申请日2012.05.24
公开(公告)日2012.10.03
IPC分类号C02F9/14
摘要
本发明公开了一种低能耗低碳排放经济节能型的城镇污水处理方法，其步骤是：1、污水管网收集的待处理污水经过格栅过滤，通过泵提升进入新型高效折流式厌氧生化池(ABR)的脉冲布水罐;2、经步骤1处理的污水，流入循环流生物氧化池;3、经步骤2处理的出水，流入利用天然的沟渠、库塘水体改造的人工强化生物接触氧化塘;4、经步骤2或3处理的出水，流入人工湿地。污水经过上述步骤处理后，水中大部分的污染物能够有效去除，处理出水能够达到GB18918-2002《城镇污水处理厂污染物排放标准》中的一级A标准，这种低成本、低能耗、低碳排放、低运行费用的节能型污水处理净化工艺，特别适用于小城镇或农村的污水处理。
权利要求书
1.一种低能耗低碳排放经济节能型的城镇污水处理方法，其步骤是：
A、污水管网收集的待处理污水经过格栅过滤，拦截去除直径大于10mm的大颗粒悬浮和漂浮物后流入集水池，通过泵提升进入新型高效折流式厌氧生化池的脉冲布水罐，以智能分区和脉冲布水的方式和高水流瞬间冲击速度进入折流式厌氧生化池，使得池中混合液的污泥层周而复始处于膨胀——压缩过程，促进颗粒污泥的形成和增强生物污泥的活性，并促使污水及有机污染物基质与厌氧生物污泥的微生物充分混合接触反应，经过水解、酸化、产气的厌氧生化分解得到降解，产生的沼气回收利用;
B、经步骤A处理的污水，流入循环流生物氧化池，沿矩形环状流道依次流经缺氧、厌氧反应区和设有生物膜填料的曝气好氧反应区，污水在缺氧反应区与曝气好氧反应区循环回流的混合液混合，在缺氧条件和兼性反硝化细菌作用下，进行硝态氮的反硝化脱氮反应;在曝气好氧反应区污水中尚未降解的小分子有机物，与填料上的生物膜充分接触，在好氧条件下，通过微生物将污水中的有机污染物氧化分解，使污水中有机污染物得以去除;
C、经步骤B处理的出水，流入利用天然的沟渠、库塘水体改造的人工强化生物接触氧化塘，在塘内安装固定有附着生长微生物的填料，以及利用风能、太阳能可再生能源驱动的人工营造水流装置，通过强化水体自然复氧进行水体充氧，水中未被降解的有机污染物，在水中溶解氧条件下，与附着生长在填料上的微生物膜进行接触和生物氧化，被进一步降解消除;在塘中种植有沉水和浮叶植物，以吸收和转化水中和底泥中的氮、磷、钾营养物，达到对污水进行深度净化处理;
D、经步骤B或C处理的出水，流入人工湿地，水中残留的悬浮物、有机物、氮、磷和重金属污染物，在人工湿地中人工基质、水生植物和微生物构成的复合生态系统的物理、化学和生物的共同作用下，通过过滤、吸附、沉淀、离子交换、微生物氧化分解和植物吸收途径降解去除。
说明书
一种低能耗低碳排放经济节能型的城镇污水处理方法
技术领域
本发明属于污水处理领域，具体涉及一种城镇污水处理方法，更具体涉及一种系统集成 新型高效厌氧生化与好氧生化处理装置，采用工程处理与自然净化措施相结合，经济节能型 的城镇污水处理方法，尤其适用于小城镇污水处理的低成本、低能耗、低碳排放、低运行费 用的经济节能型污水处理工艺。
背景技术
地球虽然有70.8%的面积为水所覆盖，但淡水资源却极其有限，人类真正能够利用的仅 是江河湖泊以及地下水中的一部分，仅占地球总水量的0.26%，而且分布不均。20世纪50 年代以后，全球人口急剧增长，工业发展迅速，人类对水资源的需求以惊人的速度扩大;而 另一方面，日益严重的水污染蚕食大量可供使用的水资源，使全球水资源状况迅速恶化，“水 危机”日趋严重。
