专利名称：城市生活污水处理工艺流程及方法
技术领域：
本发明涉及生活污水处理的流程及方法，属于环境保护与水资源合理利用技术领域。
目前，国内外的城市污水处理主要采用活性污泥法。其处理工艺流程如下从下水道来的污水进入城市污水处理厂，首先经过格栅截留污水中大的悬浮物和漂浮物后进入沉砂池，去除污水中比重大的砂粒，随后进入初沉池通过重力沉淀作用去除部分悬浮的有机物颗粒。然后进入好氧反应池，微生物利用风机提供的氧气完成对污水中的部分有机物的降解，在二沉池中完成微生物污泥与水的分离，上清液排放。为保持曝气池中足够的微生物，二沉池中的污泥必须部分回流，剩余污泥进入污泥处理系统。
剩余污泥首先进入污泥浓缩池，利用重力进一步浓缩，随后进行污泥处理。污泥处理方法一般先进行厌氧消化池处理，然后通过机械脱水，最后将脱水的污泥进行焚烧或者填埋处置。
活性污泥法处理水城市污水的目标主要是去除污水中可生物降解的有机物，对于氮、磷、以及难生物降解的有机物和色度、重金属等污染物的去除作用很小。所存在的主要问题是1.动力消耗高、占地面积大活性污泥法污水处理工艺的核心处理单元为好氧反应单元(曝气反应池)，在这里通过曝气强化溶进大量的氧气，供好氧微生物利用降解污水中的有机物，也就是水中的COD。污水中的COD包括以下几部分可溶性快速降解COD、可溶性不可生物降解(惰性)COD、悬浮性可慢速降解的COD、悬浮性不可生物降解的COD。对于可溶性快速降解的COD，这一部分很容易去除；而对于不溶性及难溶性物质所造成的COD，却是非常难于去除。为了去除这部分物质，必须经过长时间的曝气，从而导致整体曝气时间的延长，其结果导致处理设施的占地面积，基建投资和运行费用的增大。物质，必须经过长时间的曝气，从而导致整体曝气时间的延长，其结果导致处理设施的占地面积，基建投资和运行费用的增大。2.无法有效地去除污水中的氮和磷。
活性污泥法处理工艺只能去除微生物合成所需要的氮和磷，去除率大约在15~21％。
传统的活性污泥法一般都不具备硝化功能。这是由于硝化菌都是化能自养菌，从NH3-N的氧化中获取能量，生长缓慢，相对于异养细菌其世代周期长，往往因为剩余污泥的排除而难以在曝气池中大量繁殖。所以，在传统的活性污泥法处理系统中，硝化现象不明显。但是在低有机物负荷时，硝化功能可以大为改善。所以，为达到硝化目的，目前国内外主要利用降低负荷、提高停留时间的方法来达到硝化的目的。所采用的主要工艺有氧化沟、延时曝气。但是这两种工艺的占地面积和动力消耗比传统的活性污泥法的还高。国内外目前多采用A/O(缺氧-好氧)工艺进行脱氮，这也是在必须通过延长曝气时间，以较低负荷运行，在降低有机物浓度的基础上，提高硝化率。另外，为提高反硝化效率，必须提高回流率以及投加碳源。这势必会增加占地面积、动力消耗以及运行费用。
为了达到除磷效果，目前采用A-O(厌氧-好氧)工艺，但由于活性污泥法生物量的限制(SS在1500~3000mg/l左右)以及聚磷菌本身聚磷特性的限制，出水中磷的含量一般都高于几个mg/l，难以达到新的污水排放标准。
为了简化流程，目前多采用A-A-O(厌氧-缺氧-好氧)同步去除氮和磷的工艺(这里厌氧的目的仅仅是释放磷)，但这种工艺也存在着曝气时间长、动力消耗大、占地面积大和磷的去除率不高的问题以及磷的二次污染问题。3.难以有效去除重金属和色度以及一些难降解有机物。。
