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| 权 利 要 求 书 1. 一种综合处理生活污水和有机垃圾的方法， 包括步骤：' a. 多相分离： 生活污水经多相分离成上清液， 上浮液， 沉渣液、 格栅分离物和废气， 上浮液、 格栅分离物与有机垃圾进行混合粉碎 之后与沉渣液混合成为高浓度污水； b. 堆沤： 对经多相分离产生的高浓度污水进行堆沤消化, 产生 堆沤熟料； c 沼气发生： 用生活污水的上清液和堆沤熟料进行沼气发生， 生成并排出沼气； d. 任选的生物脱氮除磷： 对来自沼气发生步骤的水和 /或步骤 a 的上清液进行生物脱氮除磷处理， 排出清水和有机肥。 2. 根据权利要求 1所述的方法， 其中， 生活污水包括粪便污水 和 /或洗涤污水。 3. 根据上述权利要求中任一项所述的方法， 其中堆沤步骤包括 至少三个并联的堆沤消化单元。 4. 根据上述权利要求中任一项所述的方法， 还包括步骤：： e. 回沤： 在沼气发生和脱氮除磷过程中难以消化的浮渣重新送 回堆沤步骤进行回沤。 5. 根据上述权利要求中任一项所述的方法， 还包括步骤： f. 底泥和底液回流： 将沼气发生过程中的底泥和底液回流到多 相分离步骤以对污水进行厌氧污泥调节。 6. 根据上述权利要求中任一项所述的方法， 所述步骤 a中的上 浮液与沉渣液的混合液与总水量的比值不超过 5%。 7. 根据上述权利要求中任一项所述的方法， 其中， 堆沤步骤 b 反应初期使用 a步骤中产生的废气进行增氧搅拌。 8. 根据上述权利要求中任一项所述的方法， 其中， 在并^堆沤 步骤 b和高效沼气发生步骤 c过程中产生的热量用于体系的热插环。 9. 根据上述权利要求中任一项所述的方法， 其中， 并联堆沤步 骤 b 包括步骤： 进料， 堆沤反应和出料， 每组堆沤设备中正在进行 的堆返步骤状态不受其它堆沤设备的影响。 10. 根据权利要求 9所述的方法，其中，堆沤反应在搅拌下进行。 1 1. 根据权利要求 9或 10所述的方法， 其中， 堆沤反应初期使 用外源加热， 然后停止加热， 利用堆沤自发热原理反应温度继续升 高。 12. 根据权利要求 1 1所述的方法， 其中， 加热温度达 55 °(3时 停止力口热。 13. 根据权利要求 9 - 12中任一项所述的方法， 其中， 堆沤反应 时间为 2至 3天。 14. 根据上述权利要求中任一项所述的方法， 其中， 沼气发生步 骤 c的反应温度为 35。C, 精度为 ± 1 0C之内。 15. 根据上述权利要求中任一项所述的方法， 其中， 沼气发生步 骤使用甲烷菌为主。 16. 一种综合处理生活污水和有机垃圾的设备， 其包括串联的多 相分离装置、 堆沤装置、 沼气发生装置和任选的生物脱氮除磷装置。 17. 根据权利要求 16所述的设备， 其中， 所述堆沤装置包括至 少 3个并联的堆沤消化罐。 ， 18. 根据权利要求 16或 17所述的设备， 其中， 所述沼气发生装 置还包括一个浮渣回沤出口和一个污泥调节出口， 分别与堆返装置 和多相分离装置相连， 用于浮渣回沤和污泥调节处理。 19. 据权利要求 16 - 18中任一项所述的设备， 其中， 所述生 物脱氮除磷装置包括一个污泥回沤出口， 与堆沤装置相连， 用于污 泥的回沤处理。 ， 20. 根据权利要求 16 - 19中任一项所述的设备， 其中， 所述多 相分离装置还包括一个废气出口， 所述废气出口还与生物脱氮除磷 装置相连。 21. 根据权利要求 16 - 20中任一项所述的设备， 其中， 所述多 相分离装置还包括一个废气出口， 所述废气出口经格栅分离通道与混 合粉碎机内腔连通， 使粉碎机喂料口处于负压。 22. 根据权利要求 16 - 21中任一项所述的设备，其中，所述并联堆 沤罐设有强力气体搅拌器。 23. 根据权利要求 16 - 22中任一项所述的设备，其中，所述并联堆 沤装置和高效沼气发生装置之间存在热媒循环系统。 24. 根据权利要求 16 - 23中任一项所述的设备，其中，所述多相分 离装置还包括风机以输送废气。 ： 25. 根据权利要求 16 - 24中任一项所述的设备，其中，所述多相分 离装置还包括上清液水量调节罐。 26. 根据权利要求 16 - 25中任一项所述的设备，其中，所述生物脱 氮除磷装置还包括二次沉淀罐。 27. 一种用于分离生活污水的多相分离装置， 其特征在于包括生活 污水进水口、 砂石分离室、 、石排出口、 由异形格栅和分离耙组成的自 动分离格栅机、 格栅分离物出口、 上浮液室和上清液室， 以及任选的上 清液水量调节罐， 所述上清液水量调节罐与上清液室相连。 28. 根据权利要求 27所述的装置，其中，所述 -石分离室包括一斜 坡。 29. 根据权利要求 28所述的装置，其中，所述斜坡与水平的来角不 小于 30度。 30. 根据权利要求 27 - 29中任一项所述的装置，其中，所述上浮液 室的中部设置有微气泡发生装置和 /或污泥调节释放器。 31. 根据权利要求 27 - 30中任一项所述的装置，其中，所述上浮液 室和上清液室之间由一垂直隔板将二室分隔， 二室底部相通。 32. 根据权利要求 31所述的装置，其中，所述上清液室的容积不小 于上浮液室的容积。 33. 根据权利要求 32所述的装置，其中，所述上清液室是上浮液室 容积的 3倍。 1 34. 根据权利要求 27 - 33中任一项所述的装置，其中，所述异形格 栅包括竖直段、 圓弧段和倾斜段。 35. 根据权利要求 27 - 34中任一项所述的装置，其中，所述格栅间 隙小于 4 mm。 36. 一种多相分离生活污水的方法， 包括步骤： a. 利用斜坡法将生活污水中的砂石分离开； b. 经异形格栅分离出格栅分离物； c. 污水垂直下流，利用微气泡发生装置产生的微小气泡吸附悬浮物 质， 使之上升， 并排出上浮液， 和 /或利用污泥调节， 吸附有机污染物， 加速沉淀， 比重较轻有机污染物形成上浮液， 分离上升并排出上浮液； d. 污水继续下行，在上浮液室和上清液室之间的垂直隔板下端改变 方向向上行， 进入上清液室， 沉渣物留在底部， 排出沉渣液； e. 污水上行形成上清液， 排出上清液。 37. 根据权利要求 36所述的方法，其中， 污水下行或上行的行程大 于 5米。 |
本发明提供了一种综合处理生活污水和有机垃 圾的方法以及综合 处理生活污水和有机垃圾的设备， 可以同时高效、 环保地处理生活污水 和有机垃圾， 从而实现低污染排放的目标。 背景技术
城市垃圾处理以及污水排放问题已经成为当今 世界环保领域中的 一项重大研究课题。 随着世界各地城市的迅猛发展， 城市垃圾和污水的 数量在全球范围内迅速增长， 其中的有害成分对大气、 水体、 土壤等造 成严重危害， 影响城市生态环境， 危害人民群众身体健康， 已成为世界 公害。 我国大部分城市也已处于垃圾和污水包围之中 ， 垃圾和污水处理 成了世界关注的难题。 目前， 垃圾和污水的处理仍通常采取分开处理的 方式。
填埋和焚烧是常规的垃圾处理方法。 但由于垃圾填埋不仅占地大、 选址难、 难以回收其中的有用资源， 而且填埋过程中的渗滤液、 恶臭和 填埋气更会对周围环境造成危害； 同时， 随着环保标准的不断提高， 填 埋初期投资和运行费用也越来越高。垃圾焚烧 虽可最大程度地实现减量 化和无害化， 但由于初期投资和运行成本过高、 焚烧尾气的二次污染， 且其对原料热值和含水率有较高要求， 因此也不宜用于处理有机垃圾。
粪便污水的处理主要采用自然排放法直接将粪 便污水排放到河道 中， 或者采用化粪池将沉淀分离后排入下水管道， 再有就是采用好氧生 物曝气工艺或 A2/0污水处理工艺， 污水处理厂占地面积大、 空 污染 严重、 污泥排放问题难以解决。 此外， 垃圾回收利用不当， 实际上造成 了对资源的浪费。
为了针对上述种种环境污染、 垃圾处理不当、 资源浪费等问题， 人 们进行了大量的研究。
