申請日2016.05.06
公開(公告)日2016.08.31
IPC分類號C02F9/14
摘要
本發明涉及一種糞便污水處理設備和操作方法，所述設備由調節單元、固液分離單元、氮磷同步回收單元、生物處理單元、深度處理單元和除臭單元組成。經過該設備處理糞便污水后，出水達到排放標準，同時實現氮磷的資源化回收利用，氮磷處理率分別在80%和95%以上。此外，各處理單元產生的臭氣經過除臭單元處理后排入大氣。本發明糞便污水處理設備和方法可應用于處理高鐵糞便污水，也可用于普通鐵路及分散點源的糞便處理與資源回收。
權利要求書
1.一種糞便污水處理設備，其特征在于，由調節單元、固液分離單元、氮磷同步回收單元、生物處理單元、深度處理單元和除臭單元組成;
調節單元位于糞便污水處理設備的始端，包括卸糞收集裝置，用于收集卸糞車排放的糞便污水;
固液分離單元位于調節單元的下一端，其進水口與調節單元的出水口連通，包括離心分離設備和污泥收集裝置;
氮磷同步回收單元位于固液分離單元的下一端，其進水口與固液分離單元的出水口連通;
氮磷同步回收單元包括：曝氣區，主要的脫氨氮和磷酸根化學反應區域，通過熱空氣使氨氮吹脫并起到攪拌作用;過渡區，設置于曝氣區的下方，避免曝氣對沉降區和污泥區的影響;沉降區，設置于曝氣區的外側，與曝氣區通過設備壁分隔，使生成的沉淀與水體分離;
污泥區，設置于過渡區的下方，用于短暫的存儲產生的磷鎂沉淀;氨氮吸收區，與上述四個區域分隔設置并通過管道連接，裝有吸收液，用于吸收并富集被吹脫的氨氮氣體;
生物處理單元位于氮磷同步回收單元的下一端，其進水口與氮磷同步回收單元的出水口連通，生物處理單元包括厭氧、缺氧和好氧工藝段;
深度處理單元位于生物處理單元的下一端，其進水口與生物處理單元出水口連通;深度處理單元包括臭氧系統和活性碳系統，臭氧系統在活性碳系統之前，二者通過管道連通;
除臭單元包括臭氣收集裝置和臭氣處理裝置，二者通過管道連通。
2.如權利要求1所述的一種糞便污水處理設備，其特征在于，所述調節單元、固液分離單元和生物處理單元的頂部均設有負壓口，所述負壓口通過管路串聯負壓空氣泵與除臭單元的臭氣收集裝置連通。
3.如權利要求1所述的一種糞便污水處理設備，其特征在于，所述調節單元的外部還設有卸污口和檢修口。
4.如權利要求1所述的一種糞便污水處理設備，其特征在于，所述生物處理單元的底部設有污泥出口，通過管路與固液分離單元連通。
5.如權利要求1所述的一種糞便污水處理設備，其特征在于，所述氮磷同步回收單元的外部還設有進水口、進藥口、進氣口和出氣口;進藥口和進水口通過管道向內連通曝氣區;進氣口通過進氣管向內連通曝氣區，進氣管位于曝氣區內部的一端設有曝氣裝置;出氣口通過管道連通了氨氮吸收區和曝氣區。
6.如權利要求1所述的一種糞便污水處理設備，其特征在于，所述氮磷同步回收單元的底部還設有通過閥門控制的排泥口。
7.一種利用權利要求1-6任一所述設備處理糞便污水的方法，包括如下步驟：
A、收集的糞便污水通過卸污口進入到調節單元中，通過壓力泵輸送到固液分離單元;
B、固液分離單元通過離心分離設備將糞便污水進行固液分離，離心轉速3000～5000轉/每分鐘，離心時間為10～30min;分離得到的固體物質通過污泥收集裝置集中起來，用于堆肥制作肥料或者送垃圾填埋場處理，分離后的糞便污水通過氮磷同步回收單元的進水口進入氮磷同步回收單元的曝氣區;
