[0067] (9)可充分利用污水厂现有浓缩池、均质池、脱水设备等现有设施设备，脱水后无 腐败、异味、卫生等问题，可W作为绿化±外售。
[0068] (10)臭氧投加量仅0.0 lkg/kg削减有机物，达到国际领先水平；
[0069] (11)建设投资和处理成本达到与厌氧消化工艺相近的水平，低于好氧发酵堆肥、 焚烧干化等其他处理工艺；
[0070] (12)反应时间是厌氧消化工艺的1/10,占地面积仅是厌氧消化工艺的1/20,节约 上地资源；
[0071 ] (13)运行稳定，不受溫度、湿度等环境条件影响。
【主权项】
1. 一种污水处理厂剩余污泥稳定和资源化利用的处理系统，其特征在于：包括依次连 通的调节罐、反应釜、澄清罐，所述反应釜与臭氧储气罐、臭氧发生器、制氧站相连通，澄清 罐分别与除磷系统和残泥调理罐相连通，反应釜内安装有微气泡发生器，微气泡发生器的 进气口与臭氧储气罐连接。2. 根据权利要求1所述的系统，其特征在于，臭氧储气罐与臭氧发生器的出气口连接， 臭氧发生器进气口与制氧站连接。3. 根据权利要求1所述的系统，其特征在于，除磷系统由加药设备、管道混合器、沉淀罐 组成。4. 根据权利要求1所述的系统，其特征在于，微气泡发生器为多个，在反应罐的垂直线 上错落布置。5. -种污水处理厂剩余污泥稳定和资源化利用的处理方法，包括:污泥从生化系统排 出后进入反应釜，在反应釜内进行臭氧处理的步骤，其特征在于:在反应釜内设有微气泡发 生器，采用微米和纳米级的微小气泡作为臭氧的载体，对污泥进行处理。6. 根据权利要求5所述的方法，其特征在于，包括以下步骤： (1) 污泥从生化系统排出后经由调节罐输送到反应釜， (2) 反应釜中微气泡发生器制备粒径在200纳米以下的纳米气泡或5微米以下的微米级 气泡，采用臭氧作为气源在反应釜内产生臭氧微气泡，污泥在反应釜内经臭氧微气泡破壁 溶胞处理； (3) 在反应釜内经过破壁溶胞后的反应液进入澄清罐进行固液分离，澄清罐的上部是 澄清区，上清液进入除磷系统，下部是残泥沉淀区，残泥排入残泥调理罐； (4) 经除磷处理后的上清液作为碳源补充物回用到污水厂生化反应系统;沉淀罐中的 残渣送往污水厂脱水车间进行脱水。7. 根据权利要求6所述的方法，其特征在于:步骤(3)具体是:反应处理后的污泥液输送 到澄清罐进行固液分离，分离后的上清液经过管道混合器输送到沉淀罐，上清液在管道混 合器中与来自加药机的除磷药剂进行混合，在沉淀罐中完成沉淀除磷。
【文档编号】C02F11/00GK105948436SQ201610504095
【公开日】2016年9月21日
【申请日】2016年6月29日
【发明人】崔恩喜
【申请人】崔恩喜