中国发明专利公布 CN 13 M313A公开了一种将粪便污水、 有机垃 圾综合处理的装置，是将人类粪便污水在粪水 分离罐中用浮选法分理出 粪便， 用溢流法分离出污水， 分离出的粪便溢流入储存罐中， 有机垃圾 经粉碎机粉碎， 经输送管入储存罐中， 然后储存罐中的粪便和有机垃圾 进入消化罐加热发酵， 产生沼气。 谊方法主要是利用了将分离粉碎的粪 便垃圾直接进行厌氧消化， 反应时间长， 效率低， 尤其对一些难于在厌 氧条件下进行消化的物质， 需要更长的消化时间。 此外， 经沼气发酵之 后仍存在一些污染物， 不宜直接排出。
中国发明专利公布 CN 101 191 116A公开了一种组合式发酵池， 由 内部装有热交换器的堆沤池和内循环式沼气反 应器构成。 将例如秸秆、 青草、 加工后的果渣、 加工后的药材渣等具有固体形态或粘稠状的原 料 直接倒入堆沤池进行堆沤，发酵产生的酸化液 体通过堆沤池底部的格栅 经出料管进入沼气反应器中进行厌氧发酵产生 沼气。谅组合发酵池占地 面积大， 反应时间长， 与外界体系接触， 不适用于日常生活垃圾污水的 处理。 堆沤池与沼气反应器始终相通， 不利于沼气反症器发生厌氧消化 反应， 难于控制， 产气效率较低。 此外， 如上所述， 经沼气发酵之后仍 存在一些污染物， 不宜直接排出。
因此， 希望一种更加有效的方法和设备， 可以同时高效、 环保地处 理生活污水和有机垃圾，从而实现低污染、甚 至基本无污染排放的目标。 发明内容
本发明提供一种综合处理生活污水和有机垃圾 的方法和设备；其可 以同时高效、 环保地处理生活污水和有机垃圾， 从而实现低污染排放、 甚至基本无污染排放的目标。
一方面， 本发明提供了一种综合处理生活污水和有机垃 圾的方法， 包括步骤：
a. 多相分离： 生活污水经多相分离成上清液， 上浮液， 沉渣液、 格栅分离物和废气， 上浮液、 格栅分离物与有机垃圾进行混合粉碎 之后与沉渣液混合成为高浓度污水；
b. 堆沤： 对经多相分离产生的高浓度污水进行堆沤消化 ， 产生 堆沤熟料；
C. 沼气发生： 用生活污水的上清液和堆沤熟料进行沼气发生 ， 生成并排出沼气；
d. 任选的生物脱氮除磷： 对来自沼气发生步骤的水和 /或步骤 a 的上清液进行生物脱氮除磷处理， 排出清水和有机肥。
在本发明的一些实施方式中， 堆沤消化为并联堆沤消化， 采用至少 三个并联的堆沤消化单元。
在本发明的特定的实施方式中，在沼气发生和 脱氮除磷过程中难以 消化的浮渣和 /或污泥重新送回堆沤步骤进行回沤。
另一方面，本发明还提供了用于一种综合处理 处理生物污水和有机 垃圾的设备， 包括串联的多相分离装置、 堆沤装置、 沼气发生装置和任 选的生物脱氮除礫装置。
又另一方面， 本发明提供了一种用于分离生活污水的多相分 离装 置， 包括生活污水进水口、 ^少石分离室、 -石排出口、 由异形格栅和分 离耙组成的自动分离格栅机、 格栅分离物出口、 上浮液室和上清液室。
又另一方面， 本发明提供了一种多相分离生活污水的方法， 包括步 骤： '
a. 利用斜坡法将生活污水中的砂石分离开；
b. 经异形格栅分离出格栅分离物；
c 污水垂直下流，利用微气泡发生装置产生的微 小气泡吸附悬浮物 质， 使之上升， 并排出上浮液， 或利用污泥调节， 吸附有机污染物， 加 速沉淀， 比重较轻有机污染物形成上浮液， 分离上升并排出上浮淚； d. 污水继续下行，在上浮液室和上清液室之间的 垂直隔板下端改变 方向向上行， 进入上清液室， 沉渣物留在底部， 排出沉渣液；
e. 污水上行形成上清液， 排出上清液。
本发明的综合处理生活污水和有机垃圾的方法 和设备应用广泛。本 发明的方法是全生物技术的工艺， 采用工厂化生产的全套设备、 全封闭 运行、 无泄露、 无二次污染的创新发明工艺。 附图简述
图 1为综合处理生活污水和有机垃圾的方法的流 图。
图 2为多相分离装置-工艺流程图。
图 3为自动格栅装置及 、石分离原理示意图。
图 4为多相分离装置功能示意图。
图 5为并联堆沤消化装置-工艺流程图。
图 6为强力气体搅拌器示意图。
图 7为堆沤期生物活动表现示意图。
图 8为并联堆沤消化装置功能示意图。
图 9为高效沼气发生装置-工艺流程图。
图 10为高效沼气发生装置功能示意图。
图 1 1为生物脱氮除磷组合装置-工艺流程图。
图 12为生物脱氮除磷組合装置示意图。
图 13显示分离的上清液、 上浮液和沉渣液的水样。
图 14显示上清液的显微镜照片。
图 15显示上浮液的显啟镜照片。
图 16显示沉淦液的显微:镜照片。
图 17为双罐串联脱氮除磷的工艺流程图。
图 18为综合处理生活污水和有机垃圾的设备和方 流程图。
图 19为综合处理生活污水和有机垃圾的设备示意 。 具体实施方式
此处所述的生活污水是指任何人类生活过程中 产生的污水，是水体 的主要污染源之一。 生活污水例如是粪便污水和 /或洗涤污水。 生活污 水中含有大量有机物， 如纤维素、 淀粉、 糖类、 脂肪和蛋白质等。：也常 含有病原菌、 '病毒和寄生虫卵； 无机盐类如氯化物、 硫酸盐、 磷酸盐、 碳酸氢盐和钠、 钾、 钙、 镁等。 总的特点是含氮、 含硫和含磷高:，在厌 氧细菌作用下， 易生恶臭物质。
此处所述的有机垃圾， 泛指主要由有机物构成的生活垃圾， 主要是 纸、 纤维、 竹木、 厨房垃圾等。 其中厨房垃圾是由家庭、 饭店、 单位食 堂等产生的食品残余物， 由含水率高、 易腐败的可降解有机物组成。 城 市生活垃圾中 50%以上为有机垃圾， 且逐年增长。
本发明的综合处理生活污水和有机垃圾的方法 包括多相分离、 堆 沤、 沼气发生和生物脱氮除磷四个步驟（见图 1 ) 。 本发明的生活污水 和有机垃圾处理方法是全生物技术的工艺， 采用工厂化生产的全套设 备、 全封闭运行、 无泄露、 无二次污染。
1. 多相分离
装置
本发明的多相分离装置包括前处理设备耀 I、 前处理设备罐 II、 混 合粉碎机、 高压废气储气罐和配料输送装置 （见图 2 ) 。 前处理设备罐 I和罐 II之间无连接， 高压废气储气罐和配料输送装置之间无连接。 前 处理设备罐 1/罐 II分别与混合粉碎机、 高压废气储气罐和配料输送装置 相连， 混合粉碎机和配料输送装置相连。 其中， 前处理设备罐 I和罐 II 为分离装置， 分别进行粪便污水和洗涤污水的分离处理。 前处理设备罐 I和罐 II上分别设置有粪便 /洗涤污水入口、 粪便 /洗涤污水废气出口、 粪便 /污水上清液出口、 粪便 /洗涤污水上浮液出口、 粪便 /洗涤污水格栅 分离物出口和粪便 /洗涤污水沉渣液出口。 混合粉碎机上设置有机垃圾 喂料口、 粪便 /洗涤污水上浮液入口、 粪便 /洗涤污水格栅分离物入口和 混合粉碎物出口。 高压废气储气罐上设置粪便 /洗涤污水废气入口、 高 压废气上出口 1和高压废气上出口 2。 配料输送装置内有混合装皇， 配 料输送装置上设置有粪便 /洗涤污水沉渣液入口、 混合粉碎物入口和高 浓度污水出口。
前处理设备罐内配置有砂石分离装置和自动格 栅分离装置， 包括生 活污水进水口、砂石分离室、砂石排出口、异 形格栅、格栅分离物出口、 上浮液室和上清液室 （参见图 3 ) 。 进水口位于砂石分离室的上部， 砂 石排出口位于砂石分离室的下部，用于分离砂 石的斜坡与水平成一定角 度。 在本发明的实施方式中， 斜坡与水平的角度不小于 30度。 在本发 明的优选实施方式中， 斜坡与水平的角度为 30度。 本发明的自动格栅 分离装置由异形格栅构成，考虑到异形格栅制 造工艺复杂，生产成本高， 本发明使用的自动格栅机可采用工程塑料模压 成型工艺生产，从而节约 成本。 上浮液室和上清液室位于前处理设备權下部， 由一垂直隔板将二 室分隔， 上清液室的容积应不小于上浮液室的容积。 在本发明的一种实 施方式中， 上清液室的容积是上浮液室的 3倍。 上浮液室的中部设置有 一微气泡发生装置。 在本发明另一实施方式中， 作为微气泡发生装置的 替代或其补充， 在上浮液室的中部设置污泥调节释放器， 其例如将用泵 例如尼可尼泵输入的来自沼气发生的厌氧底泥 和底液释放以进行厌氧 污泥调节处理， 微气泡发生装置本身可用作污泥调节释放器。
