CN104003520A - 一种固体碳源及其制备方法和应用 - Google Patents
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Classifications
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- Y02W10/12—
Abstract
本发明涉及污水处理技术领域，具体为一种固体碳源及其制备方法和应用，固体碳源由至少三种富含纤维素的物质混合均匀后经制粒和烧制制得。将固体碳源放置于缺氧池中为微生物提供营养物质，并且将经调节池均质均量后的污水依次流经预脱硝池、厌氧池、缺氧池、好氧池和沉淀池中进行处理，出水的总氮含量等于或小于10mg/L，总磷含量等于或小于0.5mg/L。本发明由多种富含纤维素的物质制成，各种物质的纤维易互为渗透和缠绕，混合烧制后可形成致密的纤维素层结构，从而极大的降低了固体碳源的释放速率，使污水中碳源长期稳定、充足；此外，固体碳源由多种物质制成，可为微生物提供丰富的营养物质，满足微生物进行新陈代谢的不同功能所需，提高碳源的利用率。
Description
技术领域
本发明涉及污水处理技术领域，尤其涉及一种固体碳源及其制备方法和应用。
背景技术
目前，大部分城市污水处理厂采用传统的二级活性污泥法处理工艺，对控制城市水污染起到一定的积极作用。然而，传统活性污泥法对氮的去除率较低，并不能从根本上解决水体“富营养化”的问题。虽然通过三级深度处理可进一步净化水体，达到较好的脱氮效果，但处理工艺流程长、占地面积大、基建运行费用昂贵等，因而限制了其进一步大规模的应用。为了减缓水体富营养化进一步加剧的趋势，应使城市污水处理厂的尾水总氮浓度维持在较低范围内，因而要寻求一种简单、高效、低廉的城市污水处理厂尾水的脱氮处理技术。
城市污水经污水处理厂经二级处理后，主要污染物的去除率一般在70％-90％，然而污水处理厂尾水中仍然含有一些难降解的污染物、总氮和总磷。经传统活性污泥法处理后城市污水处理厂的出水尚未达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)一级A排放标准，然而尾水中仍然含有含量大于20mg/L的总氮和含量大于0.5mg/L的总磷。即使执行一级A排放标准，尾水中的污染物含量仍高于地表水Ⅴ类水污染物质的标准，部分指标甚至是地表水质量标准的几倍，如不经深度处理将其直接排放，尾水仍然会对地表水体造成一定程度的污染。污水处理厂尾水中氮主要以硝酸盐氮形式存在，硝酸盐氮的去除已成为城市污水处理厂尾水治理亟待解决的难题。而制约尾水中硝酸盐氮去除的主要因素是尾水中的有机碳含量低，难以满足反硝化过程中反硝化菌对碳源的需求，从而导致脱氮效率低。目前，解决该问题的主要方法是在传统生物脱氮工艺中的反硝化阶段投加外加碳源，所用外加碳源主要有甲醇、乙醇或葡萄糖等液体有机物。但是使用这些外加碳源，需频繁投放且极易造成碳源不稳定，造成反硝化细菌生长困难，从而影响生物脱氮效率。另一方面，投加此类有机物质，不仅增加了反硝化成本，而且带来了二次污染。此外，还有使用木薯酒糟、稻壳和玉米芯等未经加工的富含纤维素的物质作为固体碳源。未经加工的或单一使用一种废弃农作物的固体碳源，其纤维素层结构较为松弛，释放速率较快，还有待进一步降低固体碳源的释放速度。并且使用单一的废弃农作物作固体碳源为微生物提供营养，其成分较单一，相当一部分碳源不能被微生物生物降解，易造成碳源的流失和浪费。
发明内容
本发明针对城市污水处理厂尾水的碳氮比低，其碳源不足或不稳定而导致进一步深度处理时脱氮效率不高的问题，提供一种释放速度缓慢及营养丰富的固体碳源,以及该种固体碳源的制备方法；同时还提供一种应用该种固体碳源且脱氮效率高的污水处理方法。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种固体碳源，由以下物质中的至少三种按任意比例混合后经制粒及烧制工艺制成：稻壳粉末、玉米芯粉末、秸秆粉末、稻草粉末和米糠；所述稻壳粉末、玉米芯粉末、秸秆粉末、稻草粉末和米糠的粒度均为200-300目。
优选的，所述固体碳源由以下重量份额的物质制成：秸秆粉末6-8份，米糠3-5份，稻草粉末1份。更优选的，所述固体碳源由以下重量份额的物质制成：秸秆粉末6份，米糠3份，稻草粉末1份。
优选的，所述固体碳源的粒度为10-15mm。
以上所述固体碳源的制备方法，包括以下步骤：
S1、分别称取用于制作固体碳源的各物质和水并混合均匀，所述水的质量为各物质总质量的35-45％，得混合物；
S2、将混合物送入造粒机中造粒并初步干燥，得料球；干燥温度为70-80℃，干燥时间为50-70min；
S3、将料球放入105-110℃的烤箱中，烘烤1.5-2.5h，得生料球；