中国水资源人均占有量少，空间分布不平衡。随着中国城市化、工业化的加速，一方 面是水资源的需求缺口日益增大，一方面是随之而来的日益增多的工业废水与生活污水，尤 其是越来越多的氮磷营养物排放到天然水体中，加之农田径流等，水体富营养化现象越来越 严重，引起严重的水体污染。因此各类污水的处理已成为防治水污染的必要任务。
传统的污水生化处理法作为污水处理的一种重要处理方法，应用十分广泛。但目前的污 水生化处理法主要是以耗能曝气增氧，利用微生物氧化为主的好氧活性污泥法、生物膜法。 但好氧活性污泥法存在着：抗水力及污染物浓度冲击负荷能力一般，动力消耗多;尤其是适 用于脱氮除磷的工艺调控较为复杂，调节难度较大，污泥产生量大等缺点;而生物膜法又有 着生物膜培养时间长，生物膜附着生长的填料投资成本较大，填料架挂、曝气装置安装施工 及故障维修困难，对氮、磷等污染物的去除能力有限，有机污染物去除净化率一般的缺点。 而且均是以耗能型增加碳排放为特征的污水处理技术。
而随着产业结构调整和制造业产业的转移，大量建有经济开发区、工业园区的小城镇产 生的污水，其污水排放的不规律性，水质水量变化波动较大，有些还有特殊的工业废水进入。 因此，以耗能碳排放型的好氧活性污泥法、生物膜法为主的传统污水生化处理方法，难以适 应当前我国的城镇污水处理，尤其是中小城镇和农村的污水处理。因此亟须研究开发抗水质 水量冲击负荷能力强，低能耗节能型，显著减少碳排放，经济可行的污水处理工艺和技术。
发明内容
本发明的目的是在于提供一种低能耗低碳排放经济节能型的城镇污水处理方法，该方 法采用工程处理与自然净化措施相结合，简易方便地利用风能、太阳能等可再生能源，达到 低成本、低能耗、低运行费用、低碳排放、经济节能的城镇污水处理的目的。
采用该污水处理工艺方法，可在不增加工程建设投资和能源消耗的前提下，较大幅度的 提高厌氧生化处理工艺降解去除污水中有机污染物的负荷和效率，降低好氧生化处理工艺须 降解的有机污染物负荷比例，产生和回收沼气能源;并采取利用天然的沟渠、库塘水体改造 的人工强化生物接触氧化塘，和利用风能、太阳能等可再生能源驱动的人工营造水流装置进 行水体充氧，达到以较少的能耗对污水进行高效和深度净化处理，实现显著减少碳排放，减 少工程建设投资的目的。具有工艺流程短、抗冲击负荷能力及适应性强，可以深度脱氮除磷， 污水处理效果好，污泥产生量少，可显著减少工程建设投资，能够简易方便地利用风能、太 阳能等可再生清洁能源，减少碳排放;大幅度降低能耗及运行费用等优点。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
一种低能耗低碳排放经济节能型的城镇污水处理方法，其步骤是：
A、污水管网收集的待处理污水经过格栅过滤，拦截去除直径大于10mm的大颗粒悬浮 和漂浮物后流入集水池，通过泵提升进入新型高效折流式厌氧生化池(ABR)的脉冲布水 罐，以智能分区和脉冲布水的方式，提高进入折流式厌氧生化池(ABR)的进水水流瞬间 冲击速度，使得池中混合液的污泥层周而复始处于膨胀——压缩过程，促进颗粒状污泥的形 成和增强生物污泥的活性，并使污水与厌氧生物污泥充分的混合接触，促使有机污染物基质 与厌氧生物污泥的微生物充分混合接触反应，经过水解、酸化、产气三个阶段的厌氧生化分 解，得到高效的降解，从而有效地提高污水中有机污染物的去除率，产生的沼气经过管道和 贮气包回收并进一步的利用。
