本發(fā)明屬于污水處理和污泥資源化利用技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種基于污泥碳源和氮磷回收利用的污水處理系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)：
氮磷是引起水體“富營養(yǎng)化”的主要元素，為了防止水體“富營養(yǎng)化”，污水處理廠在去除污水中有機(jī)物的同時(shí)，也要求去除污水中的氮磷。在污水處理過程中，氮一部分轉(zhuǎn)化為氮?dú)馀欧?，另一部分則轉(zhuǎn)移到剩余污泥中，而磷則是大部分轉(zhuǎn)移到剩余污泥中。這些氮磷因剩余污泥的處理處置方式的問題大多沒有得到資源化利用。造成了資源的嚴(yán)重浪費(fèi)。另一方面，近年來隨著污水處理率日益增加以及排放標(biāo)準(zhǔn)越來越嚴(yán)格。這使得剩余污泥產(chǎn)量在同步快速地增加。到2020年污泥產(chǎn)出量將突破年6000萬噸。目前，污泥的處理處置費(fèi)用已占到污水廠運(yùn)行費(fèi)用的50～60%。傳統(tǒng)的污泥末端處理處置方式無論是在技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、還是在環(huán)境安全方面都備受爭議。污泥處理處置問題已成為污水處理領(lǐng)域迫切解決的難題。剩余污泥中本身則含有大量的有機(jī)碳源和無機(jī)鹽（氮磷），如果將污泥有機(jī)碳源作為污水廠的內(nèi)碳源且返回到生物脫氮除磷系統(tǒng)，能夠提高污水處理系統(tǒng)脫氮除磷的效率；而氮磷無機(jī)鹽則以肥料的形式進(jìn)行化學(xué)回收，能夠有效的避免污泥中氮磷資源的浪費(fèi)。除此之外，對剩余污泥資源化利用還能夠?qū)崿F(xiàn)污泥減量，從而減少污水廠運(yùn)行費(fèi)用，有效避免對環(huán)境的二次污染。因此針對目前城市污水廠剩余污泥的問題研發(fā)出一種基于污泥碳源、氮磷回收利用的污水處理系統(tǒng)及方法意義重大。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
針對現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，本發(fā)明的目的在于提供一種實(shí)現(xiàn)污泥減量排放和資源回收利用的基于污泥碳源和氮磷回收利用的污水處理系統(tǒng)及方法。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：基于污泥碳源和氮磷回收利用的污水處理系統(tǒng)，包括主流污水處理系統(tǒng)和旁路污泥資源化循環(huán)利用系統(tǒng)：所述的主流污水處理系統(tǒng)包括沉砂池、生物除磷脫氮池和二沉池，所述的沉砂池設(shè)置有進(jìn)水管，用于將污水引入，該沉砂池通過沉砂池出水管與所述的生物除磷脫氮池連通；所述的生物除磷脫氮池上設(shè)置有曝氣系統(tǒng)，用于曝氣，該生物除磷脫氮池通過混合液排放管與所述的二沉池連通；所述的二沉池設(shè)置有用于排出處理后凈水的出水管、污泥回流管、剩余污泥排放管和旁路進(jìn)泥管；所述污泥回流管一端與二沉池連通，另一端與生物除磷脫氮池的前端連通，用于將活性污泥回流；所述的剩余污泥排放管用于將剩余污泥外排；所述的旁路進(jìn)泥管一端與二沉池連通，另一端與旁路污泥資源化循環(huán)利用系統(tǒng)連通，用于將污泥排入旁路污泥資源化循環(huán)利用系統(tǒng)。