CN102464423A - 一种可监控的污水处理回收方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种可监控的污水处理回收方法及装置，污水经过生物净化方法和逆渗透过滤方法处理，在污水经生物净化处理过程中使用污水监控系统。生物净化和逆渗透过滤装置的结合使用有效地净化了污水中的无机、有机污染物及游离悬浮物，测定结果表明本发明优于单独使用生物净化方法或逆渗透过滤方法；净化过程结合复合无线传感技术对水质进行监控，使污水达到了排放标准，有效的提升了污水净化效率，克服了水质检测范围有限、数据采集点少、监测周期长、劳动强度大、数据采集传输速度慢等问题，因此本发明方法及其装置可降低了污水处理的成本，具有深远的社会效益和经济效益。
Description
技术领域
本发明涉及一种可监控的污水处理回收方法及装置，属于化学工程与环境保护领域。
背景技术
随着工业的发展和人们生活水平的提高，工业生活用水在大幅度的增加，污水的排放量增加，排放入环境中的污水促使浮游植物生长和大量繁殖，形成赤潮和水华。据报道，每人每天所排出的污水量大约有0.2立方米，其中所含生物化学需要量BOD为40g，这些污水大部分未经处理而直接排放，污染了江河湖海以及我们赖以生存的大气环境和水资源，破坏了生态平衡，严重的威胁人们的身体健康。众所周知，微生物能不断与周围环境快速进行物质交换，分解有机物，而污水具备微生物生长繁殖的条件，微生物可从污水中获取养分，同时降解和利用有害物质，微生物的生命活动过程不但对污水中的有机物进行转移和转化的作用，还达到污水净化的作用。逆渗透过滤技术是通过膜对混合物中各组分的选择渗透作用的差异，以外界能量或化学位差为推动力对双组分或多组分混合物的气体或液体进行分离、分级、提纯和富集的方法。逆渗透过滤技术作为当今世界水处理先进的技术，具有清洁、高效、无污染等优点，已在海水淡化、城市给水处理、纯水和超纯水制备等方面得到广泛的应用，因此将该技术应用于污水处理引起了人们的巨大关注。通过微生物净水虽然可以清除大量的有机和无机的污染物，但是微生物的繁殖场所污泥的引入也为污水处理带来了巨大的难题，使得净化的水中存在着大量的杂质，无疑使得污水处理的工作事倍功半。
污水处理系统中如果引入某些检测设备，则可以使净化效率大大提高，但是传统的污水检测体系中需要很多设备和监测点，由于监测点分布范围广，且大多设置在环境恶劣的地区，搭建有线通讯网络往往会给人们带来麻烦和巨大的工作量，若采用光纤等无线通讯网络，不仅设备投入耗资巨大，而且不适应移动的需要。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于提供一种可监控的污水处理回收方法及装置，通过将生物净化方法和逆渗透过滤方法结合使用，尽可能使用简单而经济的装置清除污水中大量的无机、有机污染物及大量的游离悬浮物，而保持尽可能高的净化效率，并采用无线传感技术对水质进行监测克服了现有技术中检测范围有限、数据采集点少、设备昂贵等问题。
为解决上述技术问题，本发明采用如下的技术方案：一种可监控的污水处理回收方法，污水经过生物净化方法和逆渗透过滤方法处理，在污水经生物净化处理过程中使用污水监控系统。
前述的生物净化方法是将含有浓度为10g/L微生物载体粒子的污水与15g/L活性污泥混合，并持续通入含氧气体曝气6小时后，进行生物净化24小时；所述的微生物载体粒子为开放气孔的有机聚合物泡沫材料；培养活性污泥的方法为：调节污水BOD5至200～300mg/L，在15～20℃下进行连续曝气，活性污泥絮体不断增加，一周后当停止曝气，静止沉淀1～1.5h，排放约占总体积60～70％的上清液，调节污水进水量，继续曝气至沉降比接近30％，培养结束。