本发明的砂石分离装置还可与提砂机一起使用 ，提砂机可采用汽提 原理设计， 操作方便。
在本发明的另一实施方式中， 在前处理设备罐之前增设辅助罐， 辅 助罐内设置有砂石分离装置和自动格栅分离装 置， 而前处理设备耀省略 砂石分离装置和自动格栅分离装置。谅设计可 使液相分离后水位损失减 小。
混合粉碎机包括 3组轧辊和并列 2組高速旋转刀尖。第 1组轧辊由 平面轧辊组成， 第 2组轧辊是由径向轧辊组成， 第 3组轧辊是由径向轧 辊组成。 混合粉碎机还包括一个高速旋转刀粉碎装置。
在本发明的另一实施方式中，本发明的多相分 离前处理设备还包括 一个或多个上清液水量调节罐， 上清液水量调节罐与上清液室相连。 每 个上清液水量调节罐的容积为例如 25立方米， 其吸收排污高峰值为平 均水量的例如 3倍， 并调节至低谷供水。 该上清液水量调节罐的调节时 段可达例如 4小时， 满足系统要求。
在本发明的另一实施方式中，在前处理设备罐 和高压废气储气罐之 间还设置有风机例如罗茨风机（参见图 2 ) , 使整个系统无异味气体逸 出， 效果明显。 方法 在本发明的多相分离过程中，前处理设备罐 I和罐 II均采用自动格 栅分离装置对污水进行初步固液气相分离。 更具体而言， 罐 I将粪便污 水分离成粪便污水废气、 上清液、 上浮液、 沉渣液和格栅分离物 i 罐 II 将洗涤污水分离成洗涤污水废气、 上清液、 上浮液、 沉渣液和格栅分离 物。 更具体而言， 本发明的多相分离技术由以下部分组成（参见 图 3 )： 污水进入设备时， 利用砂石的比重最大的原理， 采用斜坡法， 先将 砂石分离。 ^少石进入系统会对设备造成损害。 斜坡法可以把大于 2 mm 直径以上的砂石分离出来， 然后经螺杆提升装置将分离的砂石排出系 统。
除砂后的污水经自动分离格栅机分离。 所述格栅分离机包括竖直 段、 圆弧段和倾斜段组成的异形格栅和由机械带动 作圆周运动的分离 耙。 分离耙不断把分离物由竖直段前方耙向圆弧段 上方， 经倾斜段输送 至分离物输出口。 将格栅分离物经管道， 输送到粉碎装置。 格栅机连续 工作， 格栅间隙可小于 4 mm。 上述除砂和格栅分离两项中的污水是在 前处理设备罐的上方横向流动。
污水经格栅后， 垂直向下流动至上浮液室 （也叫做气浮室） ， 上浮 液室中有一組微气泡发生装置。 该装置利用压缩后的废气作气源， 在一 个由多孔壁组成的圆形腔体内作斜向喷气，使 腔内的水体与气体混合做 高速旋转运动， 利用孔壁把离心的水和气同时进行剪切和离心 输出， 形 成微小气泡。 利用微小气泡， 吸附污水的悬浮物质， 使之上升至斜坡式 集渣处， 排出上浮液。 微气泡发生装置安在上浮液室中间位置， 经气浮 处理后的污水继续下行。
污水下行至前处理设备耀底部时， 由于上浮液室和上清液室之间存 在一垂直隔板使流速突然减慢， 并改变方向上行进入上清液室， 沉渣物 就留在罐的底部， 由底部出口输出沉渣液。
污水上行到上部，作为上清液排出，污水下行 或上行的行程大于 5 m 的距离能更有效分离出上清液。 上清液的 COD (化学耗氧量， CODcr, 简称 COD，单位为 mg/L )、 T/P (总磷污染物通用缩写，单位为 mg L )、 SS (总水体悬浮颗粒的简称， 单位为 mg/L )指标大幅降低。 上浮液和上清液是由隔板分开的， 所以出口高度可以相同。 多相分 离前处理设备的优点是高效利用水体上下运动 的原理，故对静置时间的 要求极低。而且除沉渣液由底部输出之外，极 大部分的污水量的排出口， 仅低于水入口约 200 mm, 水位损失极小。 对于后处理出现的污水水位 的提升费用会大大减少。
由于在后续的有机垃圾混合过程中需要上浮液 的量大于上浮液的 产出量， 所以下行至底部的污水很容易分离成沉渣液， 并不易上升， 沉 渣液也是连续输出的。 这就保证了上清液的质量。 而且整个液体分离过 程中不需要任何添加剂。
将上浮液和沉渣液的混合液的水量设为 a , 上清液水量设为 1 b , 则 总水量为 a + b。优选上浮液和沉渣液的混合液的水量 a与总水量（ a + b ) 的比值不超过 5%。
有机垃圾经喂料口进入混合粉碎机。前处理设 备罐 I和罐 II分离出 的粪便污水和洗涤污水格栅分离物进入混合粉 碎机。混合粉碎机的 3组 轧辊和并列 2组高速旋转刀尖先将有机垃圾和格栅分离物 行初粉碎。 第 1組轧辊使可能的细小砂石粉碎， 并将固体物轧平。 第 2组轧辊将固 体物轧平形成细小奈形。第 3组轧辊使条形固体物形成分散的微粒固体 物。 然后与经分碎机的入水口自动流入的上浮液合 并， 进入高速^转刀 粉碎装置的腔室内进行液态的高速粉碎， 并经 50 目过滤网输出料液。 粉碎是在液体中进行的。粉碎后的料液与两罐 分离出的沉渣液合并进入 输送装置。 由输送装置的流量阀来控制料液和沉查液的配 比。 称章法测 定含固率 （即有机污染物） 不超过 40 %， 便于螺杆泵输出高浓度:污水。
前处理设备罐 I和罐 Π中的废气经排气口排出， 作为气泵的气源。 经气泵， 单向阀将废气压缩送至高度大于 4米的储气罐。 储气罐是垂直 安装的，含有污水和微粒物质的气体会聚集在 储气罐下方。储气罐分上、 下两个出气口， 相对洁净的上口气源用于脱氮除碑设备的好氧 搅拌， 下 口气源用于堆沤初期的增氧搅拌，或前处理微 气泡发生器气源直接回流 至前处理上浮液室。
前处理设备罐 I和罐 Π的排气口经格栅分离物通道与粉碎机内腔连 s 通， 因而粉碎机喂料口处于负压状态， 喂料口不存在泄露异味气体的问 题。
气泵运转采用变频电机由压力传感器控制运行 ，使气泵始终处于连 续运转的状态， 从而使前处理的废气排出口始终有气源输出， 使喂料口 处于负压（进气）状悉。 采用的方法是当压力传感器的压力值高到一定 值时， 输出压力信号调节变频器的电源输出频率。 压力降低时， 变频电 机运转速度减慢， 气泵处于连续运转状态。
多相分离装置的操作除了人工喂入有机垃圾以 外，其余操作是自动 的工艺流程。
在进一步的实施方式中，从沼气发生设备回流 的厌氧生物泥 C底泥） 和底液可对污水实施厌氧污泥调节调节， 以改善前处理分离。
在本发明的实施方式中， 生活有机垃圾、 洗涤污水和粪便污永经多 相分离装置处理成为洗涤污水上清液、 粪便污水上清液、 高浓度污水、 高压废气 1和高压废气 2 (见图 4 ) 。
前处理微气泡发生装置引入不同介质的试验： 前处理上浮液室中部 安装微气泡发生装置， 直接引入压力空气， 产生微气泡， 增强上浮液室 分离的能力。测定上清液 COD值，在 400 mg L左右。 SS值在 300 mg/L 左右。 说明不加絮凝剂的气浮作用有限。 在本发明的另一实施方式中， 在微气泡发生装置入口加装一台流量 0.5 - 2 m 3 /h， 扬程 15 m的尼克尼 泵， 引入二次沉淀罐的底泥和底液， 或引入沼气发生罐的底泥和底液。 在两个不同实验中， 每个实验经 4小时后再测定上清液的 COD值和 SS 值。 对比后发现， 引入二次沉淀罐的底泥和底液作为污泥搅拌调 节（称 为好氧污泥调节） 时， 上清液的 COD可降至 320 mg/L左右， SS可降 至 240 mg L左右。 另外， 氛类和磷类的污染指标也有所下降。 其原因 在于好氧污泥中的硝化菌和聚礫菌起作用。但 是发现上清液中有少量的 漂泥现象，引起 SS下降作用不大。 当引入沼气发生罐的底泥和底液（称 为厌氧污泥调节）时， 此时上清液的 COD值维持在 200 mg/L以下， SS 值维持在 160 mg/L以下。 但是对氮类污染物分离作用不明显。 而沉渣 液的 COD明显高于上浮液的 COD。 其原因在于厌氧污泥具有胶质外衣 的吸附作用， 优于好氧污泥， 且厌氧污泥的沉降性能优于好氧污泥。 但 是厌氧污泥调节对原水中分散性油滴的吸附分 离作用不大。本实验优选 厌氧污泥调节， 其对改善前处理的分离效果最明显。 2. 堆沤