所述旁路污泥資源化循環(huán)利用系統(tǒng)包括污泥碳源化池、污泥淘洗沉淀池和氮磷回收池；所述的污泥碳源化池與旁路進(jìn)泥管連通，用于將剩余污泥引入污泥碳源化池；所述的污泥碳源化池通過排泥管與污泥淘洗沉淀池連通；所述的污泥淘洗沉淀池上還設(shè)有與沉沙池連通的淘洗水進(jìn)水管以及分別與氮磷回收池和生物除磷脫氮池的前端連通的上清液排放管和碳源污泥回流管；所述的氮磷回收池上設(shè)置有上清液回流管，用于將氮磷回收池處理后的上清液排入生物除磷脫氮池的前端；所述的氮磷回收池還設(shè)有化學(xué)污泥排放管，用于排放化學(xué)污泥。其中，所述的生物除磷脫氮池為A2/O生化反應(yīng)池或氧化溝，包括由其演變的具有脫氮、除磷以及去除有機(jī)物功能的其他工藝。為了便于調(diào)節(jié)剩余污泥的排比例，所述的剩余污泥排放管（13）和旁路進(jìn)泥管（12）上設(shè)置有調(diào)節(jié)閥，用于調(diào)節(jié)排入旁路污泥資源化循環(huán)利用系統(tǒng)的污泥量。一種基于污泥碳源和氮磷回收利用的污水處理方法，包括以下步驟：1）將污水進(jìn)行砂水分離后，將分離出來的污水導(dǎo)入生物除磷脫氮池，使之按照厭氧-缺氧-好氧的方式運(yùn)行以實(shí)現(xiàn)脫氮、除磷以及有機(jī)物的去除，通過生物除磷脫氮池曝氣系統(tǒng)提供微生物分解污水中的營養(yǎng)物所需的氧氣；將完成生物除磷脫氮的污水通過沉淀完成泥水分離，將處理后的凈水排出；將沉淀下來的污泥一部分回流到生物除磷脫氮池的前端形成回流污泥，另一部分則作為剩余污泥。2）將步驟1）所述的剩余污泥一部分排出系統(tǒng)，另一部分導(dǎo)入污泥碳源化池，通過強(qiáng)化水解酸化工藝使其中的有機(jī)質(zhì)從固態(tài)難降解有機(jī)質(zhì)轉(zhuǎn)化為溶解態(tài)的易降解碳源、促進(jìn)揮發(fā)性脂肪酸的轉(zhuǎn)化并使氮磷釋放。3）經(jīng)步驟2）破解后的剩余污泥導(dǎo)入污泥淘洗沉淀池，使之與從沉砂池引入的作為淘洗水的污水進(jìn)行充分混合以完成污泥的淘洗，將吸附在該剩余污泥顆粒表面的營養(yǎng)物洗脫進(jìn)入淘洗水中并形成污泥混合液；上述污泥混合液在污泥淘洗沉淀池通過重力作用進(jìn)行沉淀，從而實(shí)現(xiàn)泥水分離；將沉淀生成的碳源污泥直接回流至生物除磷脫氮池前端，將富集營養(yǎng)物的上層清液排入氮磷回收池。4）將步驟3）排入的上層清液中投加化學(xué)藥劑并攪拌，使之與上層清液充分混合反應(yīng)，再通過重力作用進(jìn)行沉淀，以完成泥水分離；將獲得的上層清液回流至生物除磷脫氮池進(jìn)一步補(bǔ)充系統(tǒng)碳源，而沉淀下來的固態(tài)物質(zhì)作為化學(xué)污泥排出，用作肥料。其中，步驟2）中進(jìn)入污泥碳源化池的剩余污泥的比例為50～100%，污泥濃度≥10000mg/L，污泥中有機(jī)質(zhì)含量≥40%；進(jìn)行強(qiáng)化水解酸化的時(shí)間不少于一天，進(jìn)行強(qiáng)化水解酸化的ORP≤50mv；步驟3）中所述的淘洗水與破解污泥的體積比為1～3:1；步驟4）中所述的化學(xué)藥劑為鎂鹽和磷酸鹽，c(Mg2+):c(PO43-)為1.2～2.0:1，c(NH4+):c(PO43-)為1.0～1.6:1，反應(yīng)過程中pH為8.5～9.5，攪拌轉(zhuǎn)數(shù)為100～200r/min。本發(fā)明通過將上述的旁路泥資源化利用系統(tǒng)嵌入到主流污水處理工藝系統(tǒng)的剩余污泥管線上，以實(shí)現(xiàn)污泥碳源、氮磷的資源化利用。