B、经过步骤A处理的污水，流入循环流生物氧化池，沿着矩形环状流道依次流经缺氧 反应区、厌氧反应区和设有生物膜填料的曝气好氧反应区。污水在缺氧反应区与曝气好氧反 应区循环回流的混合液混合，在缺氧条件和活性污泥中兼性反硝化细菌作用下，进行硝态氮 的反硝化脱氮反应;在曝气好氧反应区污水中的小分子有机物，与附着在填料上的生物膜充 分接触，在充足的溶解氧条件下，通过微生物氧化将污水中的有机污染物氧化分解，使污水 中有机污染物得以去除。
C、经过步骤B处理的出水，流入利用天然的沟渠、库塘水体改造的人工强化生物接触 氧化塘，在生物接触氧化塘内安装固定有可以附着生长大量微生物的人工填料，以及利用风 能、太阳能等可再生能源驱动的人工营造水流装置，通过强化水体自然复氧进行水体充氧， 污水中未被降解的有机污染物，在水中充足的溶解氧条件下，与附着生长在填料上的微生物 膜，进行充分的接触和生物氧化，被进一步彻底降解消除;同时在塘中种植有沉水植物(苦 菜、黑藻、金鱼藻、眼子菜)和浮叶植物(荷花、睡莲)，以吸收和转化水中和底泥中的氮、 磷、钾等营养物。从而达到低能耗对污水进行高效和深度净化处理。
D、经过步骤B或C处理的出水，流入高效人工湿地，污水中残留的悬浮物、有机物、 氮、磷和重金属等污染物，在人工湿地中人工基质、水生植物和微生物构成的复合生态系统 的物理、化学和生物的共同作用下，通过过滤、吸附、沉淀、离子交换、微生物氧化分解和 植物吸收等途径降解去除。
污水经过上述步骤处理后，水中大部分的污染物能够有效去除，处理出水能够达到 GB18918-2002《城镇污水处理厂污染物排放标准》中的一级A标准。
所述的一种新型高效的折流式厌氧生化(或水解酸化)ABR装置(申请号：20122016 4867.7，以下同)，为一种改进了进水方式和采取出水回流措施的装置，该装置的结构(见 图3)，包括自吸泵的进水口;混合液回流管上的阀门;三通;自吸泵出口;脉冲罐进水阀 门;脉冲罐进口;脉冲罐出口;进水孔;集气孔;沼气;自吸泵;脉冲罐;电磁阀;折流式 厌氧生化(或水解酸化)ABR池B的出水口;其连接方式为：格栅/集水池出水管、自吸泵 的进水口、混合液回流管上的阀门这三个部件通过三通连接起来。自吸泵出口连接脉冲罐的 进水阀门，脉冲罐进水阀门与脉冲罐进口相连，脉冲罐出口与电磁阀相连，电磁阀与进水孔 相连。折流式厌氧生化(或水解酸化)ABR池B的上部设置有集气孔，产生的沼气经过集 气孔收集后进行利用。
这种新型的折流式厌氧生化(或水解酸化)ABR装置，釆用了智能分区进水、脉冲布 水以及出水回流措施，较好地解决了传统折流式厌氧生化(或水解酸化)ABR装置的第一 格室有机污染物去除负荷远大于平均负荷，容易造成挥发性脂肪酸的积累，影响运行稳定性 和可靠性问题，以及在进水水力负荷低于设计指标较大时，进水流速低不易与污泥充分混合， 容易形成死区的问题，提高了布水管出口流速，有利于厌氧生物污泥与污水的充分混合，保 证了折流式厌氧生化(或水解酸化)ABR装置工艺条件较高的稳定性，提高了装置抗冲击 负荷能力和去除有机污染物的效率。
