一种基于三色污泥的低碳排放污水处理系统及方法

本发明涉及污水处理，具体涉及一种基于三色污泥的低碳排放污水处理系统及方法。

背景技术：

1、在传统的污水处理过程中，需要给与大量的曝气，将污水中的有机质转化为co2和h2o，消耗了巨大的能量，且产生较多的温室气体。如果能够采用厌氧方法对污水进行处理，且回收其产生的ch4，则工艺的直接碳排放将会显著减少。

2、然而，城市污水厂的进水cod浓度普遍过低，一般仅200～250mg/l，有些地方甚至会低于100mg/l，直接采用厌氧处理能耗巨大且ch4回收率很低，得不偿失。故一直以来，城市污水厂仅在污泥消化场所才有可能采用厌氧方法，而实际上由于现有的污水厂多采用长泥龄工艺，采用厌氧消化处理污泥经济效益也很差，应用也不多。

技术实现思路

1、为了解决上述问题，本发明根据原始居民生活污水的有机质主要来自粪便，溶解性有机质较少的特点，提供了一种基于三色污泥的低碳排放污水处理系统及方法。本方法针对的生活污水均为未经过化粪池处理的污水，原始污水的cod浓度较高(一般达到500mg/l以上)，且原水中的有机质主要是颗粒性有机质，溶解性有机质较少。

2、本发明通过以下技术方案来实现上述目的：

3、一种基于三色污泥的低碳排放污水处理方法，步骤包括：

4、s1、利用逐渐沉降的活性污泥和吸附剂混合物与逐渐上升的污水逆向接触，以使污水中的污染物被吸附截留并与活性污泥形成污泥混合物后一并沉降；

5、s2、利用厌氧污泥对污泥混合物进行厌氧生化处理，以去除有机质，产生甲烷并回收；

6、s3、利用厌氧氨氧化污泥对步骤s2处理后所形成的出水混合物(含污水污泥)进行厌氧氨氧化处理，以使混合物中氨氮转化为氮气，实现脱氮；

7、s4、对步骤s3处理后所形成的出水混合物(含污水污泥)进行好氧恢复处理，以使混合物中活性污泥恢复活性，并去除残留的有机质；

8、s5、将步骤s4处理后的混合物中杂质作为剩余污泥排出，而恢复活性的活性污泥回流至步骤s1中参与循环；

9、s6、在s1-s5的循环基础上，步骤s1处理后的污水经化学除磷、消毒后排出。

10、进一步改进在于，所述污水为未经过化粪池处理的生活污水，污水中cod浓度达到500-600mg/l，且cod主要为未溶解的颗粒物。

11、进一步改进在于，步骤s1中的活性污泥为灰色的絮体状，步骤s2中的厌氧污泥为黑色的颗粒状，步骤s3中的厌氧氨氧化污泥为红色的颗粒状，故称为三色污泥。

12、进一步改进在于，步骤s1采用逆流吸附塔(柱)进行，污水原水由塔体下部进入，塔体上部出水，回流的活性污泥由塔体上部进入，沉降的污泥混合物由塔体下部排出，且各流量关系为：上部回流的活性污泥流量等于下部混合物的排出流量，下部污水原水的进入流量等于上部出水流量。

13、进一步改进在于，所述逆流吸附塔(柱)内ss浓度为6000-12000mg/l，有效沉淀区净高度不小于3m，且污泥沉淀时间为0.5～1.5h。

14、进一步改进在于，步骤s3的具体过程为：将步骤s2处理后所形成的出水混合物均分两部分排出，其中50％的出水混合物进行好氧氨氧化处理，以使出水混合物中氨氮转化为亚硝酸盐，再利用厌氧氨氧化污泥对剩余50％的出水混合物以及好氧氨氧化处理后的出水混合物进行厌氧氨氧化处理，以使出水混合物中氨氮转化为氮气。

15、进一步改进在于，在步骤s2的厌氧生化处理过程中以及步骤s3的厌氧氨氧化处理过程中进行轻微搅拌，以避免混合物中活性污泥被厌氧污泥和厌氧氨氧化污泥裹夹，在步骤s3的好氧亚硝化处理过程中以及步骤s4的好氧恢复处理过程中进行曝气，且在步骤s4的好氧恢复处理过程中进行搅拌，以形成环形流场。

