耦合资源回收与新污染物强化去除的污水再生处理系统的制作方法

1.本发明属于污水处理技术领域，具体涉及一种耦合资源回收与新污染物强化去除的污水再生处理系统。


背景技术：

2.我国城镇污水处理系统主要以氮、磷、有机物等常规污染物去除和水质稳定达标为目标，污水中磷、蛋白质等资源回收利用水平低，现有污水处理工艺对持久性有机污染物、内分泌干扰物等新污染物总体去除能力不足。
3.我国现有城镇污水处理系统在资源回收、新污染物去除等方面主要存在以下问题或不足：在资源回收方面，以磷资源回收为例，磷回收主要以污泥消化液为回收对象，采用鸟粪石（磷酸铵镁）沉淀法工艺，需大量投加化学药剂氢氧化钠和氯化镁，但由于除磷剂过量投加下化学协同除磷对生物除磷的抑制影响，实际污泥消化液中磷浓度较低，进而导致污泥消化液磷回收工程不能正常运行，如天津jn污水处理厂；在碳源回收和利用方面，我国城镇污水具有碳氮比偏低的水质特征，通常需采取外加碳源的技术措施强化工艺系统脱氮，但与此同时工艺系统运行中存在预处理系统复氧损耗进水碳源、初沉污泥中颗粒态碳源未回收利用、硝化液中溶解氧损耗缺氧池碳源等实际问题；在新污染物去除方面，典型工程调研表明，现有污水生物处理工艺及以混凝、沉淀和过滤为核心的深度处理工艺对新污染物的去除能力有限，需增设相关工艺单元，强化新污染物去除。
4.因此，亟需提出耦合资源回收与新污染物强化去除的高标准城镇污水再生处理系统，对于提升污水资源回收利用水平和新污染物去除效果，助力我国城镇污水再生处理设施绿色、低碳、高质量发展具有重要现实意义。


技术实现要素：

5.本发明的目的是在于克服现有技术中存在的不足，提供了一种耦合资源回收与新污染物强化去除的污水再生处理系统，通过将全过程磷回收单元、初沉污泥碳源回收单元、全过程碳源损耗控制单元、剩余污泥蛋白质回收单元、新污染物强化去除单元等与传统城镇污水处理系统耦合，可解决现有城镇污水处理系统化学协同除磷抑制生物除磷、磷回收受化学协同除磷影响、资源回收水平低、碳源无效损耗、新污染物去除能力不足等实际问题。
6.为实现以上技术目的，本发明实施例采用的技术方案是：一种耦合资源回收与新污染物强化去除的污水再生处理系统，包括强化预处理系统、强化生物处理系统、强化深度处理系统和污泥处理系统；所述强化预处理系统包括预处理单元、初沉污泥碳源回收单元和复氧控制单元，所述预处理单元包括格栅、曝气沉砂池和初沉池，所述复氧控制单元与所述预处理单元的跌水区及曝气沉砂池连接，所述预处理单元中初沉池沉淀的悬浮固体进入所述初沉污泥碳源回收单元进行厌氧发酵产酸；
所述强化生物处理系统包括通过管路依次连接的预缺氧区、厌氧区、缺氧区、好氧填料区、消氧区、后好氧区和二沉池，还包括第一侧流磷回收单元、第二侧流磷回收单元及硝化液回流系统，所述第一侧流磷回收单元的进口与所述厌氧区的出口连接，出口与所述缺氧区的进口连接；所述二沉池的底部出口分别与所述第二侧流磷回收单元的进口及预缺氧区的进口连接，所述第二侧流磷回收单元的出口与所述预缺氧区的进口连接；所述硝化液回流系统设置于所述消氧区的出口与缺氧区的进口之间；所述强化深度处理系统是以臭氧氧化为核心的兼顾新污染物强化去除的深度处理单元，所述强化深度处理系统的进口与所述二沉池的上部出口连接；自所述二沉池流出的剩余污泥进入所述污泥处理系统，所述污泥处理系统包括通过管路依次连接的蛋白质回收单元、厌氧消化单元、脱水单元、干化单元、焚烧单元及焚烧灰渣磷回收单元，还包括消化液磷回收单元及厌氧氨氧化单元，所述消化液磷回收单元分别与所述厌氧消化单元和脱水单元连接，所述消化液磷回收单元的出口与厌氧氨氧化单元的进口连接，所述厌氧氨氧化单元的出口连接进水泵房。
