一种资源化利用生活污水的装置的制作方法

本技术涉及污水处理，具体涉及一种资源化利用生活污水的方法和装置。

背景技术：

1、传统的城市污水厂往往将有机物和氮磷元素作为污染物去除，以解决生活污水带来的环境污染问题。截至2020年，国内城市及县城污水处理厂共4326座，其中，城市污水处理厂2618座，污水年处理量达5572782立方米。但随着经济的发展和社会的进步，传统的城市污水厂运行模式出现越来越多的弊端。首先，城市污水厂出水排放标准越来越严格，为满足国家和地方排放标准要求，采用传统处理工艺的城市污水厂运行成本不断增加，致使污水处理成为一个高耗能的产业，目前我国污水厂能耗占全国能耗的3％左右。其次，在污水处理厂运行过程中，会产生大量副产物——剩余污泥，据统计2021年我国污水厂污泥总量达到7676.3万吨，剩余污泥的处理与处置也是一个亟需解决的问题。最后，污水处理过程中，通过高能耗，物耗将有机物，氮磷污染物转化为二氧化碳，氮气，磷酸盐沉淀等去除，浪费了本可被利用的资源。

2、随着技术的不断进步，城市生活污水处理不断向资源化和能源化的方向发展。城市生活污水的有机物可被转化为天然气或其他产品，如海藻酸钠，纤维素，聚羟基脂肪酸酯(pha)等；氮磷元素经过富集及处理可以生成鸟粪石，蓝铁矿等产品；污泥经过干化焚烧可以回收热能，焚烧残渣中的重金属可以提取用于生成絮凝剂；而净化后的水可以作为再生水供给市政用水。因此有必要需要寻找一种可持续的污水处理方法，同时实现污水处理和资源化利用。

技术实现思路

1、为了解决现有技术中存在的问题，本实用新型提供一种资源化利用生活污水的方法和装置，能够同时实现污水处理和资源化利用。

2、本实用新型的技术方案是：

3、一种资源化利用生活污水的装置，其特征在于：包括相互连通的污水提升单元(1)、污水处理单元(2)、污泥处理单元(3)和碳氮磷回收单元(4)；

4、污水提升单元(1)包括污水储存池(1-1)，污水储存池(1-1)内设置污水提升泵i(1-2)，污水提升泵i(1-2)通过污水提升单元进水管路(1-3)与ao生化池(2-2)前部的厌氧段连接；

5、污水处理单元(2)包括ao生化池(2-2)、中间水池(2-8)和ro装置(2-10)；ao生化池(2-2)分为底部连通的两段，其中前部为厌氧段，设置搅拌器i(2-1)，后部为好氧段，设置微孔曝气器(2-4)，微孔曝气器(2-4)通过气体管路(2-15)与鼓风机i(2-3)连接；ao生化池(2-2)后部好氧段内设置mbr膜组件(2-5)，mbr膜组件(2-5)的出水口通过产水泵(2-6)及产水管路(2-18)与中间水池(2-8)连接；ao生化池(2-2)后部的好氧段设置污泥回流泵i(2-7)，污泥回流泵i(2-7)通过污泥回流管路(2-16)与ao生化池(2-2)前部的厌氧段连接，同时ao生化池(2-2)前部的厌氧段污泥出口端设有污泥回流泵ii(2-12)，污泥回流泵ii(2-12)通过剩余污泥排放管路(2-17)与污泥处理单元(3)中污泥浓缩池(3-1)连接；中间水池(2-8)与加压进水泵(2-9)进口连接，加压进水泵(2-9)的出口分为两支路，一支路通过ro装置进水管路(2-19)经由电磁阀iii(2-13)与ro装置(2-10)进水口连接，另一支路通过出水管路(2-20)经由电磁阀iv(2-14)与碳氮磷回收单元(4)的产酸发酵池(4-1)进水口连接；电磁阀iii(2-13)和电磁阀iv(2-14)不同时开启；ro装置(2-10)浓缩液出口通过浓缩液循环管路(2-21)与中间水池(2-8)连接。

6、污泥处理单元(3)包括污泥浓缩池(3-1)、污泥化学消解池(3-5)、加药装置(3-10)、离心分离机(3-12)、pha收集桶(3-14)、污泥裂解液收集池(3-17)；污泥浓缩池(3-1)通过浓缩液回流管路(3-4)与污水储存池(1-1)进水口连接，污泥浓缩池(3-1)内设置污泥泵ii(3-2)，污泥泵ii(3-2)通过污泥输送管路i(3-3)与污泥化学消解池(3-5)进口连接；加药装置(3-10)通过加药管路(3-11)与污泥化学消解池(3-5)进口连接；污泥化学消解池(3-5)配有加热装置(3-9)，污泥化学消解池(3-5)内部设置搅拌器ii(3-6)和污泥泵iii(3-7)，污泥泵iii(3-7)出口通过污泥输送管路ii(3-8)与离心分离机(3-12)进口连接；离心分离机(3-12)固体出口分为两支路，一支路通过pha输送管路iii(3-13)与pha收集桶(3-14)进口连接，另一支路通过污泥排放管路(3-15)与肥料生产系统(4-6)连接，离心分离机(3-12)分离液体出口通过污泥裂解液输送管路(3-16)与污泥裂解液收集池(3-17)连接；污泥裂解液收集池(3-17)内设置污泥裂解液提升泵(3-18)，污泥裂解液提升泵(3-18)的出口分为两支路，一支路通过离心液输送管路i(3-19)经由电磁阀ⅴ(3-21)与产酸发酵池(4-1)进口连接，另一支路通过离心液输送管路ii(3-20)经由电磁阀ⅵ(3-22)与离心分离机(3-12)进口连接；电磁阀ⅴ(3-21)和电磁阀ⅵ(3-22)不同时开启；

