CN102923866A

CN102923866A - 一种利用变化磁场进行污水强化处理的装置及其污水处理方法

Info

Publication number: CN102923866A
Application number: CN2012104754085A
Authority: CN
Inventors: 任洪强; 牛川; 耿金菊; 许柯
Original assignee: Nanjing University
Current assignee: Nanjing University
Priority date: 2012-11-22
Filing date: 2012-11-22
Publication date: 2013-02-13
Also published as: US20140138310A1; US9255020B2

Abstract

本发明公开了一种利用变化磁场进行污水强化处理的装置及其污水处理方法，属于工业废水净化领域。本发明的装置包括反应器，该反应器为磁粉强化活性污泥反应器，反应器上端设置有进水口，侧壁上设置有出水口，下端设置有排泥口，反应器内设置有搅拌器和曝气装置，所述的反应器内填充有磁粉和活性污泥，所述的反应器的外围设置有磁场强化装置，所述的磁场强化装置包括磁场测定仪、铁板罩、电源、变压器及螺线圈，螺线圈均匀缠绕在反应器外表面，且螺线圈与所述的变压器、电源依次电路连接，铁板罩罩住所述的反应器外围和底部，磁场测定仪设置在所述反应器内。本发明弥补了现有低温生活污水处理中反应器运行不稳定、有机物降解速率不高等缺陷。

Description

一种利用变化磁场进行污水强化处理的装置及其污水处理方法

技术领域

本发明属于工业废水净化领域，更具体地说，涉及一种利用变化磁场对工业废水进行强化处理的装置和方法，它主要适用于低温条件下食品工业废水的生物强化处理。

背景技术

食品工业废水含有大量可降解的有机物，同时各种食品添加剂部分流失进入废水，使废水化学成分复杂。废水若不经过处理排入水体，会消耗水中大量的溶解氧，造成水体缺氧，使鱼类和水生生物死亡；废水中的悬浮物沉入河底，在厌氧条件下分解，产生臭水恶化水质，污染环境；废水中夹带的动物排泄物，含有虫卵和致病菌，将导致疾病传播，直接危害人畜健康。

食品工业废水处理除按水质特点进行适当预处理外，一般均宜采用生物处理。如对出水水质要求很高或因废水中有机物含量很高，可采用两级曝气池，两级生物滤池，多级生物转盘或联合使用其中两种生物处理装置，也可采用厌氧-需氧串联的生物处理系统。但是，在我国冬季，北方的大部分地区以及南方的部分地区，由于温度对生物个体的生长、繁殖、新陈代谢、生物种群分布和种群数量起着决定性作用，直接影响着冬季污水处理效率的高低，以生化法为主要工艺的污水处理厂的处理效果受到严重的影响。此外，温度对活性污泥的絮凝沉降性能以及水的粘度都有较大影响。总之，低温条件下，污水处理工艺及工程设计参数同常温条件下有很大区别。

中国专利申请号：200810118486.3，发明名称为一种食品废水的处理方法，该申请案公布了一种利用厌氧生物滤床反应器对食品废水进行生物处理的方法，具体包括如下的步骤：（1）废水先进入格栅去除悬浮物；（2）出水进入调节池，对废水进行储存、均质和调节；（3）出水进入厌氧生物滤床反应器进行生物处理，生物滤床反应器由下进水口进水上流依次通过污泥段、填料段、三相分离段，在三相分离段引出甲烷气，在厌氧生物滤床反应器进行生物处理过程中培养的厌氧生物菌种包括：水解菌、酸化菌、甲烷菌；（4）出水进入沉淀池，去除悬浮物，出水达标排放。该方法操作简单、处理效果好且出水可直接排放。

中国专利申请号：200810118956.6，发明名称为一种制糖废水的处理方法，包括如下步骤：（1）废水先进入格栅，通过格栅截留大颗粒有机物和漂浮物；（2）出水进入调节池，对废水进行储存、均质和调节；（3）出水进入生物选择池，即将进入曝气池的废水和从沉淀池回流的活性污泥在此相互混合接触；（4）出水进入曝气池，对进入池中的污染物进行生化处理，达到去除污染物的目的；（5）出水进入沉淀池，使处理后的废水与活性污泥从混合液中分离开来，澄清液从排水堰达标外排，沉降到沉淀池底部的污泥用刮泥机刮出排到污泥池，进行后续处理。该方法操作简单、处理效果好、出水可直接排放。