7.进一步地，所述初沉污泥碳源回收单元单独设置或与所述预处理单元的初沉池耦合设置，其中污泥龄为3~5d，富含有机碳源的发酵上清液直接进入所述强化生物处理系统的厌氧区进行厌氧释磷，所述初沉污泥碳源回收单元底部排出的初沉污泥进入所述污泥处理系统。
8.进一步地，所述复氧控制单元用于降低污水中碳源损耗，包括跌水复氧控制单元和/或曝气沉砂池曝气复氧控制单元，其中所述跌水复氧控制单元主要针对预处理单元的污水提升泵出水渠和曝气沉砂池出水区采取加盖密闭隔绝空气或减小闸板开度提升运行液位，所述曝气复氧控制单元主要通过风机优化配置和曝气量优化调控控制曝气沉砂池的溶解氧浓度在0.5mg/l以下。
9.进一步地，所述第一侧流磷回收单元包括依次连接的泥水分离区、反应区和沉淀区，所述第一侧流磷回收单元的进料包括厌氧区末端富含磷酸盐的污泥混合液和投加的氢氧化钙，出料包括化学反应生成的磷酸钙沉淀物和分离得到的污泥及上清液，所述污泥及上清液进入所述缺氧区；所述第二侧流磷回收单元包括依次连接的释磷区、泥水分离区、反应区和沉淀区，进料包括来自所述二沉池的部分回流污泥和投加的碳源及氢氧化钙，出料包括化学反应生成的磷酸钙沉淀物、富含碳源浓缩污泥和至进水泵房的上清液，所述富含碳源浓缩污泥回流至所述预缺氧区。
10.优选地，所述氢氧化钙以氢氧化钙溶液的形式加入。
11.进一步地，所述第一侧流磷回收单元的进料中所述污泥混合液的流量取决于所需的化学协同除磷量、厌氧区末端磷酸盐浓度和化学除磷效率；所述第二侧流磷回收单元的进料中所述回流污泥的流量取决于所需的化学协同除磷量、所述释磷区的磷酸盐浓度和化学除磷效率；侧流磷回收单元模式选择结合系统强化脱氮需求及碳源投加量进行确定：当需强化脱氮时，采用所述第二侧流磷回收单元；当进水碳源满足系统脱氮需求时，采用第一侧流磷回收单元。
12.其中，所述第一侧流磷回收单元和第二侧流磷回收单元的设置目的均是在解决化
学协同除磷抑制生物除磷问题的同时实现污水中磷资源的部分回收。
13.进一步地，所述好氧填料区的前段和中段池容投加用于强化去除难降解新污染物的悬浮填料；所述消氧区与后好氧区之间选择性设置后缺氧区，所述后缺氧区的设置与否结合出水排放标准进行确定：当出水总氮tn限值为15 mg/l时，不设置后缺氧区，当出水总氮tn限值为10mg/l时，设置后缺氧区。
14.进一步地，所述强化深度处理系统包括2种典型深度处理工艺模式，模式1为高效沉淀/磁混凝沉淀 砂滤 臭氧氧化的工艺单元组合，模式2为气浮 臭氧氧化 活性炭/焦滤池 砂滤的工艺单元组合；当需去除的溶解性cod低于5mg/l时，采用模式1；当需去除的溶解性cod不低于5mg/l时，采用模式2。当采用模式2时能够强化活性炭/焦对溶解性cod的强化去除并降低臭氧投加量。
15.进一步地，所述焚烧灰渣磷回收单元的进料包括焚烧单元的灰渣、添加的酸碱浸出剂和氢氧化钙，出料包括磷酸钙沉淀和可资源化利用于建材的经磷回收后的焚烧灰渣。优选地，所述氢氧化钙以氢氧化钙溶液的形式加入。
16.所述焚烧灰渣磷回收单元的设置目的是回收污泥处理产物中的磷资源，阻断污泥中较难被生物利用的磷资源通过土地利用、填埋等处置方式直接进入环境。
17.进一步地，所述厌氧消化单元的进料包括初沉污泥及自所述二沉池流出的剩余污泥经所述蛋白质回收单元处理后的污泥，所述消化液磷回收单元的进料包括所述厌氧消化单元的上清液、脱水单元的脱水液和添加的氢氧化钙，出料包括富含磷酸钙沉淀物和进入厌氧氨氧化单元的经磷回收后的含高浓度氨氮的消化液。其中富含磷酸钙沉淀物可作为磷肥生产的原料。优选地，所述氢氧化钙以氢氧化钙溶液的形式加入。
18.进一步地，所述厌氧氨氧化单元对经消化液磷回收单元处理后的含高浓度氨氮的消化液进行自养生物脱氮处理，低氮、磷浓度的出水排至进水泵房。
