一种有效实现有机污泥减量的污水处理系统及方法与流程

本发明涉及有机污泥减量的污水处理系统和方法，尤其涉及一种采用水力空化减泥机进行有机污泥减量的污水处理系统及方法。

背景技术：

我国目前对大多数城镇污水、工业有机废水采用生化工艺进行处理。采用的生化工艺包括主要包括：A2/O、A/O、SBR、氧化沟、MBR等。但是这些方法存在的共同问题是在污水处理过程中会产生大量的剩余污泥。就一般情况而言，每处理10000m³污水，处理过程会产生含水率80%的泥饼约5-10吨。这种污泥种含有病源体、重金属和持久性有机物等有害物质。目前这种污泥大多数自然堆放，尚未得到妥善处理处置。只有少量的污泥采用不同的方式进行处理。

目前国内外主要的污泥处理技术有：焚烧、填埋、厌氧消化、好氧发酵、热干化石灰稳定、污泥热解、水热处理等方法。均属于污泥产生后对其再进行的末端处理技术。而这些处理方式都会带来巨大的设备投资和高昂的运行费用，同时还会产生二次污染以及生态安全风险。我国平均每天产生80%的泥饼约50万吨以上。由于这种污泥运输、储存、处理处置成本昂贵，目前又无经济有效的处理处置方法，从而导致了这种污泥通过堆肥、焚烧、热解处理的数量不足5%,绝大部分仍然自然堆存或无序抛撒，对环境造成巨大危害。因此需要一种减少污泥产量的装备，尤其是在污水处理过程中就可减少污泥产量，实现源头减排，进行清洁生产迫在眉睫，十分必要。

技术实现要素：

本发明目的是提供一种在污水生化处理过程中采用水力空化减泥机进行有机污泥减量的污水处理系统及方法。

为了实现上述目的，本发明提供了一种有效实现有机污泥减量的污水处理系统,包括依次连接的格栅、沉砂池、生物反应池和污泥浓缩池，其特征在于：在所述污泥浓缩池出口端和生物反应池的入口之间串接一个水力空化减泥机以形成一个污水循环系统，所述水力空化减泥机的入口端连接污泥浓缩池的出口端，所述水力空化减泥机的出口端经管路连接所述生物反应池的入口端；

所述水力空化减泥机包括相互串接在一起的至少两级空化装置；

第一级空化装置包括置于一级空化腔内的第一空化器以及正对所述第一空化器出口的粉碎挡板；

第二级空化装置包括顺序连接的第二空化器、射流约束体和二级扩散管，所述第二空化器位于加热腔中，所述射流约束体位于溶气腔内，所述溶气腔设置有溶气调节机构。

所述水力空化减泥机还包括第三级空化装置和第四级空化装置；所述第二级空化装置、第三级空化装置和第四级空化装置从上到下竖直配置；所述第一级空化装置水平布置且位于所述第二级空化装置的上方；

所述第一级空化装置通过第一支撑封板与所述第二级空化装置连接；所述第二级空化装置通过第二支撑封板与所述第三级空化装置连接；所述第三级空化装置通过第三支撑封板与所述第四级空化装置连接。

所述生物反应池包括依次连接的缺氧池和好氧池，所述好氧池的一个出口端经管道连接所述缺氧池的入口端构成所述缺氧池和好氧池的循环回路；所述好氧池的另一个出口端依次连接二沉池和污泥浓缩池。

所述生物反应池包括依次连接的厌氧池、缺氧池和好氧池，所述好氧池的一个出口端经管道连接所述缺氧池的入口端构成包括所述缺氧池和好氧池的循环回路；所述好氧池的另一个出口端依次连接二沉池和所述污泥浓缩池。

所述生物反应池包括依次连接的厌氧池和氧化沟，该氧化沟包括缺氧段和好氧段；所述氧化沟的出口端依次连接二沉池和污泥浓缩池。

所述生物反应池包括依次连接的厌氧池和SBR反应池，所述SBR反应池出口端连接所述污泥浓缩池。

所述生物反应池包括依次连接的厌氧池、缺氧池和MBR反应池，所述MBR反应池的一个出口端连接所述缺氧池的入口端构成包括所述缺氧池和MBR反应池的循环回路；所述MBR反应池的另一个出口端连接污泥浓缩池。