所述的一种循环流生物氧化池，为一种循环流膜泥混合生物氧化装置(见图3)，包括 三通;循环流生物氧化池的进水口;生物膜填料;曝气装置;循环流生物氧化池的出水口; 循环流生物氧化池的出水管;其连接方式为：折流式厌氧生化(或水解酸化)ABR装置的 出水口连接有三通，三通的另外两端分别连接混合液回流管上的阀门和循环流生物氧化池的 进水口。循环流生物氧化池好氧反应区中安装有生物膜填料和曝气装置，曝气装置与鼓风机 连接。循环流生物氧化池的出水口与出水管连接。这种装置釆用由N(N为偶数)个呈矩形 且相互平行，环状回转型流道构成的，可通过潜水式推流器形成循环流的污水处理装置;这 种循环流生物氧化装置，使待处理污水及混合液以推流方式依次经过缺氧反应区，厌氧反应 区和好氧反应区，有必要时进行循环往复，达到降解净化污水中污染物的目的。进入好氧反 应区的混合液，与好氧反应区中的内循环回流混合液混合，在推流与曝气的作用下形成流动 水流，在整个流道中循环流动，依次反复多次经历从活性污泥混合曝气区到生物膜填料区， 再进入到活性污泥混合曝气区的过程，如此形成污水混合液的循环流动与生物氧化反应。
所述的人工强化生物接触氧化塘，为利用天然的沟渠、库塘水体进行改造，形成的人工 强化好氧生物膜接触氧化塘;这种人工强化好氧生物膜接触氧化塘，是在天然的沟渠、库塘 水体中直接安装固定可以附着生长大量微生物形成生物膜的填料，并安装有利用风力、太阳 能或电力进行驱动、可以形成大流量水流的人工造流装置，从而营造水体循环流动和充氧条 件，达到强化水体的大气自然复氧、表层底层水均匀充氧，改善水体生化反应环境和破坏抑 制藻类生存环境的作用，继而均匀充氧的水与填料上附着的生物膜上微生物充分接触，发生 生物接触氧化反应，强化了水体对污染物的自然降解和净化功能，从而达到利用和强化水体 的自然降解净化能力，去除水体中藻类、降解各种污染物、净化水质的目的。
所述的人工强化好氧生物接触氧化塘中，一是种植有沉水植物和浮叶植物，如种植沉水 植物菹草、黑藻、伊乐藻、金鱼藻、苦草等和浮叶植物睡莲，以吸收和转化水中和底泥中的 氮、磷、钾等营养物，降低水体中氮、磷、钾及必需微量元素的含量与周转速率，抑制浮游 植物生长;为多种多样的水生生物提供良好的生存环境;提高水体生物多样性;提高水体自 净能力;为水体供氧。二是构建水生动物种群：适当提高鲢、螺、鲫的种群数量，以消费浮 游生物(特别是浮游植物)、有机碎屑、腐碎、巨大的微生物生物量，以及摇蚊和水蚯蚓等 底栖动物，维护生态平衡，净化水体。
所述的高效人工湿地，一般为水平潜流人工湿地或垂直流人工湿地，人工湿地上种植有 耐污能力强、去污效果好、具有抗冻、抗病害能力、容易管理、适合当地气候环境的本土植 物;同时可以具有一定的经济价值和景观效应。
按上述方案，采取系统集成新型高效厌氧生化(ABR)和循环流生物氧化装置，以及 利用风能、太阳能等可再生清洁能源进行水体充氧的人工强化生物接触氧化塘，高效人工湿 地自然净化处理措施的城镇污水处理工艺的基本流程见附图1。其污水处理工艺采用的新型 高效折流式厌氧生化(ABR)装置(见图3)，循环流生物氧化装置(见图4)，以及利用 天然的沟渠、库塘水体改造的人工强化生物接触氧化塘(见图5)，和高效人工湿地(见图 6)四个主要工艺处理单元的组合，形成低成本、低能耗、低碳排放、低运行费用的节能型 污水处理净化工艺，特别适用于小城镇或农村的污水处理。
