一种未脱水污泥生物分解处理系统的制作方法

本实用新型实施例涉及污泥处理技术领域，具体涉及一种未脱水污泥生物分解处理系统。

背景技术：

污泥是指污水处理过程中产生的由细菌真菌活体细胞及其形成的菌胶团和水形成的固液混合物。污泥的众多处理处置方法中，污泥的深度脱水是减量的前提，深度脱水后的污泥体积缩减很多，方便储存和运输，并且脱水后微生物细菌难以大量繁殖，也使污泥对环境的二次污染危害降低。但污泥深度脱水过程不但繁琐，而且处理成本较高。脱水技术中污泥的化学调理脱水是目前使用较多的也是最经济的手段。污泥脱水化学调理是指通过向污泥投加适量的絮凝剂、助滤剂等化学试剂改变污泥的沉降脱水性能，为后续的机械脱水打基础。

目前，脱水污泥的处理技术主要包括：沼气能源回收和土地利用为主的厌氧消化技术；土地利用的好氧发酵技术；污泥预干化焚烧技术；建材利用为主的污泥高干脱水处理技术。据估计，用于污泥处理的成本为整个污水处理总费用的20-50％。另外，由于污水处理厂每天的产泥量或多或少，很不稳定，加上脱水设备老化或运行成本高，处理效率低，常常造成污泥得不到及时处理而堆积，这在污水处理厂是常态。

随着经济的发展，污水处理量递增，污水处理厂产生的污泥呈增加的趋势。未经恰当处置的污泥进入环境后，直接给水体和大气带来二次污染，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的活动构成了严重的威胁。

目前污水处理厂尚未做到污泥“零排放”，只有极少数的污水处理厂通过技术改造降低了污泥产量，但还是会产生大量未脱水污泥。

技术实现要素：

为此，本实用新型实施例提供一种未脱水污泥生物分解处理系统，本实用新型以从根源上解决污水处理厂产生的污泥问题为研究方向，以最大限度减少污泥排放和降低生产成本为目的，最终达到污水处理厂污泥零排放的目标。

为了实现上述目的，本实用新型的实施方式提供如下技术方案：

在本实用新型的实施方式的第一方面中，提供了一种未脱水污泥生物分解处理系统，包括通过管道依次相连的第一调节池、臭氧降解预处理罐、厌氧生物反应器、第二调节池、好氧生物反应器、臭氧脱色反应池，其中，所述第一调节池设置有污泥入口；所述臭氧降解预处理罐通过臭氧投加管与臭氧发生器连通；所述厌氧生物反应器顶部通过沼气导气管与沼气收集器连通，所述沼气收集器与沼气发电机组连通用于发电；所述好氧生物反应器安装有氧气输送压力阀和营养物压力输送口，所述好氧生物反应器通过管道与泡沫池连通，所述泡沫池通过循环泵与第一调节池连通；所述臭氧脱色反应池通过臭氧投加管与臭氧发生器连通，所述臭氧脱色反应池设置有达标水排出口。

在本实用新型的一个实施例中，所述厌氧生物反应器设有与所述第一调节池的输入口连通的输出口；所述好氧生物反应器设有与所述第二调节池的输入口连通的输出口。在本实用新型系统正式运行前，需要将厌氧生物反应器与好氧生物反应器内的菌群进行培养驯化，厌氧生物反应器的输出口连通第一调节池的输入口，好氧生物反应器输出口连通第二调节池的输入口，可实现流动循环培养驯化。

在本实用新型的一个实施例中，所述第一调节池、臭氧降解预处理罐、厌氧生物反应器、第二调节池、好氧生物反应器、臭氧脱色反应池依次相连的管道上设置有提升泵。

在本实用新型的另一实施例中，所述厌氧生物反应器和好氧生物反应器各自均为若干个相互串联的反应罐，所述反应罐的输入口位于反应罐的底部，反应罐的输出口位于反应罐的顶部并通过管道与相邻的反应罐的输入口连通。为了使污泥在反应罐内充分反应且无反应死角，优选地，所述反应罐为圆柱形罐体，且所述罐体的底盖和顶盖均为弧形。为了提高处理效率，在一个优选的实施例中，厌氧生物反应罐和好氧生物反应罐的容积比为3：2；反应罐的总容积量和未脱水污泥的日处理量比为5：1。