7、碳氮磷回收单元(4)包括产酸发酵池(4-1)、肥料生产系统(4-6)、吹脱塔(4-7)、氨气吸收装置(4-16)和水解液投加泵(4-18)；产酸发酵池(4-1)内部设置搅拌器iii(4-2)和水解液提升泵(4-3)，水解液提升泵(4-3)通过水解液输送管路i(4-4)与吹脱塔(4-7)内上部设置的配水装置(4-8)连接；产酸发酵池(4-1)通过发酵污泥排放管路(4-5)与肥料生产系统(4-6)连接；吹脱塔(4-7)底部出水口通过水解液输送管路ii(4-19)经由水解液投加泵(4-18)与ao生化池(2-2)前部厌氧段进水口连接，吹脱塔(4-7)下部侧面进风口(4-12)通过气体管路ii(4-11)与鼓风机ii(4-10)连接，吹脱塔(4-7)上部出风口(4-14)通过氨气输送管路(4-15)与氨气吸收装置(4-16)连接，氨气吸收装置(4-16)通过硫酸铵输送管路(4-17)与肥料生产系统(4-6)连接；

8、产酸发酵池(4-1)内还接种生长水解酸化细菌的悬浮填料(4-20)，悬浮填料(4-20)为圆形柱状填料，材质为高密度聚乙烯，尺寸φ10×10，比重0.96，比表面积800m2/m3，孔隙率＞85％，填料填充比15-20％。

9、吹脱塔(4-7)内进风口(4-12)的上方设有填料(4-9)，吹脱塔(4-7)内配水装置(4-8)上方且在出风口(4-14)处设置除雾器(4-13)。

10、加药装置(3-10)分为两个独立的加药罐，分别通过加药管路(3-11)与污泥化学消解池(3-5)进口连接。

11、采用上述的装置实现资源化利用生活污水的方法，包含以下过程：

12、(1)污水处理单元运行：生活污水由污水储存池(1-1)经污水提升泵i(1-2)由污水提升单元进水管路(1-3)进入ao生化池(2-2)厌氧段，ao生化池(2-2)活性污泥浓度6000-7000mg/l，厌氧段hrt1-2h，ao生化池(2-2)好氧段活性污泥由污泥回流泵i(2-7)经污泥回流管路(2-16)进入ao生化池(2-2)厌氧段，污泥回流比100-150％，同时吹脱塔(4-7)中经过吹脱的水解液经水解液投加泵(4-18)和水解液输送管路ii(4-19)输送进入ao生化池(2-2)厌氧段，在搅拌器i(2-1)的作用下，回流的活性污泥同进水及水解液混合，活性污泥中聚磷菌吸收进水及水解液中的有机物完成释磷，同时活性污泥微生物细胞内部合成pha；而后污泥混合液进入好氧段，好氧段hrt 4-6h，鼓风机i(2-3)通过气体管路(2-15)向微孔曝气器(2-4)供氧，控制好氧池do 2-3mg/l，活性污泥完成吸磷反应并去除部分有机物；好氧段设置mbr膜单元(2-5)，可采用pvdf中空纤维膜，陶瓷平板膜，膜孔径0.1，处理后的生活污水在产水泵(2-6)的抽吸作用下经mbr膜组件(2-5)过滤，通过产水管路(2-18)进入中间水池(2-8)；剩余污泥每天从剩余污泥泵(2-12)经剩余污泥排放管路(2-17)排放进入污泥浓缩池(3-1)，控制ao生化池(2-2)污泥泥龄为4-5d。

13、中间水池(2-8)中的污水经加压进水泵(2-9)和ro装置进水管路(2-19)进入ro装置(2-10)过滤，污水中的有机物、氨氮及磷酸盐被截留浓缩，浓缩液经浓缩液循环管路(2-21)回流至中间水池(2-8)，ro装置(2-10)产水回收率控制在75％左右，产水经ro装置(2-10)出水排放管路(2-11)排放作为再生水回用；中间水池(2-8)中的浓缩液在ro装置(2-10)运行间歇经加压进水泵(2-9)和出水管路(2-20)排入产酸发酵池(4-1)；ro装置(2-10)进水时，开启电磁阀iii(2-13)；ro装置(2-10)排放浓缩液时，开启电磁阀iv(2-14)；电磁阀iii(2-13)和电磁阀iv(2-14)不同时开启；