由于我国多半城市的污水中工业污水占有较高的比例(可达50~60％)，所以污水中重金属和色度污染问题严重。色度一般都是有一些染料等有机化合物引起，由于这些有机物非常稳定，利用好氧微生物很难去除。
重金属以离子、胶体或者络合物状态存在，微生物无法有效去除。更有甚者被转变为有机态(如汞)，增加其毒性。所以利用目前的处理工艺中不能有效的去除重金属和色度，应该寻找更加有效的途径。
进入城市污水中的工业污水中含有一些苯环类或者长琏化合物，这些物质是好氧细菌所无法利用的。这些有机物在进入水体后，在各种细菌的作用下进一步降解，进一步污染水体。并且，越来越多的事实证明这些物质是环境荷尔蒙一大来源。所以一定要去除这些难降解的有机物。4.产泥量大，有机物含量高，污泥处理困难且成本高。
在传统城市污水处理工艺中，发生污泥量约占总处理污水量体积的0.3％～0.5％。传统的污泥处理工艺处理费用昂贵，约占污水处理厂总运行费用的20％～50％，投资占污水处理厂总投资的30％～40％。剩余污泥中可以被转化的有机物只是一些能被溶解的有机物，只占剩余污泥总量的20~30％。由于剩余污泥中的有机物得不到良好的去除，剩余污泥的二次污染机会相当大。另外，由于剩余污泥含水量大，处理成本高。在全国现有污水处理设施中有污泥稳定处理设施的还不到1/4，处理工艺和配套设备较为完善的不到1/10。在我国目前仅有的十几座污泥消化池中，能够正常运行的为数不多，有些消化池根本就没有运行。某些地方的污水虽然得到了有效治理，但污泥却没有得到妥善处理和处置，造成了二次污染。污泥的处理已经成为制约污水处理厂良好运行的关键。
本发明的效果1.利用高负荷的厌氧反应器处理污水中大部分的有机物，减少好氧曝气池中的曝气量和停留时间，大大降低动力消耗、减少占地面积以及投资。
由于厌氧反应能够处理高浓度的有机废水，并且不需要曝气，所以其有机负荷要远远高于好氧反应(好氧曝气池)，厌氧反应器有机负荷能达到10~20kgCOD/m3.d，而传统的活性污泥法一般只有0.5kgCOD/m3.d)，这样就可降低占地面积。由于厌氧反应器不象活性污泥法需要曝气，所以可以节约大量的动力消耗。经过厌氧反应器处理掉污水中的大部分的有机物后，出水有机物含量降低，并且有效的改善出水的可生物降解性，这样不但有利于自养硝化菌成为优势菌，而且有利于降低好氧反应中的停留时间，降低动力消耗以及占地面积。由于厌氧出水的良好可生化降解性，可以用作反硝化阶段的外加碳源，而无须另外投加有机物，这样就可以减少反硝化阶段的运行费用，节约成本。本发明利用O/A(好氧/缺氧)工艺代替传统的A/O(缺氧/好氧)工艺进行脱氮，不必进行污水的回流，提高脱氮率，降低了动力消耗。
传统工艺利用厌氧消化罐处理剩余污泥，效率低下，占地面积大，这是由于首先由于厌氧消化罐属于最原始的厌氧反应器，属于间歇式的厌氧反应器。由于设计上以及运行上的问题，占地面积大，死区多，有效容积比率低。另外由于剩余污泥属于具有细胞壁的细胞结构，由于细胞壁的良好保护性能，剩余污泥中的大部分有机物之很难在厌氧消化器中进行有效的降解，因此，为了稳定剩余污泥，不但造成停留时间的延长，反应器容积变大，而且剩余的有机物比较多，有机物得不到有效的去除。而本发明采用目前国际上最新型的厌氧反应器—膨胀颗粒污泥床厌氧反应器，采用全新的设计，大大提高了反应器的效率。另外由于本发明中利用厌氧反应处理絮凝污泥中的有机物，这些有机物仍然是以普通有机物的状态存在，与剩余污泥相比，其可生化性以及降解速度都是非常好的。这样一来，可以大大的降低停留时间，减少占地面积以及降低投资。