CN101786764B

CN101786764B - 一种中水回用处理方法及装置

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Publication number: CN101786764B
Application number: CN2010101045092A
Authority: CN
Inventors: 黄家声; 周瑞兴; 黄少斌; 黄瑞敏; 肖先念
Original assignee: GUANGZHOU LEIMENGTE SCIENTIFIC LABORATORY EQUIPMENT Co Ltd; South China University of Technology SCUT
Current assignee: GUANGZHOU LEIMENGTE SCIENTIFIC LABORATORY EQUIPMENT Co Ltd; South China University of Technology SCUT
Priority date: 2010-01-29
Filing date: 2010-01-29
Publication date: 2012-07-18
Anticipated expiration: 2030-01-29
Also published as: CN101786764A

Abstract

本发明涉及一种中水回用处理方法及装置，该方法是废水先进行第一级生化处理，然后沉淀，接着进行第二级生化处理，再经杀菌后回用；所述第一级和第二级生化处理过程伴随曝气；所述第一级生化处理采用多微孔的聚合纤维素醚填料，第二级生化处理采用生物吸附的方法；所述第二级生化处理过程产生的污泥反冲至第一级生化处理过程。装置包括电控系统和废水处理单元，所述的废水处理单元包括依次连接的集水池、第一级生化池、沉淀池、第二级生物吸附池和杀菌池；所述第一级生化池和第二级生物吸附池中设有曝气装置；所述第二级生物吸附池与集水池或者第一级生化池经反冲洗泵连通。本发明的方法及装置可以广泛用于各类中水回用处理。

Description

一种中水回用处理方法及装置

技术领域

本发明涉及中水回用技术，具体涉及一种低运行成本的中水回用处理方法及装置。

背景技术

中国是一个缺水国家，人均可利用淡水资源只占世界可利用淡水资源的1/4。随着工业的进一步发展，城市化进程日益加快，提高淡水资源的利用率势在必行。目前，在很多城市都规定在小区开放过程中，就必须做中水回用，这些水可以用来冲厕所，绿化，做景观水，从而提高了水的使用次数，增加了谈水资源的利用率和减轻了环境污染。深圳，北京等城市率先提出做中水回用，但很多中水回用系统建成后，都没法很好的运营。其原因主要有二点：

第一，中水处理的运行费用太高，目前一吨中水的处理成本在1元左右，加上管理，为客户所难接受；

第二，在中水处理中，由于生化处理的污泥含水率高，运泥麻烦，所产生的污泥难处理，直接影响到中水处理的成本。

在废水处理中，一方面，要提高处理效率，需要大量的微生物，而大量的微生物，需要大量的有机物作为食物；另一方面，要保证出水达标，那废水中的有机物含量需要尽可能低，这就导致大量微生物和出水达标形成了矛盾。在传统技术中，是依靠增加反应时间来实现降低废水中的COD，这样导致了能量的大大消耗。在中水回用中，一般废水量不大，因此可以充分利用风力的动能，据研究发现，在降低COD过程中，前期70％的COD消耗的风能只占30％，后期的30％的COD在降解过程中，却耗了70％的能量。在中水回用中，主要运行费用包括：1、风能费用，占65％；2、水泵提升能量和回流能量费用，占10％左右；3、污泥处置费用，占20％左右，4、杀菌费用，占5％。因此要降低中水回用的运行成本，节约风能费用和污泥处理费是关键。

在实际工程中，很多情况都是酒店、宾馆、小区楼盘的水进行中水回用处理。现在城市很多楼盘的地价高达每平米几万，楼盘的底层还需要做停车场等。在做中水回用一体化设备设计中，必须考虑到尽量降低占地面积，管理方便。目前开发的生物膜(MBR)工艺是较理想的中水回用方法之一，MBR工艺成功解决了微生物量与需要达到的处理标准之间的矛盾。但MBR工艺在实际使用中，存在投资成本高，运行费用高，管理不方便等缺点。在深圳等地的使用中，MBR工艺的清洗膜工作量大，且需要经常更换膜。