前述的逆渗透过滤方法是：污水经生物净化处理，进入至少两组的污水过滤单元中进行逆渗透过滤回收。
前述的污水监控系统包括：无线传感器、现场监控服务器、远程监控服务器和曝气装置调节阀，其中，设置在污水中无线传感器通过汇聚点与现场监控服务器相连，现场监控服务器与远程监控服务器相连，远程监控服务器和曝气装置调节阀相连。
前述的无线传感器包括水质传感器、液位传感器、流量传感器和含氧量传感器。
前述的现场监控服务器采用固定IP经internet与远程监控服务器相连接。
所述的污水处理回收装置包含生物净化装置(13)、逆渗透过滤装置(14)和污水监控系统装置(15)，其中生物净化装置(13)和逆渗透过滤装置(14)通过管道(3)相连接，其中生物净化装置(13)含有至少一组无线传感器。
前述的生物净化装置(13)由污水输入管(1)、活性污泥输入管(2)、连接管道(3)，污泥排放管(4)、曝气装置(5)、排放单元(6)和活化池(7)构成，活化池(7)中有微生物载体和无线传感器，其中污水输入管(1)和活性污泥输入管(2)与活化池(7)的始端连接，连接管道(3)和污泥排放管(4)与活化池(7)的排放单元(6)链接；排放单元(6)由网格板制成。
前述的逆渗透过滤装置(14)包含至少两组逆渗透过滤单元(8)，逆渗透过滤单元(8)间通过连接管道(9)相连接。
前述的逆渗透过滤装置(14)包含连接管道(3)、逆渗透过滤单元(8)、连接管道(9)、产水管(10)、流量调节装置(11)、产水汇流管(12)，其中连接管道(9)与逆渗透过滤单元(8)的始端连接，产水管(10)与逆渗透过滤单元(8)的末端连接，流量调节装置(11)安装于产水管(10)和产水汇流管(12)之间。
活性污泥是活性污泥处理系统中的主体作用物质，在污水生物处理中，通过处理系统中活性污泥或生物膜微生物的新陈代谢的作用，使活性污泥具有将有机污染物转化为稳定无机物的活力，在有氧的条件下，将污水中的有机物降解氧化为H20，CO2、PO3-4、NH3，-N、H2S等无机物，同时微生物利用分解代谢过程中释放的能量将分解代谢过程中的中间代谢产物合成为新的细胞质组成部分，使微生物自身生长繁殖。从而达到污水净化的目的。
生物净化方法中，污水与活性污泥同时进入活化池，通过含氧气体的爆气，活性污泥呈悬浮状态，并与污水充分接触。污水中的悬浮固体和胶状物质被活性污泥吸附，非溶解性有机物需先转化成溶解性有机物，而后才被代谢和利用；而污水中的可溶性有机物质被活性污泥中的微生物用作自身繁殖的营养，代谢转化为生物细胞，大部分有机物氧化成为最终产物(主要是CO2和H2O)，污水由此得到净化。在排放单元内，活性污泥与已被净化的污水分离，处理水流入逆渗透过滤装置，活性污泥在污泥区内浓缩，并以较高的浓度回流活化池。
渗透是指一种溶剂通过一种半透膜进入一种溶液或是从一种稀溶液向一种比较浓的溶液的自然渗透。但是在浓溶液一边加上适当的压力，即可使渗透停止，此时的压力称为该溶液的渗透压。若在浓溶液一边加上比自然渗透压更高的压力，扭转自然渗透方向，把浓溶液中的溶剂压到半透膜的另一边稀溶液中，这是和自然界正常渗透过程相反的，此时就称为逆渗透。逆渗透过滤技术的基本特点是其推动力为压力差(1～10MPa)，传质机理一般认为是溶剂的扩散传递，透过膜的物质是水溶剂，截留物为溶质、盐(悬浮物、大分子、离子)。
通过对采用生物净化和逆渗透过滤的方法对污水进行净化处理的水质与单纯采用生物净化或逆渗透过滤对比结果如下：
表1：污水处理后基本控制项目的排放浓度
表2：部分一类污染物排放浓度
| 序号 | 项目 | 生物净化 | 逆渗透过滤 | 优化方法 |
| 1 | 总汞 | 0.001 | 0.001 | 0.0008 |
| 2 | 烷基汞 | 不得检出 | 不得检出 | 不得检出 |
| 3 | 总镉 | 0.01 | 0.01 | 0.009 |
