一种生活污水处理装置及其处理方法与流程

本发明属于生活污水处理技术领域，尤其涉及一种生活污水处理装置及其处理方法。

背景技术

生活污水主要是厨房用水、卫生间用水、洗涤用水等所产生的排放污水，虽然生活污水的毒性和有害性不及工业污水危害大，但是生活污水的肆意排放也会对环境产生显著危害。传统生活污水处理方式是采用生物降解转化机制和固液分离机制，将生活污水进行净化，同时将生活污水中的有害物质及污染物沉降至污泥中。

中国cn201611150755.5号专利公开了一种生活污水处理系统，包括生活污水处理系统，所述生活污水处理系统，包括集水池、厌氧池、缺氧池、接触氧化池、沉淀池、污泥浓缩池及消毒池，集水池收集各类生活污水；厌氧池中含有厌氧菌；接触氧化池含有生物膜；所述集水池的污水流入厌氧池中，通过搅拌机的搅拌作用污水与厌氧菌充分结合；厌氧池的污水流入缺氧池中进行反硝化作用；缺氧池底层的污泥通过回流管输送至厌氧池，缺氧池上层的沉清液流入接触氧化池，对接触氧化池内污水鼓风曝气。该污水处理系统未将污水中的有害气体进行处理、回收利用，污水最终处理得到的产物利用率较低，易产生二次污染。

中国cn201711369082.7号专利公开了一种生活污水处理系统，其包括按照污水流动方向依次连通的磁化处理室、厌氧处理室、好氧处理室及膜处理室；膜处理室还与磁化处理室连接。本发明还提供了上述污水处理系统的处理方法。本发明的生活污水处理系统结构简单紧凑、占地面积小，其通过磁化处理室，采用磁性分离方式，能够缩短污水处理时间、提高污水处理效率；通过厌氧处理室及好氧处理室，使污水交替经过缺氧及好氧的环境，进一步强化对污水中污染物质尤其是含c、n物质的去除；通过膜处理室进一步有效去除污水中所含的重金属杂质及化学污染中的有机物。该污水处理系统在进行污水处理时进队水进行了纯化，处理过程中产生的污泥和废气未进一步处理和回收利用。

传统处理生活污水工艺流程一般是通过生物降解或者是固液分离的作用，通过降解酶作用使得污水中污泥发生化学降解，形成小颗粒的悬浮物，再利用过滤网处理带有悬浮物的污水，以达到固液分离的效果，同时污水达到合格标准排放。然而处理过的污泥含有大量的毒性物质，并且容易造成对水体的二次污染，且气味难闻，危害人体健康。另外，污泥中还含有大量有机物，所含有机物不能有效的被利用，生物降解作用并不能充分作用于有机物。因此，急需设计一种生活污水处理装置及其处理方法以解决上述问题。

技术实现要素：

本发明的目的是针对现有技术存在的问题，提供一种生活污水处理装置及其处理方法，通过所述污泥处理系统将污泥干燥为污泥半焦，解决了污泥对环境的直接污染，处理过程不会对水体造成二次污染；通过所述污水处理系统对污水进行净化，达到可排放标准，同时使污水中的有机物降解为可以直接燃烧的可燃性气体，实现生活污水的高效处理和资源化利用。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

本发明提供一种生活污水处理装置，包括第一污水池、第一离心泵、与所述第一离心泵相连的三级过滤器、与所述三级过滤器相连的污水处理系统和污泥处理系统；所述三级过滤器包括并联设置的第一过滤器、第二过滤器、第三过滤器；所述污泥处理系统包括依次连接的污泥收集仓、水热反应器、第四过滤器、污泥干燥器、污泥半焦收集仓，所述水热反应器同时与污泥干燥器连接；所述污水处理系统包括用于储存滤液的第二污水池、与所述第二污水池相连的污水预反应器、与所述污水预反应器相连的第一超临界水反应器、与所述第四过滤器和污泥干燥器相连用于收集和处理污水的第二超临界水反应器、冷却器、背压阀、气水分离器、水池、耐压储气罐；所述第一超临界水反应器、第二超临界水反应器内分别设有加热单元；其中，所述第一超临界水反应器产物的余热依次为所述污水预反应器、水热反应器、污泥干燥器提供反应能量。