装置
在一个优选实施方案中，本发明的堆沤装置是 由堆沤消化罐和七组 配置构成（见图 5 ) 。 7组配置分别为高浓度污水进料配置 A、 浮渣回 流配置 B、 气体搅拌配置 C；、 污泥回沤配置 D、 其内包含一个储气罐的 分解气体输出配置 E、 熟料输出配置 F和温度控制配置0。 7组配置分 别包含阀八、 B、 C、 D、 E、 F和G。 7组配置分别与堆沤消化罐相连， 7组配置之间无连接关系。 7组配置中的高浓度污水进料配置 A、 浮渣 回流配置^气体搅拌配置 C、 污泥回沤配置 D和温度控制配置 G为输 入配置， 分别将高浓度污水、 沼气罐浮渣、 前处理废气下口气体（高压 废气 2 ) 、 沼气罐污泥 /脱氮除磷罐污泥和热媒源传输到堆沤消化罐 。 另外两组配置分解气体输出配置 E和熟料输出配置 F为输出配置：，分别 将消化罐中产生的分解气体和熟料输出到后续 步驟中。 此外， 堆沤消化 罐还可以包括一个热媒回流口，将堆沤产生的 热量经热媒回流用于后续 步骤中。 堆沤消化罐下部还设有排砂口， 排出有机物含量极低的砂渣。
堆沤消化罐的数量决定了并联的方式。本发明 的并联堆沤装置包括 至少 3个堆沤消化罐。 7组配置的阀的数量与堆沤消化罐的数量匹配 因此， 7组配置内也分别包含至少 3个阀。 并联堆沤消化罐的数量由污 水量和污水浓度决定。 为使得整体设备保持连续运行状态， 在满足堆沤 时间 2至 3天的同时还要使得有罐为进料状态、 有罐为出料状态。 如果 增加罐的数量， 相应输入、 输出装置中并联阀的数量也要增加。 '
在本发明的一个具体实施方式中，堆沤消化装 置采用 3个并联堆沤 消化罐 I、 II和 III。 此时， 7组配置内包括分别对应于消化罐 I、 Π和 III 的三组阀， 即高浓度污水进料配置 A的阀 Al、 A2和 A3、 浮淦回流配 置 B的阀 Bl、 B2和 B3、 气体搅拌配置 C的阀 Cl、 C2和 C3、 污泥回 沤配置 D的阀 Dl、 D2和 D3、 分解气体输出配置 E的阀 El、 E2和 E3、 熟料输出配置 F的阀 Fl、 F2和 F3以及温度控制配置 G的阀 Gl、 G2 和 G3。
本发明的堆沤消化罐内安装有强力气体搅拌器 ，安装于堆沤消化罐 的中底部， 用于堆沤初期进行的增氧搅拌（见图 6 ) 。 强力气体搅拌器 是利用喷气使孔壁离心出微气泡的原理制成。 喷气口的大小取决于堆沤 消化罐的圓筒腔的直径。 圓筒型腔的直径大些， 喷气口也应更大些。 本 领域技术人员知道如何根据圆筒形直径的大小 确定喷气口的大小。 圓筒 的底部加设斜扇形板。 喷气时， 不但会使孔壁离心出微气泡， 达到低耗 氧增氧的目的， 又可以将罐的污泥卷起， 从圆筒上口排出， 达到搅拌的 目的。 强力气体搅拌器的卷起面积可达 6 m 2 。 方法
在并联堆沤过程中， 多相分离步骤中分离产生的高浓度污水经高浓 度污水进料配置 A进入堆沤消化罐进行堆沤消化。打开气体搅 配置 C 的阀 C, 引入经多相分离步骤中分离的废气， 使用强力气体搅拌器进行 增氧搅拌， 参见上述强力气体搅拌器部分。 堆沤初期好氧生物吸附， 水 解氧化时间仅为 1小时即可。 此时发生的反应为有氧堆沤消化反症： 好氧生物 +有机物 + 0 2 = ¾ + C0 2 + N¾ +能量 （生物分解反应 ) 好氧生物 +有机物 + 0 2 +能量 -新生物细胞 + 0 2 (生物合成反应 ) 随后关闭阀 C, 则体系内的氧气逐渐被消耗掉。 上述生物反应直至 氧气耗尽， 70%以上有机物被好氧生物吸附、 水解、 氧化。 生物在缺氧 状态中， 兼氧生物依赖内源呼吸替代好氧生物进一步分 解有机物 ,·生成 C0 2 、 H 2 0、 NH 3 和多糖类物质。 当生物环境逐渐有利厌氧生物时， 有 以下为主的生物反应及产物：
厌氧生物 +有机物 =有机酸 +醇类 + ¾ + C0 2 + NH 3 + H 2 S +能量 (生物分解反应 )
厌氧生物 +有机物 =新生细胞 (生物合成反应 )
因此，在堆沤消化罐中发生的反应实际上包括 好氧生物活跃期发生 的吸附反应、 好氧生物过渡为兼氧生物活跃期发生的水解 /氧化反应以 及兼氧生物过渡为厌氧生物活跃期发生的酸化 /降解反应 （见图 7 ) 。
体系内有氧反应时间的长短取决于阀 C打开的时间， 阀 C打开的 时间越长， 发生有氧堆沤消化的反应时间也越长。 因此， 增氧搅拌的时 间长短可根据污水量和污水浓度决定进行调节 。在本发明的优选实施方 式中， 阈 C打开 1个小时之后关闭。
在自然界的有氧堆沤过程中， 不耐高温的细菌分解有机物中易降解 的碳水化合物、脂肪等，同时放出热量使温度 上升，温度可达 15 ~ 40。C。 然后耐高温细菌迅速繁殖， 在有氧条件下， 大部分较难降解的蛋白质、 纤维等继续被氧化分解， 同时放出大量热能， 使温度上升至 60 - 70。C。 当有机物基本降解完， 嗜热菌因缺乏养料而停止生长， 产热随之停止。 堆沤的温度逐渐下降， 当温度稳定在 40 。C, 堆沤基本达到稳定， 形成 腐植质。
在本发明的堆沤过程中， 可使用自然堆沤， 优选自然堆沤的堆沤温 度为 35。C以上。 堆沤搅拌可缩短堆沤时间。 也可使用温度控制装置对 堆沤消化罐进行加热， 优选加热至 55 。C。 加热过程中， 温度由常温升 至 55。C约需时 1天。 好氧生物有氧消化反应的最佳温度为 17 - 25。C, 其活跃期正好与加热初期的温度相对应。堆沤 的主要时段是 1天后的厌 氧生物活跃期， 即最佳温度为 55。C。 加热至 55。C时， 温控电磁阀自动 关闭，利用堆沤自发热原理，继续进行高温发 酵反应。温度可高达 70。C。
堆沤反应中产生的气体经单向阀进入储气罐， 以供下一步沼气发生 使用。 在堆沤反应中， 有机物消化分解产生的气体在堆沤中积聚逐渐 形 成一定的压力， 由于堆沤罐到储气罐再到沼气发生罐的气体搅 拌器之间 由单向阀联通， 保证了气体不可逆向输送， 而沼气发生罐的沼气是排向 燃烧器具（例如沼气锅炉、 沼气发电机等）的。 所以沼气罐的气体搅拌 器出气门槛压力罐中液体的压力约为 0.07 Mpa。为了让分解气体在沼气 罐中的合成反应能有条不紊地进行， 储气罐作为緩冲装置而设。 其压力 在 0.07 - 0.1 Mpa。
本领域技术人员可以根据污水量和污水浓度来 确定堆沤反应的时 间。 在本发明的实施方式中， 厌氧高温消化时间为 3天。
在本发明的优选实施方式中， 堆沤装置包含至少三个堆沤消化罐， 因此在同一时刻可以存在三种不同的运行状态 ， 以满足在堆沤时间 2至 3天的要求下， 能够使整个设备保持连续的运行状态。 三种运行状态分 别为： 堆返状态、 出料状态和进料状态。 在本发明的一个实施方式中， 堆沤消化装置采用 3个并联堆沤消化罐 I、 II和 III, 具体装置参见上面 具体实施例中的 3个并联堆沤消化罐的构造。在本发明的一个 ^实施 方式中， 堆沤消化罐 I为堆沤状态， 堆沤消化罐 II为出料状态， 堆沤消 化耀 III为进料状态。对于特定的三个堆沤消化罐的 操作工艺如下所述： 堆沤消化罐 I：
关闭阀 Al、 Bl、 Dl、 El、 Fl
开启阀 CI , 一小时后关闭， 初沤的增氧搅拌功能完成。
开启阀 G1 ,热媒源进入加热 ,升温至 55。C时温控电磁阀自动关闭， 此时可关闭阀 G1 , 因堆沤自发热的原理罐内温度会继续升高， 可达温 度 70 Q C。 ，
堆沤消化罐 II：
由堆沤状态切换为出料状态。
开启阀 E2、 F2 (阀 E为气压平衡阀， 由进料罐内气体压向出料罐 达到平衡） ， 此时， 堆沤料液顺利排出。
堆沤消化罐 III：
由出料状态切换为进料状态。
关闭阀 F3
开启阀 B3、 D3 , 观察上窥视窗， 液位达到要求时关闭阀 B3、 D3 开启阀 A3, 观察上窥视窗， 液位达到要求时关闭 A3、 E3。 此时， 进料完成， 可以切换为堆沤状态。