S4、将生料球置于300-500℃的旋转窑中预热30min，将旋转窑的温度逐渐升至1100-1200℃，升温速度为20-35℃；接着停止对旋转窑加热，待旋转窑的温度降至1000℃时将颗粒取出并自然冷却至常温，得固体碳源。
应用以上所述固体碳源的污水处理方法，包括以下步骤：
经格栅过滤的污水汇入调节池中进行均质均量，通过提升泵将污水汇入预脱硝池中进行初步脱硝处理；接着污水依次流经厌氧池、缺氧池和好氧池中分别进行释磷处理、硝化处理、反硝化和好氧吸磷处理；再接着污水进入沉淀池中，污水中的污泥沉淀至沉淀池的下层并通过污泥排放口进入污泥池中；沉淀池中的上层液体流入消毒池中进行消毒后排放；
所述缺氧池中放置有固体碳源，所述固体碳源相对污水处理量的用量为0.7-0.9g/m3。
优选的，所述好氧池中的污水每隔1h回流一次至缺氧池中，所述污水回流时间为20min，所述好氧池中污水的进水量与回流量的体积之比为1:1-3。
优选的，所述污泥池中的污泥每隔10min回流一次至调节池中，所述污泥回流时间为2min，所述污泥池中污泥的流入量与回流量的体积之比为1:0.7-1。
优选的，所述污泥池的污泥出口高于调节池的污泥进口。
优选的，所述污水在预脱硝池、厌氧池、缺氧池、好氧池和沉淀池中的总停留的时间为2-5h。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明通过将多种富含纤维素的物质混合到一起并经制粒及烧制处理，因各种物质的纤维结构中具有较大的空隙，易互为渗透和缠绕，混合烧制后可形成致密的纤维素层结构，从而极大的降低了固体碳源的释放速率，使污水中碳源长期稳定、充足；此外，固体碳源由多种物质制成，可为微生物提供丰富的营养物质，满足微生物进行新陈代谢的不同功能所需，使碳源几乎能被不同的微生物吸附降解，从而大大提高了碳源的利用率。将碳源原材料粉碎至200-300目并将固体碳源制成粒度为10-15mm的颗粒，固体碳源具有较大比表面积的同时其释放速率适中，便于微生物生长繁殖，同时保障污水中碳源长期稳定、充足。在污水处理中，将固体碳源放置于缺氧池中，固体碳源的消耗量仅为0.7-0.9g/m3，固体碳源利用率高，可降低污水处理成本。
污水处理中，污水进入厌氧池前先经预脱硝池，并且将污泥池中的部分活性污泥先经调节池回流至预脱硝池，在缺氧条件下充分去除回流活性污泥中的硝酸盐。然后污水再流至厌氧池，从而使活性污泥在厌氧池中释放磷的效率大大提高，强化了生化系统的除磷效果。经厌氧池处理的污水及由好氧池回流的污水进入缺氧池中，反硝化菌利用污水中的有机物作为碳源，将好氧池回流的污水所带入的大量亚硝酸盐氮和硝酸盐氮还原为氮气。好氧池中设有悬浮填料，填料上长满生物膜，经过曝气的污水以一定的速度流经池内填料，通过与生物膜的不断接触，在生物膜的作用下，生物膜上的微生物以污水中氧气和污染物为能量源进行增值代谢，污水中污染物以CO2和H2O的形式被代谢掉，从而污水得到净化。在沉淀池中通过重力作用实现泥水分离，沉淀池中的上清液进入消毒池中经微波紫外消毒后达标排放；沉淀池中底部的污泥排入污泥池，污泥池中的污泥一部分回流至调节池，再利用提升泵调入预脱硝池进行脱氮，剩余活性污泥则转移至污泥干化场，通过污泥回流方式可控制污水处理系统内活性污泥的浓度及污泥龄。
污水从流入预脱硝池到流出沉淀池仅需2-5h即可使出水的总氮含量≤10mg/L，总磷含量≤0.5mg/L，脱氮脱磷效果好。
附图说明
图1为本发明实施例的污水处理流程图。
具体实施方式
为了更充分理解本发明的技术内容，下面结合具体实施例对本发明的技术方案作进一步介绍和说明。
实施例1-16固体碳源及制备
(1)分别收集富含纤维素的物质，如稻壳、玉米芯、秸秆、稻草和米糠等，然后分别将它们粉碎至400目及以下形成粉体，备用。
(2)分别称取用于制作固体碳源的各粉体物质以及水，水的量为各粉体物质总质量的35-45％，然后将它们混合均匀，得混合物。各物质的用量如下表1所示。
(3)将混合物送入造粒机中造粒(粒度为10-15mm)并初步干燥，得料球；干燥温度为70-80℃，干燥时间为50-70min。
(4)将料球放入105-110℃的烤箱中，烘烤1.5-2.5h，得生料球。
(5)将生料球置于300-500℃的旋转窑中预热30min，然后将旋转窑的温度逐渐升至1100-1200℃，升温速度为20-35℃；接着停止对旋转窑加热，待旋转窑的温度降至1000℃时将颗粒取出并自然冷却至常温，得固体碳源。
实施例1-16中制作固体碳源的各物质用量及粒度
实施例17
本实施例用于制备固体碳源的各物质的用量与实施例11相同，即秸秆粉末39kg，米糠粉末19kg，稻草粉末7kg。固体碳源的制备方法与实施例11的不同，将秸秆粉末、米糠粉末和稻草粉末混合均匀即可。也可将混合均匀后的固体碳源装入网袋中，以便于后续在污水处理中使用。
