CN101693570A - 一种城镇生活污水的深度处理工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种城镇生活污水的深度处理工艺，包括如下步骤：经过常规二级生化系统处理后的城镇生活污水进入活性碳吸附罐，吸附饱和后，系统自动切换至另外一个活性碳吸附罐；同时开启臭氧系统，对已饱和的活性碳吸附罐进行反冲洗，反冲洗废水BOD/COD比值达到0.4-0.6后，废水进入调节池后重新进入生化系统处理；反冲洗在各吸附罐中循环进行。本发明工艺充分考虑了臭氧使用过程中的经济性、臭氧发生器的稳定运行，解决了目前低浓度废水与臭氧接触时导致的传质效率低下问题，本发明工艺在整个处理过程中，不产生二次污染，降低了COD排放总量，运行便捷，投资和运行费用远低于传统深度处理系统。

Description

一种城镇生活污水的深度处理工艺

技术领域

本发明属于废水处理领域，尤其涉及一种适合各种废水经过常规生化处理后的深度处理工艺。

背景技术

根据国家环保部《2006年中国环境状况公报》，2006年我国废水总排放量537.0亿吨，其中生活污水297.5亿吨，按照目前污水处理工艺，以出水CODcr(化学需氧量)浓度为100mg/L计算，则CODcr排放总量为297.5万吨，而且这部分有机物大部分经过物化或者生化方法处理后残余部分皆为难降解有机物，排放至天然水体、海洋(一般本底值CODcr小于30mg/L)中将造成海洋渔业减产、滩涂收益降低、蓝藻爆发等等问题。目前，大部分城镇污水厂都一定程度上接纳了部分的工业废水，导致处理效率降低，大部分执行《城镇污水厂污染物综合排放标准》二级(CODcr小于100mg/L)或者三级标准(CODcr小于120mg/L)。由于我国在污水纳管整体规划方面缺乏经验以及过快的经济增长速率，导致城镇污水厂设计负荷远低于实际负荷，出水排放水平远高于设计水平。太湖、滇池、苏州河都是非常惨重的经验教训，国家每年需要花大量的人力、物力、财力来治理因湖泊富营养化(纳污负荷过高)造成的严重后果。

根据我国2002年新颁布的城镇污水厂污染物排放标准，城市污水厂排放要达到一级A标准(CODcr为50mg/L)和一级B标准(CODcr为60mg/L)，目前绝大部分污水处理厂远远达不到一级排放标准。因此，寻求经济、合理、高效的城市生活污水成套处理技术成为当前主要的需求。

目前常规的城市污水活性碳深度处理工艺存在如下几个问题：(1)活性碳深度处理过程中，活性碳再生一直是一个难题，导致运行费用高昂和深度处理效果不稳定；(2)城市生活污水经过二级生化处理后，有机物浓度大大降低，影响了臭氧氧化的处理效率，同时臭氧发生器很难匹配高流量的城市生活污水。

清华大学提出使用“臭氧+生物活性碳”技术，共申请了七项专利，生化出水经过臭氧接触氧化后，进入活性碳或者生物活性碳系统进行处理，主要机理是通过臭氧的预氧化技术，使生化出水中难降解物质降解成小分子物质、活性氧能够接枝至某些分子键中，从而提高了其可生化性，利用活性碳表面形成的生物膜对可生化物质的降解、颗粒活性碳吸附作用、活性碳过滤作用等进行深度处理，具有一定的处理效果。然而，其也存在一定的问题，首先由于城镇污水生化处理出水有机物浓度较低，臭氧氧化接触池中传质效率低，导致出水臭氧接触池中臭氧利用效率较低，浪费能耗与处理成本。此外，活性碳再生也是一大难题，再生出水的有机物BOD/COD浓度很低，回流至前端将可能影响整个生化的处理效率。其没有将污水处理作为一个系统进行开发，污水处理每个环节都是息息相关的。

中国科学院湖泊生态研究所、沈阳生态研究所等机构使用悬浮填料、地下渗透系统对生活污水处理后达到回用标准。悬浮填料及地下渗透系统处理生活污水，主要依靠填料的过滤、植物吸收、微生物作用等等。鉴于目前日益紧张的城市用地以及严格的排放标准，限制了人工湿地作为深度处理的主要方式。人工湿地处理效果不稳定(受温度影响变化大)、基质容易堵塞、脱氮效果不明显等等，都限制了人工湿地的二次利用。人工湿地系统的进水负荷很低，需要保持二级生化出水CODcr小于80mg/L甚至更低的情况下，才可能够保证出水达到中水回用的标准。