排砂： 堆沤罐下部设有排砂口， 砂渣在堆沤后排出改变了传统工艺 在污水处理前进行沉砂和排砂的方法。 使排出的砂渣的有机物含量极 低， 这也是本工艺的不存在二次污染的一个方面。
普通的堆沤工艺操作中是由人工完成进料、堆 沤、出料程序的切换。 难免造成短暂的不连续性， 由于本工艺设计中多相分离前处理装置分离 的上清液是直接进入下一处理程序， 对整个设备有緩冲作用， 不影响整 个设备的连续性。 而多组并联堆沤装置也极大地提高了整个设备 的效率 以及操作上的灵活性， 同时也极大改善了厌氧生物消化需时的问题。
在本发明的实施方式中， 使用高压废气 2进行初始增氧搅拌。 在本 发明的一个优选实施方式中，后续沼气发生步 骤产生的浮渣和沼气罐污 泥以及脱氮除磷步骤产生的污泥返回到堆沤罐 中进行回沤，最终将物料 消化成为分解气体和熟料。 初始堆；区消化反 的加热使用外来热媒源， 后续产生的热量进行热媒回流（见图 8 ) 。
3. 沼气发生
装置
本发明的沼气发生装置是由配料输送装置和沼 气发生罐串联构成 的 （见图 9 ) , 其运行是连续、 自动的。 配料输送装置内包含用于混合 经多相分离装置分离的粪便污水上清液和堆沤 熟料的预混合装置。配料 输送装置上设置有堆沤分解压力气体输送管、 粪便污水上清液入口、 堆 沤熟料入口和粪便污水上清液和堆沤熟料的混 合料出口。沼气发生耀上 可以设置有堆沤分解压力气体入口、粪便污水 上清液和堆沤熟料的混合 料入口、 热媒输入口、 脱水沼气出口、 沼气罐出水口、 浮渣回沤 ώ口、 热媒回流出口、 污泥调节出口和污泥回沤出口， 其中， 污泥调节出口和 污泥回 '；区出口可为同一出口。 方法
在本发明的沼气发生过程中，首先配料输送装 置将堆沤熟料和多相 分离装置分离出的粪便上清液按照配比混合并 由离心泵将混合料输入 沼气发生罐， 由厌氧生物合成甲烷。 经堆沤消化后的熟料是已被水解、 酸化生产沼气的原料液。粪便上清液也是易被 厌氧生物吸收的生产沼气 的原料液， 两者的配比不影响沼气生产的有机负荷率。 本发明的一个具 体实施方式中， 每天一个堆沤消化罐的熟料出料约为 25 m 3 , 而粪便上 清液每天约为 80 m 3 , 其配比约为 1 : 3.2。 粪便上清液起到降低熟料温 度和稀释熟料浓度的作用。 粪便上清液中含有溶解性碳水化合物、 氨基 酸、 单糖等物质， 易被厌氧生物吸收、 消化并生成曱烷和二氧化碳。 堆 沤分解气体储气罐的气压超过罐内液体水压的 门槛压力时，分解气体自 动经单向阀、 气体搅拌器在罐内完成搅拌功能。 该气体主要含有 、
C0 2 、 NH 3 和 H 2 S。
沼气发生罐设备的有机物厌氧消化反应和产物 如下所示。
继续进行生物的分解代谢和合成代谢活动：
厌氧生物 +可溶性碳水化合物、 氨基酸、 单糖 =有机酸 +醇类 + + C0 2 + NH 3 +能量（生物分解反应 )
厌氧生物 +有机酸 =新生物细胞（生物合成反应）
由醇和二氧化碳形成甲炕：
2CH 3 CH 2 OH + C0 2 2CH 3 COOH+CH 4
4CH 3 COOH ^ C〇 2 +H 2 0+3CH4
由挥发酸形成曱烷：
2CH 3 CH 2 CH 2 COOH+ 2¾0 + C0 2 ^ 4CH 3 COOH+CH 4
由二氧化碳被氢还原成曱烷：
C0 2 + 4H 2 2H 2 0 + C¾
温度是影响厌氧消化的重要因素之一。温度主 要影响微生物的生化 反应速度， 因而与有机物的分解速率有关。 一般使用的中温消化温度为 30 ~ 38。C (优选 33 ~ 35。C )； 高温消化温度为 50 ~ 55。 (：。 在本发明的 一个实施方式中， 使用 35。C进行沼气发生反应。 此外， 厌氧消化要求 温度比较稳定， 例如日变化小于 ± 2。C。 温度突变幅度太大， 会招致设 备的停止产气。 在本发明的实施方式中， 恒温的方法是引入加热的热媒 装置并由温度控制仪实现自动化控制， 控制精度在 ± 1。C之内。
由膨胀冷凝式脱水器对产出沼气进行脱水后排 出。处理水自动流入 下一程序进行脱氮除磷处理。
沼气发生罐装置操作工艺是自动的、 连续的。 因为前道堆沤工艺程 序已经完成了污染物的降解工作， 沼气发生罐装置能承受很大的水力负 荷， 处理后的水质有机物含量低， 沼气产出率也得到提高。
根据化学工业出版社《沼气技术及其应用》的 一书记载， 关于粪便 原料沼气池的产期率， 按照评价体积计算为 0.28 m 3 /m 3 . d。 在本发明的 一个具体实施方式中，输入的原料为已预处理 和已预反应的生物物质 - 粪便上清液和堆沤熟料，其合并后为稀薄的原 料液,每天总量平均为 850 m 3 , 每天产沼气平均为 260 m 3 ， 沼气发生罐有效体积为 30 m 3 。 按照进 料体积计算， 产气率为 0.3 mVm 3 . d。 按照沼气罐反应体积计算产气率 为 8.6 m 3 /m 3 ■ d。
回沤
浮渣回返： 难以消化或需时消化的污染物， 大部分会以浮渣的形式 在沼气发生罐中出现， 及时排出进行回沤可以改善沼气产出的条件， 又 对不易消化的污染物进行反复循环消化， 最终得到基本完全处理 回沤 工艺是在设备内实现的。
生物污泥回沤： 沼气发生罐设备的剩余的污泥全部输往堆沤程 序中 进行回沤。 一方面补充堆沤对生物量的需要， 一方面创造了厌氧生物自 我驯化的环境， 使沼气发生罐内的生物以曱烷菌为主， 并且菌龄短有利 提高沼气产出的效率。 利用好氧生物有很强的吸附能力和氧化、 ； 解能 力， 把大量好氧生物污泥进行回沤， 并在堆沤初期引入有氧气体搅拌， 加速堆沤初期吸附、 水解、 氧化进程。 堆沤进入厌氧期引入大量的厌氧 生物污泥发生作用使被处理污水快速完成酸化 、 降解， 好氧生物和厌氧 生物在回沤过程中相互提供养料和生成发育环 境， 并得到消化和驯化， 使总的污泥排出量减少。 底泥和底液回流
在进一步的实施方式中， 如上文针对多相分离所述的， 底泥及底液 可由例如尼可尼泵回输至多相分离前处理罐， 作为厌氧泥水对污水进行 厌氧污泥调节以改善前处理分离。 其沉降性使污泥成为沉渣液组分部 分， 再次进入堆沤工艺实现回沤。
在本发明的实施方式中， 在沼气发生步骤中， 使用堆沤分解气体进 行厌氧搅拌，经堆沤产生的熟料和多相分离装 置分离出的粪便上清液进 行混合，经高效沼气发生反应生成可以排放的 无水沼气、沼气罐处理水， 浮渣和污泥进行回沤处理， 沼气发生反应使用热媒源， 产生的热量进行 热媒回流（见图 10 ) 。 ■
4. 生物脱氮除磷
装置
脱氮除磷装置包括配置装置和脱氮除磷设备（ 见图 11 )。 配置装置 内包含用于混合经多相分离装置分离的洗潦污 水上清液和沼气罐处理 水的预混合装置， 还包括高压废气 1的流过通道。 配置装置上设置有沼 气罐处理水入口、 洗涤污水上清液入口、 高压废气 1入口， 以及沼气罐 处理水和洗涤污水上清液混合液出口和前处理 废气上口气体出口 脱氮 除磷设备包括一个罐，或者包括串联的两个或 多个罐，例如罐 1和罐 2, 其上设置有沼气罐处理水和洗涤污水上清液混 合液入口、 高压废气 1入 口、 氮气放空出口、 清水排放出口、 有机肥回收出口和污泥回沤出口。
在本发明的一个实施方式中，脱氮除磷设备包 括罐 1和罐 2。其中， 罐 1由隔板垂直分割成 3个室組成， 包括浮游生物室、 生物膜装置室和 初淀滗水室。
浮游生物室体积为 15 m 3 ,其中放入 5 m 3 的 1 cm x 1 cm x 1 cm方形 泡涞塑料， 下部安装强力气体搅拌器， 并与生物膜装置室下部联通。 上 部与释放脱氮气体的装置联通， 脱氮气体经放空管排空， 方形泡沫塑料 作为好氧生物在悬浮室中的载体， 是浮游生物的浓度大大提高， 比普通 分散型浮游生物量提高 8 - 10倍， 约 20 - 35 g/L。 而且在强力气体搅拌 作用下， 在室内作上下翻滚运动， 与水体充分接触能均勾获得水中的溶 解氧， 使生物处理的效率得到提高。