一种低能耗低碳排放经济节能型的城镇污水处理方法，由一种系统集成新型高效折流式 厌氧生化(ABR)处理装置，循环流生物氧化处理装置，以及利用风能、太阳能等可再生 能源进行水体充氧的人工强化好氧生物接触氧化塘，高效人工湿地自然净化处理措施组合而 成，具有低成本、低能耗、低运行费用、低碳排放、经济节能的特点，其处理步骤是：
(1)污水经管道收集后经过格栅过滤，去除大颗粒的悬浮物和垃圾，流入集水池。
(2)集水池安装有自吸泵，流入集水池的污水通过自吸泵提升进入后续处理工艺。
(3)经自吸泵提升的污水进入脉冲罐，脉冲罐出水由电磁阀控制，以智能分区进水、 脉冲布水的方式，进入折流式厌氧生化(或水解酸化)ABR池。
(4)在折流式厌氧生化(ABR)池中，污水中的有机污染物经过水解、酸化、产气三 个阶段的分解;在折流式厌氧水解酸化(ABR)池中，则只经过水解、酸化两个阶段的分 解。在水解阶段，固体物质水解为溶解性的物质，大分子物质水解为小分子物质;在产酸阶 段，碳水化合物降解为脂肪酸，主要是乙酸、丁酸和丙酸，水解和产酸进行的较快，难以将 他们分开，此阶段的主要微生物是水解产酸的厌氧菌;通过水解和酸化两个阶段的作用， 将大分子有机物水解酸化成易于降解的小分子有机物，使污水的可生化性得到进一步改善; 在产气阶段主要是酸、醇等有机物在厌氧菌(多数条件下是甲烷菌)作用下进一步分解为甲 烷、二氧化碳和水等简单无机物，从而使污水中的有机污染物得到部分降解。本工艺单元可 去除的有机污染物负荷约为30～50%。
(5)经折流式厌氧生化(或水解酸化)ABR池处理的出水，流入循环流生物氧化池中， 池中好氧反应区设有生物膜填料及曝气装置，污水沿着矩形流道依次流经缺氧反应区，厌氧 反应区和好氧反应区。在缺氧反应区，污水中的硝态氮在兼性反硝化细菌作用下进行反硝化 脱氮反应;在好氧反应区污水中的小分子有机物，与附着在填料上的生物膜充分接触，在充 分的溶解氧条件下，通过生物氧化作用，将污水中的有机物氧化分解，使污染物得以高效的 去除。本工艺单元可去除的有机污染物负荷约为40～50%。
(6)经由循环流生物氧化池处理后的出水，流入人工强化好氧生物接触氧化塘，好氧 生物接触氧化塘内安装有人工造流强化水体自然复氧装置和人工填料，污水中未被降解的污 染物被进一步降解消除。本工艺单元可去除的有机污染物负荷约为10～15%。
(7)经由好氧生物接触氧化塘处理后的出水，流入高效人工湿地，高效人工湿地可选 择水平潜流人工湿地或者垂直流人工湿地。污水中残留的污染物，在人工湿地中人工基质、 水生植物和微生物构成的复合生态系统的物理、化学和生物的共同作用下，通过过滤、吸附、 沉淀、离子交换、微生物氧化分解和植物吸收等途径降解去除废水中的悬浮物、有机物、氮、 磷和重金属等，其中微生物和自然化学作用约为90%，水生植物则约为10%。
(8)高效人工湿地的出水池中加入次氯酸钠或其它消毒剂进行消毒，进一步去除水中 残留的微生物和细菌，出水实现达标排放。
以上这种特别适用于小城镇污水处理的低成本、低能耗、低碳排放、低运行费用的经济 节能型污水处理方法的具体工艺流程，根据不同地区地理环境、水环境、气候条件和污水水 量水质特征，可以是最基本的折流式厌氧生化(ABR)处理单元或循环流生物氧化池好氧 生化处理单元，以及在此基础上因地制宜地增减相应的工艺处理单元，灵活地进行多种工艺 组合和优化，以满足不同地区、不同条件下的小城镇、农村污水处理的要求。
