一种利用初沉池污泥发酵的污水处理系统及污水处理方法与流程

本发明涉及污水处理技术领域，特别涉及一种利用初沉池污泥发酵的污水处理系统及污水处理方法。

背景技术：

我国的城市污水排放量急剧增加，水污染不断加剧。由于氮磷在自然水体中过度积累导致的富营养化现象不断爆发，为解决日益严重的水污染问题，我国于2003年7月1日起开始实施的《城镇污水处理厂污染物排放标准》gb18918-2002)中一级a标准中对出水氮磷指标提出了更严格的要求，总氮量(tn)小于15mg/l，总磷量(tp)小于0.5mg/l。

由于我国城市污水c/n比普遍较低，加之污水处理工艺中初沉池的作用，使进入生化池的污水c/n比进一步下降，碳源不足和由此而引发的竞争性矛盾导致脱氮和除磷难以达到理想的效果。因此，目前我国绝大部分具有脱氮除磷功能的城市污水处理厂在不投加外部碳源的状态下，出水的氮和磷难以达到一级a排放标准要求。

对于大多数城镇污水处理系统而言，有机碳源缺乏是导致脱氮除磷效率无法提高的主要原因。目前，通常采用投加外部碳源，如甲醇、乙酸甚至葡萄糖等来提高生物脱氮效果；采用投加化学药剂，如硫酸亚铁、聚合氯化氯等提高化学除磷效果。这种依靠外加碳源和药剂的方法，最大缺陷是费用较高，另外还有污泥产量大，污泥资源化(磷肥)被限制等负面作用。

图1示出了现有的污水处理系统的一个典型示例，生活污水依次经过格栅1、沉砂池2、强化初沉池3、曝气生物滤池(通称baf，包括cn池和dn池)4、消毒池5处理后，达到一级a排放标准。

待处理污水先经过格栅1进行粗滤，将污水中的大的漂浮物和悬浮物加以截阻。

污水在迁移、流动和汇集过程中不可避免会混入泥砂。污水中的砂如果不预先沉降分离去除，则会影响后续处理设备的运行，最主要的是磨损机泵、堵塞管网，干扰甚至破坏生化处理工艺过程。沉砂池主要用于去除污水中粒径大于0.2mm，密度大于2.65t/立方米的砂粒，以保护管道、阀门等设施免受磨损和阻塞。沉砂池形式有多种，主要有曝气沉砂池，旋流除砂池等。

初沉池是我国目前大多数污水处理厂不可缺少的环节，通过初沉池对城镇污水进行预处理，可去除污水中的悬浮物、有机物等，降低水质波动对后续曝气生物滤池中的生化处理环节的冲击。初沉池在去除悬浮物的同时，也削减了的有机物(cod)负荷，进而造成有机碳源的流失。

强化初沉池是在初沉池的基础上，增加投加化学药剂(铝盐、铁盐、pam)强化污水在初沉池中悬浮物、有机物和总磷的去除效果，从而降低后续曝气生物滤池悬浮物(ss)、有机物(cod负荷。强化初沉池能去除悬浮物和的有机物(cod)和80-95％的总磷。可以看出，较高的有机物去除率，也造成了有机碳源的流失，引起后续曝气生物滤池反硝化脱氮碳源不足。

曝气生物滤池(简称baf)，是20世纪80年代末在普通生物滤池的基础上，开发的污水处理新工艺。曝气生物滤池是集生物去除有机物、总氮和截留悬浮固体于一体，节省了后续的二次沉淀池，使处理工艺简化。但是，曝气生物滤池工艺对进水的水质要求很高，尤其是水质中的悬浮物(ss)。一旦进水的悬浮物含量过高，曝气生物滤池容易堵塞，因此需要对原水进行预处理，以减少进水的悬浮物含量。投加化学药剂的强化初沉池就是作为曝气生物滤池的前置预处理单元。预处理过程中会导致原水中大量的有机物(cod)被去除，导致后续反硝化碳源的不足，在后续的反硝化脱氮过程中需要投加外部碳源来补充有机物，因而增加了运行成本。曝气生物滤池也不具有除磷效果，需要采用前置投加化学药剂的强化初沉池完成除磷，以满足出水达到国家一级a排放标准。