本发明还公开了一种污水处理系统中采用水力空化减泥机进行有机污泥减量的方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤A：通过格栅和沉砂池对高浓度有机污水混合物进行预处理，去除有机污水混合物中的悬浮物；

步骤B：通过生物反应池的生物处理方法，利用微生物的代谢作用，去除预处理后的有机污水混合物中的有机污染物质，并通过污泥浓缩池对生物处理后的排出物进行浓缩处理，减少排出物中污泥的含水量；

步骤C：经步骤B处理后的污泥混合液进入水力空化减泥机的第一空化器后产生高速射流撞击在与所述第一空化器正对的粉碎挡板上，使污泥混合液中的大颗粒污泥絮体破碎，导致水力空化减泥机的一级空化腔内的混合液压力进一步增大；经一级空化后的污泥混合液进入水力空化减泥机第二空化器，在第二级空化装置内溶气腔及射流约束体的共同作用下产生溶气空化； 二级空化后的污泥混合液通过二级扩散管排出；

步骤D：经步骤C处理后的剩余污泥返回生物反应池中再次经过生物处理进一步减少有机污泥排出量。

该方法步骤C还包括：含有污泥的待处理混合液经所述第一级空化装置和第二级空化装置的两级空化处理后依次进入下游的所述第三级空化装置内的第三空化器和第四级空化装置内第四空化器进行三级和四级空化处理，最后经出水管排出。

所述步骤B具体为：

B1：预处理后的有机污水混合物以及从好氧池回流的污水混合物进入所述缺氧池中进行脱氮处理；

B2：经过所述缺氧池处理后的有机污水混合物进入好氧池中进而去除有机污水中的BOD、实现氨氮的硝化和磷的吸收；经过所述好氧池处理后的部分污水混合液回流至所述缺氧池中；

或所述步骤B具体为：

B0：预处理后的有机污水混合物进入所述厌氧池中，在所述厌氧池中有机污水混合物释放磷，同时对部分有机物进行氨化处理后进入所述缺氧池中；

B1：预处理后的有机污水混合物以及从好氧池回流的污水混合物进入所述缺氧池中进行脱氮处理；

B2：经过所述缺氧池处理后的有机污水混合物进入好氧池中进而去除有机污水中的BOD、实现氨氮的硝化和磷的吸收；经过所述好氧池处理后的部分污水混合液回流至所述缺氧池中；

或所述步骤B具体为：预处理后的有机污水混合物进入所述厌氧池中，在所述厌氧池中有机污水中的聚磷菌释放磷，同时对部分有机物进行氨化处理后进入所述氧气沟中；有机污水在所述氧化沟中进行处理进而去除有机污水中的BOD、实现氨氮的硝化和磷的吸收；

或所述步骤B具体为：预处理后的有机污水混合物进入所述厌氧池中，在所述厌氧池中有机污水释放磷，同时对部分有机物进行氨化处理后进入SBR反应池中，SBR反应池中的微生物利用有机污水中的有机物进行新陈代谢，将有机污染物转化为CO2、H2O无机物；

