CN103387301B

CN103387301B - 一种城市污水深度净化方法

Info

Publication number: CN103387301B
Application number: CN201310334288.1A
Authority: CN
Inventors: 郑少奎; 孙健
Original assignee: Beijing Normal University
Current assignee: Beijing Normal University
Priority date: 2013-08-05
Filing date: 2013-08-05
Publication date: 2015-04-01
Anticipated expiration: 2033-08-05
Also published as: CN103387301A

Abstract

本发明针对当前城市污水深度净化方法的诸多不足，提供了一种以低成本有机材料作为吸附载体、以固定床吸附法为核心单元、同时高效去除三种污染物(有机物、氮、磷)、回收氮磷资源制备复合肥的城市污水深度净化方法，具有工艺简单、易于自动化控制、投资运行成本低、无高盐废水排放等二次污染、出水水质好等优点，再生水能够充分满足城市杂用水、工业用水、景观环境用水、补充水源水等多种目标需求，可应用于大规模城市污水深度处理再生回用。

Description

一种城市污水深度净化方法

技术领域

本发明属于环境工程领域，尤其涉及一种城市污水深度净化方法。

背景技术

近年来，由于人口急剧增长和社会经济高速发展，我国面临着严峻的水环境污染和水环境短缺问题，而将城市污水深度净化后回用被认为是同时解决这两大问题最有效的方法之一。城市污水中污染物主要是有机物、氮和磷，其中氮磷排放与地表水体富营养化直接相关，而有机物特别是低浓度有机毒物的排放具有极大的生态风险(以抗生素最为典型)。目前城市污水一般采用生物脱氮除磷工艺(A²/O)为代表的二级生物处理，它能同时高效去除城市污水中的有机物、氮和磷，其中有机物去除率90％以上，而氮磷去除率在80％以上。尽管如此，受生物净化能力限制，这些二级出水中仍含丰富的生物难降解有机物(包括天然有机物、微生物代谢产物、药物及个人护理品、多氯联苯、消毒副产物等)、磷(1-2mg/L，以正磷酸盐为主)和氮(10mg/L以上，以硝氮为主)，这三种污染物排放使地表水环境仍面临极大的生态风险，也无法满足工业用水、景观用水、城市杂用水、补给水源水等不同再生水用途的水质要求。因此，开发高效实用的城市污水深度处理方法具有非常突出的现实意义。

许多城市污水深度净化方法是在生物处理基础上结合常规物化处理方法(如混凝沉淀、膜过滤、高级氧化、离子交换、吸附等)形成组合工艺，这些方法普遍存在工艺复杂、运行成本高、氮磷无法回收利用(磷与石油同属不可再生资源)、或者深度净化目标单一化等诸多不足。如申请号为200410101598.X，名称为一种城市污水深度处理的方法，公开号为CN1796314的发明专利，工艺流程中包括混凝过滤、臭氧氧化、生物氧化、反渗透或纳滤等处理单元，以及申请号为200610169649.1，名称为城市污水深度处理回用工艺，公开号为CN101209886的发明专利，工艺流程中包括膜生物反应器、反渗透等处理单元，这些城市污水深度净化方法能够同时高效去除二级出水中的有机物、氮和磷，但其工艺均较为复杂，同时臭氧、纳滤、反渗透等技术的应用导致运行成本偏高，特别是反渗透单元作为净化关键单元会产出大量难处理、无法资源化利用的高盐废水，因而不利于大规模推广应用。又如申请号为201210230088.7，名称为一种城市污水深度处理方法，公开号为CN102701547A的发明专利，工艺流程中包括厌氧池、氧化沟池、好氧池和膜过滤等处理单元，该方法同样存在工艺复杂、污染物去除能力有限、无法回收利用氮磷资源等不足。又如申请号为200810180280.3，名称为离子交换脱氮除磷深度处理方法，公开号为CN101423265的发明专利，以及申请号为200810180281.8，名称为一种城市污水高效脱氮除磷及磷资源回收组合工艺，公开号为CN101423314的发明专利，这两种方法都采用阴离子交换树脂作为磷吸附材料，以典型的阴离子交换过程将二级出水中磷吸附并富集至再生液中，实现城市污水中磷资源回收利用，该方法仅以磷作为深度净化目标，对二级出水中的有机物、氮均无显著去除作用，深度净化目标单一化。与此类似的方法还包括申请号为200510013086.2，名称为生物滤池直接处理高温高浊度PVC母液水的方法，公开号为CN1654374的发明专利，它在深度处理中以阴、阳离子交换树脂作为吸附材料通过典型的阴、阳离子交换过程去除污水中无机离子得到去离子水。