19.与现有技术相比，本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：1.本发明将全过程磷回收单元（包括第一侧流磷回收单元、第二侧流磷回收单元、消化液磷回收单元及焚烧灰渣磷回收单元）、初沉污泥碳源回收单元、全过程碳源损耗控制单元（即复氧控制单元和消氧区）、蛋白质回收单元、新污染物强化去除单元（包括强化深度处理系统及好氧填料区）等与传统城镇污水处理系统有机耦合，构建了一种耦合资源回收与新污染强化去除的低碳型污水再生处理系统，可解决现有城镇污水处理系统化学协同除磷抑制生物除磷、磷回收受化学协同除磷影响、资源回收水平低、碳源无效损耗、新污染物去除能力不足等实际问题。
20.2.针对全球磷资源短缺问题，本发明提出了城镇污水处理全过程绿色磷回收总体技术策略，包括以厌氧区末端污泥混合液为回收对象的第一侧流磷回收单元、投加碳源的部分回流污泥为回收对象的第二侧流磷回收单元、消化液磷回收单元和污泥焚烧灰渣磷回收单元，可最大程度实现城镇污水中磷资源回收，并提供了一种基于磷酸钙的全新的城镇污水磷回收产物，可避免磷回收过程中大量投加氯化镁、ph调理剂等化学药剂。
21.3.本发明将化学辅助除磷与侧流磷回收技术有机融合，在系统解决现有城镇污水处理系统普遍存在的生物除磷受化学协同除磷抑制问题的同时，又能够实现污水生物处理系统的高品质（磷酸钙含量高）磷回收。
22.4.本发明针对性、实用性和可操作性强，可为高标准城镇污水再生处理提供新模式、新方法，对助力我国城镇污水处理绿色、低碳、高质量发展具有重要现实意义。
附图说明
23.图1 本发明耦合资源回收与新污染物强化去除的污水再生处理系统的工艺流程图。
24.图2是图1中强化深度处理系统典型模式的工艺流程图。
25.图3是图1中污泥处理系统的工艺流程图。
具体实施方式
26.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
27.实施例1如图1所示，一种耦合资源回收与新污染物强化去除的污水再生处理系统，包括强化预处理系统、强化生物处理系统、强化深度处理系统和污泥处理系统；其中，强化预处理系统包括预处理单元、初沉污泥碳源回收单元和复氧控制单元，预处理单元包括格栅、曝气沉砂池和初沉池，复氧控制单元与预处理单元的跌水区及曝气沉砂池连接，预处理单元中初沉池沉淀的悬浮固体进入初沉污泥碳源回收单元进行厌氧发酵产酸；强化生物处理系统包括通过管路依次连接的预缺氧区、厌氧区、缺氧区、好氧填料区、消氧区、后好氧区和二沉池，还包括第一侧流磷回收单元、第二侧流磷回收单元及硝化液回流系统，第一侧流磷回收单元的进口与厌氧区的出口连接，第一侧流磷回收单元的出口与缺氧区的进口连接；二沉池的底部出口分别与第二侧流磷回收单元的进口及预缺氧区的进口连接，第二侧流磷回收单元的出口与预缺氧区的进口连接；硝化液回流系统设置于消氧区的出口与缺氧区的进口之间；强化深度处理系统是以臭氧氧化为核心的兼顾新污染物强化去除的深度处理单元，强化深度处理系统的进口与二沉池的上部出口连接；如图3所示，自二沉池流出的剩余污泥进入污泥处理系统，污泥处理系统包括通过管路依次连接的蛋白质回收单元、厌氧消化单元、脱水单元、干化单元、焚烧单元及焚烧灰渣磷回收单元，还包括消化液磷回收单元及厌氧氨氧化单元，消化液磷回收单元分别与厌氧消化单元和脱水单元连接，消化液磷回收单元的出口与厌氧氨氧化单元的进口连接，厌氧氨氧化单元的出口连接进水泵房。
28.具体地，消化液磷回收单元分别与厌氧消化单元的出水端和脱水单元的出水端连接。