或步骤B具体包括如下步骤：

B01：预处理后的有机污水混合物进入所述厌氧池中，在所述厌氧池中有机污水中的聚磷菌释放磷，同时对部分有机物进行氨化分解后进入所述缺氧池中；

B02：预处理后的有机污水混合物以及从MBR反应池回流的污水混合物进入所述缺氧池中进行脱氮处理；

B03：经过所述缺氧池处理后的有机污水混合物进入MBR反应池中对有机污水中的有机物进行降解；经过所述MBR反应池处理后的部分污水混合液回流至所述缺氧池中。。

与现有技术相比，本发明能有效减少有机污水混合物生化处理后的剩余污泥量，改善生物处理的效果。

附图说明

图1是本发明采用的水力空化减泥机的结构示意图；

图2是本发明系统采用A/O生化处理工艺的工艺流程图；

图3是本发明系统采用A²/O生化处理工艺的工艺流程图；

图4是本发明系统采用氧化沟生化处理工艺的工艺流程图；

图5是本发明系统采用SBR生化处理工艺的工艺流程图；

图6是本发明系统采用MBR生化处理工艺的工艺流程图；

图7是本发明方法的流程图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明有效实现有机污泥减量的污水处理系统,包括依次连接的格栅、沉砂池、生物反应池和污泥浓缩池。在污泥浓缩池出口端和生物反应池的入口之间串接一个水力空化减泥机以形成一个污水循环系统，水力空化减泥机的入口端连接污泥浓缩池的出口端，水力空化减泥机的出口端经管路连接生物反应池的入口端。

如图1所述，本发明所采用的水力空化减泥机包括相互串接在一起的至少两级空化装置；第一级空化装置100包括置于一级空化腔101内的第一空化器103以及正对所述第一空化器103出口的粉碎挡板102；第二级空化装置20包括顺序连接的第二空化器21、射流约束体25和二级扩散管26，所述射流约束体25位于溶气腔23内，所述溶气腔23设置有溶气调节机构。

如图1所示，所述第一级空化装置100包括一级空化腔101，置于一级空化腔101内的第一空化器103，以及设置于一级空化腔101内并正对第一空化器103出口的粉碎挡板102。所述第一空化器103具体为第一收缩喷管，该第一收缩喷管水平安装在所述第一级空化装置100的壳体上，其出口端伸入由所述第一级空化装置100壳体和第一支撑封板104围成的一级空化腔101内。所述粉碎挡板102竖直固定在所述第一支撑封板104的后侧。优选的，所述粉碎挡板102为弧形粉碎挡板，该弧形粉碎挡板与所述第一收缩喷管出口的喷射角适配。当含有污泥的混合液进入第一空化器103后产生高速射流并撞击粉碎挡板102，通过撞击粉碎挡板102，使混合物中的污泥絮体先被破坏，便于后续空化能对污泥细胞进行充分作用，以提高空化对污泥细胞的破壁效率，强化一级空化效应。

所述第二空化器21为竖直向下设置的第二收缩喷管，为了增强空化效率，优选地，所述第二空化器21可以设置位于加热腔22中，所述第二收缩喷管外壁面、第一支撑封板104、第二级空化装置20外壳和第一支撑板223包尾形成所述加热腔22，所述加热腔22的壁面设置有加热圈221。优选地，所述加热圈221为不锈钢云母加热圈。通过加热圈221可以满足当地水温工况对空化器的要求进而增强空化效率。所述加热腔22的壁面设置有隔热板222。所述加热腔22为可选择装置，在没有设置加热腔22时也能够实现空化效果，但是增加加热腔22后，能提高空化的效率。所述二级扩散管26与第二级空化装置20外壳之间还设置有第二支撑板24，所述第一支撑板223与所述第二支撑板24以及连接两支撑板的竖壁包围形成所述溶气腔23。所述溶气调节机构用于满足第二级空化装置20中射流溶气空化对于进气量的要求，具体包括与所述溶气腔23连通的进气管273，安装在所述进气管273上的空气流量计272以及设置在进气管273入口处的调气阀271。所述第二空化器20的出口伸入所述溶气腔23中，所述第二空化器20的出口处还设置有射流约束体25，用于使射流流畅并产生涡流空化。所述射流约束体25的竖切面大致呈“V”型。所述射流约束体25出口与所述二级扩散管26的入口对接。

含有污泥的待处理混合液进入所述第一空化器103后形成高速射流撞击在所述粉碎挡板102上，使混合液中的大颗粒污泥絮体破碎，然后进入所述第二空化器21，混合液在所述第二空化器21内产生溶气空化，二级空化的混合液再经所述二级扩散管26排出。

本发明采用的水力空化减泥机还包括第三级空化装置30和第四级空化装置40。所述三级空化装置30包括第三空化器32以及与其连接的三级扩散管33。所述第三空化器32具体为竖直向下设置的第三收缩喷管。所述四级空化装置40包括第四空化器42。第四空化器42具体为竖直向下设置的第四收缩喷管，该第四收缩喷管上还设置有多个空化喷嘴。第四空化器42向下伸入第四空化腔43中。所述四级空化装置40底部还设置有出水管45以及泄水阀44。