通过筛分法来测试不同尺寸的筛孔粒度，以及BET比表面积检测法来测定比表面积，用于制备固体碳源的各碳源材料的比表面积大小影响固体碳源的释放速率，而粒度小的碳源材料其比表面积大于粒度大的碳源材料的比表面积，比表面积大的碳源材料的碳源释放速率大于比表面积小的碳源材料的碳源释放速率。如实施例10-13，实施例10-13最后制得的固体碳源的碳源释放速率(每天每克固体碳源释放的有机碳源量，重量法)分别为10.5mg/(g·d)、8.1mg/(g·d)、13.6mg/(g·d)、6.1mg/(g·d)。实施例12的固体碳源的释放速率过小，需要在厌氧池中放入较多的固体碳源才能释放出足够的碳源以满足厌氧菌的需求，因而固体碳源需占用厌氧池较多的容积，不利于厌氧池的污水处理效率。实施例13的固体碳源的释放速率过大，使得厌氧池中碳源的浓度大于厌氧菌的需求而造成碳源浪费；或为了不浪费碳源，需向厌氧池中少量多次地添加固体碳源，增加人力成本。
应用以上实施例1-17制备的固体碳源进行污水处理。并将上述实施例1-17制备的固体碳源分别对应编号为1-17号固体碳源。
实施例18-34对城市污水处理厂处理后排出的尾水进行深度处理
城市污水处理厂排出的尾水先流经格栅进行初步过滤，然后流入调节池中进行均质均量，使调节池的出水水质的CODCr为70mg/L及以下，总氮(TN)为30mg/L及以下，总磷(TP)为1-2mg/L及以下，固体悬浮物SS为2-8mg/L及以下，pH值为6-8，水温15℃-30℃。当TP不达标时，可用聚合氯化铝(PAC)或聚丙烯酰胺(PAM)进行调节。
污水经调节池后通过提升泵进入预脱硝池中进行初步脱硝处理。接着污水依次流经厌氧池、缺氧池和好氧池中分别进行释磷处理、硝化处理、反硝化和好氧吸磷处理；再接着污水进入沉淀池中，污水中的污泥沉淀至下层并通过淤泥排放口进入淤泥池中；沉淀池中的上层液体流入消毒池中进行消毒后排放。好氧池通过管道与缺氧池连接，好氧池中的污水每隔1h回流一次至缺氧池中，污水回流时间为20min。好氧池中污水的进水量与回流量的体积之比为1:1-3。污泥池与调节池也通过管道连接，污泥池中的污泥每隔10min回流一次至调节池中，污泥回流时间为2min。污泥池中污泥的流入量与回流量的体积之比为1:0.7-1。
为了节能，可将污泥池的污泥出口设置高于调节池的污泥进口，使污泥回流时，污泥在重力的作用下流进调节池中，无需外加动力。
同时，在缺氧池中放置以上任一实施例制备的固体碳源，固体碳源相对污水处理量的用量为0.7-0.9g/m3。如污水处理规模量为50m3/d，缺氧池中则放置2.1-2.7kg的固体碳源，每2个月更换一次固体碳源(固体碳源平均每天消耗量为35-45g)。而污水在预脱硝池、厌氧池、缺氧池、好氧池和沉淀池中的总停留时间为2-5h。检测由消毒池排出的污水，污水的各指标如下表2所示。
表2对实施例18-34处理后的污水进行检测的结果
由表2的数据可知，在工艺条件和碳源投加量相同条件下，不同碳源组合会引起释碳速率相异，最后导致出水水质大不相同。从表2可看出，实施例27-28中使用10号和11号固体碳源对应的出水指标最好，优于《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)一级A标准，出水总氮和总磷分别为3.0mg/L、2.5mg/L，0.10mg/L、0.12mg/L；其次是实施例23-26中使用6-9号固体碳源对应的出水也都优于《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)一级A标准；再次是实施例18-22中使用1-5号固体碳源对应的出水不太稳定，个别实施例的出水水质低于《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)一级A标准；实施例31-34中使用14-17号固体碳源对应的出水较差，出水指标低于《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)一级A标准。尤其是实施例34中17号碳源是未经任何加工，仅仅是把秸秆、米糠、稻草简单混合后投入到缺氧池中，碳源的释放很慢，用于反硝化的碳源很少，反硝化不充分导致脱氮除磷效果最差，出水CODCr、TN和TP浓度分别达到66.46mg/L、22.36mg/L和1.52mg/L，浓度均高于《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)一级A标准。由此可见，秸秆、米糠、稻草、玉米芯和稻壳的组合方式、加工程度和组合比例对实验结果有较大的影响，既不是固体碳源越多越好，也不是组合比例越大越好，而是以合适的比例组合为佳。实验证明秸秆、米糠和稻草等三种碳源组合方式最好，比如10号固体碳源和11号固体碳源的比例形式最好。在相同比例组合下，使用粒度小的固体碳源的对应出水效果要好于粒度大的固体碳源，说明碳源的比表面积大小影响碳源的释放速率，从而影响出水效果。