| 4 | 总铬 | 0.1 | 0.1 | 0.085 |
| 5 | 六价铬 | 0.05 | 0.05 | 0.045 |
| 6 | 总砷 | 0.1 | 0.1 | 0.086 |
| 7 | 总铅 | 0.1 | 0.1 | 0.089 |
由上表可以看出本发明方法具有更高的净化效率，主要原因除了在生物净化后，引入了若干级的逆渗透过滤的方法外，还在在污水生物净化过程中引入可自由悬浮的载体粒子作为微生物的繁殖场所，由于固定于和不固定于载体粒子上的活性污泥的存在，也能在活性污泥设备中大大提高生物物质浓度，这样便可以迅速分解水中存在的污染物，另外采用比重、大小和孔隙率相互协调的开放气孔的有机聚合物泡沫材料作为载体粒子不仅能够顺利的悬浮于液体中，便于控制水流和曝气，且载体粒子具有开放的气孔结构，为微生物提供了一个大的繁殖面，便于在活化池中携带微生物自由悬浮，使污水与微生物充分接触，微生物的作用发挥的更加彻底和完全。但是载体粒子容易被水流带出活化池外，因此在排放单元中设置一个网格板来拦截载体粒子，进而减少了载体粒子的投入量，降低了成本。
本发明采用无线传感技术对水质进行监测，尤其是采用多传感器复合技术，可以最大限度的获取被测目标的信息量，并优化出最佳的解释和判断，从而对调节曝气装置的曝气量。利用多个传感器资源，通过对多传感器的及其观测信息的合理支配和使用，依据多个传感器在空间或时间上的冗余或互补信息的组合，来获得被测对象一致性的解释和描述，使该信息系统由此获得比它的各组成所构成的系统更加优越的性能。在收到大量传感采集数据后，通过高效的数据融合算法如神经网络算法和遗传算法对数据进行处理，然后经过控制模型得到反馈控制结果，控制执行节点的行为。监控系统引入多个无线传感器使组网配制灵活方便，适用范围更加广泛优化了曝气的效率，提高污水处理水平。
本发明不但利用了无线传感技术，还采用了在线自动分析的远程监控服务器根据传输的参数对水质进行长期自动检测，使曝气更加合理化。首先以zigbee节点作为无线传感器的汇聚点，通过这些zigbee节点接受指令并驱动无线传感器完成相应动作，同时无线传感器也通过这些zigbee节点向现场监控服务器发出采集数据。ZigBee是一种低功耗的近距离无线组网通讯技术，其特点是近距离、低复杂度、自组织、低功耗、低成本，因此本发明的传感器的控制适合采用zigbee节点作为汇聚点不但简单可靠还可有效的节约成本。
现场监控服务器对接受到的数据进行分析处理，如数据在正常范围内，将保存数据；若数据超出正常范围，则将数据通过网络传递给远程监控服务器：现场监控服务器采用固定IP，将水质监测设备的数据和运行信息压缩加密，通过中国移动的GPRS/CDMA通用分组业务网实时传输到远程监控服务器，真正实现了现场监控服务器与远程监控服务器在数据获取和水质分析上的同步和统一管理。
远程监控服务器对接收到数据进行分析并作出相应指令，遇到异常数据时启动自动处理预案，对曝气装置调节阀进行控制，调节曝气程度，使曝气更加合理化。污水的检测数据通过上述的过程连续地或间歇传送给服务器，进而调节曝气装置调节阀，为水质生物净化提供完整的在线检测和调控方法，可及时地掌握系统中各指标的状况，有效的保证了水处理系统的正常运行，克服了水质监测周期长、劳动强度大、数据采集传输速度慢等问题，满足了企业生产高效、低耗、现场无人值守的等要求，因此本发明具有深远的社会效益和经济效益。
与现有技术相比，本发明复合了生物净化方法和逆渗透过滤方法对污水进行处理，生物净化和逆渗透过滤装置的结合使用有效地净化了污水中的无机、有机污染物及游离悬浮物，测定结果表明本发明优于单独使用生物净化方法或逆渗透过滤方法；净化过程结合复合无线传感技术对水质进行监控，使污水达到了排放标准，有效的提升了污水净化效率，克服了水质检测范围有限、数据采集点少、监测周期长、劳动强度大、数据采集传输速度慢等问题，因此本发明方法及其装置可降低了污水处理的成本，具有深远的社会效益和经济效益。