在本实用新型的又一个实施例中，所述厌氧生物反应器和好氧生物反应器内部设置有饱和生物填料和加热装置。所述加热装置是保证反应器内部温度不低于适合微生物和菌群生长的最佳温度，可以为水暖管道。

在本实用新型的再一个实施例中，所述饱和生物填料在所述厌氧生物反应器和好氧生物反应器内部呈竖直并排间隔设置。

在本实用新型的实施方式的第二方面中，提供了一种未脱水污泥生物分解处理方法，包括如下步骤：

1)未脱水污泥通过设置在第一调节池的污泥入口排放到第一调节池进行混合匀质后，进入臭氧降解预处理罐与臭氧反应，使所含的有机物质进行降解及加速分解；

2)步骤1)中反应得到的污泥通过位于厌氧生物反应器底部的输入口进入厌氧生物反应器进行厌氧反应，产生的沼气通过位于厌氧生物反应器顶部的沼气导气管进入沼气收集器，反应后的污泥通过位于厌氧生物反应器顶部的输出口排放到第二调节池进行混合匀质；

3)步骤2)中混合匀质后的污泥通过位于进入好氧生物反应器底部的输入口进入好氧生物反应器，在氧气和营养物的共同作用下，进行好氧反应，好氧生物反应器内形成的泡沫经排沫处理进入泡沫池，然后通过循环泵进入第一调节池进行循环处理，反应后的污水经位于好氧生物反应器顶部的输出口排放到臭氧脱色反应池；

4)污水在臭氧的作用下，进行脱色处理，对臭氧脱色反应池中的污水进行取样检测，如果水质达标，则通过设置在臭氧脱色反应池的达标水排出口排出。

在本实用新型的一个实施例中，在上述方法运行之前，将厌氧生物反应器与好氧生物反应器内的菌群进行培养驯化。优选地，采用循环培养驯化的方式。

在本实用新型的另一实施例中，步骤3)中，对好氧生物反应器输出口的污水进行取样检测，当有机碳源在检测范围内时，则排放到臭氧脱水反应池。

根据本实用新型的实施方式，本实用新型具有如下优点：

1、本实用新型为解决污水处理厂因处理污泥和安置污泥而产生的成本消耗，并且为了杜绝污泥二次污染环境的危害，未脱水污泥依次通过臭氧降解，厌氧生化反应，沼气发电，好氧生化反应，脱色达标排水五个阶段，在被处理成可排放的达标水的同时，污泥产量基本达到零排放。

2、本系统相对传统的污水处理厂污泥处理工艺，具有处理效率高，运行成本低，占地面积少的优点，并且杜绝了污泥的产生，能为国家节省大量污泥优化处置费用，具有较高的社会效益和经济效益。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型的实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式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示例性的，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，还可以根据提供的附图引伸获得其它的实施附图。

本说明书所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本实用新型可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本实用新型所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本实用新型所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。

图1为本实用新型的一实施例提供的未脱水污泥生物分解处理系统的结构示意图。

图中：1、第一调节池；2、臭氧降解预处理罐；3、厌氧生物反应器；4、第二调节池；5、好氧生物反应器；6、臭氧脱色反应池；7、臭氧发生器；8、沼气收集器；9、沼气发电机组；10泡沫池。

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本实用新型的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本实用新型的其他优点及功效，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、右”、“中间”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本实用新型可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本实用新型可实施的范畴。

实施例1

本实施例用于说明本实用新型的未脱水污泥生物分解处理系统。图1是根据本实用新型的一实施例提供的未脱水污泥生物分解处理系统的结构示意图，如图1所示，该系统包括通过管道依次相连的第一调节池1、臭氧降解预处理罐2、厌氧生物反应器3、第二调节池4、好氧生物反应器5、臭氧脱色反应池6。