以上两专利文献的技术方案虽能从一定程度上提高废水的降解性能，但随着污水处理标准的不断提高，上述技术方案对于食品工业废水低温条件下的处理效果已不能很好地满足标准要求，低温下微生物新陈代谢能力下降所导致的生化反应速率降低并不能完全通过以上现有工艺的优点得到弥补。

《低强度磁场对污水处理的效应研究》（朱雪松，哈尔滨工业大学工学硕士学位论文，2009），该文献中采用序批式活性污泥法（SBR）工艺，以几组永磁铁作为磁场发生装置，以磁感应强度、磁场位型等作为调节参数（投加磁粉时以磁粉数量为调节参数），以zeta电位，污泥好氧速率（OUR）以及脱氢酶活性作为污泥胶体稳定性及活性评价指标，系统地研究了磁化处理、磁场作用形式及磁场强度等因素对活性污泥的性质及其降解污染物效率的影响。该研究结果表明，在一定强度的磁场作用下，水中污染物COD，氨氮、以及硝氮的去除率有所提高，当磁场强度介于90~120mT之间时，COD去除效果明显提高，而当磁感应强度处于30~60mT之间时，对氨氮的去除有促进作用。磁场对好氧反硝化过程作用比较明显，从0~150 mT范围内，随着磁场强度的增加，硝氮的去除率也有逐渐上升趋势。该文献中，虽研究了弱磁场的相关污染物去除规律，但并未提出低温条件下的污水处理工艺，尤其是该处理工艺对于食品工业废水的针对性不强，同时带电粒子容易在磁场一侧堆积，影响传质效率，另外该研究还存在磁场强化与反应器未实现一体化以及没有相关的磁场屏蔽设计等不足。

发明内容

发明要解决的技术问题

针对低温工业污水特别是食品工业废水中生物处理的生化反应效率低导致出水不达标，以及反应器低温运行不稳定等缺陷，本发明提供了一种利用变化磁场进行污水强化处理的装置及其污水处理方法，它采用磁场-磁粉-微生物强化体系，充分利用磁生物效应提高了微生物活性，利用磁场力提高了传质效率，弥补了现有低温食品工业废水的处理中反应器运行不稳定、有机物降解速率不高等缺陷。

技术方案

发明原理：在磁场-磁粉-微生物体系中，磁粉与活性污泥混合絮凝，使污泥结构紧密，由于磁粉比重较大，使得活性污泥具有更好的沉降性能；外加变化磁场，使反应器中形成磁场力，带电粒子与磁粉结合的活性污泥絮体受磁场力作用加速运动，提高了传质效率；螺线圈与磁粉均对反应器内的微生物产生磁生物效应，由于微生物酶活性中心存在过渡金属离子，磁场作用会导致整个酶分子的构象发生变形或扭曲，将酶活性中心外露或内包，从而改变酶的活性，同时磁场中水的渗透压和菌体膜的通透性增强，有利于微生物吸收营养；另外，磁场还可以提高氧的溶解度，可以直接促进一些小分子有机物直接降解为C、N等营养元素，为微生物的生长提供养料。本发明通过对污泥区微生物施加弱变化磁场（50-300mT）,反应区同时发生生化反应、磁生物效应以及磁场力运动，对微生物降解有机物起到强化作用。

本发明的目的通过以下技术方案实现。

本发明的一种利用变化磁场进行污水强化处理的装置，包括反应器，该反应器为磁粉强化活性污泥反应器，所述的反应器上端设置有进水口，侧壁上设置有出水口，下端设置有排泥口，所述的反应器内设置有搅拌器和曝气装置，所述的反应器内填充有磁粉和活性污泥，所述的反应器的外围设置有磁场强化装置，所述的磁场强化装置包括磁场测定仪、铁板罩、电源、变压器及螺线圈，所述的螺线圈均匀缠绕在反应器外表面，且螺线圈与所述的变压器、电源依次电路连接，铁板罩罩住所述的反应器外围和底部，所述的磁场测定仪设置在所述反应器内。通过控制螺线圈内电流的强度和方向在反应器中心形成变化磁场。铁板罩起防护作用，减弱磁场对反应器以外的其它设施的干扰。磁场测定仪用于检测反应器内的磁场强度。