二次沉淀罐是脱氮除磷组合设备中的一个部件 。脱氮除磷罐 出水 含有一定量的 SS和漂浮污泥， 必须经过二次沉淀后才能达到排放水力 国家一级 A的指标。
在本发明的一个实施方式中，采用与脱氮除磷 罐相同规格的罐体设 计成二次沉淀罐。 罐体内有二隔板， 分别形成二侧面为下沉室， 中间为 上升室， 下沉室与上升室底部相通。 上升室的截面积为下沉室的 4倍， 二侧面下沉室上部为两个进水口， 与脱氮除磷罐两个出水口相连。 上升 室上部为出水口， 经沉淀后的出水自此排放。 当水流緩慢下行到达底部 时， 两段水流合并成一股水流开始向上流动， 此时上升室内上升水流的 速度 V升 = 1/2 V ， 流速明显减慢， 有利于沉淀。 上升水流又经过采用 一组半圓形管状反置而成的挡泥层， 促使泥水分离。 清水经半圓形管状 挡泥层的间隙继续上升， 污泥自由自重落下底部。水深设计超过 4.5米， 泥水沉淀分离得到改善。半圓形管状挡泥层对 来自上方部分继续沉淀的 污泥， 经半圓外部光滑圓弧面会自行下滑至底部。 二次沉淀罐底 有一 出口， 用泵回流 1/10 进水量， 回流底泥和底液， 与沼气发生罐输出的 沼液合并进入脱氮除磷罐进行循环再处理。此 时在底部出现两种相反流 向， 两种不同流速的现象。 在本发明的一个实施方式中， 上升室的截面 为 1.9 M 2 , 流量为 Q = Q— 1/10Q。 流速 V上 = Q x 9/10 x 1/1.9 = 0.47Q; 底部向下出口 DN50截面为 0.002 M 2 , 经泵输出流量 Q = 1/10Q, 流速 V ¾ = Q x 1/10 X 1/0.002 = 50Q o 很明显，底部两种流速成 100倍的：关系， 形成了一种新的动态分离沉淀设计。 污泥的比重大于清水， 会自行朝向 流速高的方向流出。 动态二次沉淀的方法， 革新了传统的二次沉淀池的 设计需要水体停留时间的要求， 大大缩小了二次沉淀设备的占地面积。 同时彻底解决了二次沉淀中出现聚礫菌泥在水 底停留时间长、 因厌氧而 再次释磚的问题。 方法
沼气罐处理水和洗涤污水上清液经配置装置的 预混合装置混合后， 进入脱氮除磷设备中， 多相分离装置分离出的相对清洁的高压废气 1用 于脱氮处理的有氧搅拌。
处理水由上入口进入到浮游生物室，经底部向 上行进入到生物膜装 置室， 生物膜装置室下部也安装一台强力气体搅拌器 。 由于生物膜载体 的阻挡作用， 此时的搅拌器产生的带超细气泡的水流只能向 上运动。 在 生物膜表面形成切割作用的水力， 并把氧带给生物膜。 由于能有效通过 生物膜， 夹带气泡的水力， 使生物膜脱落并向上排出， 改善了生物新生 代谢的环境， 并允许生物膜载体的间距减小至 10 mm。 生物膜载体由经 编尼龙布制成垂直安装在可组装的单元箱体内 ，在现场将箱体安装在罐 内， 水体接触的生物膜表面的有效面积达到 1800 m 2 , 其生物浓皮可达 250 - 300 g/L, 而且在处理过程中不会出现阻塞现象。 好氧生物在反应 过程中， 吸氧生物反应实现主要依靠与水体接触的生物 表面部分， 其内 部生物可以忽略不计。 根据上述设计参数， 在本发明的一日处理 2000 吨生活污水的实施方式中， 2个强力气体搅拌器， 采用 1.5 M 3 /小时的用 气量， 实际测量的处理后水的残余溶氧量 >1 ppm。
脱氮除磷的好氧生物反应最佳温度为 17 - 25 。C, 由于本发明的前 置沼气发生罐输出的处理水温达 35 。C， 与洗涤污水上清液合并的比例 为 1 : 1.5 , 上清液水温变化范围与常温有关， 约 9 - 20。C, 故合并后水 温约在 19 - 26。C之间变化， 强力气体搅拌有使水温下降的作用，： 实际 上正好满足了脱氮除磷反应的最佳温度。
经生物膜装置室处理后的水由上部溢出， 进入初淀滗水室。 吸附尚 未消化的有机物的生物污泥沉在室底部，上口 的清水由齿形滗水后流入 二次沉淀罐， 再次完成沉淀， 向系统外排放。
罐 2的剩余生物污泥经回沤途径输往堆沤罐， 一方面， 满足堆沤需 要好氧生物量， 另一方面， 即时把吸附的有机物一同带往堆沤， 完成再 次循环处理， 降低了这些污染物在脱氮除磷和二次沉淀的工 艺中停留时 间。 出水的品质化学好氧指标（CODcr ) 和生活耗氧量指标（BODs ) 可以达到 CODcr 50 mg/L, BODs < 5 mg L, 满足排放要求。 脱氮除磷 罐的好氧生物主要是兼氧反硝化菌和好氧聚磷 菌为主的生物群组成。反 硝化菌在好氧条件下还原硝酸盐氮， 达到脱氮的目的。 聚磷菌利用氧化 自身碳源储存聚 B -羟丁酸盐成污水中简单有机物（如乙酸）获 能量 从而摄取水中的磷酸盐， 通过排出污泥方法将磷从水中除去。 当设备安装完成后，可由从正在运行污水处理 厂采集新鲜的衧氧污 泥对脱氮除磷设备进行接种。 接种后将设备的排除水接至进水口， 进行 循环运行， 并予以气体搅拌， 增加氧含量， 以后逐步注入污水， 排出清 水， 进行培养和挂膜。 10 - 15天后， 将污水进水接至沼气发生罐 并向 沼气发生罐接种脱氮除麟产出的污泥， 闷罐 5天， 然后把这个系 ^开启 为正常运行状态。 由于生物具有自我驯化、 变异和繁殖能力， 系 在运 转 2 - 3月之后达到完全正常。 ，
经过脱氮除磷步骤， 沼气罐出水和洗涤污水上清液被彻底净化成为 清水、 有机肥和氮气排出 （见图 12 ) 。
回沤
好氧生物具有较强的吸附能力， 因此污泥中存在大量的好氧生物， 将污泥的极大部分回沤， 可以满足堆沤初期对于好氧生物量的需求， 加 速堆沤初期吸附效率， 同时聚磷生物携带正磷酸盐物质在设备里循环 可 以絡合重金属离子和有毒元素， 把这些污染物带出设备。 采用好氧生物 污泥回沤工艺使污水处理效果好， 污泥量少， 磷循环利用可帮助有毒有 害物质得到清除。 ' 底泥回流 ： 由于脱氮除磷工艺用双權（ A耀和 B罐） 串联， 并通过回流水形成
OAAO循环处理方法 （由前置好氧生物处理、 兼氧（缺氧） 生物处理、 厌氧生物处理及后置好氧生物处理组成的循环 处理系统， 缩写为 OAAO, 参见图 17 ) , 水流携带污泥引起 A罐的底泥全部被带到 B罐 底部富集， 一方面有大量的硝化菌出现在 B罐好氧段， 阻碍了 B罐聚 磷菌的正常活动，俗称硝化、反硝化与释磷、 聚磷争夺碳源的现象出现； 另一方面， 在 B罐排泥， 实现除磷的同时， 会连带排出相当数量的硝化 和反硝化菌。 为了改善这一状况， 采用将 B罐底泥和底液合并回流至 A 罐底部的方法。 在本发明的一个实施方式中， 回泥量设定为 0.5 T/h。 经 测定， 实施回泥方式后， 出水总氮指标甚至为 0值。 除碑的效果也得到 了提高。说明实施回泥方式后菌种可以在不同 区域里各司其职。在 A罐 区域里， 回泥量帮助缺氧状态下， 改善反硝化脱氮。 回泥量中的聚碼菌 在循环过程中，会多次交替在 B罐的厌氧段和好氧段，完成释礫和聚磷， 从而使除磷效果得到提高。 实施例
本领域普通技术人员知道， 以下实施例仅是非限制性的， 并不意图 局限本发明。
综合处理生活污水和有机垃圾的试验选址、原 污水来源和试验设备 等
综合处理生活污水和有机垃圾的方法及其设备 的试验的选址在上 海市金山区亭林镇亭枫公路 1918 号， 试验用原污水为附近企业生活污 水， 主要由食堂排放污水和厕所化粪池排放污水组 成。 水量为 200-250 T/d, 原污水特性为： 高 COD, 高 T/P , 高 SS。 试验设备处理能力设 计为 300 T/d, 本发明的设备采用缩小型方式设计， 罐体直径为 2.2 M, 占地 为 17m x 8m 。 组成系统的设备配置见表 1 。
磷组合 套 设备
按照本发明的方法，使用上述设备对上述原污 水进行生活污 和有 机垃圾的综合处理， 测试结果如下面实施例 1 - 4所示。 实施例 1, 多相分离前处理设备液相分离能力试验
根据本发明的方法，使用多相分离装置对原污 水进行多相分离前处 理。 原污水经取样测试后具有表 2所述的取样平均值（T/ 为总氮污染 物通用缩写， 单位为 mg L ) ：