以上所述仅以实施例来进一步说明本发明的技术内容，以便于读者更容易理解，但不代表本发明的实施方式仅限于此，任何依本发明所做的技术延伸或再创造，均受本发明的保护。
Claims (10)
1.一种固体碳源，其特征在于，由以下物质中的至少三种按任意比例混合后经制粒及烧制工艺制成：稻壳粉末、玉米芯粉末、秸秆粉末、稻草粉末和米糠；所述稻壳粉末、玉米芯粉末、秸秆粉末、稻草粉末和米糠的粒度均为200-300目。
2.根据权利要求1所述的固体碳源，其特征在于，由以下重量份额的物质制成：秸秆粉末6-8份，米糠3-5份，稻草粉末1份。
3.根据权利要求2所述的固体碳源，其特征在于，由以下重量份额的物质制成：秸秆粉末6份，米糠3份，稻草粉末1份。
4.根据权利要求3所述的固体碳源，其特征在于，所述固体碳源的粒度为10-15mm。
5.一种如权利要求1所述固体碳源的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、分别称取用于制作固体碳源的各物质和水并混合均匀，所述水的质量为各物质总质量的35-45％，得混合物；
S2、将混合物送入造粒机中造粒并初步干燥，得料球；干燥温度为70-80℃，干燥时间为50-70min；
S3、将料球放入105-110℃的烤箱中，烘烤1.5-2.5h，得生料球；
S4、将生料球置于300-500℃的旋转窑中预热30min，然后将旋转窑的温度逐渐升至1100-1200℃，升温速度为20-35℃；接着停止对旋转窑加热，待旋转窑的温度降至1000℃时将颗粒取出并自然冷却至常温，得固体碳源。
6.一种应用如权利要求1所述固体碳源的污水处理方法，其特征在于，包括以下步骤：
污水经过格栅后汇入调节池中进行均质均量，然后通过提升泵将污水汇入预脱硝池中进行初步脱硝处理；接着污水依次流经厌氧池、缺氧池和好氧池中分别进行释磷处理、硝化处理、反硝化和好氧吸磷处理；再接着污水进入沉淀池中，污水中的污泥沉淀至沉淀池的下层并通过污泥排放口进入污泥池中；沉淀池中的上层液体流入消毒池中进行消毒后排放；
所述缺氧池中放置有固体碳源，所述固体碳源相对污水处理量的用量为0.7-0.9g/m3。
7.根据权利要求6所述的污水处理方法，其特征在于，所述好氧池中的污水每隔1h回流一次至缺氧池中，所述污水回流时间为20min，所述好氧池中污水的进水量与回流量的体积之比为1:1-3。
8.根据权利要求7所述的污水处理方法，其特征在于，所述污泥池中的污泥每隔10min回流一次至调节池中，所述污泥回流时间为2min，所述污泥池中污泥的流入量与回流量的体积之比为1:0.7-1。
9.根据权利要求8所述的污水处理方法，其特征在于，所述污泥池的污泥出口高于调节池的污泥进口。
10.根据权利要求9所述的污水处理方法，其特征在于，所述污水在预脱硝池、厌氧池、缺氧池、好氧池和沉淀池中的总停留的时间为2-5h。
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| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CP03 | Change of name, title or address | ||
| CP03 | Change of name, title or address |
Address after: 671000 Dali province Bai Autonomous Prefecture Xiangyun County fortune Industrial Park Public Service Center building, building, Room 302, main building, room Patentee after: Yunnan environmental science and Technology Co., Ltd. Address before: 518000 Guangdong city of Shenzhen province Nanshan District Gao Xin Road No. 009 Chinese Technology Development Institute Technology Park Building No. 3 tower 28 building B3 room Patentee before: Shenzhen He Xu environmental science and technology company limited |