C、氮磷同步回收單元先將糞便污水pH調整至7.0～11.0，然后進行對氮、磷的回收，其過程包括兩個部分：
C1、通過進氣口向曝氣區內通入熱空氣，通過曝氣裝置使污水中的氨氮被吹脫，并通過出氣口進入到氨氮吸收區的吸收液中被吸收，得到氨氮回收產品;
C2、通入熱空氣的同時，通過進藥口向污水中投加金屬鹽，通過熱空氣的攪拌作用使污水中的磷酸根迅速與金屬鹽反應生成沉淀，反應后的污水從曝氣區進入到過渡區，再進入沉降區進行沉降，經過沉淀與水體的分離，水體通過出水口進入生物處理單元，沉淀進入到污泥區，通過排泥口排出，將沉淀烘干處理得到磷回收產品;
D、經過氮磷同步回收單元處理的糞便污水進入生物處理單元，通過厭氧、缺氧和好氧工藝段生物處理，水力停留時間為24～48h，污泥停留時間10～30d;產生的污泥輸送到固液分離單元實現循環處理;
E、生物處理單元后的糞便污水進入深度處理單元，通過通入臭氧對生物處理殘余的有機物質進行降解，最后糞便污水經過活性碳吸附后排放自然水體或中水回用;
F、除臭單元通過負壓空氣泵從各單元的負壓口收集臭味氣體，通過管道輸送到處理裝置進行處理。
8.如權利要求7所述的處理糞便污水的方法，其特征在于，步驟C1中，熱空氣溫度60～100℃，曝氣時間2～10h，氣流量0.2～1.0m3/h。
9.如權利要求7所述的處理糞便污水的方法，其特征在于，步驟C1中，所述氨氮吸收區的吸收液為10～30%酸溶液。
10.如權利要求7所述的處理糞便污水的方法，其特征在于，步驟C2中，所述金屬鹽為可溶性鎂鹽，并且鎂與污水中正磷酸根的摩爾比為2～8:1。
說明書
一種糞便污水處理設備和方法
技術領域
本發明屬于污水處理和環境保護技術領域，具體涉及一種對糞便污水的處理方法和設備。
背景技術
隨著我國高速鐵路的快速發展，選擇高鐵出行的人數迅速增長，高速列車上的糞便污水也大量增加，從而帶來了高鐵糞便污水處理的難題。
傳統的普通速度列車對于乘客產生的糞便污水采用了沿鐵路直接排放的方式，但隨著我國環境保護要求的提高和高速列車運行的現實考慮，高速列車的糞便污水必需先收集于列車上，在列車停靠站點進行集中排放。而高鐵糞便污水具有高化學需氧量、高氨氮、高固體雜質的特點，不能直接進行排放，因此需對其進行處理。此外，對于一些分散點源等集中收集的糞便處理與資源回收也存在問題。
專利申請201410717008.X公布了一種《用于列車卸污糞便污水無害化和資源化的一體化處理系統》，包括預處理系統、資源回收系統、處理系統和消毒系統，其中，預處理系統連接資源回收系統，資源回收系統連接處理系統，處理系統連接消毒系統;所述預處理系統，包括糞便儲存池、水解酸化池和離心分離機;其中，糞便儲存池和水解酸化池并聯建在一起，水解酸化池頂部設有與糞便儲存池相通的過水管;糞便儲存池中設有潛污泵，通過潛污泵與離心分離機連接;離心分離機通過出渣管與出水管分別與水解酸化池和資源回收系統連接;所述處理系統包括A/O段和MBR工藝段，A/O段和MBR工藝段內部均設有循環系統，MBR工藝段設有污泥回流管，污泥回流管將剩余污泥回流至糞便儲存池，同時通過管道將出水送入消毒系統。