因此，在中水回用技术上，需要开发出一种，低投资，低运行成本，污泥产量少，且易处置和占地面积小的工艺及其一体化设备。

发明内容

为解决现有中水回用技术中存在的上述缺陷，本发明的首要目的是提供一种中水回用处理方法。

本发明的另一目的实现上述方法的中水回用处理装置。

上述方法及装置可用于包括生活小区生活污水的处置，宾馆酒楼污水的处置，洗涤中心洗涤水的处置，工厂员工生活废水的处置甚至城镇污水的处置。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

一种中水回用处理方法，废水先进行第一级生化处理，然后沉淀，接着进行第二级生化处理，再经杀菌后回用；

所述第一级和第二级生化处理过程伴随曝气；所述第一级生化处理采用多微孔的聚合纤维素醚填料，第二级生化处理采用生物吸附的方法；所述第二级生化处理过程产生的污泥反冲至第一级生化处理过程。

优选地，所述第一级生化处理设计为降低65％～80％的COD，剩余的COD在第二级生化处理中降解。

优选地，所述生化处理过程产生的污泥进行干化处理，所述干化处理是利用生化处理过程中曝气产生的气体将污泥吹干。

优选地，所述多微孔的聚合纤维素醚填料由下述方法制备：以废弃纤维素醚为原料，在200-300℃下进行缩和反应，并于反应中通入二氧化碳进行搅拌，反应8个小时以上，成型后真空晾干。

优选地，所述生物吸附的填料生物碳填料、吸附硅类填料或它们的混合物。

优选地，所述生物吸附的填料由生物碳和硅酸盐混合组成，比例为7∶3，制成圆柱形颗粒，长度一般在3～6mm，直径在0.5～2mm。这样既能保证较高的比表面积，又能使得生物填料在生化处理中，不会经常堵塞。

为实现上述方法，本发明还提供一种中水回用处理装置，包括电控系统和废水处理单元，所述的废水处理单元包括依次连接的集水池、第一级生化池、沉淀池、第二级生物吸附池和杀菌池；所述第一级生化池和第二级生物吸附池中设有曝气装置；所述第二级生物吸附池与集水池或者第一级生化池经反冲洗泵连通。

优选地，所述第二级生物吸附池中设有用于控制反冲洗泵的启闭的压力变送器。

优选地，还设有污泥干化过滤装置，该装置通过污泥泵与沉淀池连接；所述曝气装置产生气体的出口设置在该装置内。

优选地，所述污泥干化过滤装置设置在所述第一级生化池的上方。

利用本发明的中水回用处理装置处理废水的基本原理如下：

废水首先通过集水池，起着均质和均量的作用。在集水池可以通过浮球开关，在高液位时启动提升泵，把废水打入第一级生化反应池中。由于第一级生化反应池中生物填料中形成的生物膜较厚，在氧的传递和物质传递过程中，会形成好氧层，缺氧层和厌氧层，这为实现硝化和反硝化提供了条件。在高密度的生物层中，生物种类较多，会出现部分短程反硝化菌，直接在好氧情况去除氨氮。在较密的生物层中，部分磷会转为为无机磷而沉在污泥中。在第一级生化反应中，本工艺优选的设计是只降低65％～80％的COD，废水中的COD一直保持较高的值，因此能适合大量微生物生存，降解COD速度快。在曝气过程中，由于产生的气体需要穿透污泥层，导致压力增加。随着氧气的压力增加，氧气的利用率得到提升，从而减少对需曝气量。在中水回用中，一般废水量不大，水深设计在3m左右，因此可以充分利用风力的动能，在实际运行中发现，加入污泥干化系统后，风机压强增加300～500Pa，氧气利用率可以提高5％左右。由于生物膜较厚，在生物老化后，与填料直接的作用力减弱，在重力的作用下白行脱落。这些脱落的污泥在沉淀池中沉淀下来，3个月处理一次。在第二级生物吸附池中，刚开始，生物填料对污染物进行快速吸附，时间在10s左右完成，然后在生物填料形成的大量微生物对这些污染物进行分解。在第二级生物吸附池中，可以对一些难生化降解的有机物进行共生化降解，从而提高了生化处理效果和处理效率。由于在生物吸附池中，填料的比表面积大，吸附力强，微生物浓度高，会自动形成好氧区，缺氧区和厌氧区，从而进一步实现硝化和反硝化。在第二级生物吸附池中，随着微生物量的增加，会出现堵塞。这样通过测定第二级生物吸附池的流程阻力来控制反冲洗泵的开启。冲洗后的废水排到第一级生化反应池中。由于产生的污泥量少，一般清理污泥的周期在3～6个月。这些通过污泥泵，抽到污泥干化过滤装置的过滤滤布上。这些滤布设置在第一级生化池的上面，为曝气后的气体出口。这些污泥中的水份，一部分通过重力进行脱落，一部分通过风量吹干。在滤布系统中，具有弹性，防止污泥干化过程中结块，从而影响曝气的废气的扩散。