优选地，所述的螺线圈，其材质为铜质。

本发明的利用变化磁场进行污水强化处理的装置的污水处理方法，其步骤如下：

（a）在磁粉强化活性污泥反应器的外围安装磁场强化装置，使反应器置于磁场强化装置的螺线圈内，所述电源处于断路状态；

（b）在4-15℃低温条件下向反应器接种活性污泥，污泥浓度为4000-5000mg/L，同时加入磁粉，磁粉投加量为0.5-1.2g/L，进水为有机负荷0.05 kg /（m³·d)的模拟食品工业废水，进行曝气、搅拌，使活性污泥和磁粉充分絮凝混合；

（c）待活性污泥与磁粉混合培养15-20d后，接通电源，通过调节变压器，控制螺线圈内的电流变化，在反应器内形成变化磁场，控制磁场在50-300mT范围内等速率先升后降循环变化，逐渐提高模拟食品工业废水的进水有机负荷至1.0 -1.5kg /（m³·d)，对活性污泥进行低温、磁场同步驯化；

（d）反应器内的活性污泥经30-40d驯化后，达到稳定运行状态，加入经格栅过滤的食品工业废水进行处理，控制有机负荷为1.0-2.0 kg /（m³·d)，形成磁场-磁粉-微生物强化体系。

进一步地，在所述的步骤（b）中，磁粉选用天然磁铁矿Fe₃O₄作为磁种，磁种细磨到粒径10μm以内，并用弱磁选设备除杂提纯，纯度为99％以上。

有益效果

与现有技术相比，本发明的显著优点为：

（1）本发明的污水强化处理装置及方法，在该反应器内填充有磁粉和活性污泥，同时在反应器外表面均匀缠绕有电流通过的螺线圈，形成磁场-磁粉-微生物强化体系，充分利用磁生物效应提高了微生物活性，以磁粉与活性污泥混合絮凝，提高了活性污泥低温沉降性能，有效提高了反应器低温条件下降解食品工业废水有机物的速率；

（2）本发明的技术方案中，在反应器的外围设置有螺线圈，在电流通过时，螺线圈中形成磁场，利用磁场影响微生物酶中蛋白质的活性位点，提高酶的活性，增加微生物的生化反应速率，特别是在低温条件下补偿温度对酶活性的影响；磁场力作用加速反应器带电粒子以及与磁粉结合的污泥絮体的运动，提高传质速率；

（3）采用本发明的污水强化处理方法，先对活性污泥进行低温、磁场同步驯化，待到反应器运行稳定后，再对经格栅过滤的食品工业废水进行处理，有利于提高反应器的污泥负荷及有机负荷，缩短污水停留时间，降低运行成本。

附图说明

图1为本发明的利用变化磁场进行污水强化处理的装置结构示意图；

图2为本发明的污水强化处理方法的工艺流程图。

图中：1、反应器；2、磁粉；3、活性污泥；4、搅拌器；5、曝气装置；6、进水口；7、出水口；8、磁场测定仪；9、铁板罩；10、电源；11、变压器；12、螺线圈；13、排泥口。

具体实施方式

以下结合附图和具体的实施例对本发明做进一步说明：

结合图1，本发明提供的一种利用变化磁场进行污水强化处理的装置，磁粉强化活性污泥反应器1（MPIAS反应器）外安装磁场强化装置，所述的MPIAS反应器由搅拌器4、曝气装置5、磁粉2、活性污泥3、进水口6、出水口7、排泥口13组成。所述的磁场强化装置由磁场测定仪8、铁板罩9、电源10、变压器11、螺线圈12组成，螺线圈12在反应器1外围，铁板罩9环绕在螺线圈12外围和底部。