近年来，有人将铁氧化物等磁性物质作为某些特殊树脂内核，显著提高了该特殊树脂在沉淀池中的沉降分离速度，能够同时去除污水中有机物、氮和磷。然而，由于这些深度净化方法均采用特殊树脂，导致投资和运行成本偏高，同时普遍存在工艺复杂、无法回收氮磷资源等不足。如申请号为201010289340.2，名称为一种接触过滤-MIEX树脂污水深度处理方法，公开号为CN101955276A的发明专利，它采用磁性离子交换树脂(magnetic ion exchange resin，MIEX)为核心吸附材料，包括混凝、接触过滤、MIEX树脂反应器等处理单元，其中MIEX树脂反应器仅用于去除二级出水中硝氮，对磷和有机物无显著去除作用(磷和部分有机物通过接触过滤工序去除)，此外，该方法中采用的MIEX树脂反应器(美国专利：申请号为11/721,430，名称为Resin contactor and containment system，公开号为US2009/0277834A1；澳大利亚专利：申请号为PCT/AU2005/001901，名称为Resin contactor and containment system，公开号为WO2006/063405A1)采用流化床反应器，部分失效树脂在再生槽中再生后再返回MIEX树脂反应器。又如申请号为201110291938.X，名称为一种城市污水深度净化处理方法，公开号为CN102381742A的发明专利，它采用强碱和弱酸混合磁性微球树脂作为吸附材料，吸附过程采用动态吸附、再生工艺(即混合磁性微球树脂依次经过在搅拌反应器中连续动态吸附、在沉淀池中沉淀分离、在再生池再生、在树脂储槽储存、输送至搅拌反应器等流程)，失效再生液经预处理后经补充无机盐用于配制新鲜再生剂，该方法树脂吸附、再生流程复杂，并且未实现城市污水中氮磷资源化回收。又如申请号为201110223180.6，名称为荷铁阴树脂加混沉工艺城市污水补给地下水的方法和装置，公开号为CN102311188A的发明专利，它采用荷铁阴树脂作用为吸附材料，包括树脂吸附、混凝沉淀、臭氧等处理单元。该方法具有工艺复杂、运行成本高、无氮磷资源化回收利用等不足。

综上所述，由于现有处理技术存在诸多不足，开发出一种能同时去除三种主要污染物质、工艺简单、成本低、效率高、出水水质好、回收利用污水中氮磷资源的城市污水深度净化方法具有非常现实的意义。

发明内容

针对当前城市污水深度净化技术成本高、净化目标单一、工艺复杂、易产生高盐废水等二级污染、无法实现氮磷资源利用等诸多不足，本发明提供了一种以低成本有机材料作为吸附载体、以固定床吸附法为核心单元、成本低、同时高效去除三种有机污染物、工艺简单、无高盐废水排放等二次污染、回收氮磷资源制备复合肥的城市污水深度净化方法，再生水能够充分满足城市杂用水、工业用水、景观环境用水、补充水源水等多种目标需求。

本发明的特征在于，所述苯乙烯或丙烯酸有机吸附材料无磁性内核，净化技术核心单元为有机吸附材料固定床反应器，二级出水中有机物、氮和磷通过范德华力、分子吸附、静电吸引、离子键等多重作用高效吸附在吸附材料上，并通过再生过程高效富集到无机盐再生液中，再生液失效后不能再次使用，经物化处理(包括活性炭吸附、臭氧氧化法、芬顿氧化法、过氧化氢氧化、光氧化法等)去除有机物后浓缩、结晶制备复合肥(因而无高盐废水处理问题)，最终实现了城市污水和氮磷资源的双重资源化。

本发明主要目的在于克服现有深度净化方法的不足，提供一种工艺简单、投资运行成本低、出水水质好、污水零污染排放的处理方法。与现有方法相比本专利技术具有以下优点：

(1)本方法中吸附材料采用价格便宜的苯乙烯或丙烯酸有机材料(远低于磁性树脂等专利树脂以及商业螯合树脂、大孔树脂等)，可长期反复使用，使用中无特殊要求，具有极低的投资与运行成本、宽泛的应用范围。