第二级空化装置20、第三级空化装置30和第四级空化装置40从上到下竖直配置；第一级空化装置100水平布置且位于所述第二级空化装置20的上方。

第一级空化装置100通过第一支撑封板104与所述第二级空化装置20连接；所述第二级空化装置20通过第二支撑封板31与所述第三级空化装置30连接；所述第三级空化装置30通过第三支撑封板41与所述第四级空化装置40连接。

含有污泥的待处理混合液经所述第一级空化装置100和第二级空化装置20的两级空化处理后依次进入所述第三级空化装置30内的第三空化器32和第四级空化装置40内第四空化器42进行三级和四级空化处理，最后经出水管45排出。本发明采用的水力空化减泥机底部还设置有支座46。

如图2所示，本发明系统采用A/O生化处理工艺的工艺流程图中，生物反应池包括依次连接的缺氧池和好氧池，所述好氧池的一个出口端经管道连接所述缺氧池的入口端构成所述缺氧池和好氧池的循环回路；所述好氧池的另一个出口端依次连接二沉池和污泥浓缩池。该污水浓缩池出口端连接所述水力空化减泥机入口端，所述水力空化减泥机出口端连接所述缺氧池入口端。

如图3所示，本发明系统采用A²/O生化处理工艺的工艺流程图中，生物反应池包括依次连接的厌氧池、缺氧池和好氧池，所述好氧池的一个出口端经管道连接所述缺氧池的入口端构成包括所述缺氧池和好氧池的循环回路；所述好氧池的另一个出口端依次连接二沉池和所述污泥浓缩池。该污泥浓缩池出口端连接所述水力空化减泥机入口端，所述水力空化减泥机出口端连接所述厌氧池入口端。

如图4所示，本发明系统采用氧化沟生化处理工艺的工艺流程图中，生物反应池包括依次连接的厌氧池和氧化沟，该氧化沟包括缺氧段和好氧段；所述氧化沟的出口端依次连接二沉池和污泥浓缩池。该污泥浓缩池出口端连接所述水力空化减泥机入口端，所述水力空化减泥机出口端连接所述厌氧池入口端。

如图5所示，本发明系统采用SBR生化处理工艺的工艺流程图中，生物反应池包括依次连接的厌氧池和SBR反应池，所述SBR反应池出口端连接所述污泥浓缩池。该污泥浓缩池出口端连接所述水力空化减泥机入口端，所述水力空化减泥机出口端连接所述厌氧池入口端。

如图6所示，本发明系统采用MBR生化处理工艺的工艺流程图中，生物反应池包括依次连接的厌氧池、缺氧池和MBR反应池，所述MBR反应池的一个出口端连接所述缺氧池的入口端构成包括所述缺氧池和MBR反应池的循环回路；所述MBR反应池的另一个出口端连接污泥浓缩池。该污泥浓缩池出口端连接所述水力空化减泥机入口端，所述水力空化减泥机出口端连接所述厌氧池入口端。

如图7所示，本发明方法包括以下步骤：

步骤A：对高浓度有机污水混合物进行预处理，去除有机污水混合物中的漂浮物和悬浮物。步骤A中通过依次连接的格栅、沉砂池对高浓度有机污水混合物进行预处理。所述格栅是由一组或数组平行的金属栅条、塑料齿轮或金属筛网、框架及相关装置组成，倾斜安装在污水渠道或污水处理厂的前端，用来截留有机污水混合物中较粗大漂浮物和悬浮物，如：纤维、碎皮、毛发、果皮、蔬菜、木片、布条、塑料制品等，减少后续处理产生的浮渣，保证污水处理设施的正常运行。沉淀池用于去除污水中易沉降的无机性颗粒物、或水中悬浮固体，同时也去除一部分呈悬浮状态的有机物。

步骤B：通过生物反应池的生物处理方法，利用微生物的代谢作用，去除预处理后的有机污水混合物中的有机污染物质，并对生物处理后的排出物进行浓缩处理，减少排出物中污泥的含水量；