污水中的有机碳源是比较理想也是最为经济的碳源，强化初沉池污泥中包含高达80％有机物(cod)，既发挥初沉池的作用，又不让有机碳流失，将污水中的碳源用于后续曝气生物滤池脱氮环节所需，提高生物脱氮效率，是目前城镇污水处理系统设计和运行中亟待解决的问题。

技术实现要素：

本发明提出一种利用初沉池污泥发酵的污水处理系统及污水处理方法，解决了城镇污水处理厂现有的污水处理系统强化初沉池削减了有机物负荷减少了碳源，而后续曝气生物滤池的生化处理环节又需要投加外部碳源的问题。

本发明的技术方案是这样实现的：

根据本发明的第一方面，提出了一种利用初沉污泥发酵的污水处理系统。

该可选实施例中，所述利用初沉污泥发酵的污水处理系统包括：格栅1、沉砂池2、强化初沉池3、曝气生物滤池4、消毒池5，还包括生物发酵装置6，所述强化初沉池3产生的污泥输送到所述生物发酵装置6进行发酵，所述生物发酵装置6产生的发酵液输送到所述强化初沉池3。

可选地，所述生物发酵装置6包括：罐体11，所述罐体底部12为倒锥形结构，罐体底部设置有储泥斗13，所述储泥斗的侧壁或者底部设置出泥口17；所述罐体上部设置有进泥口14、进水口15、出液口16；

所述罐体中设置有进泥管阵列31，所述进泥管阵列包括多个直立的进泥管18，进泥管的底部出泥，进泥管的顶部与第一干管19相连接，所述第一干管19与所述进泥口14相连接；

所述罐体中还设置有进水管阵列32，所述进水管阵列包括多个直立的进水管20，所述进水管的底部出水，进水管的顶部与第二干管21相连接，所述第二干管21与所述进水口15相连接；

所述罐体侧壁的顶部设置有一圈出液槽22，所述出液槽22为u形结构，出液槽的底部设置有一个或者多个用于汇集发酵液的下水口23，所述下水口23通过管道连接到所述出液口16；所述罐体顶部还设置有由一圈直立的档渣板24构成的档渣板圆环38，所述档渣板圆环38的直径小于所述出液槽的直径且与所述出液槽保持10-20cm间隙；所述档渣板的上边沿高于所述出液槽的上边沿10-30cm，所述档渣板的下边沿低于所述出液槽的上边沿5-20cm，所述档渣板的高度为30-50cm；

所述罐体中还设置有搅拌爪25，所述搅拌爪由罐体中心的转轴26驱动旋转，所述转轴的驱动装置设置在罐体顶部，所述搅拌爪的底部设置有与所述罐体底部相适配的倒锥形结构的横齿27，所述横齿上设置有多个向上直立的立齿28，所述立齿28与所述进水管20和所述进泥管18交错设置。

