CN102642987A - 一种处理高浓度污水的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种对高浓度污水进行深度处理的方法。本发明的方法包括下述步骤：1)采用电化学氧化法对所述污水进行预处理，得到预处理后的污水；2)将预处理后的污水的pH值调节至7.0～9.0，然后向其中接种微藻，对污水进行微藻生物处理，从而实现对污水的净化；微藻生物处理运行条件：温度25～30℃；光暗周期为12∶12，光照强度4000lux～6000lux之间，曝气或机械搅拌，连续培养10～20天。该方法降低了污水处理的成本，提高了污染物去除效率；且污水处理范围广、无二次污染、运行方式灵活、可控，实现环境增值能源。

Description

一种处理高浓度污水的方法

技术领域

本发明涉及一种处理高浓度污水的方法。

背景技术

近年来，随着工农业的迅速发展和人口增长，污水的排放量急剧增加，致使许多江、河、湖、水库甚至地下水都遭受不同程度的污染。如何高效、经济地处理污水是关系环境保护和工农业生产可持续发展的重要问题。

目前，国内外利用微藻净化污水虽然有很多研究，但是，从已有的文献资料中综合分析，用微藻生物法处理的污水多局限于城市污水处理厂的二级出水，这种污水中污染物浓度较低。微藻所能去除的污染物局限于水中生物易降解(或生物可降解)的物质，对生物难降解物质则几乎无去除效果。此外污水中的有些有机物对微藻具有毒性，导致微藻生长活力低、净化效果差。因此，采用单独微藻生物处理畜禽养殖场污水、沼液或食品加工厂等产生的高浓度污水是不合适的。

通常用于污水生物处理进水的预处理方法主要是化学氧化法、化学絮凝法、微波辐射法、吸附法、过滤法等，但是这些方法往往存在以下问题：预处理去除污染物效率低，运行工艺需要投加化学试剂而对污水造成二次污染，受工艺影响出水不稳定，运行成本高。

经检索，现有对污水处理方法的专利申请有：

1)马军等人申请的专利《利用高级氧化对污水进行预处理培养工程微藻进行污水深度处理和二氧化碳减排的方法》(申请号：200910072898.2)公开了一种利用高级氧化对污水预处理，然后利用微藻对污水进行深度处理。但是该发明采用在污水中投加H₂O₂、Fenton试剂、O₃等化学氧化剂进行氧化预处理，运行成本高、操作复杂、易造成二次环境污染。

2)陈亦力等人申请的专利《一种污水的深度处理方法》(申请号：201010607549.9)公开了一种通过低电压电化学分离过程和较高电压电化学降解处理污水的方法。该方法存在电能消耗大、处理成本高等问题。

3)朱同德申请的专利《一种复合式污水处理方法及装置》(申请号：201010601056.4)公开了一种通过投加磁种、混凝剂、助凝剂对污水进行预处理，然后采用电化学氧化进一步净化污水。该方法需要添加四氧化三铁、氢氧化铁等磁性物质和絮凝剂，处理过程中磁种和絮凝剂需要回收，存在使用时工艺复杂、操作繁琐，处理成本高等问题。

通过分析，现有相关污水处理技术具有以下不足：(1)传统的生物处理方法成本低廉，但所能去除的污染物局限于水中生物易降解(或生物可降解)的物质，对于生物难降解物质则几乎无去除效果。污水中的有些有机物对污水处理微生物具有毒性，导致微生物生长活力低、净化效果差，且处理时间长，污染物去除效率低；(2)采用化学方法处理污水需要污水中投加氧化剂或是絮凝剂，操作复杂、易造成二次环境污染，并且受工艺影响出水不稳定，运行成本高；(3)采用电化学方法处理污水，存在电能消耗大、处理成本高等问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种适用范围广的电化学氧化与微藻生物处理相结合的污水处理方法。