16、进一步改进在于，在步骤s3的好氧亚硝化处理时以及步骤s4的好氧恢复处理时，水力停留时间hrt为1-2h。

17、本发明还提供了一种用于实施上述基于三色污泥的低碳排放污水处理方法的系统，所述系统包括：

18、逆流吸附塔(柱)，用于利用逐渐沉降的活性污泥和吸附剂混合物与逐渐上升的污水逆向接触，以使污水中的污染物被吸附截留并与活性污泥形成污泥混合物后一并沉降；

19、厌氧反应器，利用厌氧污泥对含有机质的污泥混合物进行厌氧生化处理，以去除其中的有机质，产生甲烷并回收；

20、厌氧氨氧化反应单元，利用厌氧氨氧化污泥对出水混合物进行厌氧氨氧化处理，以使污水中的氨氮转化为氮气，实现脱氮；

21、好氧恢复反应器，对出水混合物进行好氧恢复处理，以使其中活性污泥恢复活性和吸附性能，并进一步去除残留的有机质；

22、其中，所述逆流吸附塔(柱)、厌氧反应器、厌氧氨氧化反应单元和好氧恢复反应器之间通过混合物管道依次连通，且所述好氧恢复反应器与逆流吸附塔(柱)之间设有活性污泥回流管道。

23、进一步改进在于，所述厌氧氨氧化反应单元包括：

24、好氧亚硝化反应器，用于对混合物进行好氧亚硝化处理，以使混合物中氨氮转化为亚硝酸盐；

25、厌氧氨氧化反应器，用于利用厌氧氨氧化污泥对混合物进行厌氧氨氧化处理，以使混合物中氨氮转化为氮气。

26、本发明的技术原理为，当原污水cod浓度较大且颗粒性有机质较多时，利用颗粒物容易被悬浮污泥层拦截的原理(类似于传统沉淀的拥挤沉淀原理)，能够将原水的cod浓度浓缩5～10倍以上，进入厌氧环节的污水流量相当于原水的1/(5～10)，此时采用厌氧生物处理在经济技术方面具有优势。活性污泥表面带负电荷，对于进水中呈现溶解状态的氨(中等ph值环境主要以nh4+形态存在)具有一定吸附性能，当污泥浓度较大时，总吸附量可以满足将氨带入到后续反应器的能力。污水中的表面活性物质(来自洗涤剂)一般以非溶解状态存在，也能够被拦截进入厌氧生物反应器。原水经过厌氧代谢后残留的主要污染物是氨氮，且与原水相比，氨氮浓度也被浓缩5～10倍，采用anammox方法脱氮也具有显著的技术优势。经过两次厌氧处理后，原活性污泥凝聚性能显著下降，再经过曝气恢复其活性，同时进一步降低污水中残留的有机质。

27、本发明的有益效果在于：在该三色污泥工艺系统中，灰色污泥对原污水进行滤过和吸附后，原水颗粒性污染物被截留，氨被吸附，故cod和氨氮浓度能够提高数倍，再进行厌氧生物处理，回收甲烷；经过厌氧的黑色污泥处理后，原水cod浓度大幅度降低，再用红色污泥进行厌氧氨氧化，除氨后的污水再进行好氧代谢，污水得以净化。相对于传统的工艺方法，该方法能耗低，产生的温室气体较少或温室气体被回收(ch4被回收、co2和n2o产生量较少)，属于低碳排工艺。理论上，如果进水cod浓度为500mg/l，有机质转化为甲烷的产率为90％，甲烷回收率为95％，则每立方米污水可以回收0.299m3甲烷，工艺可以不直接排放甲烷(但溶解在污水中的甲烷在后续好氧过程会有一部分散发到大气中去)。传统工艺脱氮时，缺氧池中缺乏足够碳源的情况下会大量产生n2o，本工艺方法无缺氧池，故理论上n2o产生量较少。传统工艺方法进水的有机质(cod)最终大部分转化为co2，直接碳排放非常显著，本技术方法有机质基本上转化为ch4，co2产生量会显著降低。故本方法与传统工艺相比，碳排放显著降低，能源回收率高，工艺简单可行。但本发明技术方案的前提是生活排水不再设置化粪池，污水未经化粪池处理，cod损失很少，且cod构成主要是颗粒性有机质。