可选地，所述进泥管阵列31为一字形阵列。

可选地，所述进泥管阵列31的数量为多个，多个进泥管阵列交错排列。

可选地，所述进水管阵列32为一字形阵列。

可选地，所述进水管阵列32的数量为多个，多个进水管阵列交错排列。

可选地，所述进水管阵列32和所述进泥管阵列31交错排列。

可选地，所述立齿为l形结构，立齿的尖部朝向旋转方向。

可选地，还包括刮泥板29，所述刮泥板为对称的叶片结构，所述刮泥板29设置在所述搅拌爪25下方的储泥斗中且与所述搅拌爪同轴设置。

可选地，所述出泥管18底部的管口为第一进泥口33，所述进泥管管口的侧壁上还设置有多个第二进泥口34。

可选地，所述第一进泥口的孔径为8-12mm。

可选地，所述第二进泥口的孔径为6-7mm。

可选地，所述进水管20底部的管口为第一进水口35，所述进水管管口的侧壁上还设置有多个第二进水口36。

可选地，所述第一进水口的孔径为2-3mm。

可选地，所述第二进水口的孔径为1-2mm。

可选地，所述进泥管18底部的第一进泥口33设置在罐体1/7-1/4高度位置，所述罐体高度为从底部倒锥形结构尖端到罐体顶部的高度。

可选地，所述第一进泥口33设置在罐体1/5高度位置。

可选地，所述进水管20底部的第一进水口35设置在罐体1/6-1/3高度位置，所述罐体高度为从底部倒锥形结构尖端到罐体顶部的高度。

可选地，所述第一进水口35设置在罐体1/4高度位置。

根据本发明的第二方面，提出了一种利用初沉污泥发酵的污水处理方法。

该可选实施例中，污水处理方法基于前述任一项可选实施例所述的污水处理系统处理污水，包括以下步骤：

根据罐体中污泥的泥位，控制所述出泥口的排泥量；

根据污泥的水力停留时间，控制所述进水口的进水量和所述进泥口的进泥量。

可选地，所述根据罐体中的泥位，控制所述出泥口的出泥量的步骤，包括：

根据罐体中污泥的污泥龄srt和污泥的泥位，控制所述出泥口的排泥量，污泥龄srt公式如下：

srt＝k·h·a/q1

其中：srt＝5～7天；k为污泥的含固率，为定值；a为所述罐体的横截面积；v1为污泥的体积，v1根据测得的污泥的泥位h和罐体的横截面积获得；q1为排泥量。

可选地，所述根据污泥的水力停留时间hrt，控制所述进水口的进水量和所述进泥口的进泥量的步骤，包括：

hrt＝v2/(q2+q3)

其中：hrt＝12～24小时；v2为所述罐体中污泥和发酵液的总体积；q2为所述进水量，q3为所述进泥量。

可选地，污水处理方法还包括：根据所述发酵液的氧化还原电位值，控制所述进水量q2和所述进泥量q3。

本发明的有益效果是：

(1)现有技术中初沉池污泥作为废弃物，而本发明将初沉池产生的污泥进行发酵，产生的发酵液作为碳源供后续的曝气生物滤池的生化处理环节使用。

(2)生物发酵装置产生的发酵液能够作为碳源供后续的生化处理环节使用，无需投加外部碳源，节约了成本，同时减少污水处理厂污泥量，节省污泥处置费用。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，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。

图1为现有的污水处理系统的原理框图；

图2为本发明的污水处理系统的原理框图；

图3为本发明的生物发酵装置的一个可选实施例的侧视结构示意图；

图4为本发明的生物发酵装置的一个可选实施例的俯视结构示意图；

图5为本发明的进泥管的一个可选实施例的侧视结构示意图；

图6为本发明的进水管的一个可选实施例的侧视结构示意图；

图7为本发明的污水处理方法的流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明提出了一种利用初沉池污泥发酵的污水处理系统，用于对初沉池产生的污泥进行发酵，产生的发酵液作为碳源供后续的生化处理环节使用。

图2示出了利用初沉池污泥发酵的污水处理系统的一个可选实施例。

该可选实施例中，利用初沉池污泥发酵的污水处理系统包括：格栅1、沉砂池2、强化初沉池3、曝气生物滤池4、消毒池5，还包括生物发酵装置6，强化初沉池3产生的污泥输送到生物发酵装置6，生物发酵装置6产生的发酵液输送到所述强化初沉池3，然后进入曝气生物滤池4。

初沉污泥生物发酵装置生产的发酵液，富含短链脂肪酸(vfas)，是供给曝气生物滤池生物反硝化脱氮很好的碳源。但由于发酵液同时含有较高的悬浮物(ss)，直接供给曝气生物滤池会造成滤池的阻塞和增加反冲洗频次，对滤池运行造成不良影响。将发酵液返回强化初沉池，可以去除发酵液的悬浮物，同时保留了以短链脂肪酸(vfas)为主的碳源，为后续曝气生物滤池所用。