步骤C：经步骤B处理后的污泥混合液进入水力空化减泥机的第一空化器103后产生高速射流撞击在与所述第一空化器103正对的粉碎挡板102上，使污泥混合液中的大颗粒污泥絮体破碎，导致水力空化减泥机的一级空化腔101内的混合液压力进一步增大；经一级空化后的污泥混合液进入水力空化减泥机第二空化器21，在第二级空化装置20内的溶气腔23及射流约束体25的共同作用下产生溶气空化；二级空化后的污泥混合液通过二级扩散管26排出。优选的，步骤C中经一级空化后的污泥混合液进入水力空化减泥机第二空化器21，在第二级空化装置20内的加热圈221、溶气腔23及射流约束体25的共同作用下产生溶气空化。

步骤C还包括：含有污泥的待处理混合液经所述第一级空化装置100和第二级空化装置20的两级空化处理后依次进入下游的所述第三级空化装置30内的第三空化器32和第四级空化装置40内第四空化器42进行三级和四级空化处理，最后经出水管45排出。

步骤D：经步骤C处理后的剩余污泥返回生物反应池中再次经过生物处理进而减少有机污泥排出量。

如图2所示，本发明采用A/O生化处理工艺的工艺流程图中，步骤B具体为：

B1：预处理后的有机污水混合物以及从好氧池回流的混合液进入所述缺氧池中进行脱氮处理；

B2：经过缺氧池处理后的有机污水混合物进入好氧池中进而去除有机污水混合物中的BOD、并实现氨氮的硝化和磷的吸收；经过所述好氧池处理后的部分污水混合液回流至所述缺氧池中。所述BOD具体为生物需氧量。

经过所述好氧池的污水混合液进入所述二沉池中进行泥水分离，将悬浮固体从水中分离出来，分离后上清液作为处理后的净化水排放，分离后的部分污泥混合物进入所述污泥浓缩池中进行浓缩后进入所述水力空化减泥机中进行空化处理，经过水力空化减泥机处理后的剩余污泥回流至所述缺氧池中继续进行生物处理。

如图3所示，本发明采用A²/O生化处理工艺的工艺流程图中步骤B具体为：

B0：预处理后的有机污水混合物进入所述厌氧池中，在所述厌氧池中有机污水混合物释放磷，同时对部分有机物进行氨化处理后进入所述缺氧池中；

B1：预处理后的有机污水混合物以及从好氧池回流的混合液进入所述缺氧池中进行脱氮处理；

B2：经过缺氧池处理后的有机污水混合物进入好氧池中进而去除有机污水混合物中的BOD、并实现氨氮的硝化和磷的吸收；经过所述好氧池处理后的部分污水混合液回流至所述缺氧池中。

经过所述好氧池的污水混合液进入所述二沉池中进行泥水分离，将悬浮固体从水中分离出来，分离后上清液作为处理后的净化水排放，分离后的部分污泥混合物进入所述污泥浓缩池中进行浓缩后进入所述水力空化减泥机中进行空化处理，经过水力空化减泥机处理后的剩余污泥回流至所述缺氧池中继续进行生物处理。

如图4所示，本发明系统采用氧化沟生化处理工艺的工艺流程图中，步骤B具体为：预处理后的有机污水混合物进入所述厌氧池中，在所述厌氧池中有机污水混合物中的聚磷菌释放磷，同时对部分有机物进行氨化处理后进入所述氧气沟中；有机污水在所述氧化沟中进行处理实现氨氮的硝化和磷的吸收。

经过所述氧化沟的污水混合液进入所述二沉池中进行泥水分离，将悬浮固体从水中分离出来，分离后上清液作为处理后的净化水排放，分离后的部分污泥混合物进入所述污泥浓缩池中进行浓缩后进入所述水力空化减泥机中进行空化处理，经过水力空化减泥机处理后的剩余污泥回流至所述厌氧池中继续进行生物处理。

如图5所示，本发明采用SBR生化处理工艺的工艺流程图中，步骤B具体包括：预处理后的有机污水混合物进入所述厌氧池中，在所述厌氧池中有机污水释放磷，同时对部分有机物进行氨化处理后进入SBR反应池中，SBR反应池中的微生物利用有机污水中的有机物进行新陈代谢，将有机污染物转化为CO₂、H₂O无机物。