本发明与现有技术相比，具有如下优点和效果：
(1)本经济节能型污水处理工艺采用一种新型的折流式厌氧生化(或水解酸化)ABR 装置替代调节池，并且在施工方法采取了改进措施，因此可以在基本不增加工程建设投资的 前提下，实现污水的高效厌氧生化(或水解酸化)处理。该装置采用了多种强化保证厌氧生 化工艺条件的手段，可较好地保证厌氧生化反应的稳定性和较大地提高厌氧生化反应的速度， 故反应池的体积可相应缩小，而且不需要复杂的气、固、液三相分离系统，便于运行维护， 从而可降低工程造价和节省工程建设投资;如采用折流式厌氧水解酸化(ABR)装置，无 厌氧发酵所产生的不良气味，还可不需要完全密闭，改善了污水处理的工作环境;
(2)本经济节能型污水处理工艺采用一种新型的折流式厌氧生化(或水解酸化)ABR 装置，可以在不多增加能源消耗的前提下，达到实现降解污水中30～50%的有机污染物负 荷的污染物去除率水平;
(3)本经济节能型污水处理工艺由于采用了折流式厌氧生化(或水解酸化)前处理工 艺，有效地降解了污水中的有机污染物，降低了后续好氧生化反应装置的有机污染物负荷， 因此可以相应缩小好氧生化反应装置的容积和减少工程建设投资;
(4)本经济节能型污水处理工艺由于采用了折流式厌氧生化(或水解酸化)前处理工 艺，有效地降解了污水中的有机污染物，降低了后续好氧生化反应装置的有机污染物负荷， 因此可以减少污水好氧生化处理的能源消耗;
(5)本经济节能型污水处理工艺的好氧生化处理单元由于采用了生物接触氧化工艺， 产生的污泥量很少，并且产生的污泥可以回流进入折流式厌氧生化(或水解酸化)处理单元 进行处理，因此产生的剩余污泥量极少，仅相当活性污泥的10～20%，对污泥处理的要求 很低，预计可节省处理剩余污泥的电费和药剂费用60～80%;
(6)本经济节能型污水处理工艺的好氧生化处理单元采用了二级生物接触氧化，第二 级好氧生物接触氧化，为利用天然的沟渠、库塘水体进行改造形成的人工强化好氧生物接触 氧化塘，充分利用风能、太阳能等可再生清洁能源驱动可形成大流量水流的人工造流装置， 营造水体流动和强化水体自然复氧，在保证对污水进行高效和深度净化处理的前提下，可以 实现较大幅度降低不可再生能源消耗和减少碳排放，达到以较少的不可再生能源对污水进行 高效和深度净化处理;
(7)本经济节能型污水处理工艺由于利用天然的沟渠、库塘水体进行改造人工强化好 氧生物接触氧化生态塘，以及采用高效人工生态湿地，不仅可以减少工程建设投资，而且还 可以达到高度脱氮除磷的深度净化处理效果。
本发明提供的系统集成新型高效折流式厌氧生化处理装置，循环流生物氧化处理装置， 以及利用风能、太阳能等可再生能源进行水体充氧的人工强化生物接触氧化塘，高效人工湿 地自然净化处理措施，组合而成的低成本、低能耗、低运行费用、低碳排放、经济节能型的 城镇污水处理工艺，具有工艺流程短、抗冲击负荷能力及适应性强，可以深度脱氮除磷，处 理效果好，污泥产生量少，能够简易方便地利用风能、太阳能等可再生清洁能源，减少碳排 放;大幅度降低能耗及运行费用等优点;按所述的污水处理工艺建设的污水处理装置，可以 因地制宜地利用天然的沟渠、库塘水体，生态湿地，进行合理的设计，做到布置紧凑、流程 合理，不仅可以减少和节约工程建设投资，而且易于调控管理，使用操作简便。