部分剩余污泥從二沉池進(jìn)入污泥碳源化池，在污泥碳源化池中，通過強(qiáng)化水解酸化等措施，使高有機(jī)質(zhì)含量的污泥發(fā)生破解，污泥從固態(tài)難降解有機(jī)質(zhì)轉(zhuǎn)化為溶解性易降解碳源，并使無機(jī)氮磷釋放出來。破解的污泥進(jìn)入污泥淘洗沉淀池，在污泥淘洗沉淀池的混合區(qū)與來至沉砂池的淘洗水進(jìn)行充分混合，使吸附在破解污泥顆粒表面的營養(yǎng)物洗脫進(jìn)入溶液中，之后在沉淀區(qū)進(jìn)行重力沉淀完成泥水分離。沉淀的碳源污泥直接回流至生物除磷脫氮池，富集營養(yǎng)物的上清液排入氮磷回收池。在氮磷回收池中，通過投加化學(xué)藥劑使上清液中的氮磷以化學(xué)沉淀的形式富集，形成的化學(xué)污泥作為肥料進(jìn)行回收而上清液則作為碳源回流至生物除磷脫氮池。進(jìn)水經(jīng)過沉砂池去除0.2mm以上的無機(jī)顆粒后，其出水進(jìn)入生物除磷脫氮反應(yīng)池，與回流污泥、碳源污泥、以及氮磷回收池上清液進(jìn)行充分混合。在厭氧-缺氧-好氧的運(yùn)行方式下，完成脫氮、除磷以及有機(jī)物的去除。污泥混合液進(jìn)入二沉池通過沉淀工序完成泥水分離，出水達(dá)標(biāo)排放。與現(xiàn)有的技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下有益效果：1、通過強(qiáng)化水解酸化等措施使剩余污泥碳源化，以污泥碳源為系統(tǒng)內(nèi)碳源回流至主流污水處理工藝系統(tǒng)中，不僅可以緩解厭氧釋磷和缺氧反硝化的碳源競爭，提高污水處理系統(tǒng)脫氮除磷的效率，保障出水水質(zhì)。還能實(shí)現(xiàn)剩余污泥的資源化和污泥碳源循環(huán)利用，避免了外碳源的投加，有效的減小了污水廠的運(yùn)行費(fèi)用。2、污泥中的氮磷以化學(xué)沉淀的形式富集回收，其化學(xué)污泥作為肥料利用，有效的避免污泥中氮磷資源的浪費(fèi)。3、在實(shí)現(xiàn)污泥資源化的同時(shí)有效的減小了剩余污泥的排放，從而降低了污泥的處理處置費(fèi)用。附圖說明圖1為本發(fā)明的污水處理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及物質(zhì)流向示意圖。圖中，1-沉砂池；2-生物除磷脫氮池；3-二沉池；4-污泥碳源化池；5-污泥淘洗沉淀池；6-氮磷回收池；7-進(jìn)水管；8-沉砂池出水管；9-混合液排放管；10-出水管；11-污泥回流管；12-旁路進(jìn)泥管；13-剩余污泥排放管；14-排泥管；15-上清液排放管；16-上清液回流管；17-碳源污泥回流管；18-化學(xué)污泥排放管；19-淘洗水進(jìn)水管；20-曝氣系統(tǒng)。具體實(shí)施方式下面結(jié)合具體實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。一、基于污泥碳源和氮磷回收利用的污水處理系統(tǒng)，如圖1所示，包括主流污水處理系統(tǒng)和旁路污泥資源化循環(huán)利用系統(tǒng)：所述的主流污水處理系統(tǒng)包括沉砂池1、生物除磷脫氮池2和二沉池3，所述的沉砂池1設(shè)置有進(jìn)水管7，用于將污水引入，該沉砂池通過沉砂池出水管8與所述的生物除磷脫氮池2連通；所述的生物除磷脫氮池2上設(shè)置有曝氣系統(tǒng)20，用于曝氣，該生物除磷脫氮池2通過混合液排放管9與所述的二沉池3連通；所述的二沉池3設(shè)置有用于排出處理后凈水的出水管10、污泥回流管11、剩余污泥排放管13和旁路進(jìn)泥管12；所述污泥回流管11一端與二沉池3連通，另一端與生物除磷脫氮池2的前端連通，用于將活性污泥回流；所述的剩余污泥排放管13用于將剩余污泥外排；所述的旁路進(jìn)泥管12一端與二沉池3連通，另一端與旁路污泥資源化循環(huán)利用系統(tǒng)連通，用于將污泥排入旁路污泥資源化循環(huán)利用系統(tǒng)。