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| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20180409 Address after: 518052 Guangdong city of Shenzhen province Nanshan District Guangdong streets Gao Xin Road No. 9 China Development Institute of science and technology incubator three floor B2 room 28 Patentee after: Shenzhen continued science and Technology Development Co., Ltd. Address before: 671000 Dali province Bai Autonomous Prefecture Xiangyun County fortune Industrial Park Public Service Center building, building, Room 302, main building, room Patentee before: Yunnan environmental science and Technology Co., Ltd. |
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| TR01 | Transfer of patent right | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20190820 Address after: 671000 Dali province Bai Autonomous Prefecture Xiangyun County fortune Industrial Park Public Service Center building, building, Room 302, main building, room Patentee after: Yunnan environmental science and Technology Co., Ltd. Address before: 518052 Room B2, 28th Floor, Phase III Incubation Base, China Science and Technology Development Institute, No. 9, Yuehai Street, Nanshan District, Shenzhen City, Guangdong Province Patentee before: Shenzhen continued science and Technology Development Co., Ltd. |
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| TR01 | Transfer of patent right | ||
| CP01 | Change in the name or title of a patent holder |
Address after: 671000 Room 302, main building, public service center, fortune Industrial Park, Xiangyun County, Dali Bai Autonomous Prefecture, Yunnan Patentee after: Yunnan hexu Environmental Technology Co.,Ltd. Address before: 671000 Room 302, main building, public service center, fortune Industrial Park, Xiangyun County, Dali Bai Autonomous Prefecture, Yunnan Patentee before: YUNNAN HEXU ENVIRONMENTAL TECHNOLOGY Co.,Ltd. |
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| CP01 | Change in the name or title of a patent holder |