其中，第一调节池1设置有污泥入口，污水处理厂在污水处理中所产生的污泥(未经脱水处理，含水率大于96％)排放到调节池内进行混合匀质，达到稳定后，在提升泵的作用下，进入臭氧降解预处理罐2。

臭氧降解预处理罐2通过臭氧投加管与臭氧发生器7连通。污水处理厂的回流污泥成份复杂，化学需氧量COD浓度时高是低，很不稳定，当COD浓度较高时，生化分解时间相应会延长，这样势必会影响整个系统的运行效率，因此对浓度偏高的污泥进行臭氧预处理很有必要，臭氧反应对一些惰性有机物质具有很好的降解和加速生物分解的作用，并且反应时间短，几乎不影响污泥输送所耗费的时间。实验证明投加量为0.2gO3/gss的臭氧与未脱水污泥生化反应20分钟，相当于同等浓度的未脱水污泥在厌氧生物反应器中生化反应24小时的效果，大大提高了分解效率。

本系统的生物分解部分，分为厌氧生化反应和好氧生化反应，厌氧和好氧生化反应阶段采用多个罐体串联，以提升泵物理驱动水体从罐体底部进入，从而推动水体运动，形成动态循环生物分解。这种动态循环方式，避免了污泥的沉淀，使得所有的有机污染物都充分参与生物分解。系统设置可以将厌氧反应和好氧反应转换或穿插进行，让微生物分解有更充分的反应时间。

厌氧生物反应器3顶部通过沼气导气管与沼气收集器8连通，沼气收集器8与沼气发电机组9连通用于发电。与臭氧反应后的污泥经提升泵注入厌氧生物反应器中，利用厌氧原理，即在厌氧反应过程污泥中的有机物经大量微生物的共同作用，被最终转化为包括甲烷，二氧化碳，硫化氢和氨等的沼气，整个厌氧处理的全过程包括水解、酸化、产氢产乙酸、和产甲烷四个阶段，每个阶段分别由不同的厌氧微生物作用完成。在此过程中，不同微生物的代谢过程相互影响，相互制约，形成了复杂的生态系统，细菌消化污泥，微生物消化细菌，并逐渐形成生物膜，对高分子有机物结构进行分解和重组，分解成能透过细胞膜的小分子，并且这些小分子的水解产物能够溶解于水并透过细胞膜为细菌所利用。

在本技术应用中所设计的生物反应器中设置饱和生物填料，可让污泥中的有机物附着充分生长，逐步形成生物膜，流动的液态污泥和生物膜相接触，微生物由于相互作用，消化大量非厌氧生物。从而极大地降低COD浓度，当厌氧生物环境生成并稳定后，即可进入好氧生物分解环节。此时从厌氧生物反应器中排出已是COD浓度较低的污水。

厌氧生化反应阶段会产生大量的沼气，通过气水分离将沼气收集起来，配套沼气发电机组进行发电，既可以减少环境污染，同时降低企业生产成本。

反应后的污泥通过位于厌氧生物反应器顶部的输出口排放到第二调节池进行混合匀质。

好氧生物反应器5安装有氧气输送压力阀和营养物压力输送口，所述好氧生物反应器通过管道与泡沫池10连通，所述泡沫池10通过循环泵与第一调节池1连通。本阶段是为了加快厌氧后所排污水的生物分解和净化。好氧反应的原理，是利用好氧微生物(包括兼性微生物)在有氧气存在条件下的同化作用和异化作用，对厌氧出水做进一步的后续处理，进行生物代谢以降解有机物，以去除废水中的有机物、氨氮等污染物。相比厌氧处理，好氧生化处理能够更为彻底的去除废水中的污染物，确保处理出水达标排放。当生物膜生长到一定厚度后，靠近填料壁的厌氧微生物由于厌氧而进行厌氧代谢，而机械曝气所产生的紊流及形成的冲刷作用会造成生物膜的脱落并促进好氧新生膜的生长和生物膜的新陈代谢，新陈代谢死亡后的生物膜体会随着曝气的冲刷以及提升泵的推力以泡沫的形成排出，直至好氧生物膜环境形成良性循环。而这一过程亦同时巩固好氧生物环境的形成，当好氧生物环境生成并稳定后，即可实现持续的消化分解，降解有机物并实现水质的净化连续性，整个好氧反应中污水也是在水体循环运动中完成生物分解，至此未脱水污泥已经实现了从污泥到水转变。

