一种污水、污泥共处理减排工艺与系统一、 技术背景（1）污泥处理处置现状大多数污水处理厂普遍采用生物处理工艺（包括厌氧和好氧工艺），这类工艺（尤其是好氧工艺）产生大量的剩余污泥，一般需要定期排放并进行处理。

目前，我国污水处理厂每年排放的污泥量(干重)约140 万吨，且以每年10%以上的速度增长。

污泥产生的环境污染问题日益突出，已造成极大的安全隐患、环境压力和经济负担。

污泥中含有大量的重金属物质、病原菌等有毒有害物质，没有得到安全、环保处理处置的污泥对环境的危害较大。

我国多数污水处理厂采用的技术不能在根本上解决我国目前污水处理的污泥问题，污泥二次污染环境比较严重。

目前国内污泥的处理技术主要有：浓缩、脱水、消化、发酵、干化等。

多数污水处理厂污泥主要的处置方法是土地填埋，其次是污泥土地利用。

污泥填埋占了相当大的比例，但是由于填埋场大多为露天，经过雨水淋滤后，没有稳定和无害化的污泥很快恢复原形，对填埋场地的安全构成严重的危害。

处理不到位的污泥还造成填埋场渗滤系统的严重堵塞，严重污染附近的地下水。

尤其是污泥和垃圾混合填埋时，使得不少垃圾填埋场的寿命大大缩短，给城市垃圾处置带来很大的麻烦。

目前常用的污泥稳定化方法有厌氧消化、好氧消化、发酵、碱法稳定等。

碱法稳定是通过添加化学药剂来稳定污泥，通常投加石灰。

碱法稳定的主要作用是解决污泥的臭气问题和杀死病原菌，碱法稳定降低了污泥的肥料价值，但使污泥更容易脱水。

加石灰后实际上并没有直接降解有机物，且增加了污泥体积，所以本导则不推荐采用。

同其它污泥稳定方法相比，尽管污泥厌氧消化投资较大，但由于其能耗低，且能回收能量，故其投资能较快地得到回收，因而受到人们的青睐。

根据联邦德国的经验，一般当污水处理厂规模超过5000m3/d 时，污泥厌氧消化无疑是最为经济的方法。

而且更为重要的是，污泥厌氧消化工艺所达到的污泥稳定化程度是其它好氧稳定工艺所无法比拟的。

（2）污泥厌氧消化工艺应用现状我国大多数污水处理厂都是采用浓缩脱水来处理污泥，而采用稳定化处理的污水处理厂不到20%。

国内目前常用的污泥稳定方法主要是厌氧消化，占38.04%，好氧消化只占2.81%。

中温厌氧消化是国内常用的污泥稳定工艺，可以回收沼气，沼气发电作为污水处理厂的部分能源。

厌氧消化工艺是目前国际上最为常用的污泥生物处理方法，同时也是大型污水处理厂最为经济的污泥处理方法。

据欧盟统计，在污水厂排出的所有污泥中，约有76％的污泥在最终处置前得到稳定处理，其中经厌氧消化处理的占50％以上，经好氧稳定处理的约为18％左右。

美国有68％的污水处理厂采用厌氧消化的方法处理污泥，在德国，服务人口大于30000 人(约9000m3/d)的污水处理厂大多采用厌氧消化方法处理污泥，法国和东欧国家采用厌氧消化工艺处理污泥的污水处理厂服务人口多大于100000 人(约30000m3/d)。

二、 污泥消化目的、定义、过程（1）污泥消化的目的：降解污泥中易腐化发臭的有机物，进一步减少液体和固体数量，减少病原菌，消除臭味，并且经过消化稳定的污泥更容易脱水。