本发明的方法及其装置与现有技术相比具有以下有益效果：

(1)本发明的方法可以大大节约风能费用。在现有技术中，风能动力费用一般在每吨中水回用费占6毛左右，而本发明的方法，采用分级处理，并采用了高效的生物填料，使得每吨中水在处理中的成本风能动力费用仅仅2毛左右。

(2)本发明方法中的第一级生化处理，为了实现提高单位体积生物量，采用多微孔的聚合纤维素醚填料。该填料与微生物具有亲和力，并且该填料具有大量适合于微生物生长的环境，使得在填料表面可以形成较厚的生物膜。这些较厚的生物膜内，可以形成多样的微生物，可以直接实现硝化和反硝化，并能直接除磷。在第二级生化处理过程中，主要采用生物吸附的原理，把分散的污染物进行集中处理，从而提高处理效率。

(3)本发明方法中，有将第二级生化处理中产生的污泥反冲至第一级生化处理过程的步骤，反冲是通过冲洗来实现生物膜的脱落，并把脱落的污泥直接冲到第一级生化处理过程，从而省去了二次沉淀步骤，相应在设备中省去了二沉池。

(4)在本发明的方法中，由于生物膜厚，污泥龄长，产生的污泥量少，一般只需要3～6个月清理一次。在清理过程中，本发明利用曝气过程的废气的动力，对污泥进行吹，使得污泥得到干化，干化的污泥含水率小于压滤的污泥含水率，从而解决了中水回用中污泥难处置的难题。

(5)本发明提供的中水回用一体化处理装置，体积小，运行费用低，使用寿命长。本发明在第二级生化处理中使用生物吸附池，大大减少了水力停留时间，使得设备体积大大减小。并且本设备省去了二沉池，进一步节省了空间。

附图说明

图1为本发明方法的一种优选实施方式的工艺流程示意图。

图2为本发明一种优选的中水回用处理装置的外形结构示意图(正面)。

图3为本发明一种优选的中水回用处理装置的外形结构示意图(背面)。

图4为图2和图3所示装置中废水处理单元的平面布置示意图。

其中主要的附图标记如下：

1-集水池

2-第一级生化池

3-沉淀池

4-第二级生物吸附池

5-杀菌池

6-中水储蓄池

7-污泥干化过滤装置

11-风机

12-反冲洗泵

13-臭氧机

14-提升泵

15-污泥泵

21-触摸屏控制箱。

具体实施方式

以下为本发明优选的实施例，以助于进一步理解本发明，但本发明的实施方式不限于此。

图1是本发明方法的一种优选实施方式的工艺流程示意图。如图1所示，废水流入集水池1，通过液位控制开关，把废水通过提升泵14抽到废水处理单元，依次经过第一级生化池2和第二级生物吸附池4的处理，处理的过程伴随风机11曝气；经上述处理的废水进入沉淀池3中进行沉淀，形成污泥层。经过二级生化处理后的废水再经过杀菌池5的消毒，达标的废水流入中水储蓄池作为冲厕所，绿化等使用。在本发明中，第一级生化池2和第二级生物吸附池4共一个沉淀池3。第一级生化池2的污泥直接排到沉淀池3中沉淀。第二级生物吸附池4的污泥通过反冲洗泵12冲洗到集水池1，然后再经过第一级生化池2流到沉淀3中沉淀，该设计可以省去一个沉淀池，并能提高生物量。