本发明所述一种生活污水处理装置的工作原理为：本发明所述一种生活污水处理装置，可以实现生活污水达标排放，并获得可燃气体，消除污泥对环境的污染，从而实现生活污水资源化处理。本发明将管网收集获得的生活污水在搅拌器中搅拌，并通过第一离心泵把污水排到并联运行的三级过滤器中，经过过滤器中滤网过滤后，将滤液送至第二污水池，而污泥送至污泥收集仓。第二污水池中滤液经过污水预反应器进行预热反应，在进入所述第一超临界水反应器进行反应，再将第一超临界水反应器产物再依次送入间壁式污水预反应器、水热反应器和污泥干燥器中进行余热的回收利用，经余热回收利用后的第一超临界水反应器产物与第四过滤器中滤液混合并送入第二超临界水反应器，第二超临界水反应器反应产物经冷却器降温、背压阀、气水分离器处理后，气体产物送入耐压储气罐，液体产物泵入水池。污泥经过水热反应后，再由第四过滤网过滤，在污泥干燥器中干燥后送入污泥半焦收集仓，其中，所述第一超临界水反应器产物的余热依次为所述污水预反应器、水热反应器、污泥干燥器提供反应能量。本发明装置生活污水处理量为20～200m³/h，1m³生活污水处理后可获得20～50kg污泥半焦，2～4m³可燃气体。

所述第一超临界水反应器带有加热单元，所述加热单元为电阻丝辅助加热，反应原料为污水预反应器产物，第一超临界水反应器反应产物送至间壁式的污水预反应器，以提供污水预反应器能量；所述第二超临界水反应器带有电阻丝辅助加热，反应原料为水热反应器反应后经第四过滤器过滤的液体，以及经过余热回收利用的第一超临界水反应器产物，第二超临界水反应器反应后产物送至冷却器进行冷却处理；所述耐压储气罐用于储存第二超临界水反应器制取的可燃气体，其主要成分为h2、co、ch4、c2～c3等。

优选地，所述第一离心泵与所述第一过滤器、第二过滤器、第三过滤器之间分别连接有第一闸阀、第二闸阀、第三闸阀；所述第一过滤器、第二过滤器、第三过滤器与所述污泥收集仓之间分别设有用于将过滤得到的污泥输送至所述污泥收集仓内的第一提升机和第一输送机、第二提升机和第二输送机、第三提升机和第三输送机；所述第四过滤器与所述污泥干燥器之间设有第四提升机和第四输送机。

优选地，所述第一过滤器、第二过滤器、第三过滤器、第四过滤器内分别设有第一滤网、第二滤网、第三滤网、第四滤网；所述第一滤网、第二滤网、第三滤网孔径为30～50μm。

优选地，所述污泥收集仓与所述水热反应器之间设有用于输送污泥避免污泥在长时间情况下凝固的螺旋式输送机；所述污泥干燥器与所述污泥半焦收集仓之间设有刮板式输送机，所述刮板式输送机将污泥干燥器干燥完毕的污泥半焦送入污泥半焦收集仓进行储存。

优选地，所述第二污水池与污水预反应器之间设有用于将污水输送至所述污水预反应器内的第二离心泵。

优选地，所述第一污水池内设有搅拌器。

本发明还提供一种生活污水处理装置的处理方法，包括以下步骤：

(1)污水液相和固相分离：利用第一过滤器、第二过滤器、第三过滤器并联运行，对污水进行分离，分离后液相污水输送至第二污水池，分离后固相污泥输送至污泥收集仓；

(2)污泥半焦制备:污泥收集仓中污泥经螺旋式输送机送至水热反应器反应获得污泥半焦湿样，再由第四过滤器初步过滤，经过第四提升机和第四输送机送至污泥干燥器，获得干燥的污泥半焦；

(3)污水超临界水气化反应：第二污水池中污水送入污水预反应器进行初步反应，然后送至第一超临界水反应器进行反应；污泥经水热反应后经第四过滤器过滤得到的液体与第一超临界水反应器产物经过余热回收利用后分别送至第二超临界水反应器中进行反应，产物经冷却器冷却、气液分离器处理后储存在所述耐压储气罐和水池中。

(4)余热回收利用：所述第一超临界水反应器产物依次进入所述污水预反应器、水热反应器、污泥干燥器最终收集到所述第二超临界水反应器中，所述第一超临界水反应器产物的余热依次为所述污水预反应器、水热反应器、污泥干燥器提供反应能量。