螺线圈12为铜质材料，匝数根据需要的磁场强度选择；螺线圈12通过接通电源10、调节变压器11形成变化磁场，可以通过调节螺线圈12内电流强度及方向，控制磁场大小及方向；铁板罩9借助其导磁性减弱磁铁外部磁场扩散，防止干扰其它装置运行。

以下结合具体实施例对本发明做进一步描述。

实施例1

结合图1，在污水厂建立污水强化处理的装置，它包括MPIAS反应器1，该MPIAS反应器1由搅拌器4、曝气装置5、磁粉2、活性污泥3、进水口6、出水口7及排泥口13组成，反应器1上端设置有进水口6，侧壁上设置有出水口7，下端设置有排泥口13，反应器1内设置有搅拌器4和曝气装置5，所述的反应器1内填充有磁粉2和活性污泥3。磁粉2选用天然磁铁矿Fe₃O₄作为磁种，磁种细磨到粒径8-10μm，并用弱磁选设备除杂提纯，纯度为99.5％。

反应器1的外围设置有磁场强化装置，磁场强化装置由磁场测定仪8、铁板罩9、电源10、变压器11及螺线圈12组成，螺线圈12为铜质材料，均匀缠绕在反应器1外表面，且螺线圈12与变压器11、电源10依次电路连接，铁板罩9罩住反应器1外围和底部，磁场测定仪8设置在反应器1内。铁板罩9厚度为5mm。

结合图2，基于上述污水强化处理装置对该场的污水进行强化处理，其步骤为：

（a）在MPIAS反应器1的活性污泥区外围安装磁场强化装置，使反应器1置于螺线圈12内，电源10处于断路状态；

（b）在4℃低温条件下接种活性污泥3，污泥浓度为4000mg/L，同时加入磁粉2，投加量为0.5g/L，进水为有机负荷0.05 kg /(m³·d)的模拟食品工业废水，反应期间进行连续曝气、搅拌，搅拌速度为200r/min，使活性污泥3和磁粉2充分絮凝混合；

（c）待活性污泥3与磁粉2混合培养15d后，接通电源10，通过调节变压器11，控制通过螺线圈12的电流变化，在反应器1内形成变化磁场，使磁场在50-100mT范围内等速率先升后降循环变化，逐渐提高模拟食品工业废水的进水有机负荷至1.0 kg /(m³·d)，对活性污泥3进行低温、磁场同步驯化；

（d）反应器1内的活性污泥3经30d驯化后，达到稳定运行状态，加入经格栅过滤的淀粉废水污水进行处理，控制有机负荷为1.0 kg /(m³·d)，形成磁场-磁粉-微生物强化体系。

通过以上步骤处理，磁场强化生物反应器1在低温条件下运行良好， COD去除率可以提高25-30％，氨氮去除率可以提高10-15%。

实施例2

本实施例2的污水处理装置同实施例1，其不同之处在于，该铁板罩9厚度为8mm。

结合图2，在污水厂建立该污水处理强化工艺，其步骤为：

（a）在MPIAS反应器1的活性污泥区外围安装磁场强化装置，使反应器1置于螺线圈12内，螺线圈12依次连接变压器11、电源10，电源10处于断路状态；

（b）在15℃低温条件下接种活性污泥3，污泥浓度为5000mg/L，同时加入磁粉2，投加量为1.2g/L，进水为有机负荷0.05 kg /(m³·d)的模拟食品工业废水，反应期间进行连续曝气、搅拌，搅拌速度为300r/min，使活性污泥3和磁粉2充分絮凝混合；

（c）待活性污泥3与磁粉2混合培养20d，接通电源10，通过调节变压器11，控制通过螺线圈12的电流变化，在反应器1内形成变化磁场，使磁场在200-300mT范围内等速率先升后降循环变化，逐渐提高模拟食品工业废水的进水有机负荷至1.5 kg /(m³·d)，对活性污泥3进行低温、磁场同步驯化；

（d）反应器1内的活性污泥3经40d驯化后，达到稳定运行状态，加入经格栅过滤的制糖污水进行处理，控制有机负荷为2.0 kg /(m³·d)，形成磁场-磁粉-微生物强化体系。