可选地，强化初沉池3产生的污泥通过泥泵和导泥管输送到生物发酵装置6，生物发酵装置6产生的发酵液通过导液管和水泵输送到强化初沉池3。

图3和图4示出了生物发酵装置的一个可选实施例。

该可选实施例中，生物发酵装置6包括：罐体11，罐体底部12为倒锥形结构，罐体底部12沉积污泥。罐体底部12设置有储泥斗13，储泥斗13的侧壁或者底部设置出泥口17，用于将罐体底部污泥排出。图3所示实施例中，出泥口17设置在储泥斗13的侧壁。

罐体11上部设置有进泥口14、进水口15、出液口16。

罐体11中设置有进泥管阵列31，所述进泥管阵列31包括多个直立的进泥管18，进泥管18的底部出泥，进泥管18的顶部与第一干管19相连接，第一干管19与进泥口14相连接。进泥口14输入来自于初沉池的污泥，污泥通过第一干管19被输送至各个进泥管18，并从进泥管18底部被分配到罐体中的各个位置。

可选地，进泥管阵列31为一字形阵列，即各个进泥管18并行排列成一排。

可选地，进泥管阵列31的数量为多个，多个进泥管阵列交错排列。图4所示实施例中，进泥管阵列31的数量为两个，两个进泥管阵列31垂直交错排列。

罐体11中还设置有进水管阵列32，进水管阵列32包括多个直立的进水管20，进水管20的底部出水，进水管20的顶部与第二干管21相连接，第二干管21与进水口15相连接，进水口15输入用于与污泥混合发酵的淘洗水。可选地，所述淘洗水为污水厂处理后的排放水或市政管道的自来水。

可选地，所述进水管阵列32为一字形阵列，即各个进水管20并行排列成一排。

可选地，进水管阵列32的数量为多个，多个进水管阵列交错排列。图4所示实施例中，进水管阵列31的数量为两个，两个进水管阵列31垂直交错排列。

可选地，进水管阵列32和进泥管阵列31交错排列。图4所示实施例中，两个进水管阵列32和两个进泥管阵列31交错排列。

罐体11侧壁的顶部设置有一圈出液槽22，出液槽22为u形结构，出液槽22的底部设置有一个或者多个用于汇集发酵液的下水口23，下水口23通过管道连接到出液口16。图4所示实施例中，下水口23的数量为一个，当然，下水口23的数量也可以是多个，多个下水口均匀分布在出液槽中，各个下水口通过管道连接到罐体上部的出液口16。

罐体11的顶部还设置有由一圈直立的档渣板24构成的档渣板圆环38，档渣板圆环38的直径小于出液槽22的直径且与出液槽22保持10—20cm间隙。

发酵液的顶部漂浮有一层浮渣，档渣板圆环38用于将发酵液顶部的浮渣阻挡在出液槽22之外，发酵液从档渣板圆环38与出液槽22之间的缝隙溢出到出液槽，以保证发酵液较为清澈。

可选地，档渣板24的上边沿高于出液槽22的上边沿10-30cm。可选地，档渣板24的上边沿高于出液槽22的上边沿20cm。

可选地，档渣板24的下边沿低于出液槽22的上边沿5-20cm。可选地，档渣板24的下边沿低于出液槽22的上边沿10cm。

可选地，档渣板24的高度为30-50cm。可选地，档渣板24的高度为40cm。

罐体11中还设置有搅拌爪25，搅拌爪25由罐体中心的转轴26驱动旋转，转轴26的驱动装置设置在罐体顶部。搅拌爪25的底部设置有与罐体底部12相适配的倒锥形结构的横齿27，横齿27上设置有多个向上直立的立齿28，立齿28与进水管20和进泥管18交错设置。搅拌爪25顺时针或者逆时针转动，用于将罐体11中的污泥和淘洗水充分混合均匀。

可选地，搅拌爪25设置在罐体中部位置。

可选地，搅拌爪25设置在罐体底部位置。

可选地，立齿28为l形结构，立齿28的尖部朝向旋转方向。

可选地，生物发酵装置还包括刮泥板29，刮泥板29为对称的叶片结构，刮泥板29设置在搅拌爪25下方的储泥斗13中且与搅拌爪29同轴设置。搅拌爪25转动的同时，刮泥板29同轴转动，用于使储泥斗13中的污泥保持流体状态，防止出泥口17阻塞。