利用本发明装置及其方法，可实现生活污水高效处理的同时可获得可燃气体，并可将污泥进行水热处理以制得污泥半焦，本发明装置及其方法具有高效、低能耗、无二次污染、高经济附加值等优势。

优选地，步骤(1)中，所述第一过滤器、第二过滤器和第三过滤器处理生活污水最大总负荷能力为250m³/h。

优选地，步骤(2)中，所述水热反应器的工作条件为：污泥原料含水率65～80％、温度170～240℃，压力0.8～3.3mpa，反应时间10～15min；所述污泥干燥器工作条件为：干燥温度110～120℃，干燥时间0.8～1h。

优选地，步骤(3)中，所述污水预反应器的工作条件为：温度200～300℃，压力22.5～23.5mpa，反应时间为2～5s；所述第一超临界水反应器的工作条件为：温度500～550℃，压力22.5～23.5mpa，反应时间为5～10s；所述第二超临界水反应器的工作条件为：温度500～550℃，压力22.5～23.5mpa，反应时间为10～15s；所述耐压储气罐参数为：单台容积10.0m³，最高耐受压力2.5mpa；所述水池容积为800～1000m³。

其中步骤(1)中分离的污泥和污水分别用于步骤(2)和步骤(3)。步骤(3)中第一超临界水反应器和第二超临界水反应器为自供热系统，电阻丝加热仅为第一超临界水反应器和第二超临界水反应器初始反应阶段补充部分热量。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1.本发明对生活污水进行深度利用，对固相污泥采用水热处理方式获得污泥半焦，对液相污水采用两级超临界水气化反应器降解污水同时获得可燃气，且处理过程中叠加了余热利用工艺，本发明可实现大规模高效资源化处理生活污水，并产生经济附加值；

2.本发明中生活污水液相和固相的分离时，考虑三级并联形式，既能满足高负荷处理需要，又便于维修保养，不锈钢滤网过滤形式亦便于实际工艺操作；

3.本发明中污水超临界水气化反应工艺中，采用污水预热器、第一超临界水反应器和第二超临界水反应器串联耦合形式，污水降解程度高，本发明处理后污水水质可达国标排放标准；

4.本发明装置污水预反应器、水热反应器和污泥干燥器所需能量由第一超临界水反应器提供，第一超临界水反应器和第二超临界水反应器的反应主要阶段为自供热系统，整体能耗低；

5.本发明专利可高效处理cod为1500mg/l以下生活污水，气体产物成分为：50～55vol.％h2、12～15vol.％co、15～20vol.％ch4、10～15vol.％co2、3～5vol.％c2～c3，气体热值产物可达15mj/m³。

6.本发明装置具有处理工艺简单、耗能低、降解效率高、成本低等优点，适用于规模化集中生产。

附图说明

图1为本发明所述一种生活污水处理装置结构示意图；

图中：1、第一污水池；2、搅拌器；3、第一离心泵；4、第一闸阀；5、第二闸阀；6、第三闸阀；7、第一过滤器；8、第一滤网；9、第二过滤器；10、第二滤网；11、第三过滤器；12、第三滤网；13、第一提升机；14、第二提升机；15、第三提升机；16、第一输送机；17、第二输送机；18、第三输送机；19、污泥收集仓；20、螺旋式输送机；21、水热反应器；22、第四过滤器；23、第四滤网；24、第四提升机；25、第四输送机；26、污泥干燥器；27、刮板式输送机；28、污泥半焦收集仓；29、第二污水池；30、第二离心泵；31、污水预反应器；32、第一超临界水反应器；33、第二超临界水反应器；34、冷却器；35、背压阀；36、气水分离器；37、第三离心泵；38、水池；39、耐压储气罐。

具体实施方式

下面将对本发明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条件下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明所述一种生活污水处理装置，包括第一污水池1、第一离心泵3、与所述第一离心泵3相连的三级过滤器、与所述三级过滤器相连的污水处理系统和污泥处理系统；所述三级过滤器包括并联设置的第一过滤器7、第二过滤器9、第三过滤器11；所述污泥处理系统包括依次连接的污泥收集仓19、水热反应器21、第四过滤器22、污泥干燥器26、污泥半焦收集仓28，所述水热反应器21同时与污泥干燥器26连接；所述污水处理系统包括用于储存滤液的第二污水池29、与所述第二污水池29相连的污水预反应器31、与所述污水预反应器31相连的第一超临界水反应器32、与所述第四过滤器22和污泥干燥器26相连用于收集和处理污水的第二超临界水反应器33、冷却器34、背压阀35、气水分离器36、水池38、耐压储气罐39；所述第一超临界水反应器32、第二超临界水反应器33内分别设有加热单元；其中，所述第一超临界水反应器32产物的余热依次为所述污水预反应器31、水热反应器21、污泥干燥器26提供反应能量。