本发明所提供的处理污水的方法，包括下述步骤：

1)采用电化学氧化法对所述污水进行预处理，得到预处理后的污水；

2)将预处理后的污水的pH值调节至7.0～9.0，然后向其中接种微藻，对污水进行微藻生物处理，从而实现对污水的净化。

上述方法，步骤1)中所述电化学氧化法中所采用的电解质可选自下述任意一种：氯化钠、碳酸氢钠和硫酸钠。其加入浓度可以根据污水浓度进行调节。

步骤1)中所述电化学氧化法中所采用的极板可由下述任意一种材料制成：石墨极板、铁极板、铝极板、铂极板、镀铂钛合金极板、二氧化铅极板、钛基IrO₂极板、钛基RuO₂极板、钛基SnO₂极板和钛基PtO₂极板。

在对污水进行电化学氧化时，其氧化条件如：极板间电压、电极间距及电解时间等可根据污水水质进行调节，以获得最佳的处理效果。

通常极板间电压：10-20V；极板间距：5-20mm；电解时间：0.5h-5h。具体运行参数视污水中各污染物浓度水平而定。

污水中各营养物质的浓度以达到适宜微藻生长的水平为最佳，最适宜的微藻生长水质条件由于微藻的种类不同而有差异，具体的适宜范围为：氨氮：50-350mg/L；总磷：5-20mg/L；总碳：50-300mg/L。

上述方法，步骤2)中所述微藻具体可选自下述至少一种：小球藻、螺旋藻、盐藻、栅藻及硅藻。

步骤2)中微藻生物处理的运行条件为：温度25～30℃；光暗周期为9-15h光反应/15-9h暗反应，所述光反应中的光照强度为4000lux～6000lux之间；微藻接种量0.1-0.2g干重/L；曝气和/或机械搅拌，连续培养10～20天。

本发明所述污水氨氮≥200mg/L或总磷≥25mg/L或总碳≥500mg/L(三个污水指标中有一个指标含量过高即可)，具体可以是来自于畜禽养殖场废水、沼液、食品加工厂污水或垃圾渗滤液的高浓度污水。

本发明对污水进行处理的方法，具体可在图1所示装置中进行。

操作步骤如下：

1)利用电化学氧化的方法对污水进行预处理，处理方法：污水1经污水泵2通入贮水槽3，在贮水槽3的污水中加入适量的电解质，搅拌至完全溶解，然后通过控制阀4将污水通入电解槽8中，根据污水水质调节极板间电压5、电解时间6和电极间距7进行相应的电解预处理；

2)将预处理后的污水9采用NaOH或HCl调节pH值至7.0～9.0，再将调节后的污水通入微藻生物污水处理系统10中对污水进行进一步处理；

3)通过离心装置11或过滤方法收获微藻13，同时污水得到净化，出水12达标排放或回用，微藻可以作为生物质资源化利用也可以作为饲料添加剂。

本发明在污水进行微藻生物处理之前采用电化学预处理工艺，可以一定程度上降低微藻生物污水处理系统进水的污染物浓度，特别是进水中的细菌数和悬浮颗粒物的浓度。该组合工艺可以有效的提高后续微藻生物处理系统进水的污水的可生化性能。

本发明的电化学预处理是利用电解过程的电化学反应，使污水中各种污染物质通过电解氧化、电解沉降、电解气浮和电解絮凝等综合作用去除。在电解过程中，进水中的氨氮、磷和有机物可以通过直接氧化和间接氧化的作用得到去除，反应过程中的气浮作用可以去除污水中悬浮颗粒，另外，反应过程中产生的具有强氧化能力的羟基自由基(·OH)、臭氧(O₃)、过氧化氢(H₂O₂)等氧化剂不仅可以氧化污水中的污染物，还可以杀灭污水中的细菌，为后续微藻生物处理污水创造良好的条件。

微藻生物处理污水技术是利用微藻这类自养型生物，以光能作为能源，可以富集水体中的氮、磷等营养物质，并以有机物的形式将其储存在藻细胞中，将太阳能转化为生物质。藻类在污水净化过程中产生大量的氧气，可减少水体因缺氧而形成的恶臭气味。藻类细胞还具有富集金属的能力，并且由于其生长速度快，代谢迅速，吸附作用快而净化效率高。与其他物理、化学方法相比，微藻处理污水技术具有系统建造运行费用低、能耗小、净化效率高、环境污染小等优点。在污水得到净化的同时，收获的微藻具有经济价值，可以用于生物饵料、生物肥料以及可持续利用能源生产等方面。