專利申請201210251611.4公布了《一種高效糞便污水處理方法》，包括以下步驟：集聚螯合處理：將固液分離并絮凝脫水后的污水泵入集聚螯合處理器中，經絮凝劑以及螯合劑作用，使污水中的部分有機物生成固體顆粒被沉淀分離;兼氧處理：將集聚螯合處理后的污水導入兼氧反應池，兼氧反應池中有兼氧微生物和反硝化微生物，污水在兼氧反應池中停留2～3小時;一級好氧處理：將兼氧反應池中處理后的污水導入一級好氧池中，在一級好氧池中污水中的污染物質被好氧微生物降解，硝化菌將污水中的氨氮降解為硝態氮，活性污泥濃度在3克/升～5克/升，鼓風機向一級好氧池內鼓風，池內污水中的氧氣濃度維持>2豪克/升，池內的污泥部分回流到兼氧池，回流到好氧池的污泥與好氧池的進水量的回流比100%～200%，剩余污泥排放到回流調節池內;二級好氧處理：將一級好氧池內處理后的污水導入二級好氧池，二級好氧池內有附著微生物的載體，載體的比表面積>1300m2/m3，附著于載體上的微生物菌群進一步降解污水中的污染物質，池內的污泥部分回流到兼氧池，剩余污泥排放到回流調節池內;將二級好氧池處理過的水檢驗達標排放。
上述技術沒有針對糞便廢水中固、液、氣的綜合處理及資源回收利用。糞便污水的處理存在兩個方面的問題：一方面，由于高鐵糞便污水較高的污染物濃度以及較低的C/N比例，導致微生物的處理效果不理想;另一方面，高鐵糞便中存在高濃度的氨氮、磷，直接處理不僅需要大量的能耗，還會造成資源的浪費。所以有必要尋找一種新的污水處理方法，在處理達到效果的同時對污水中的氮磷資源進行回收。
發明內容
本發明的目的是針對糞便污水中碳、氮、磷濃度過高、達標處理困難的問題，提供一種對糞便污水中固體廢棄物與氨氮和磷資源化，同時對糞便污水產生的惡臭氣體進行收集處理的方法和相關設備。
一種糞便污水處理設備，由調節單元、固液分離單元、氮磷同步回收單元、生物處理單元、深度處理單元和除臭單元組成;
調節單元位于糞便污水處理設備的始端，包括卸糞收集裝置，用于收集卸糞車排放的糞便污水;
固液分離單元位于調節單元的下一端，其進水口與調節單元的出水口連通，包括離心分離設備和污泥收集裝置;
氮磷同步回收單元位于固液分離單元的下一端，其進水口與固液分離單元的出水口連通;氮磷同步回收單元包括：曝氣區，主要的脫氨氮和磷酸根化學反應區域，通過熱空氣使氨氮吹脫并起到攪拌作用;過渡區，設置于曝氣區的下方，避免曝氣對沉降區和污泥區的影響;沉降區，設置于曝氣區的外側，與曝氣區通過設備壁分隔，使生成的沉淀與水體分離;污泥區，設置于過渡區的下方，用于短暫的存儲產生的磷鎂沉淀;氨氮吸收區，與上述四個區域分隔設置并通過管道連接，裝有吸收液，用于吸收并富集被吹脫的氨氮氣體;
生物處理單元位于氮磷同步回收單元的下一端，其進水口與氮磷同步回收單元的出水口連通，生物處理單元包括厭氧、缺氧和好氧工藝段;具體采用的設備和工藝可以自行設計，也可采用市面銷售的成型設備和工藝，包括但不限于SBR工藝或化氧化溝工藝等。
深度處理單元位于生物處理單元的下一端，其進水口與生物處理單元出水口連通;深度處理單元包括臭氧系統和活性碳系統，臭氧系統在活性碳系統之前，二者通過管道連通;臭氧系統具有消毒、去除色度和分解有機物質的作用，活性碳系統進一步吸附水中雜質，具體采用的設備和工藝可以自行設計，也可采用市面銷售的成型設備和工藝。
除臭單元包括臭氣收集裝置和臭氣處理裝置，二者通過管道連通;臭氣處理裝置可采用市售的本領域常用設備或裝置;