表 2
原污水进水速度为 7.5 T/h,从沼气发生设备回流的厌氧生物底泥和 底液为 0.5 T/h，对进入上浮液室的原污水实施污泥搅拌调 节， 取样上清 液、 上浮液和沉渣液， 测定相关数据。 上清液、 上浮液和沉渣液的相关 数据参见表 3; 将上浮液和沉渣液合并为混合液， 合并的混合液中污染 物的平均数据和水量估算参见表 4。
表 3
表 4 经多相分离前处理设备分离后的液相分离水样 ， 肉眼可见上清液水 样色淡，清亮明显；上浮液和沉渣液的水样明 显属于高浓度污染状态（参 见附图 13 )。 在上清液显啟镜照片中， 可见到圆形油滴， 分散性油脂污 染物在显微镜照片中特征为光滑的圓珠形，本 领域普通技术人员可以分 辨， 且油脂污染物属于含氮的污染物， 俗称 N类； 原水 T/N平均值为 16.77 mg/ml, 经分离后取得的上清液 T/N平均值为 15.60 mg/ml, 相差 很少， 证实对 N 类污染物分离效果不明显。 在上浮液显微镜照片中， 可见大量细小悬浮污染物。 在沉渣液显啟镜照片中， 可见厌氧生物泥吸 附污染物成团状的沉淀体， 证实厌氧生物泥回流前处理后的吸附， 沉淀 作用对分离功能有很大改善（参见附图 14-16 ) 。
将混合液的水量设为 a ， 上清液水量为 b， 则总水量为 a + b。 水量 关系比例值参见表 5。 混合液的取值不超过总水量（a + b ) 的 5°/。是合 适的
根据原污水和上清液对应的值分析多相分离前 处理设备的分离能 力， 参见表 6。
表 6
为了解决原污水供水量不稳定， 系统中增设一个上清液水量调节 罐， 容积为 25 立方米。 吸收排污高峰值为平均水量的 3 倍， 并调节至 低谷供水。 调节时间段可达 4 小时， 满足系統要求。
经测试， 本发明的多相分离前处理设备具有如下优势： a. 经多相分离前处理设备分离后原污水中的 80% COD、 60%SS 、 40%P污染物， 富集在占总水量 5%的上浮液和沉渣液中， 形成高浓度的 污水， 满足后续不同处理方法的要求。 前处理设备对 N类污染物分离 效果不明显。
b. 由于 、石分离装置的设计效果良好， 在沉渣液中未发现砂粒。
C. 自动格栅机的异形格栅设计方案使格栅机小型 化作用明^ ,运行 功耗仅为 0.75 KW。
d. 多相分离前处理设备排出的废气经罗茨风机输 出，使整个系统无 异味气体逸出， 效果明显。
e. 有机垃圾粉碎机粉碎能力 250 Kg/h, 粉碎后颗粒 100%能 4多通过
80目筛网， 达到设计要求。 实施例 2. 并联堆沤消化设备的能力测试
根据本发明的方法， 并联堆沤消化设备由 4个堆沤罐并联组成， 每 个堆沤罐配有自动程序控制箱， 以实现对进料、 出料、 水力搅拌、:堆沤、 加温的自动化控制。 4个堆沤罐通过自控切换共用一个进料泵， 每个堆 沤罐配有搅拌泵和出料泵各一个， 并采用罗杆泵， 流量为 2，5 T/h, 扬程 15 m 。 进料、 出料时间每罐为 14小时， 每罐堆沤时间也为 14 小时。 进出料方式对堆沤系统而言是连续的。
以 20 Kg/h通过粉碎机喂入有机垃圾， 测定进料液的各项数值， 20 小时后再测定输出液的各项数值，表 7列出了各项目经堆沤处理后的去 除当量。
表 7
出料测定 COD T N T/P ss 温度 °C pH DO
1989 377 1 11 1220 40 6.95 0.40
3#8罐 1886 468 194 1214 40 6.80 0.20
3#(：罐 1968 373 189 1 188 41 6.78 0.16
3 罐 2045 345 167 1 168 41.5 6.65 0.16 平均值 1972 391 165 1198 41.5 6.80 0.23 表 8. 平均去除率
表 9. 按进水量 2.5 T/h， 计算每天堆沤降解能力的当量值 (平均 进料值 -平均出料值）x 60 T 由去除率分析，堆沤设备对 SS和 COD有极强的降解能力，对脂肪、 蛋白质类的有机垃圾的水解、 酸化作用也相当明显， 工艺设计和设备设 计是成功的。
堆沤方法对磷的去除明显不足，仅有 20%的磷可能作为生物的营养 物被生物吸收，其余的磷被幹放在水体里或以 正磷酸根的形式存在于水 体。 需进一步对出水分析测定， 研究在堆沤工艺上能有效除磷的方法， 减轻后续处理时的除磷压力。
堆沤设备中配置水力搅拌泵为 2.5 T/h, 扬程为 15 m。
堆沤时间的测定： 不进行堆沤加热， 停止水力搅拌的条件下， 实施 自然堆沤 16小时后堆沤反应才开始升温，温度升至 38 - 40°C停止升温， 自然升温所需时间为 8.5小时。 自然完成堆沤所需时间超过 1天。 在不 进行堆沤加热的奈件下， 进料时在进行水力搅拌的条件下， 发现在进料 的同时升温就已开始， 4小时后进料尚未结束， 温度已达 40 - 42度。 搅 拌完成堆沤所需时间为 8小时。 在进行堆沤加热时， 停止水力搅拌条件 下， 加热升温至 36°C的时间为 7小时， 温度依赖生化放热反应继续自 然升温至 40°C, 需时 4小时。 该试验结果说明， 在具有良好水力搅拌的 条件下， 堆沤时间可缩短为 8小时， 堆沤工艺中采用水力搅拌的方法是 极为有利的， 但仅依赖水力搅拌的堆沤温度只能达到 40 42°C。： 实现 55°C的堆沤方法需要同时进行加热。 ：
采用有机垃圾粉碎后经堆沤分解， 消化的方法是成功的， 堆沤产生 的泥量极小， 运行一个月无需排泥。 堆沤对进料的 C/N、 C/P的比例无 要求。 当观察到出料的 N和 P偏高时， 为减轻后续处理的压力， 可采 用粉碎喂料时人为增加一定比例的碳源的方法 来调整。 实施例 3. 高效沼气发生设备的能力测试
根据本发明的方法， 高效沼气发生设备采用双罐串联形式， 配制为 4T/h, 扬程为 15 m的离心泵提供内回流循环。
进料由堆沤处理后的水解、 酸化的料液为 2.5 T/h, 上清液 1 T/h, 合并以后合计 3.5 T/h。底泥及底液合计 0.5 T/h, 由尼可尼泵回输至前处 理 2#A罐，作为厌氧泥水进行调节和改善前处理分 离。开启浮渣回沤阀， 自动控制回沤量为 0.5 T/d。 连续 10天测定进料值， 并对应进料测定后 10小时测定出料值， 测算沼气发生设备的处理能力及沼气发生能力 。
表 10. 数据测定表
3 1059 233 78% 1555 222 86% 7.8 34 35
4 1059 95 91% 1290 41 1 68% 7.3 40 35
5 1589 96 94% 998 180 82% 7,4 60 35
6 21 18 21 99% 1685 330 80% 6.5 87 35
7 2118 127 94% 1100 311 71% 6.8 82 35
8 2859 143 95% 1 160 310 73% 6.7 102 35
9 3177 127 96% 1810 290 84% 6.8 125； 35
10 3707 112 97% 1780 290 83% 6.6 148 35 平 1769 145 91% 1403 292 79% 7.1 74 35 均
值
沼气发生罐中生物以甲烷菌为主， 为避免菌体流失， 设备采用固定 床作为生物载体。 曱烷菌生长緩慢， 由表中沼气产量逐步增量可见沼气 产量与设备中曱烷菌的数量有关。
试验中对回沤的浮渣和底泥的 SS进行取样检测，发现其中 SS的含 量在 4000 mg/L以上， 说明甲烷菌对 SS没有降解作用， 沼气发生罐设 备对 SS的去除率主要由浮渣回沤和底泥回流的工艺 作用。 而 SS 最 终又返回堆沤罐实现循环处理。
沼气发生罐对磷和氮的处理没有减量作用， 出水与进水的 T N 、 T/P值相似。 唯一差异是出水的氨氮值升高。
罐体具有保温装置，运行中自然升温至 35 度，可以取消加温装置。 沼气发生罐的沼气产量与 COD关系由以下经验公式表示： 每天进水量 V = 3.5 T/h x 24 = 84 T