其中，沉砂池1的作用主要是去除0.2mm以上的無機(jī)顆粒；生物除磷脫氮池2可以用A2/O生化反應(yīng)池、氧化溝以及其演變工藝等具有脫氮、除磷以及去除有機(jī)物功能的設(shè)施?？筛鶕?jù)實(shí)際情況開啟旁路污泥資源化循環(huán)利用系統(tǒng)。所述旁路污泥資源化循環(huán)利用系統(tǒng)包括污泥碳源化池4、污泥淘洗沉淀池5和氮磷回收池6；所述的污泥碳源化池4與旁路進(jìn)泥管12連通，用于將剩余污泥引入污泥碳源化池4；所述的污泥碳源化池4通過排泥管14與污泥淘洗沉淀池5連通；所述的污泥淘洗沉淀池5上還設(shè)有與沉沙池1連通的淘洗水進(jìn)水管19以及分別與氮磷回收池6和生物除磷脫氮池2的前端連通的上清液排放管15和碳源污泥回流管17；所述的氮磷回收池6上設(shè)置有上清液回流管16，用于將氮磷回收池6處理后的上清液排入生物除磷脫氮池2的前端；所述的氮磷回收池6還設(shè)有化學(xué)污泥排放管18，用于排放化學(xué)污泥。旁路污泥資源化循環(huán)利用系統(tǒng)各部分的作用如下：污泥碳源化池：通過強(qiáng)化水解酸化等措施，使大部分剩余污泥發(fā)生破解，固態(tài)難降解有機(jī)質(zhì)轉(zhuǎn)化為溶解性易降解碳源；提高污泥碳源的可生化性，并使無機(jī)氮磷釋放出來。污泥淘洗沉淀池：破解后的污泥與來至沉砂池的淘洗水在污泥淘洗沉淀池的混合區(qū)進(jìn)行充分混合完成污泥的淘洗，使吸附在破解污泥顆粒表面的營養(yǎng)物洗脫進(jìn)入溶液中，之后在沉淀區(qū)進(jìn)行重力沉淀完成泥水分離。富集營養(yǎng)物的上清液排入氮磷回收池，沉淀的碳源污泥回流至生物除磷脫氮池。氮磷回收池：在氮磷回收池中，通過投加化學(xué)藥劑，使化學(xué)藥劑與上清液充分混合反應(yīng)，使上清液中的氮磷以化學(xué)沉淀的形式富集，泥水分離后，化學(xué)污泥回用，獲得的上清液作為碳源回流至生物除磷脫氮池。作為一種優(yōu)選的實(shí)施方式，為了調(diào)節(jié)排入旁路污泥資源化利用系統(tǒng)的污泥量，在所述的剩余污泥排放管13和旁路進(jìn)泥管12上設(shè)置有調(diào)節(jié)閥。二、一種基于污泥碳源和氮磷回收利用的污水處理方法，按以下步驟操作：1）將污水進(jìn)行砂水分離后，將分離出來的污水導(dǎo)入生物除磷脫氮池，使之按照厭氧-缺氧-好氧的方式運(yùn)行以實(shí)現(xiàn)脫氮、除磷以及有機(jī)物的去除，通過生物除磷脫氮池曝氣系統(tǒng)提供微生物分解污水中的營養(yǎng)物所需的氧氣；將完成生物除磷脫氮的污水通過沉淀完成泥水分離，將處理后的凈水排出；將沉淀下來的污泥一部分回流到生物除磷脫氮池的前端形成回流污泥，另一部分則作為剩余污泥；2）將步驟1）所述的剩余污泥一部分排出系統(tǒng)，另一部分通過強(qiáng)化水解酸化工藝使其中的有機(jī)質(zhì)從固態(tài)難降解有機(jī)質(zhì)轉(zhuǎn)化為溶解態(tài)的易降解碳源、促進(jìn)揮發(fā)性脂肪酸的轉(zhuǎn)化并使氮磷釋放。