（2）厌氧消化定义：在无氧的条件下，由兼性菌和专性厌氧菌(甲烷菌)降解有机物，分解的最终产物为二氧化碳和甲烷的过程。

（3）厌氧消化的过程：污泥厌氧消化是一个极其复杂的过程，厌氧消化三阶段理论是当前较为公认的理论模式。

第一阶段，有机物在水解与发酵细菌的作用下，使碳水化合物、蛋白质与脂肪，经水解和发酵转化为单糖、氨基酸、脂肪酸、甘油、二氧化碳和氢等。

第二阶段，是在产氢产乙酸菌的作用下，把第一阶段的产物转化成氢、二氧化碳和乙酸。

第三阶段，通过两组生理物性上不同的产甲烷菌的作用，将氢和二氧化碳转化为甲烷或对乙酸脱羧产生甲烷。

从污泥厌氧消化过程可以看出，该过程与污水厌氧处理过程完全相同，因此，本发明建议将好氧段产生的剩余污泥与原水共同进行厌氧消化处理，达到污泥减量的目的。

三、 专利说明基于减量化、稳定化和无害化的污泥处理原则以及水资源有效利用的水处理原则，发明了厌氧-缺氧-好氧膜生物反应器污水、污泥共处理减排工艺，将生物处理阶段产生的剩余活性污泥与污水共同进入该系统，实现污泥减量和出水再生利用的目的。

本发明工艺包括厌氧反应器、缺氧反应器（池）和好氧膜生物反应器等部分。

污水依次流经厌氧反应器、缺氧反应器和好氧膜生物反应器，通过微滤或超滤膜出水。

膜生物反应器污泥混合液通过循环泵分别回流至厌氧反应器入口和缺氧反应器入口。

污水和污泥在厌氧条件下发生水解酸化、产酸和产甲烷化三个过程，产生沼气。

好氧硝化污泥混合液在缺氧反应器中发生反硝化，生成氮气达到脱氮效果。

本发明工艺中的厌氧反应器不限于厌氧消化池和其它厌氧处理工艺（包括厌氧生物膜反应器、厌氧流化床反应器、上流式厌氧污泥床反应器（UASB）、厌氧折流反应器（ABR）等）。

推荐采用流化状态好的厌氧处理工艺。

不同于传统处理工艺，需要在好氧阶段设置剩余污泥排放口，定期或不定期排出剩余活性污泥并进行污泥处理处置，本发明工艺将污泥排放口设置在厌氧段，由于厌氧工艺产生的污泥量很少，所以本工艺剩余污泥量极低。