为提高城市污水深度处理效果，为城镇生活污水厂提供全新的污水解决方案，特别是针对后续深度处理效率低、能耗高等问题，需提出可行、经济、高效的解决方案。

发明内容

为解决目前城镇污水厂存在的深度处理问题，本发明的目的在于提供一种有效的城镇生活污水深度处理工艺，整个处理工艺达到如下目的：(1)提高臭氧与污染物的接触效率，减少臭氧的消耗浓度；(2)改变臭氧连续运行的模式，极大的提高了臭氧发生器的寿命；(3)改变活性碳系统再生困难，难以稳定运行的问题；(4)提供一种全新的城镇生活污水深度处理技术。

本发明的发明目的是通过如下技术方案实现的：

一种城镇生活污水的深度处理工艺，包括如下步骤：

1)、经过常规二级生化系统处理后的城镇生活污水，COD为150mg/L以下，该污水通过阀门和提升泵进入活性碳吸附罐，吸附饱和后，系统自动切换至另外一个活性碳吸附罐；

2)、同时开启臭氧系统，对已饱和的活性碳吸附罐进行反冲洗，利用臭氧与高浓度有机物的充分接触，将有机物分子充分氧化后，反冲洗废水BOD/COD比值达到0.4～0.6后，废水进入调节池后重新进入生化系统处理；

3)、另外一个活性碳吸附罐吸附饱和后，系统将重新切换至反冲洗后的活性碳罐进行工作，循环进行。

活性碳罐中可以单独使用活性碳。也可以根据废水水质填充铁刨花、煤渣、大理石等等，从而形成适合废水性质的处理工艺，但主体吸附物质仍为颗粒活性碳，整个活性碳填充率为50～80％(重量百分比)。

臭氧系统选择钛合金的的曝气设备，从而保证耐腐蚀、臭氧传递效率。

臭氧反冲洗时间和浓度取决于废水处理的系统设计，一般反冲洗时间为1～3h，臭氧产生量范围为1kg/h～10kg/h。

适用于本发明方法的城镇生活污水生化出水性质为：COD 150mg/L以下，一般能够在此浓度下稳定运行，对无机盐浓度没有硬性要求。常规二级处理系统能够极大的降低有机物负荷，从而降低运行成本。

本发明不涉及到生化处理，采用物理、化学方法相结合的处理方法，但反冲洗水具有很高的可生化性，可重新进入前端生化系统进行处理。

附图说明

图1为本发明的工艺流程示意图；

图2为本发明工艺中臭氧反冲洗出水与生化出水分子量分布图。

具体实施方式

下面结合附图进一步说明本发明工艺是如何实现。

实施例1

如图1所示，城镇生活污水经常规二级处理后，出水由清水池1经过阀门2和提升泵3进入活性摊吸附罐7，通过阀门4控制废水的流量，活性碳吸附罐7包括布水板9和布气管10，处理后达标废水经过阀门12和阀门18排入消毒池19中回用。活性碳罐7吸附饱和后，废水通过阀门4关闭，阀门5打开，废水进入平行活性碳吸附罐8中，活性碳吸附罐8也包括布水板20和布气管11，出水经过阀门15控制进入消毒池19。同时，臭氧发生器17启动，阀门16关闭，阀门12打开，此时开始活性碳罐7反冲洗过程，反冲洗废水进入调节池中，如果活性碳罐8吸附饱和，将重新切换至活性碳罐7工作，循环进行。当废水水质特殊时，阀门14打开，臭氧发生器17提供部分臭氧从而改善进水在活性碳表面的吸附表现或者将系统改造成臭氧-活性碳系统。

实施例2

活性碳在废水深度处理过程中，已经得到广泛的应用，但是活性碳再生过程一直是深度处理的难题，再生成本巨大、操作复杂、二次吸附能力降低等缺点限制了活性碳在废水深度处理过程中的应用。常规使用的“臭氧+生物活性碳工艺”往往存在臭氧利用效率低、活性碳表面容易堵塞等问题，限制了其广泛使用，并且臭氧与生物活性碳仅仅有固定的去除效率，不能够满足变化的水质需求，实验选择市场普遍使用的颗粒活性碳，目数为100～200之间。