步驟2）中所述的強(qiáng)化水解酸化工藝是在傳統(tǒng)的污泥厭氧消化工藝水解酸化段的基礎(chǔ)上所進(jìn)行的改進(jìn)。污泥的水解酸化是指污泥厭氧消化中的水解階段和酸化階段的合稱，水解酸化作用可以使大分子和難降解有機(jī)物斷鏈而轉(zhuǎn)化為小分子有機(jī)酸。水解酸化過程中主要的微生物為水解菌和產(chǎn)酸菌，上述兩菌種均為兼性菌。利用水解作用，讓產(chǎn)酸細(xì)菌將污泥中的細(xì)菌外多糖粘質(zhì)層水解，把細(xì)菌的細(xì)胞壁打開，并將大分子的細(xì)胞物質(zhì)降解為小分子有機(jī)物質(zhì)，也使污泥中大量復(fù)雜的有機(jī)物，如包括碳水化合物、蛋白質(zhì)、脂類等水解成小分子有機(jī)物，最終獲取大量的易生物降解的VFAs，使之作為補(bǔ)充用的碳源來強(qiáng)化生物營養(yǎng)物質(zhì)（氮、磷）的去除。但是水解酸化過程是十分緩慢的，水解是污泥分解的限制步驟。強(qiáng)化水解酸化工藝則是通過人為的施加措施，如投加堿、超聲波、機(jī)械破解等措施來強(qiáng)化污泥水解酸化過程，加速污泥細(xì)胞的破解并促使顆粒態(tài)有機(jī)物轉(zhuǎn)化為溶解態(tài)有機(jī)物。從而實(shí)現(xiàn)污泥碳源化。在污泥水解酸化過程中，細(xì)胞的氮磷會(huì)隨細(xì)胞的破解以無機(jī)鹽的形式釋放出來。本發(fā)明在污泥碳源池4中人為施加強(qiáng)化水解酸化措施，使污泥高效的轉(zhuǎn)化為溶解態(tài)的有機(jī)物（碳源）。3）經(jīng)步驟2）破解后的剩余污泥導(dǎo)入污泥淘洗沉淀池，使之與從沉砂池引入的作為淘洗水的污水進(jìn)行充分混合以完成污泥的淘洗，使吸附該剩余污泥顆粒表面的營養(yǎng)物洗脫進(jìn)入淘洗水中并形成污泥混合液；上述污泥混合液在污泥淘洗沉淀池通過重力作用進(jìn)行沉淀，從而實(shí)現(xiàn)泥水分離；將沉淀生成的碳源污泥回流至生物除磷脫氮池前端，將富集營養(yǎng)物的上層清液排入氮磷回收池。4）將步驟3）排入的上層清液中投加化學(xué)藥劑并攪拌，使之與上層清液充分混合反應(yīng)，從而使氮磷富集在化學(xué)固體中，再通過重力作用進(jìn)行沉淀，以實(shí)現(xiàn)完成泥水分離；將獲得的上層清液回流至生物除磷脫氮池進(jìn)一步補(bǔ)充系統(tǒng)碳源，而沉淀下來的固態(tài)物質(zhì)作為化學(xué)污泥排出，用作肥料。作為一種優(yōu)選的實(shí)施方式，為了獲得良好的污泥強(qiáng)化水解酸化效果，步驟2）中所述的剩余污泥的50～100%進(jìn)入污泥碳源化池，污泥濃度≥10000mg/L，污泥中有機(jī)質(zhì)含量≥40%；進(jìn)行強(qiáng)化水解酸化的時(shí)間不少于一天，進(jìn)行強(qiáng)化水解酸化的ORP≤50mv。作為一種優(yōu)選的實(shí)施方式，根據(jù)需要，步驟3）所述的淘洗水（沉砂池出水）與破解污泥的體積比為1～3:1；淘洗水與破解污泥先在污泥淘洗沉淀池的混合區(qū)通過水力作用進(jìn)行充分混合，混合后的混合液進(jìn)入污泥淘洗沉淀池的沉淀區(qū)進(jìn)行重力沉淀完成泥水分離。作為一種優(yōu)選的實(shí)施方式，為了獲得良好的氮磷回收效果，步驟4）所述的化學(xué)藥劑為鎂鹽和磷酸鹽，c(Mg2+):c(PO43-)為1.2～2.0:1，c(NH4+):c(PO43-)為1.0～1.6:1，反應(yīng)過程中pH為8.5～9.5，攪拌轉(zhuǎn)數(shù)為100～200r/min。