29.初沉污泥碳源回收单元单独设置或与预处理单元的初沉池耦合设置，其中污泥龄为3~5d，富含有机碳源的发酵上清液直接进入强化生物处理系统的厌氧区进行厌氧释磷，初沉污泥碳源回收单元底部排出的初沉污泥进入污泥处理系统。
30.复氧控制单元用于降低污水中碳源损耗，包括跌水复氧控制单元和/或曝气沉砂
池曝气复氧控制单元，其中跌水复氧控制单元主要针对预处理单元的污水提升泵出水渠和曝气沉砂池出水区采取加盖密闭隔绝空气或减小闸板开度提升运行液位，所述曝气复氧控制单元主要通过风机优化配置和曝气量优化调控控制曝气沉砂池的溶解氧浓度在0.5mg/l以下。
31.第一侧流磷回收单元包括依次连接的泥水分离区、反应区和沉淀区，第一侧流磷回收单元的进料包括厌氧区末端富含磷酸盐的污泥混合液和投加的氢氧化钙溶液，出料包括化学反应生成的磷酸钙沉淀物和分离得到的污泥及上清液，污泥及上清液进入缺氧区；第二侧流磷回收单元包括依次连接的释磷区、泥水分离区、反应区和沉淀区，进料包括来自二沉池的部分回流污泥和投加的碳源及氢氧化钙溶液，出料包括化学反应生成的磷酸钙沉淀物、富含碳源浓缩污泥和至进水泵房的上清液，富含碳源浓缩污泥回流至预缺氧区。
32.第一侧流磷回收单元的进料中污泥混合液的流量取决于所需的化学协同除磷量、厌氧区末端磷酸盐浓度和化学除磷效率；第二侧流磷回收单元的进料中回流污泥的流量取决于所需的化学协同除磷量、一定碳源投加量下释磷区的磷酸盐浓度和化学除磷效率；侧流磷回收单元模式选择结合系统强化脱氮需求及碳源投加量进行确定：当需强化脱氮时，采用第二侧流磷回收单元；当进水碳源满足系统脱氮需求时，采用第一侧流磷回收单元。
33.第一侧流磷回收单元和第二侧流磷回收单元的设置目的均是在解决化学协同除磷抑制生物除磷问题的同时实现污水中磷资源的部分回收。
34.好氧填料区的前段和中段池容投加用于强化去除难降解新污染物的悬浮填料，其中新污染物包括持久性有机污染物、内分泌干扰物等，悬浮填料可以采用圆柱状悬浮填料、方形海绵状悬浮填料等，其中悬浮填料的填充率为10-50%；消氧区与后好氧区之间选择性设置后缺氧区，后缺氧区的设置与否结合出水排放标准进行确定：当出水总氮tn限值为15 mg/l时，不设置后缺氧区，当出水总氮tn限值为10mg/l时，设置后缺氧区。
35.如图2所示，强化深度处理系统包括2种典型深度处理工艺模式，模式1为高效沉淀/磁混凝沉淀 砂滤 臭氧氧化的工艺单元组合，模式2为气浮 臭氧氧化 活性炭/焦滤池 砂滤的工艺单元组合；当需去除的溶解性cod低于5mg/l时，采用模式1；当需去除的溶解性cod不低于5mg/l时，采用模式2。采用模式2能够强化活性炭/焦对溶解性cod的强化去除并降低臭氧投加量。
36.焚烧灰渣磷回收单元的进料包括焚烧单元的灰渣、添加的酸碱浸出剂和氢氧化钙溶液，出料包括磷酸钙沉淀和可资源化利用于建材的经磷回收后的焚烧灰渣。焚烧灰渣磷回收单元的设置目的是回收污泥处理产物中的磷资源，阻断污泥中较难被生物利用的磷资源通过土地利用、填埋等处置方式直接进入环境。
37.厌氧消化单元的进料包括初沉污泥与自二沉池流出的剩余污泥经蛋白质回收单元处理后的污泥，消化液磷回收单元的进料包括厌氧消化单元的上清液、脱水单元的脱水液和添加的氢氧化钙溶液，出料包括富含磷酸钙沉淀物和进入厌氧氨氧化单元的经磷回收后的含高浓度氨氮的消化液。其中富含磷酸钙沉淀物可作为磷肥生产的原料。
38.厌氧氨氧化单元对经消化液磷回收单元处理后的含高浓度氨氮的消化液进行自
养生物脱氮处理，低氮、磷浓度的出水排至进水泵房。
39.最后所应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照实例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。