本发明采用电化学处理与微藻相结合的方法处理高浓度污水，电解过程中产生具有强氧化能力的羟基自由基(·OH)、臭氧(O₃)、过氧化氢(H₂O₂)等氧化剂，使污水中难降解的大分子有机物氧化降解成低毒或无毒的小分子物质，初步降低氮、磷以及有机物含量，减轻污染物负荷，同时有效杀灭污水中的病原微生物，提高污水的可生化性，这种预处理方法不受污水成分、浓度及pH值的影响，各类污水均适用；后续采用微藻生物处理技术进一步净化污水，出水可以达标排放或回用，同时收获的藻类可以通过热水解转化成原油或作为饲料添加剂。该方法在净化污水的同时收获微藻生物质，是一套重要的生态和能源自循环系统，可以达到环境能源增值的目的，对环境保护和工农业生产可持续发展具有重要意义。

本发明方法与现有技术相比具有如下优点：

(1)降低了污水处理的成本，提高了污染物去除效率。采用单一的电化学氧化技术处理污水存在电能消耗大、处理成本高的问题，本发明将电化学氧化作为污水处理的预处理，使污染物在较低强度电解作用下初步去除，为后续微藻培养创造良好的生长条件，可以大大降低污水处理的运行成本。

(2)污水处理范围广。传统的生物处理方法成本低廉，但是受所处理污水水质情况的限制，主要应用于浓度较低的生活污水的处理，而对于生物难降解污水或高浓度污水处理效果很差。将电化学氧化技术作为污水预处理方法，主要是通过电解氧化、电解絮凝、电解气浮、电解沉降等的复合作用去除污水中的污染物，该方法不受污水成分、浓度及pH值的影响，各类污水均适用。

(3)无二次污染。电化学预处理过程中电解产生的具有强氧化能力的自由基直接与污水中的污染物反应，使难降解的大分子有机物氧化降解，产物主要是水、二氧化碳、氮气和简单有机物，很少或没有二次污染。

(4)运行方式灵活、可控。可以根据污水水质情况或者处理过程中污水水质的变化情况随时调节电化学预处理的反应条件：改变外加电流、电压、极板间距、极板数量、电解质的种类或浓度等。

(5)实现环境增值能源。藻类生长过程中利用污水中氮、磷等营养物质，以光能作为能源，以有机物的形式将营养物质储存在藻细胞中。该方法在净化污水的同时收获微藻生物质，是一套重要的生态和能源自循环系统，收获的藻类可以通过热水解转化成原油或作为饲料添加剂、生物饵料、生物肥料以及可再生能源生产等方面的利用，实现环境增值能源。

附图说明

图1为本发明电解预处理与微藻组合处理高浓度污水所用装置的结构示意图；其中，1污水进水口，2污水泵，3贮水槽，4控制阀，5电源，6自动控制系统，7电极，8电解槽，9电解出水pH值调节，10微藻生物处理系统，11藻水分离装置，12出水口，13微藻生物质收集器。

具体实施方式

下面通过具体实施例对本发明的方法进行说明，但本发明并不局限于此。

下述实施例中所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法；所述试剂和材料，如无特殊说明，均可从商业途径获得。

实施例中所使用的小球藻为：普通小球藻1067(Chlorella vulgaris 1067)由中国科学院典型培养物保藏委员会淡水藻种库FACHB提供。

实施例1：本发明方法对合成生活污水处理的效果试验

污水处理在图1所示的装置中进行。

将生活污水作为试验用污水，生活污水1经污水泵2通入贮水槽3，在贮水槽3的生活污水(2L)中加入2g/L氯化钠的电解质，搅拌至完全溶解，然后通过控制阀4将混合液通入电解槽8中。采用镀铂钛合金极板电极，设置电解运行条件为：极板间电压15V，极板间距20mm，电解时间2h。电解结束后，冷却混合液至室温，调节pH值至7.0～9.0。再在调节pH值后的混合液中接种小球藻，接种浓度为100mL/L(接种液/污水)，小球藻接种量0.1g干重/L，将培养液放入光照培养箱中，培养条件为：温度28℃，光照强度4500lux，光周期：12h光反应/12h暗反应，在此条件下培养10天，在4500rpm转速下离心分离15min，取上清液进行测量。