本發(fā)明通過強(qiáng)化水解酸化等措施使剩余污泥在碳源化池中發(fā)生破解，污泥從固態(tài)難降解有機(jī)質(zhì)轉(zhuǎn)化為溶解性易生物降解碳源；該污泥碳源作為內(nèi)碳源回流到生物除磷脫氮池，在一定程度上緩解厭氧釋磷和缺氧反硝化的碳源競爭，從而提高生物除磷脫氮效率，同時(shí)污泥強(qiáng)化水解酸化減少的剩余污泥排放，降低了污泥的處理處置費(fèi)用。此外，在污泥強(qiáng)化水解酸化過程中釋放的氮磷，通過化學(xué)固定的方式使其富集在化學(xué)污泥中并作為肥料回收利用。因此，本發(fā)明有效的實(shí)現(xiàn)了污泥的減量化和資源化。三、應(yīng)用實(shí)例以重慶市某污水處理廠的沉砂池出水為處理對象，其進(jìn)水水質(zhì)為COD=85～220mg/L，BOD＝36～110mg/L、SS=67～488mg/L、TP=3.5～9.2mg/L、TN＝40～69mg/L、NH3-N=19～43mg/L。生物除磷脫氮池有效體積0.5m3，其中厭氧區(qū)0.05m3、缺氧區(qū)0.1m3、好氧區(qū)0.35m3，二沉池體積0.1m3，污泥碳源化池有效體積為0.12m3，污泥淘洗沉淀池0.2m3，氮磷回收池0.15m3，日處理量0.5m3。運(yùn)行參數(shù)：污泥齡（SRT）15天，MLSS3800mg/L，污泥回流比100%，進(jìn)入污泥碳源花池的剩余污泥的比例為70%，污泥碳源化池停留時(shí)間2天，污泥碳源化池ORP≤50mv，污泥碳源化池的污泥濃度≥10000mg/L，淘洗水與破解污泥比例2:1，c(Mg2+):c(PO43-)為1.6:1,c(NH4+):c(PO43-)為l.4:l，反應(yīng)過程中pH為8.5，攪拌轉(zhuǎn)數(shù)為100r/min。處理結(jié)果：出水COD≤50mg/L、TN≤14mg/L、NH3-N≤5mg/L、TP≤0.4mg/L，去除率分別大于91%、73%、89.2%、92%，出水水質(zhì)滿足《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB18918-2002）一級A標(biāo)準(zhǔn)。其中，污泥碳源化率和貢獻(xiàn)率分別為42%和36%，氮磷回收率分別為19%和70%。式中：SCODe為碳源化后的溶解性化學(xué)需氧量(mg/L)，SCOD0為處理前的溶解性化學(xué)需氧量(mg/L)，TCODe為碳源化后的總化學(xué)需氧量(mg/L)，TCOD0為處理前的總化學(xué)需氧量(mg/L)。式中：SCODe為碳源化后的溶解性化學(xué)需氧量(mg/L)，CODi為進(jìn)水的化學(xué)需氧量(mg/L)，Vs和Vi分別為污泥碳源的體積和進(jìn)水體積。式中：△Se氮磷回收池中化學(xué)反應(yīng)前后氮或磷的濃度變化量(mg/L)，Si為進(jìn)水中氮或磷的濃度(mg/L)，Vs和Vi分別為上清液的體積和進(jìn)水體積。本發(fā)明的上述實(shí)施例僅僅是為說明本發(fā)明所作的舉例，而并非是對本發(fā)明的實(shí)施方式的限定。對于所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在上述說明的基礎(chǔ)上還可以做出其他不同形式的變化和變動(dòng)。這里無法對所有的實(shí)施方式予以窮舉。凡是屬于本發(fā)明的技術(shù)方案所引申出的顯而易見的變化或變動(dòng)仍處于本發(fā)明的保護(hù)范圍之列。