表1  臭氧反冲洗次数对活性碳吸附容量影响

序号	COD吸附容量	反冲洗水BOD/COD
			活性碳	120mg/g活性碳	进水小于0.1
第一次反冲洗	122mg/g活性碳	0.54
			第二次反冲洗	119mg/g活性碳	0.56
第三次反冲洗	118mg/g活性碳	0.54
			第四次反冲洗	116mg/g活性碳	0.53
第五次反冲洗	114mg/g活性碳	0.55
			第六次反冲洗	114mg/g活性碳	0.57

由表1可知，通过臭氧对活性碳处理后，第一次反冲洗过程中，活性碳的吸附容量增加，这主要是因为臭氧一方面能够与活性碳吸附的有机物充分接触反应，臭氧几乎能够完全利用与有机物的接触过程中；另外一个方面，臭氧能够增加活性碳的吸附比表面积、降低孔隙率(提高比表面积10％左右)，从而一定程度上促进了活性碳的吸附容量增加，鉴于活性碳颗粒内部仍存在部分以分子间作用力紧密相连的有机物，部分有机物仍旧残留于活性碳内部，从总体趋势来看，活性碳的吸附能力与初次吸附相比，至少没有显著的下降过程。在六次反冲洗应用过程中，活性碳的吸附容量并没有显著的变化，变化率在2％左右，说明活性碳的效率仍然具备，而活性碳臭氧冲洗后的废水可生化性达到0.5以上，此冲洗水回到调节池并不影响整个生化阶段的效能。

实施例3

由图2可知，臭氧与有机物充分接触后，整个废水的平均分子量显著下降，并在末端形成两个小分子的峰，整个平均分子量的削减80％(平均分子量由平均10000降低至1500左右)，大分子显著削弱成小分子，这也解释了整个废水可生化性在臭氧处理后显著增强的原因。

实施例4

选择江苏吴江震泽污水厂(50000t/d)生化系统出水作为处理对象，处理前进水CODcr位于100～120mg/L，BOD/COD小于0.05，处理后出水CODcr浓度低于40mg/L，BOD浓度小于5mg/L，氨氮浓度小于8mg/L，总氮小于12mg/L，磷酸盐小于0.5mg/L。活性碳臭氧反冲洗工艺整个电耗水平优于目前常规三级处理水平，占地面积低于常规三级处理的水平，如采用本项目污水处理技术，将带来巨大的经济效益和社会效益。

Claims (7)

1.一种城镇生活污水的深度处理工艺，包括如下步骤：

1)经过常规二级生化系统处理后的COD为150mg/L以下的城镇生活污水，通过阀门和提升泵进入活性碳吸附罐，吸附饱和后，系统自动切换至另外一个活性碳吸附罐；

2)同时开启臭氧系统，对已饱和的活性碳吸附罐进行反冲洗，利用臭氧与高浓度有机物的充分接触，将有机物分子充分氧化后，反冲洗废水BOD/COD比值达到0.4～0.6后，废水进入调节池后重新进入生化系统处理；

3)另外一个活性碳吸附罐吸附饱和后，系统将重新切换至反冲洗后的活性碳罐进行工作，循环进行。

2.根据权利要求1所述的一种城镇生活污水的深度处理工艺，其特征在于：所述步骤2)中反冲洗时间和臭氧产生量取决于废水处理的整个系统设计。

3.根据权利要求2所述的一种城镇生活污水的深度处理工艺，其特征在于：所述反冲洗时间为1～3h，臭氧产生量范围为1kg/h～10kg/h。

4.根据权利要求1所述的一种城镇生活污水的深度处理工艺，其特征在于：所述活性碳吸附罐中的吸附剂为颗粒活性碳。

5.根据权利要求1所述的一种城镇生活污水的深度处理工艺，其特征在于：所述活性碳吸附罐中的主体吸附剂为颗粒活性碳，辅助催化吸附剂为铁刨花、铜片或煤渣。

6.根据权利要求5所述的一种城镇生活污水的深度处理工艺，其特征在于：所述颗粒活性碳占总吸附剂总重量的50～80％。

7.根据权利要求1所述的一种城镇生活污水的深度处理工艺，其特征在于：所述臭氧系统使用钛合金的曝气设备。

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