对沉淀池3中产生的污泥的干化处理，通过压力变送器的控制，当沉淀池3压力变大时，给污泥泵15一个信号，这时启动污泥泵15，把污泥打到污泥干化过滤装置7中，在污泥干化过滤装置7中，来自曝气过程中多余的氧气和其他气体对污泥进行吹干，使污泥的失水较快，干化的污泥随滤布一起作为固体垃圾定期处理。在污泥干化滤布中，设置成具有弹性结构，可以随着动力设备的震动而摇动，这样可以防止污泥在干化过程中结块，而影响气流。

图2和图3是为实现上述工艺流程而设计的一种优选的中水处理装置，的外形结构示意图(正面视图如图2所示，背面视图如图3所示)。该装置设置为一方形结构，占地面积小，一般做成玻璃钢结构埋在景观区地下或者建筑物的地底下。如果场所开拓，也可以直接放在地面，制作成景观性中水回用区，用于观赏。如图所示，该装置顶部设置有一个触摸屏控制箱21，采用PLC自动控制。本发明的触摸屏控制箱21中可以显示各个设备的运行情况，开启和关闭各设备。污泥干化过滤装置7设置在装置的顶层。其下为废水处理单元，风机11，臭氧机13放在分格里面。提升泵14直接放在集水池1内。反冲洗泵12放在第二级生物吸附池4的下面。

废水处理单元的平面布置如图4所示。废水处理单元的左侧为集水池1，紧挨着为第一级生化池2，中间为沉淀池3和第二级生物吸附池4.。右侧为杀菌池5和中水回用储蓄池6。集水池1经由提升泵14与废水处理单元连通。第一级生化池2，沉淀池3，第二级生物吸附池4，杀菌池5和中水储蓄池6依次连通。风机11和臭氧机13放在生物吸附池一侧5，通过隔板密封。风机11和臭氧机13均连接有单向阀。臭氧机13连接到杀菌池5，风机11连接到第一级生化池2和第二级生物吸附池4中。沉淀池3底部设有反冲洗泵12和污泥泵15，通过隔板密封。反冲洗泵12接自来水冲洗第二级生物吸附池4，反洗水流到集水池1中。污泥泵15接沉淀池3，把污泥抽到污泥干化过滤装置7中。

利用图2和图3所示具体装置进行中水回用处理时，废水首先进入集水池1，当集水池1的液位达到设定的高位时，通过浮球控制开关或者压力变送器开关，控制提升泵14的开启，把废水抽到第一级生化池2中，进行生化反应，实现降低70％左右的COD，同时进行硝化和反硝化反应。然后流到沉淀池3中，对废水中的污泥通过沉降进行分离，上清水通过自流流到第二级生物吸附池4。其中，第一级生化池2和第二级生物吸附池4都需要曝气，利用这些排出的气体吹污泥干化过滤装置7的污泥，使污泥干化。从沉淀池3中设立了虹吸控制系统或者压力变送器，当污泥增加到一定量时，压力增加，这时污泥泵15开启，把污泥打到污泥干化过滤装置7。沉淀池11的上清液自流到第二级生物吸附池4。第二级生物吸附池4中设有压力控制开关，当废水阻力增加时，自动开启反冲洗泵12，反冲洗水流到集水池1。第二级生物吸附池4的处理后的水通过自流到杀菌池5，进行杀菌处理。杀菌后的水存在中水储蓄池6中，留着回用。

装置中的污泥干化过滤装置7的结构主要是包括由支撑网及支架支撑的过滤网和过滤布，从沉淀池3经过污泥泵15送的污泥置于污泥干化过滤装置7上，底部废水处理单元曝气过程产生的气体透过过滤网的空隙作用于污泥，过程中产生的液体通过出水管路流入到第一级生化池2中。

应用实施例1

1、目标废水

为公司员工宿舍生活废水，经化粪池处理的废水量为100吨/天，废水COD_Cr在200mg/L～450mg/L之间，平均废水COD_Cr在350mg/L，每小时处理量为5m³，每天处理时间20h。