(2)本方法核心单元采用固定床吸附工艺，与现有专利方法相比具有工艺流程简单、设备少、投资成本小、易于自动化控制、可移动性强等优点。

(3)本方法再生采用可多次重复使用的无机盐溶液，大幅度提高了二级出水中氮磷富集系数，失效再生液经物化处理后直接浓缩生产复合肥，实现了氮磷资源化回收利用，解决了高盐废水(失效再生液)处理难题，最终实现了污水和氮磷两个层面上的污水零排放，无二次污水产生。

(4)本方法出水水质好，可充分满足包括工业、景观、娱乐、补给水源水等多种用途。

附图说明

附图1为本发明城市污水深度净化方法的示意图。

其中1为进水池 2为砂滤 3为固定床 4为集水池

5为再生液 6为吸附剂或氧化剂罐 7为失效再生液收集罐 8为PLC控制

具体实施方式

以下详细说明本发明的工作原理和实施方式：

本发明所述的城市污水深度净化方法，它采用砂滤去除二级出水残留的悬浮物，过滤出水经苯乙烯或丙烯酸材料固定床过滤同时高效吸附有机物、氮和磷等污染物，在穿透后采用无机盐溶液再生吸附材料，将有机物、氮、磷从吸附材料上洗脱下来并富集到再生液中，随后重复“吸附-再生”工序直至再生液失效，失效再生液经物化处理后另行收集，将其浓缩制备复合肥。重复上述“吸附-再生-失效再生液净化处理-失效再生液收集”工序。

本发明所述的城市污水深度净化方法，其运行过程如图1所示，进水池1中的二级出水进入砂滤2去除悬浮物(当砂滤压力达到一定程度时执行反冲洗)；过滤出水进入固定床3，与有机吸附材料接触反应去除有机物、氮和磷，吸附出水进入集水池4；采用再生液5反洗吸附材料。多次重复“过滤-吸附-再生”工序直至再生液失效。将吸附剂或氧化剂罐6中的吸附剂或氧化剂投加至再生液5中，处理完毕，放出再生液至失效再生液收集罐7，将其浓缩结晶制备氮磷复合肥。在再生液5中注入新鲜再生液，重复上述过程。整个运行过程通过PLC控制8实现自动运行。

实施例1

某5万吨城市污水处理厂二级出水以5m³/h流量先后流入砂滤、固定床反应器，最后流入集水池，吸附材料采用无机盐再生液再生，再生液重复使用次数为10次。失效再生液经吸附处理后制备复合肥，每年能够生产2吨复合肥。系统运行良好，成本较低。进出水水质情况如表1所示。

表1某城市污水处理厂二级出水经本工艺处理前后的指标值

	COD_Cr(mg/L)	TN(mg/L)	TP(mg/L)
				进水水质	70	30	1.5
本方法出水	40	10	0.1

实施例2

某8万吨再生水厂二级出水先流入滤布反应器过滤，后流入有机吸附材料固定床反应器，出水进入集水池。饱和材料采用无机盐再生液再生，再生液重复使用次数为5次。失效再生液经化学氧化后制备复合肥，每年能够生产10吨复合肥。进出水水质情况如表2所示。

表2某再生水厂经本工艺处理前后的指标值

	COD_Cr(mg/L)	TN(mg/L)	TP(mg/L)
				进水水质	50	20	8
本方法出水	30	8	0.15

Claims

1.一种城市污水深度净化方法，其特征在于它包括以下步骤：

(1)城市污水处理厂二级出水经过砂滤去除悬浮物；

(2)步骤(1)出水进入充填无磁性内核、未荷铁的苯乙烯或丙烯酸有机吸附材料的固定床反应器，通过范德华力、分子吸附、静电吸引、离子键作用同时吸附有机物、氮和磷，出水流入集水池，直到有机吸附材料穿透点；

(3)采用无机盐溶液再生步骤(2)中有机吸附材料；

(4)重复步骤(1)、(2)、(3)，直到无机盐溶液失效；

(5)步骤(3)中失效无机盐溶液采用物化方法处理去除有机物，收集净化后失效无机盐溶液浓缩、结晶制备复合肥；

(6)配制新鲜无机盐溶液重复步骤(1)、(2)、(3)、(4)、(5)。

2.根据权利要求1所述的一种城市污水深度净化方法，其特征在于步骤(3)所述无机盐溶液可以重复使用，失效无机盐溶液在物化处理后不能返回系统重复使用，将其浓缩、结晶制备复合肥。