附图说明
图1是本发明装置的一种原理示意图。
图2是本发明监控系统的原理示意图。
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的说明。
具体实施方式
实施例1：培养成熟的活性污泥：污水经由水输入管进入活化池中，调节污水BOD5至200mg/L，在15～20℃下进行连续曝气，活性污泥絮体不断增加，一周后当停止曝气，静止沉淀1h，排放约占总体积60％的上清液，调节污水进水量，继续曝气至沉降比接近30％，培养结束。然后在待处理的污水中添加聚氨酯泡沫微生物载体，使其在污水中的在浓度为10g/L，最后加入生物活性污泥是整个净化体系的污泥浓度达到15g/L，并持续通入含氧气体6小时后，进行生物净化24小时；污水经生物净化处理后，进入两组的污水过滤单元中进行逆渗透过滤回收。
实施例2：培养成熟的活性污泥：污水经由水输入管进入活化池中，调节污水BOD5至250mg/L，在15～20℃下进行连续曝气，活性污泥絮体不断增加，一周后当停止曝气，静止沉淀1.2h，排放约占总体积65％的上清液，调节污水进水量，继续曝气至沉降比接近30％，培养结束。然后在待处理的污水中添加聚丙烯泡沫微生物载体，使其在污水中的在浓度为10g/L，最后加入生物活性污泥是整个净化体系的污泥浓度达到15g/L，并通入含氧气体进行生物净化；污水经生物净化处理后，进入五组的污水过滤单元中进行逆渗透过滤回收。
实施例3：培养成熟的活性污泥：污水经由水输入管进入活化池中，调节污水BOD5至300mg/L，在15～20℃下进行连续曝气，活性污泥絮体不断增加，一周后当停止曝气，静止沉淀1.5h，排放约占总体积70％的上清液，调节污水进水量，继续曝气至沉降比接近30％，培养结束。然后在待处理的污水中添加聚丙烯泡沫微生物载体，使其在污水中的在浓度为10g/L，最后加入生物活性污泥是整个净化体系的污泥浓度达到15g/L，并持续通入含氧气体6小时后，进行生物净化24小时；污水经生物净化处理后，进入八组的污水过滤单元中进行逆渗透过滤回收。
实施例4：污水监控系统包括：无线传感器、现场监控服务器、远程监控服务器和曝气装置调节阀，无线传感器包括水质传感器、液位传感器、流量传感器和含氧量传感器；其中，设置在污水中无线传感器通过汇聚点与现场监控服务器相连：本发明以zigbee节点作为无线传感器的汇聚点，通过这些zigbee节点接受指令并驱动无线传感器完成相应动作，同时无线传感器也通过这些zigbee节点向现场监控服务器发出采集数据；现场监控服务器采用固定IP，将水质监测设备的数据和运行信息压缩加密，通过中国移动的GPRS/CDMA通用分组业务网实时传输到远程监控服务器，远程监控服务器和曝气装置调节阀相连。
污水处理回收装置包含生物净化装置(13)、逆渗透过滤装置(14)和污水监控系统装置(15)，其中生物净化装置(13)和逆渗透过滤装置(14)通过管道(3)相连接，生物净化装置(13)含有至少一个无线传感器；
生物净化装置包含塑料污水输入管(1)、塑料活性污泥输入管(2)、塑料连接管道(3)，塑料污泥排放管(4)、曝气装置(5)(氧气体进气装置为无锡本色环保科技有限公司生产的JY-260型旋混式曝气器)、排放单元(6)(排放单元为在液体出口前的塑料网格板)、不锈钢活化池(7)，活化池(7)中有微生物载体(微生物载体为开放气孔的有机聚合物泡沫粒子)和无线传感器，塑料污水输入管(1)和塑料活性污泥输入管(2)与活化池(7)的始端连接，塑料连接管道(3)和塑料污泥排放管(4)与活化池(7)的排放单元(6)链接；排放单元(6)由网格板制成；