2、工艺参数

使用如图2，图3和图4所示的装置，具体的工艺参数如下：

(1)污泥干化过滤装置7：厚度为10cm，每次处理量按3个月来设计。

(2)集水池1：水力停留时间8h，在集水池中设置高液位和低液位，集水池高度为2000mm，高液位离地面1700mm，低液位离地面100mm，采用压力变送控制系统控制。当水位在高液位时，自动开启提升泵和曝气泵。当在低液位时，停止提升泵和曝气泵。

(3)第一级生化池2：

填料材料：聚合纤维素醚组成，在聚合中，通过释放二氧化碳而形成大量的微孔。

水力停留时间为3.5小时，选用32m²的纤维素醚填料，填料厚度为20mm。

(4)沉淀池3：

水力停留时间为2.5h。

(5)第二级生物吸附池4：

填料：生物碳，比表面积800～1200cm²/g

设有曝气系统，水力停留时间1h。

(6)杀菌池5：使用臭氧杀菌装置通过延时开关进行控制，接触时间0.5h。

3、废水处理的效果：

从检测结果可以看出，该方法可以耐废水负荷冲击，出水能稳定达标。

从实验结果上来看，由于该生物膜有亲和力，一个月后，已经形成较厚的生物膜，达到较好的处理效果，二个月后，处理已经基本达到设计要求。三个月后，能稳定运行。在实际运行上，每吨水的平均处理成本0.237元。

实施例2

1、目标废水

洗涤废水，主要是用来洗酒店的桌布，毛巾等。在洗的时候主要加洗衣粉和少量双氧水，水呈弱酸性。由于废水磷类物质较多，在进入生化池之前，加少量钙和铁盐混凝沉淀。原水水质平均：COD_Cr为204mg/L

2、工艺参数

使用如图2和图3所示的装置，具体的工艺参数如下：

(1)污泥干化过滤装置7：同实施例1。

(2)集水池1：同实施例1。

(3)第一级生化池2，改为混凝沉淀池。

(4)生物吸附池4：同实施例1，水力停留时间为1.5h。

3、废水处理的效果：

在回用水中，废水的平均COD_Cr是25mg/L，药剂费0.07元/吨，动力消耗0.12元/吨，磷的去除效率为85％以上。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种中水回用处理方法，其特征在于：废水先进行第一级生化处理，然后沉淀，接着进行第二级生化处理，再经杀菌后回用；

所述第一级和第二级生化处理过程伴随曝气；所述第一级生化处理采用多微孔的聚合纤维素醚填料，第二级生化处理采用生物吸附的方法；所述第二级生化处理过程产生的污泥反冲至第一级生化处理过程；

所述多微孔的聚合纤维素醚填料由下述方法制备：

以废弃纤维素醚为原料，在200-300℃下进行缩和反应，并于反应中通入二氧化碳进行搅拌，反应8个小时以上，成型后真空晾干；

所述生物吸附的填料为生物碳填料、吸附硅类填料或它们的混合物。

2.根据权利要求1所述的中水回用处理方法，其特征在于：所述第一级生化处理设计为降低65％～80％的COD，剩余的COD在第二级生化处理中降解。

3.根据权利要求1所述的中水回用处理方法，其特征在于：所述生物吸附的填料由生物碳和硅酸盐混合组成，比例为7∶3，制成圆柱形颗粒，长度在3～6mm，直径在0.5～2mm。

4.一种实现权利要求1所述方法的中水回用处理装置，包括电控系统和废水处理单元，其特征在于：所述的废水处理单元包括依次连接的集水池、第一级生化池、沉淀池、第二级生物吸附池和杀菌池；所述第一级生化池和第二级生物吸附池中设有曝气装置；所述第二级生物吸附池与集水池或者第一级生化池经反冲洗泵连通；

所述的中水回用处理装置还设有污泥干化过滤装置，污泥干化过滤装置设置在第一级生化池的上方，通过污泥泵与沉淀池连接。

5.根据权利要求4所述的中水回用处理装置，其特征在于：所述第二级生物吸附池中设有用于控制反冲洗泵的启闭的压力变送器。