所述第一离心泵3与所述第一过滤器7、第二过滤器9、第三过滤器11之间分别连接有第一闸阀4、第二闸阀5、第三闸阀6；所述第一过滤器7、第二过滤器9、第三过滤器11与所述污泥收集仓19之间分别设有用于将过滤得到的污泥输送至所述污泥收集仓19内的第一提升机13和第一输送机16、第二提升机14和第二输送机17、第三提升机15和第三输送机18；所述第四过滤器22与所述污泥干燥器26之间设有第四提升机24和第四输送机25；所述气水分离器36和水池38之间设有第三离心泵37；

所述第一过滤器7、第二过滤器9、第三过滤器11、第四过滤器22内分别设有第一滤网8、第二滤网10、第三滤网12、第四滤网23；所述第一滤网8、第二滤网10、第三滤网12孔径为30～50μm；

所述污泥收集仓19与所述水热反应器21之间设有用于输送污泥避免污泥在长时间情况下凝固的螺旋式输送机20；所述污泥干燥器26与所述污泥半焦收集仓28之间设有刮板式输送机27；

所述第二污水池29与污水预反应器31之间设有用于将污水输送至所述污水预反应器31内的第二离心泵30；

所述第一污水池1内设有搅拌器2。

以下实施例均采用上述生活污水处理装置进行处理。

实施例1

采用本实施例所述一种生活污水处理装置处理污水的方法，具体操作步骤如下：

处理100m³/h生活污水(codcr为500mg/l，含水率95wt.％)，由第一离心泵3送往后续管路，生活污水经第一过滤器7、第二过滤器9和第三过滤器11过滤后，液相污水送入第二污水池29，固相污泥(污泥含水率为75％)送至污泥收集仓19。污泥在水热反应器21中工作参数为：温度200℃，压力1.5mpa，反应时间15min，水热反应器21产物进入污泥干燥器26内干燥，干燥参数为：干燥温度115℃，干燥时间1h。污水在污水预反应器31中工作参数为：温度280℃，压力22.5mpa，反应时间为5s，污水预反应器31后产物送入第一超临界水反应器32，第一超临界水反应器32内工作参数为：温度500℃，压力22.5mpa，反应时间为10s，第四过滤器22中滤液和经污水预反应器31、水热反应器21、污泥干燥器26换热降温后液体一同送入第二超临界水反应器33，第二超临界水反应器33内工作参数为：温度550℃，压力22.5mpa，反应时间为15s。

通过本生活污水处理装置，污泥半焦产量为3500kg/h，气体产量为350m³/h，液体产物codcr为30mg/l，符合国标限值(gb18918-2016)。

实施例2

采用本实施例所述一种生活污水处理装置处理污水的方法，具体操作步骤如下：

处理150m³/h生活污水(codcr为200mg/l，含水率98wt.％)，由第一离心泵3送往后续管路，生活污水经第一过滤器7、第二过滤器9和第三过滤器11过滤后，液相污水送入第二污水池29，固相污泥(污泥含水率为78％)送至污泥收集仓19。污泥在水热反应器21中工作参数为：温度220℃，压力2.3mpa，反应时间15min，水热反应器21产物进入污泥干燥器26内干燥，干燥参数为：干燥温度120℃，干燥时间1h。污水在污水预反应器31中工作参数为：温度280℃，压力23mpa，反应时间为5s，污水预反应器31后产物送入第一超临界水反应器32，第一超临界水反应器32内工作参数为：温度500℃，压力23mpa，反应时间为10s，第四过滤器22中滤液和经污泥干燥器26换热降温后液体一同送入第二超临界水反应器33，第二超临界水反应器33内工作参数为：温度550℃，压力23mpa，反应时间为15s。

通过本生活污水处理装置，污泥半焦产量为1200kg/h，气体产量为510m³/h，液体产物codcr为20mg/l，符合国标限值(gb18918-2016)。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。