逆渗透过滤装置包含至少两组逆渗透过滤单元(8)，逆渗透过滤单元(8)间通过连接管道(9)相连接。其中逆渗透过滤装置(14)包含塑料连接管道(3)、逆渗透过滤单元(8)(逆渗透过滤单元为天津开发区瑞尔环保科技有限公司的型号为RO反渗透设备)、塑料连接管道(9)为塑料、塑料产水管(10)、流量调节装置(11)(流量调节装置为可调节水流量的闸阀)、塑料产水汇流管(12)，塑料连接管道(9)与逆渗透过滤单元(8)的始端连接，产水管(10)与逆渗透过滤单元(8)的末端连接，流量调节装置(11)安装于产水管(10)和产水汇流管(12)之间。
Claims (10)
1.一种可监控的污水处理回收方法，污水经过生物净化方法和逆渗透过滤方法处理，其特征在于：在污水经生物净化处理过程中使用污水监控系统。
2.根据权利要求1所述的可监控的污水处理回收方法，其特征在于：生物净化方法是将含有浓度为10g/L微生物载体粒子的污水与15g/L活性污泥混合，并持续通入含氧气体曝气6小时后，进行生物净化24小时；所述的微生物载体粒子为开放气孔的有机聚合物泡沫材料；培养活性污泥的方法为：调节污水BOD5至200～300mg/L，在15～20℃下进行连续曝气，活性污泥絮体不断增加，一周后当停止曝气，静止沉淀1～1.5h，排放约占总体积60～70％的上清液，调节污水进水量，继续曝气至沉降比接近30％，培养结束。
3.根据权利要求1所述的可监控的污水处理回收方法，其特征在于：逆渗透过滤方法是：污水经生物净化处理，进入至少两组的污水过滤单元中进行逆渗透过滤回收。
4.根据权利要求1所述的可监控的污水处理回收方法，其特征在于：所述的污水监控系统包括：无线传感器、现场监控服务器、远程监控服务器和曝气装置调节阀，其中，设置在污水中无线传感器通过汇聚点与现场监控服务器相连，现场监控服务器与远程监控服务器相连，远程监控服务器和曝气装置调节阀相连。
5.根据权利要求4所述的可监控的污水处理回收方法，其特征在于：所述的无线传感器包括水质传感器、液位传感器、流量传感器和含氧量传感器。
6.根据权利要求4所述的可监控的污水处理回收方法，其特征在于：现场监控服务器采用固定IP经internet与远程监控服务器相连接。
7.由权利要求1～6任一所述的可监控的污水处理回收方法的装置，污水处理回收装置包含生物净化装置(13)、逆渗透过滤装置(14)和污水监控系统装置(15)，其中生物净化装置(13)和逆渗透过滤装置(14)通过管道(3)相连接，其特征在于：所述的生物净化装置(13)含有至少一组无线传感器。
8.根据权利要求7所述的可监控的污水处理回收方法的装置，其特征在于：所述的生物净化装置(13)由污水输入管(1)、活性污泥输入管(2)、连接管道(3)，污泥排放管(4)、曝气装置(5)、排放单元(6)和活化池(7)构成，活化池(7)中有微生物载体和无线传感器，其中污水输入管(1)和活性污泥输入管(2)与活化池(7)的始端连接，连接管道(3)和污泥排放管(4)与活化池(7)的排放单元(6)链接；排放单元(6)由网格板制成。
9.根据权利要求7或8所述的可监控的污水处理回收方法的装置，其特征在于：所述的逆渗透过滤装置(14)包含至少两组逆渗透过滤单元(8)，逆渗透过滤单元(8)间通过连接管道(9)相连接。
10.根据权利要求9所述的可监控的污水处理回收方法的装置，其特征在于：所述的逆渗透过滤装置(14)包含连接管道(3)、逆渗透过滤单元(8)、连接管道(9)、产水管(10)、流量调节装置(11)、产水汇流管(12)，其中连接管道(9)与逆渗透过滤单元(8)的始端连接，产水管(10)与逆渗透过滤单元(8)的末端连接，流量调节装置(11)安装于产水管(10)和产水汇流管(12)之间。
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