而且，由于经过了厌氧消化处理，污泥稳定性高，后处理容易进行。

研究表明，对于某些污水类型，可以实现污泥零排放的良好效果。

采用厌氧-缺氧-好氧工艺进行污水处理，可以达到较高的脱氮效果。

但是，如果不考虑脱氮，本发明工艺可以采用厌氧-好氧工艺，同样能够实现污泥减量的目的。

采用超（微）滤膜生物反应器，可以获得较好水质的中水，能够直接用于生活杂用。

膜生物反应器（膜生物反应器）是将膜分离技术和生物反应器结合而成的一种新型水处理工艺。

它将膜分离工程与生物工程结合起来，以膜分离装置取代普通生物反应器中的二沉池，从而取得高效的固液分离效果和较好的出水质量。

膜生物反应器中能够维持很高的污泥浓度，一方面有利于提高处理效率，另一方面，可以保证回流污泥浓度稳定。

同时，本发明不限于好氧膜生物反应器，还可以以曝气池+澄清池（沉淀池）替代，利用澄清池的沉淀污泥作为回流至厌氧段的污泥，澄清池上清液作为回流至缺氧段的硝化液。

膜生物反应器膜组件下部设有曝气管，采用鼓风曝气或射流曝气方式，进行供氧并对膜组件进行气液混合冲刷作用，保持膜通量。

出水为负压泵吸方式。

厌氧折流反应器产生的沼气由沼气管收集。

缺氧池设置搅拌机进行污泥搅拌。

整个系统通过自动控制系统控制自动运行。

四、 工艺特点总体上，本发明工艺具有以下特点：1、污水、污泥共处理减排工艺，减排效果显著。

该工艺能实现剩余活性污泥的稳定化和减量化，同时，无需外部能源消耗。

对于某些类型污水甚至可以实现完全的污泥零排放目标，具有明显的社会、环境效益。

2、将污水与自身处理工艺产生的剩余污泥合并处理，大大节省了污泥处理费用。

如前所述，目前大部分污水处理厂污泥处理处置投资和处理成本较高，因而污泥污泥处理率较低，造成了严重的二次污染。

本发明工艺将污水厂生物处理工艺产生的剩余活性污泥与污水合并进行厌氧消化处理，能够显著减少污泥产量，节省污泥处理成本。

该工艺尤其适合采用厌氧-好氧处理工艺的污水厂。

3、污水、污泥共处理减排工艺能够有效利用废水以及废水处理产生的剩余活性污泥中的有机物质，使之转化成沼气能源，提高资源利用率。

好氧工艺产生的剩余活性污泥中，一般有机物含量约占固体物质的60-70%甚至更高，因此具有较高的利用价值。

不同于其它污泥处理处置工艺（例如浓缩干燥、焚烧、制建材等），该工艺在达到污泥减量和资源化的同时，工艺简单，能源消耗低，投资和运行成本低，资源利用效率高，对环境造成的二次污染最低。

4、污水、污泥共处理减排工艺能够补充某些类型废水中的碳源，提高厌氧处理效率。

剩余活性污泥中的有机物提高废水中的C/N比例，使废水，尤其是某些C/N 较低的废水，更有利于进行厌氧处理。

5、采用高效厌氧反应器处理污水、污泥混合液，能够提高厌氧处理效率，减少反应时间和反应器容积。

传统的中温厌氧污泥消化时间约为20-30天（有资料亦认为最佳反应时间10-15天）。

采用高效厌氧反应器后，处理效率能够大大提高，缩短反应时间。

总体上，采用高效厌氧反应器的污水、污泥共处理减排工艺，其厌氧处理时间长于污水厌氧处理时间，但远远小于污泥厌氧消化时间，视实际污水水质和水量而定。

6、采用膜生物反应器的污水、污泥共处理减排工艺，出水达到生活杂用水水质标准，提高水资源利用效率。

7、本发明工艺对于某些难生化处理的废水具有处理优势。

由于采用厌氧工艺，提高了难生化污水可生化性。

而回流污泥与污水合并进行厌氧处理，也提高了厌氧处理效果。

8、本发明工艺适应不同规模处理厂污水、污泥处理。

既可以用于大型污水处理厂（5000m3/d以上），也可以用于小型污水处理厂，解决了传统污泥厌氧消化工艺更适合于大型污水处理厂的问题。

五、 实施方式1.污水、污泥共处理减排工艺主要由厌氧反应器、缺氧反应器和曝气膜生物反应器三部分组成，辅助设备包括缺氧区搅拌器、污泥回流泵、膜生物反应器出水泵和自控装置。

池体可采用砼、PVC和玻璃钢等材质，视具体要求而定；2.厌氧反应器、缺氧反应器和膜生物反应器有效容积大小由处理对象决定，水力停留时间与各部分有效容积对应。

对于可生化性较好的废水（COD在2000mg/L以下），可以参考下列设计方式：厌氧段水力停留时间12-48h，缺氧段6-12h，膜生物反应器6-12h；3.可以向厌氧段、缺氧段和好氧段分别投加成熟厌氧、好氧污泥进行污泥驯化和系统启动；4.采用中温厌氧工艺，厌氧段运行温度维持在30-35℃，缺氧段和膜生物反应器运行温度在15-30℃可以保证系统正常运行；5.膜生物反应器膜组件采用微滤或超滤中空纤维膜，底部设置鼓风或射流曝气器进行曝气，维持供氧和错流条件，膜出水通过泵吸方式；6.膜生物反应器溶解氧浓度一般控制在2mgL-1以上；7.膜生物反应器污泥浓度维持在一定范围（3000-10000 mgL-1）；8.回流至厌氧段的污泥回流量原则上应该保持连续、恒定，流量等于好氧段污泥增殖量。

剩余污泥产生量可以参考有关手册推荐计算公式计算并根据实际进行校正。

回流至缺氧段的污泥回流量为出水流量的50-300%。

9.系统应密切监控进水水量、温度和厌氧段回流量，保持厌氧段的运行稳定；10.在上述条件下，膜生物反应器出水一般可以达到生活杂用水标准CJ/T48-1999，可以满足灌溉、绿化和冲洗等用途。

六、 附图污泥回流图1 工艺流程图图2 系统原理图1-进水管；2-厌氧反应器；3-沼气管；4-缺氧池；5-搅拌机；6-膜生物反应器；7-膜组件；8-曝气管；9-出水泵；10-污泥泵；11-控制面板。