另外，由于厌氧污泥的矿化度高，含水率低(厌氧污泥的含水率一般能达到80％左右，而好氧污泥的含水率在99％左右。)，脱水效果好于好氧污泥，降低脱水费用。由于细胞的难降解性，所以在利用厌氧反应处理的有机物的剩余污泥量要远远小于传统的消化罐处理剩余污泥的污泥产量，并且消化率也要高于消化罐，最终剩余污泥中的有机物含量也要低。这样不但降低剩余污泥的产量、含水率而且能提高剩余污泥的矿化率，最终就会大大减轻污泥处理成本和费用。2.有效的去除污水中的氮、磷、重金属、色度等难降解的有机物，与目前城市污水处理工艺相比具有良好的出水水质。由于在厌氧反应器中有机物的降解经历了水解、酸化、产酸和产甲烷四个阶段。这样对于一些像长链和带苯环等的难于被好氧细菌所降解的有机物可以通过水解酸化过程成为小分子物质或者断链被厌氧微生物所利用，明显改善城市污水的生物降解性。3.剩余污泥产量低，含水率低以及矿化度高，简化污泥处理工艺以及降低剩余污泥的处理成本。由于本发明在好氧阶段的有机负荷较一般的传统活性污泥法还要低，所以好氧污泥产来量也远远低于传统方法。再者，利用最新型的高效厌氧反应器EGSB处理好氧剩余污泥，也会提高污泥的处理效率。另外，由于甲烷菌等厌氧菌的生长速率远远低于好氧细菌，所以一般来说，厌氧微生物的产率仅仅是好氧微生物的1/10左右。这样就会大大的减少城市污水处理厂的污泥产量，减轻处理负担。
利用本工艺可以有效的去除城市污水中的有机物、色度、重金属、氮和磷，其出水水质要远远优于传统的城市污水处理方法.这些水可以作为多种水源，如冷却、绿化、景观用水等，甚至经过适当处理以后，完全可以作为饮用水的补充水源。这样，城市污水不但不会再污染环境，反而会解决我国日益严重的水资源短缺问题，有效地为城市提供二次水源。
厌氧反应(17)沉淀下来的污泥进行机械脱水(11)，之后进行最终处置(12)，填埋或焚烧。风机8提供好氧反应单元所需的氧气。
权利要求
1.一种城市生活污水处理与净化工艺流程，城市生活污水经过格栅、沉砂池过程预处理后，其特征在于还要依次经过以下过程(1)投加混凝剂(13)(2)混凝反应(14)，产生混凝反应，混凝悬浮物、胶体状态类污染物、难降解的有机物、磷和重金属(3)沉淀池(16)，得到其污泥和上清液，上清液进入(4)好氧反应(5)，在此对上清液进行好氧曝气经过沉淀池(16)得到的污泥进入(5)厌氧反应(17)，去除大部分有机物、色度、难降解有机物、磷和重金属，并为后面缺氧反应(18)中氮的缺氧反硝化提供所需要的COD从好氧反应(5)的出水和厌氧反应(17)的出水混合后进入(6)缺氧反应(18)，利用厌氧反应(17)出水中的有机物进行反硝化脱氮(7)好氧反应(5)，在此再次进行好氧曝气，降解剩余的有机物(8)二沉池(6)，沉淀有机物污泥，使污泥和水分离(9)净化后的水(7)；得到净化后的水厌氧反应(17)处理得到的大部分污泥进入(10)脱水(11)，进行机械脱水处理；再经过(11)后最终处置(12)，填埋或焚烧