COD去除量 M = 8 4 X (1769 - 145 ) = 136 Kg
沼气发生率 G = 136/74 = 1.84 Kg . COD M 3 实施例 4. 脱氮除磷设备的能力测试
根据本发明的方法， 脱氮除麟设备采用双罐（ A和 B ) 串联形式， 配制水量回流泵 15 T/h, B罐至 A罐污泥回流泵 0.5 T/h。 具体工艺流程 图参见图 17。
采用固定进水 10.5 T/h, 日处理量 250 T/d, 每 8小时测定进水和出 水的 COD、 T/N、 T/P、 SS值， 计算双罐处理当量 N值。 含磷污泥主要 集中在脱氮除磷 B罐底泥中，每天实施排泥是除磷的重要手段 测定底 泥的含磷量 (单位 mg/L ) , 脱氮除磷对磷去除当量 P 2 (单位 Kg/d ) , 每天的排泥量 V - P2/P, X 10 3 。 在本发明实施例中 = 10000 mg/L, P 2 = 11.77 Kg/d, 每天排泥量 V = 1.18 m 3 /d, 故可设定开启排泥阀约 3分 钟， 排泥量约 1 M 3 可满足要求。 表 1 1. 测定值
上清液测定次数 COD T/N T/P SS
1 208 17 12.2 156
2 214 23 14.1 203
3 200 19 1 1.5 180
4 260 21 13.8 166
5 272 32 14.5 240
6 186 16 10.8 138
7 168 18.5 12.3 120
8 235 22.5 1 1.9 148
9 204 26 17.2 148
10 238 33.5 18 165
11 188 15 15.6 176
12 204 19.5 16.4 188 平均值 215 22 14 169 表 12 ' 沼液测定次数 COD T/N T/P SS
1 206 299 180 305
2 266 320 144 460 3 302 285 156 288
4 210 199 198 290
5 460 330 136 312
6 421 286 167 304
7 338 198 203 308
8 21 1 197 149 411
9 196 184 210 376
10 184 212 118 246
11 234 168 98 258
12 218 293 140 327 平均值 270.5 247.5 158 324 表 13
表 14. 根据每小时进水、 出水换算成总量值 kg/d, 并计算处理率％ 和处理当量 Kg/d。
脱氮除磷设备具有对 COD 、 T/N 、 T/P, SS良好的去除率， 特别 是脱氮效果明显。传统生物处理的 C/N/P = 100/5/1的理论值对本设备己 不适用， 根据处理当量得出 C/N/P = 100/33/21 , 本设备可以处理高氮高 嶙的污水， 由于设备中釆用特种纤维布构成固定床分别生 长缺氧和厌氧 生物，而且可以通过调节曝气量，来实现调节 缺氧段和厌氧段路径长短， 解决了脱氮和除磷争夺碳源的问题。 ，
回沤技术的应用使脱氮除礫设备减轻了处理 SS的压力， 通过检测 回沤污泥中 SS值高达 40000 mg/L以上， 说明 SS是经回沤由堆沤设备 实现处理的。 这也是形成高效脱氮除磷的主要因素。
回沤污泥中测得 T/P值平均在 10000 mg/L以上， 为了避免磷在系 统中循环富集， 及时排泥来降低出水的 T/P值。 实验得出每天开启排泥 阔 3分钟， 排泥约 1立方， 即可使出水 T/P值达到排放标准 0.5 mg/L。 二次沉淀耀配有 4 T/h回泥回水泵， 通过及时回泥回水使设备具有优良 的沉淀分离效果，测得 SS值有所下降，脱氮除磷设备出水平均 SS: = 10, 经二沉耀沉淀处理后出水 SS = 2-6 mg/L。
由上述实施例可以看出， 综合处理生活污水和有机垃圾的方'; i是可 行的， 本发明的堆沤和回沤技术在处理系统中具有重 要作用。 本发明的 设备可工厂化生产， 占地面积小， 实现无泄漏无异味的污水处理方法。 此外， 排出泥量极小， 每天约 1 立方泥水， 干化后约 20 Kg/d, 可作磷 肥使用， 没有二次污染问题。 有机垃圾得到合理和有效处理， 有重大的 经济， 环保， 绿色能源， 以及社会意义。
本发明的设备系统在处理生活污水方面，常规 污水处理厂采集的生 物污泥经培养和驯化， 已能满足要求。 在处理特殊的污水时， 可根椐需 要添加菌种， 本发明的设备和处理方法仍可适用。
本发明的综合处理生活污水和有机垃圾的方法 采用多相分离、 堆 沤、 沼气发生和生物脱氮除磷的创新工艺， 用于处理各类污水和有机垃 圾（见图 18 )。 有机垃圾、 洗涤污水和粪便污水经过综合处理生活污水 和有机垃圾的设备， 基本完全转化成为可以直接排放的清水、 沼气、 有 机肥和砂渣（见图 19 )。 采用本发明的新工艺解决了化粪池甲烷排放问 题， 革除了环保部门清理化粪池的工作， 解决了大量有机垃圾的^理问 题，减少了堆填区的压力。 实现了综合处理、最低污染排放的环保目的。
本发明的综合处理生活污水和有机垃圾的设备 应用范围广泛，例如 下述应用。
用于城市住宅的建设和改造。将住宅按小区划 分，采用本技术设备， 把每个小区的生活污水和部分生活垃圾以最低 污染排放的形式就地处 理。 由于设备投资不大而长期效益明显， 可使城市居民长期减少排污费 用的支出， 政府减少环保的财政支出。 ：
用于江河流域及湖泊周边地区的生活污水和生 活垃圾的处理。经本 发明综合处理生活污水和有机垃圾的设备处理 后的水可直接排入江河 湖泊， 特别适合水系发达地区， 实现污水就地处理排放， 避免投入资金 建设在河网水系下面的污水网管，降低城镇在 环保改造中所面临的巨额 投资。
用于偏远地区的草场牧场。 将畜牧的粪便快速转化， 解决畜牧业大 量曱烷排放问题。 解决该类地区电力贫乏的问题。 同时， 处理后的水资 源还可以解决畜类的饮水。 而大量有机肥料的使用， 可以恢复草场的自 然生态。
用于地少人多的市郊和农村。 利用丰富的有机肥料， 可发展有机种 植业、 有机蔬果等精细农业。 在这类地区应用本发明技术设备时，：由沼 气发生罐排出的沼水，可由不经过脱氮除磷的 设备，作为肥料直接使用。 由于 35。C厌氧条件下产出的沼水含有氨态氮和水溶 礫成份， 是一种生 态的复合肥。 其中微量的有机碑成分具有天然的杀虫效果， 减少了农村 对化肥农药的依赖。 洗涤上清液直接进入灌溉网使用， 减轻农村灌溉用 水压力。
用于缺电的农村和山区。在本发明的综合处理 生活污水和有机垃圾 设备中使用汽油 /沼气两用动力机， 设备启动时采用汽油发电， 直至沼 气产出后改用沼气发电， 设备就可以连续运行。 这样可以在一定程度上 解决这类地区的电力和燃料问题。
用于屠宰场、 食品工程、 酒厂的污水和废弃物治理。 本发明技术设 备可以有效地处理高生物油脂、 高蛋白、 高淀粉、 高碳水化合物类的污 水以及这类的废弃物。 处理后的水作为工厂的冲洗用水， 能够实现水资 源循环利用。
用于医院的独立污水处理设备。本技术设备能 有效地处理医院排放 的带有病原体、 细菌、 病毒的污水。 经消毒处理后， 可以直接排放。 而 全封闭式的处理设备， 是无害化处理医疗废水的最佳途径。 设备采用市 政供电， 将产生的沼气用于热水锅炉生成热水供医院使 用。
用于填堆区的治理改造。 将已填堆的垃圾挖掘输送至水力冲洗， 可消化 的有机垃圾进行粉碎与冲洗污水混合，经本发 明的方法处理后产出清水 可用于循环冲洗水源、 产出沼气可用于干燥不能消化的垃圾、 再作回收 利用或处理， 排出减量后的沉砂和生物污泥再做填埋或焚烧 处理。
尽管已经通过具体实施方式或实施例描述了本 发明， 但本发明 并不局限于此。 本领域普通技术人员知道， 上述实施方式可以以任意 方式组合， 且在不背离所附权利要求限定的本发明的范围 和精神的 情况下， 可以做出任何其它形式的改变和变型。