经过所述SBR反应池处理后的上清液作为处理后的净化水排放，处理后的部分污泥混合物进入所述污泥浓缩池中进行浓缩后进入所述水力空化减泥机中进行空化处理，经过水力空化减泥机处理后的剩余污泥回流至所述厌氧池中继续进行生物处理。

如图6所示，本发明采用MBR生化处理工艺的工艺流程图中，步骤B具体包括如下步骤：

B01：预处理后的有机污水混合物进入所述厌氧池中，在所述厌氧池中有机污水中的聚磷菌释放磷，同时对部分有机物进行氨化分解后进入所述缺氧池中；

B02：预处理后的有机污水混合物以及MBR反应池回流的混合液进入所述缺氧池中进行脱氮处理；

B03：经过所述缺氧池处理后的有机污水混合物进入MBR反应池中对有机污水混合物中的有机物进行降解；经过所述MBR反应池处理后的部分混合液回流至所述缺氧池中。

经过所述MBR反应池处理后的上清液作为处理后的净化水排放，处理后的部分污泥混合物进入所述污泥浓缩池中进行浓缩后进入所述水力空化减泥机中进行空化处理，经过水力空化减泥机处理后的剩余污泥回流至所述厌氧池中继续进行生物处理。

本发明方法中通过水力空化减泥机处理的污水混合液经过两级空化处理后，还要经过第三级空化装置30和第四级空化装置40的空化步骤。经过上述四级空化的连续作用，强化了空化效应，使污泥絮体破碎化并使其中的难降解有机物直接分解成C0₂、H₂0，难降解有机物大分子链断裂为小分子链，然后被氧化成脂肪酸，从而提高污水有机物的可生化性。为后续生化反应创造有利条件，使有机物通过生化作用更易分解而减少，实现了有机污泥减量化。污水厂使用该方法后，污泥产出量可减少60～70％。

本发明采用的水力空化减泥机为综合水力空化实用设备。工作原理如下：由无堵塞排污泵提供一定流量和压力的污泥混合液进入水力空化减泥机中，产生四级空化的连续作用，强化了对污泥的处理程度。无堵塞排污泵使污泥混合液高速进入一级空化器，在一级空化器空化作用及一级空化器出口高速水流撞击弧形粉碎挡板的综合作用下实现对污泥混合液的第一次预处理，以达到大颗粒污泥絮体破碎化，并为第二级空化效应提供足够的压力及流量配比。接下来连续的三级空化对一级空化预处理过的泥水进行更充分地处理，以此提高减泥机对泥水的一次性通过处理效率。

上述四级空化效应的耦合作用，使污泥水中的有机物质得到充分的氧化分解。同时空化产生时伴随强烈的冲击波的微射流，并以每秒数万次连续作用发生着，带来高效机械切碎效应，并产生具有高化学活性的自由基-OH，随后与溶液中有机污染物发生氧化反应，将混合液中有机污染物氧化分解成为低分子量物质，冲击波和高速微射流在混合液中产生的强大水力剪切力，对污泥结构进行有效破坏，使大分子主链上的碳键断裂，转变为短链底分子有机物，使细胞内溶质流出，并进一步被分解掉。

本发明方法的效果如下：

本发明方法在深圳某日处理10万吨的污水处理厂获得应用。2015年1-5月份该污水处理厂在没有使本发明方法之前，处理每万吨污水产生含水率80%的湿泥饼8.28吨，即每天产生82.8吨/天。采用本发明方法后，6月份处理每万吨污水产生含水率80%的湿泥饼降低为7.35吨，即每天产生73.5吨/天；7月份前半月处理每万吨污水产生含水率80%的湿泥饼降低为6.08吨，即每天产生60.8吨/天；7月份后半月处理每万吨污水产生含水率80%的湿泥饼降低为5.09吨，即每天产生50.9吨/天；由此可见，该技术可获得明显的减泥效果。

实际应用效果见表1.

表1、深圳某日处理10万吨的污水处理厂应用效果

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。