所述調節單元、固液分離單元和生物處理單元的頂部均設有負壓口，所述負壓口通過管路串聯負壓空氣泵與除臭單元的臭氣收集裝置連通。
進一步地，所述調節單元的外部還設有卸污口和檢修口。
進一步地，所述生物處理單元的底部設有污泥出口，通過管路與固液分離單元連通，可將生物處理單元產生的污泥通過管道輸送至固液分離單元再進行固液分離。
進一步地，所述氮磷同步回收單元的外部還設有進水口、進藥口、進氣口和出氣口;進藥口和進水口通過管道向內連通曝氣區;進氣口通過進氣管向內連通曝氣區，進氣管位于曝氣區內部的一端設有曝氣裝置;出氣口通過管道連通了氨氮吸收區和曝氣區。
進一步地，所述氮磷同步回收單元的底部還設有通過閥門控制的排泥口。
所述的各單元裝置之間的水力流動可通過高程差或泵壓驅動，各單元的實際尺寸可根據進水水質、進水量以及各單元工藝設計參數調節。
本發明還提供一種利用上述設備處理糞便污水的方法，包括如下步驟：
A、收集的糞便污水通過卸污口進入到調節單元中，通過壓力泵輸送到固液分離單元;
B、固液分離單元通過離心分離設備將糞便污水進行固液分離，離心轉速3000～5000轉/每分鐘，離心時間為10～30min;分離得到的固體物質通過污泥收集裝置集中起來，用于堆肥制作肥料或者送垃圾填埋場處理，分離后的糞便污水通過氮磷同步回收單元的進水口進入氮磷同步回收單元的曝氣區;
C、氮磷同步回收單元先將糞便污水pH調整至7.0～11.0，然后進行對氮、磷的回收，其過程包括兩個部分：
C1、通過進氣口向曝氣區內通入熱空氣，通過曝氣裝置使污水中的氨氮被吹脫，并通過出氣口進入到氨氮吸收區的吸收液中被吸收富集，得到氨氮回收產品;
C2、通入熱空氣的同時，通過進藥口向污水中投加金屬鹽，通過熱空氣的攪拌作用使污水中的磷酸根迅速與金屬鹽反應生成沉淀，反應后的污水從曝氣區進入到過渡區，再進入沉降區進行沉降，經過沉淀與水體的分離，水體通過出水口進入生物處理單元，沉淀物質進入到污泥區，通過排泥口排出，將沉淀烘干處理得到磷回收產品;
D、經過氮磷同步回收單元處理的糞便污水進入生物處理單元，通過厭氧、缺氧和好氧工藝段生物處理，水力停留時間為24～48h，污泥停留時間10～30d;產生的污泥輸送到固液分離單元實現循環處理;
E、生物處理單元后的糞便污水進入深度處理單元，通過通入臭氧對生物處理殘余的有機物質進行降解，最后糞便污水經過活性碳吸附后排放自然水體或中水回用;
F、除臭單元通過負壓空氣泵從各單元的負壓口收集臭味氣體，通過管道輸送到處理裝置進行處理。
進一步地，上述步驟C1中，熱空氣溫度60～100℃，曝氣時間2～10h，氣流量0.2～1.0m3/h。
進一步地，上述步驟C1中，所述氨氮吸收區的吸收液為10～30%酸溶液。
進一步地，上述步驟C2中，所述金屬鹽為可溶性鎂鹽;更進一步的，按照鎂與污水中正磷酸根的摩爾比為2～8：1加入鎂鹽藥劑。
本發明所述糞便污水處理設備和方法，可應用于針對高鐵糞便污水的處理，也可應用于普通鐵路及其它來源的糞便污水處理。
本發明的有益效果：高鐵糞便污水通過本方法的處理，可達標排放，也可作為中水回用等用途;同時還實現了氮、磷的資源化回收利用，氮磷處理率分別在80%和95%以上，氮磷的回收去除也有利于后續生物反應的運行;各處理單元產生的臭氣經過除臭后排入大氣。本方法充分的考慮了液、固、氣的同步處理，實現了資源回收與達標排放的有機結合。