臭氧脱色反应池6通过臭氧投加管与臭氧发生器连通，好氧生化反应后的出水呈非浑浊透明状，有些许偏黄，而臭氧具有超强的脱色功能。经过臭氧脱色反应，水质可达到国标一级排放标准。由于好氧出水的COD和营养物经过生物分解已消耗差不多，因此臭氧反应时间二十分钟就能达到预期效果。

所述臭氧脱色反应池6设置有达标水排出口。

本实用新型系统的循环速度与周期以设计日处理量为基础，通过流量计控制每小时流量来调节，确保24小时总流量与设计日处理量基本平衡。

实施例2

本实施例用于说明本实用新型的未脱水污泥生物分解处理方法，包括如下步骤：

1)未脱水污泥通过设置在第一调节池的污泥入口排放到第一调节池进行混合匀质(调节池内置曝气搅拌避免沉淀，设计容积应不小于设计日处理量的体积，以满足提升泵24小时输送)，进入臭氧降解预处理罐与臭氧反应，臭氧投加量为0.2gO3/gss左右，臭氧与污泥的反应时间控制在30分钟以内(臭氧预处理罐容积应设计为日处理量的1/12,约为每小时进出水流量体积的两倍，罐体高度不低于5米)，使所含的有机物质进行降解及加速分解；

2)步骤1)中反应得到的污泥通过位于厌氧生物反应器底部的输入口进入厌氧生物反应器进行厌氧反应，污泥从厌氧生物反应器第一输入口进入，从最后一个厌氧生物反应器输出口排出的运行周期为72小时。产生的沼气通过位于厌氧生物反应器顶部的沼气导气管进入沼气收集器，反应后的污泥通过位于厌氧生物反应器顶部的输出口排放到第二调节池进行混合匀质(调节池容积应不小于设计日处理量的1/4)；

3)步骤2)中混合匀质后的污泥通过位于进入好氧生物反应器底部的输入口进入好氧生物反应器，污泥从好氧生物反应器第一输入口进入，从最后一个好氧生物反应器输出口排出的运行周期为48小时。在氧气和营养物的共同作用下，进行好氧反应，好氧生物反应器内形成的泡沫经排沫处理(例如洒水去沫)进入泡沫池，然后通过循环泵进入第一调节池进行循环处理，对好氧生物反应器输出口的污水进行取样检测，当有机碳源在检测范围内时，反应后的污水经位于好氧生物反应器顶部的输出口排放到臭氧脱色反应池；

4)污水在臭氧的作用下，进行脱色处理，对臭氧脱色反应池中的污水进行取样检测，如果水质达标，则通过设置在臭氧脱色反应池的达标水排出口排出。

实施例3

效益分析

以一个日处理量为十万立方污水的传统城市污水处理厂为例：

污水厂每天处理十万立方污水，总处理成本为0.8元/每立方。根据相关数据表明，每万立方污水会产生0.5％含水率98％的污泥，十万立方污水产生约500立方含水率98％污泥，而将含水率98％污泥经数道工序脱水至含水率80％-60％干污泥，经烘干、压饼后再付费外运处理，污泥综合处理成本50元/每立方以上，处理500立方约花费2.5万元左右，摊进十万立方污水里每立方处理费约为0.25元，占了整个污水处理成本的1/3。一年处理费用高达900万元以上。

采用本实用新型处理系统，根据日设计处理量预算，基建、设备、安装等总投资约800万元左右。由于本系统运行主要靠电力维持，而运行所需电能可以通过本系统的沼气发电机组供给，使得本系统运行成本大大降低。整个系统运行可升级为自动化智能管理，人工成本进一步降低。因此污水处理厂使用本实用新型系统，运行一年节约下来的传统污泥处理成本即可收回投资，第二年就能实现盈利，具有较高的经济收益。

虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本实用新型作了详尽的描述，但在本实用新型基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本实用新型精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本实用新型要求保护的范围。