图5示出了进泥管的一个可选实施例。

该可选实施例中，进泥管18底部管口为第一进泥口33，进泥管18底部管口的侧壁上还设置有多个第二进泥口34。

可选地，第一进泥口33的孔径为8-12mm。可选地，第一进泥口33的孔径为10mm。

可选地，第二进泥口34的孔径为6-7mm。可选地，第二进泥口34的孔径为6mm。

图6示出了进水管的一个可选实施例。

该可选实施例中，进水管20底部管口为第一进水口35，进水管20底部管口的侧壁上还设置有多个第二进水口36。

可选地，第一进水口35的孔径为2-3mm。可选地，第二进水口的孔径为1-2mm。

可选地，进泥管18底部的第一进泥口33设置在罐体1/7-1/4高度位置。罐体高度为从底部倒锥形结构尖端到罐体顶部的高度。可选地，第一进泥口33设置在罐体1/5高度位置。

可选地，进水管20底部的第一进水口35设置在罐体1/6-1/3高度位置。罐体高度为从底部倒锥形结构尖端到罐体顶部的高度。可选地，第一进水口35设置在罐体1/4高度位置。

发酵过程中，罐体11上部为发酵液层，所述发酵液层为液态；罐体11中部为发酵层，发酵层为泥液混合态；罐体11底部为污泥层，污泥层为压实的污泥。

本发明的利用初沉池污泥发酵的污水处理系统将强化初沉池产生的污泥进行发酵，产生的发酵液作为碳源供后续的曝气生物滤池使用，一方面实现了强化初沉池污泥的再利用，另一方面，生物发酵装置产生的发酵液能够作为碳源供后续的生化处理环节使用，无需投加外部碳源，节约了成本。

本发明还提出了一种污水处理方法，基于前文所述的利用初沉池污泥发酵的污水处理系统处理污水。

图7示出了污水处理方法的一个可选实施例。

该可选实施例中，所述污水处理方法包括以下步骤：步骤11，根据罐体中污泥的泥位h，控制出泥口17的排泥量q1；步骤12，根据污泥的水力停留时间hrt，控制进水口15的进水量q2和进泥口14的进泥量q3。

可选地，根据罐体中污泥的泥位h，控制出泥口17的排泥量q1的步骤，包括：根据罐体中污泥的污泥龄srt和污泥的泥位h，控制出泥口17的排泥量q1，污泥龄srt公式如下：

srt＝k·h·a/q1

其中：srt＝5～7天；k为污泥的含固率，为定值；a为所述罐体的横截面积；v1为污泥的体积，v1根据测得的污泥的泥位h和罐体的横截面积a获得；q1为排泥量。

可选地，罐体11的顶部设置有泥位计，用于测量污泥的泥位h。

可选地，根据污泥的水力停留时间hrt，控制进水口15的进水量q2和进泥口14的进泥量q3的步骤，包括：

污泥的水力停留时间公式：hrt＝v2/(q2+q3)

其中：hrt＝12～24小时；v2为罐体中污泥和发酵液的总体积；q2为进水口15的进水量，q3为进泥口14的进泥量。罐体中污泥和发酵液的总体积v2通过液位检测装置和泥位计可以获得，因此，根据污泥的水力停留时间hrt控制生物发酵装置的进水量q2和进泥量q3。

可选地，所述污水处理方法还包括：根据氧化还原电位值orp控制进水量q2和进泥量q3。

orp正常范围是-200mv至-100mv，当氧化还原电位值orp超出上限时，控制加大进水量q2，减小进泥量q3。当氧化还原电位值orp跌出下限时，控制减小进水量q2，加大进泥量q3。

可选地，所述罐体中还设置有氧化还原电位仪，用于检测发酵液的氧化还原电位值orp。

本发明的污水处理方法将强化初沉池产生的污泥进行发酵，产生的发酵液作为碳源供后续的曝气生物滤池使用，一方面实现了强化初沉池污泥的再利用，另一方面，生物发酵装置产生的发酵液能够作为碳源供后续的生化处理环节使用，无需投加外部碳源，节约了成本。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，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。