2.按照权利要求1所说的一种城市生活污水处理与净化工艺流程，其特征在于(1)去除污水中的有机物；主要依次经过以下流程投加混凝剂(13)、混凝反应(14)、沉淀池(16)、厌氧反应(17)、好氧反应(5)缺氧反应(18)、好氧反应(5)、二沉池(6)；(2)去除污水中的重金属，主要依次经过以下流程投加混凝剂(13)、混凝反应(14)、沉淀池(16)、厌氧反应(17)；(3)去除污水中的氮，主要依次经过以下流程投加混凝剂(13)、混凝反应(14)、沉淀池(16)、好氧反应(5)、缺氧反应(18)、二沉池(6)；(4)去除污水中的磷，主要依次经过以下流程投加混凝剂(13)、混凝反应(14)、沉淀池(16)；(5)去除污水中的色度，主要依次经过以下流程投加混凝剂(13)、混凝反应(14)、沉淀池(16)、厌氧反应(17)、好氧反应(5)，缺氧反应(18)、二沉池(6)；(6)去除污水中的污泥，主要依次经过以下流程投加混凝剂(13)、混凝反应(14)、沉淀池(16)、二沉池(6)、厌氧反应(17)、脱水(11)、最终处置(12)；
3.一种城市生活污水处理与净化的方法，城市生活污水首先经过格栅截留污水中的大的悬浮物和漂浮物、沉砂池去除污水中比重大的砂粒预处理后，其特征在于还要依次经过以下工艺步骤(1)投加混凝剂(13)，产生混凝反应，混凝悬浮物、胶体状态类污染物、难降解的有机物、磷和重金属(2)沉淀池(16)，沉淀混凝反应得到的絮凝反应物；得到其污泥和上清液(3)好氧反应(5)，在此对上清液进行好氧曝气，微生物降解剩余的有机物，并把NH3-N在硝化菌的作用下转变为硝态氮(4)厌氧反应(17)，使有机物通过水解酸化过程成为小分子物质或者断链被厌氧微生物所利用，改善出水的可生物降解性；稳定重金属；去除污水中的大部分色度、有机物、磷和重金属；提供后面缺氧反应(18)中氮的缺氧反硝化所需要的COD；污水中的NH3-N在硝化菌的作用下完全转变为硝态氮，降低污水在好氧反应中的停留时间，降低动力消耗以及占地面积；厌氧出水用作反硝化阶段的外加碳源，提高污泥矿化度，降低含水率；(5)利用O/A(好氧/缺氧)工艺(依次经过好氧反应5、缺氧反应18、好氧反应5)代替传统的A/O(缺氧/好氧)工艺进行脱氮(6)沉淀池(16)、二沉池(6)，沉淀有机物污泥，使污泥和水分离厌氧反应(17)处理的剩余污泥进入(7)脱水(11)，进行机械脱水处理，再经过(8)最终处置(12)(填埋或焚烧)
4.按照权利要求1、2、和3所说的一种城市生活污水处理与净化工艺流程和方法，其特征在于混凝剂(13)的主要成分为Al3+或Fe3+的金属化合物。
5.按照权利要求1、2和3所说的一种城市生活污水处理与净化工艺流程和方法，其特征在于厌氧反应(17)处理单元采用的是最新型的高效厌氧反应器-膨胀颗粒污泥床反应器(EGSB)
6.按照权利要求1、2和3所说的一种城市生活污水处理与净化工艺流程和方法，其特征在于好氧反应单元5所需的氧气由风机8提供。
全文摘要
一种城市生活污水处理工艺流程及方法，属于环保与水资源合理利用技术领域，解决现有的污水处理耗能高、占地大、无法有效的去除氮、磷、色度、重金属以及难降解的有机物等问题。采用的技术方案是将污水经过格栅和沉砂池预处理后，投加混凝剂，使污水中的磷、重金属和以胶体及悬浮物状态存在的有机物以污泥的形式进入厌氧反应器，经过厌氧处理使污泥中的有机物转化为沼气。沉淀的上清液经过后续的好氧处理去除有机物并将氨态氮转化为硝酸态氮。厌氧出水与好氧出水混合后再经缺氧处理进行反硝化脱氮，最后经过二次曝气和沉淀，彻底除去污水中的有机物，使水质得到净化。本方法具有节能、高效、水质好，设施占地面积小、投资和处理成本低等特点。
文档编号C02F9/02GK1412134SQ0215559
公开日2003年4月23日 申请日期2002年12月13日 优先权日2002年12月13日
发明者张振家, 李克勋 申请人:南开大学