以无电解预处理的污水培养小球藻为对照样，试验结果如表1所示。

试验结果表明，相比于单一的微藻生物处理污水，该种电解预处理、微藻生物污水处理组合工艺对污染物去除有明显的促进作用。

表1电解和微藻组合处理合成生活污水的试验结果

实施例2：本发明方法对畜禽养殖场沼液的处理效果

将沼液稀释10倍作为试验用污水，将2g/L氯化钠作为电解质放入2L稀释沼液中，搅拌至完全溶解，将混合液倒入电解槽中。采用镀铂钛合金电极，设置电解运行条件为：极板间电压15V，极板间距20mm，电解时间2h，电解结束后冷却混合液至室温，调节pH值至7.0～9.0。在混合液中接种小球藻，接种浓度为100mL/L(接种液/沼液)，小球藻接种量0.12g干重/L，将培养液放入光照培养箱中，培养条件为：温度28℃，光照强度4500lux，光周期：12h光反应/12h暗反应，在此条件下培养二十天，在4500rpm转速下离心分离15min，取上清液进行测量。

以不经过电解预处理的沼液培养小球藻为对照组，试验发现小球藻在稀释10倍的沼液中无法存活，而在电解预处理的沼液中小球藻正常生长，试验结果如表2所示。

该电解预处理和微藻生物污水处理组合工艺能够用于处理难生物处理的污水，对于沼液这种高浓度有机污水有很好的净化效果，可以显著提高沼液的可生物降解性。

表2电解和微藻组合处理畜禽养殖场沼液的试验结果

本领域技术人员中的普通技术人员应当认识到，以上实施例仅用来说明本发明，而并非用于作为对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围内，对上述实施例的变化、变形都将落在本发明的权利要求书的范围内。

Claims (8)

1.一种处理污水的方法，包括下述步骤：

1)采用电化学氧化法对所述污水进行预处理，得到预处理后的污水；

2)将预处理后的污水的pH值调节至7.0～9.0，然后向其中接种微藻，对污水进行微藻生物处理，从而实现对污水的净化。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤2)中所述微藻选自下述至少一种：小球藻、螺旋藻、盐藻、栅藻及硅藻。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在在于：步骤2)中所述微藻生物处理的运行条件为：温度25～30℃；光暗周期为9-15h光反应/15-9h暗反应，所述光反应中的光照强度为4000lux～6000lux之间；微藻接种量0.1-0.2g干重/L；曝气和/或机械搅拌，连续处理10～20天。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的方法，其特征在于：步骤1)中所述电化学氧化法中所采用的电解质选自下述任意一种：氯化钠、碳酸氢钠和硫酸钠。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的方法，其特征在于：步骤1)中所述电化学氧化法中所采用的极板由下述任意一种材料制成：石墨极板、铁极板、铝极板、铂极板、镀铂钛合金极板、二氧化铅极板、钛基IrO₂极板、钛基RuO₂极板、钛基SnO₂极板和钛基PtO₂极板。

6.根据权利要求1-5中任一项所述的方法，其特征在于：步骤1)中所述电化学氧化法的氧化条件如下：极板间电压：10-20V；极板间距：5-20mm；电解时间：0.5h-5h。

7.根据权利要求1-6中任一项所述的方法，其特征在于：所述污水为符合下述至少一个指标的污水：氨氮≥200mg/L、总磷≥25mg/L、总碳≥500mg/L。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于：所述污水是来自于畜禽养殖场废水、沼液、食品加工厂污水或垃圾渗滤液。

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