通过以上步骤处理，磁场强化生物反应器1在低温条件下运行良好，COD去除率可以提高30-35％，氨氮去除率可以提高15-20%。

实施例3

本实施例3的污水处理装置同实施例1，其不同之处在于，该铁板罩9厚度为7mm。

结合图2，在污水厂建立该污水处理强化工艺，其步骤为：

（b）在10℃低温条件下接种活性污泥3，污泥浓度为4500mg/L，同时加入磁粉2，投加量为1.0g/L，进水为有机负荷0.05 kg /(m³·d)的模拟食品工业废水，反应期间进行连续曝气、搅拌，搅拌速度为250r/min，使活性污泥3和磁粉2充分絮凝混合；

（c）待活性污泥3与磁粉2混合培养17d，接通电源10，通过调节变压器11，控制螺线圈12内的电流变化，在反应器1内形成变化磁场，使磁场在100-200mT范围内等速率先升后降循环变化，逐渐提高进水有机负荷至1.2kg /(m³·d)，对活性污泥3进行低温、磁场同步驯化；

（d）反应器1的活性污泥3经35d驯化后，达到稳定运行状态，加入经格栅过滤的制糖污水进行处理，控制有机负荷为1.5kg /(m³·d)，形成磁场-磁粉-微生物强化体系。

通过以上步骤处理，磁场强化生物反应器1在低温条件下运行良好，COD去除率可以提高28-33％，氨氮去除率可以提高13-18%。

以上示意性地对本发明创造及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明创造的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本创造宗旨的情况下，不经创造性地设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本专利的保护范围。

Claims

1.一种利用变化磁场进行污水强化处理的装置，包括反应器（1），该反应器（1）为磁粉强化活性污泥反应器（1），所述的反应器（1）上端设置有进水口（6），侧壁上设置有出水口（7），下端设置有排泥口（13），所述的反应器（1）内设置有搅拌器（4）和曝气装置（5），所述的反应器（1）内填充有磁粉（2）和活性污泥（3），其特征在于，所述的反应器（1）的外围设置有磁场强化装置，所述的磁场强化装置包括磁场测定仪（8）、铁板罩（9）、电源（10）、变压器（11）及螺线圈（12），所述的螺线圈（12）均匀缠绕在反应器（1）外表面，且螺线圈（12）与所述的变压器（11）、电源（10）依次电路连接，铁板罩（9）罩住所述的反应器（1）外围和底部，所述的磁场测定仪（8）设置在所述反应器（1）内。

2.根据权利要求1所述的一种利用变化磁场进行污水强化处理的装置，其特征在于，所述的螺线圈（12）其材质为铜质。

3.一种权利要求1所述的利用变化磁场进行污水强化处理的装置的污水处理方法，其步骤如下：

（a）在磁粉强化活性污泥反应器（1）的外围安装磁场强化装置，使反应器（1）置于磁场强化装置的螺线圈（12）内，所述电源（10）处于断路状态；

（b）在4-15℃低温条件下向反应器（1）接种活性污泥（3），污泥浓度为4000-5000mg/L，同时加入磁粉（2），磁粉（2）投加量为0.5-1.2g/L，进水为有机负荷0.05 kg /(m³·d)的模拟食品工业废水，进行曝气、搅拌，使活性污泥（3）和磁粉（2）充分絮凝混合；

（c）待活性污泥（3）与磁粉（2）混合培养15-20d后，接通电源（10），通过调节变压器（11），控制螺线圈（12）内的电流变化，在反应器（1）内形成变化磁场，控制磁场在50-300mT范围内等速率先升后降循环变化，逐渐提高模拟食品工业废水的进水有机负荷至1.0-1.5 kg /(m³·d)，对活性污泥（3）进行低温、磁场同步驯化；

（d）反应器（1）内的活性污泥（3）经30-40d驯化后，达到稳定运行状态，加入经格栅过滤的食品工业废水进行处理，控制有机负荷为1.0-2.0 kg /(m³·d)，形成磁场-磁粉-微生物强化体系。

4.根据权利要求3所述的污水处理方法，其特征在于，在所述的步骤（b）中，磁粉（2）选用天然磁铁矿Fe₃O₄作为磁种，磁种细磨到粒径10μm以内，并用弱磁选设备除杂提纯，纯度为99％以上。