14、(2)污泥处理单元运行：ao生化池(2-2)排放的剩余污泥进入污泥浓缩池(3-1)，浓缩18-24h，浓缩后的剩余污泥通过污泥泵ii(3-2)输送，经污泥输送管路i(3-14)进入污泥化学消解池(3-5)。污泥浓缩池(3-1)上清液经浓缩液回流管路(3-4)进入污水储存池(1-2)；加药装置(3-10)中分别贮存质量百分比浓度10％的十二烷基硫酸钠(sds)溶液和质量百分比浓度40％的naoh溶液，加药装置(3-10)通过加药管路(3-11)向污泥化学消解池(3-5)中投加naoh和sds，污泥化学消解池(3-5)中naoh投加量为0.2mol/l，sds投加量为剩余污泥干重的0.1-0.2倍，加热装置(3-9)控制污泥化学消解池(3-3)温度为30±2℃，剩余污泥在搅拌器ii(3-6)作用下和naoh、sds接触反应1h，微生物细菌胞在化学试剂作用下菌体细胞破裂，胞内有机物包括蛋白质、多糖、聚磷酸盐、pha等释放；经过化学处理的剩余污泥经污泥泵iii(3-7)输送至离心分离机(3-12)进口，在100-200xg离心力的条件下离心20-30min，离心后沉淀下来的细胞残渣经污泥排放管路(3-15)排放进入肥料生产系统(4-6)，经过堆肥发酵生产有机肥；污泥裂解液经离心分离机(3-12)出口和污泥裂解液输送管路(3-16)进入污泥裂解液收集池(3-17)，而后开启电磁阀ⅵ(3-22)同时关闭电磁阀ⅴ(3-21)将污泥裂解液回送至离心分离机(3-12)进口，在离心力(如10000xg)的条件下再次离心10-15min，离心后沉淀下来的pha粗提物经pha输送管路iii(3-13)输送至pha收集桶(3-14)储存；再次离心后的污泥裂解液经离心分离机(3-12)出口和污泥裂解液输送管路(3-16)再次进入污泥裂解液收集池(3-17)，关闭电磁阀ⅵ(3-22)同时开启电磁阀ⅴ(3-21)将污泥裂解液由污泥裂解液提升泵(3-18)经离心液输送管路i(3-19)输送至产酸发酵池(4-1)；

15、(3)碳氮磷回收单元运行：产酸发酵池(4-1)接种生长水解酸化细菌的悬浮填料(4-20)，悬浮填料(4-20)为圆形柱状填料，材质为高密度聚乙烯，尺寸φ10×10，比重0.96，比表面积800m2/m3，孔隙率＞85％，填料填充比15-20％，水力停留时间为1-2d，排水比50％，利用naoh和sds对产甲烷细菌的抑制作用，在搅拌器iii(4-2)作用下水解酸化污泥将污泥化学消解池(3-7)产生的污泥裂解液和ro装置(2-10)产生浓缩液中的有机物转为短链挥发性脂肪酸，同时将有机氮转化为氨氮，磷酸盐转化为化学污泥沉淀；产酸发酵池(4-1)中的碱性发酵液经水解液提升泵(4-3)和水解液输送管路i(4-4)进入吹脱塔(4-7)中的配水装置(4-8)，经配水装置(4-8)均匀喷洒在填料(4-9)表面形成薄层液膜，鼓风机ii(4-10)通过气体管路ii(4-11)向吹脱塔(4-7)鼓风，气水比为2400-3000，空气和液膜充分接触，发酵液中的氨氮被空气吹脱，含有氨氮的空气经除雾器(4-13)除雾后，从出风口(4-14)经氨气输送管路(4-15)进入氨气吸收装置(4-16)，氨气吸收装置中填充质量百分比浓度15-20％的稀硫酸，当稀硫酸吸收饱和后生成稀硫铵溶液，经硫酸铵输送管路(4-17)送入肥料生产系统(4-6)经过蒸发、结晶、离心、干燥工序生产硫酸铵肥料；经过吹脱的发酵液经水解液投加泵(4-18)和水解液输送管路(4-19)输送至ao生化池(2-2)厌氧段，被活性污泥中聚磷菌进一步利用合成pha；产酸发酵池(4-3)中含有磷酸盐化学沉淀的剩余污泥每天经发酵经污泥排放管路(4-5)进入肥料生产系统(4-6)，经过堆肥发酵生产有机肥，控制产酸发酵池(4-3)污泥泥龄15-20d。

16、本实用新型将污水处理单元，污泥处理单元和碳氮磷回收单元耦合在一个系统里，具有以下有益效果：

17、(1)在实现污水处理达标排放的同时，污水中的有机物被转化为高附加值的pha，产生的剩余污泥被转化为有机肥，氮元素被转化为硫酸铵，实现了污水资源化利用。

18、(2)利用naoh药剂，同时实现了剩余污泥细胞溶解pha回收，有机物发酵产酸积累，以及发酵液中氨氮的吹脱，减少了污水资源回收过程中药剂投加的种类的数量，节约了药剂成本。