CN104761106B - 污水处理系统和污水处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种污水处理系统和污水处理方法。污水处理系统包括膜生物反应池；膜生物反应池内设置有装填了多孔空心生物球的生物转笼，多孔空心生物球内设置有生物棉球，生物棉球的表面螯合有铁离子且包覆有生物膜。污水处理方法：污水在调节池中进行初步处理后输送至膜生物反应池，开启生物转笼使多孔空心生物球在污水中旋转；生物膜将污水中活性污泥和大分子有机物分离；加入好氧微生物、兼性生物菌群、专性厌氧菌对小分子链的中间体进行氧化分解；铁离子使长链有机化合物断链向小分子链的中间体转化；高能物理氧化反应器杀灭病毒细菌，检测达标后排放。使用本申请提供的污水处理系统和处理污水的方法，能够快速、高效、低成本的处理污水。
Description
技术领域
本发明涉及污水处理领域，具体而言，涉及一种污水处理系统和污水处理方法。
背景技术
随着工业和农业的大发展，水污染问题也日益严重。在我国，农业人口众多，基础设施薄弱，污水处理问题越来越多，也逐渐得到人们的关注。
村镇污水主要由生活污水和农业废水组成。生活污水成分比较固定，主要含有碳水化合物、蛋白质、氨基酸、脂肪等有机物，比较适合于细菌的生长，成为细菌、病毒生存繁殖的场所；但生活污水一般不含有毒性，且具有一定的肥效，可用来灌溉农田。
然而现实却存在农村人口居住点分散，相对污水量较小，地方政府财力薄弱、无力进行大型的污水处理厂的建设等问题，使得污水问题长期得不到有效的治理。降低污水的排放量、处理的复杂程度和处理费用，对保护人居环境、促进农村经济社会的可持续发展等具有重要的意义。
鉴于农村人口居住点分散的特点，针对不同的自然村庄的实际状况，以新材料研发应用为切入口，以制造适合于边缘村镇的污水处理新技术、新产品为指导思想，结合现有的专利技术，特提出本发明。
发明内容
本发明的第一目的在于提供一种污水处理系统，所述的污水处理系统具有占地面积小、污水处理速度快、能耗低、便于管理等优点。
本发明的第二目的在于提供一种污水处理的方法，该方法具有污水处理流程短、效率高等优点。
为了实现本发明的上述目的，特采用以下技术方案：
一种污水处理系统，包括膜生物反应池；所述膜生物反应池内设置有生物转笼，所述生物转笼装填有多孔空心生物球，所述多孔空心生物球内设置有生物棉球，所述生物棉球的表面螯合有铁离子，所述生物棉球还包覆有用于分离污水中的活性污泥和大分子有机物的生物膜。
生物转笼在膜生物反应池内的污水中旋转，生物膜将活性污泥和大分子有机物分离，铁离子在水体内产生极高化学活性的H、Fe2+，使水体中的长链大分子有机化合物断链向小分子链的中间体转化，有利于微生物分解；向膜生物反应池内加入好氧微生物、兼性生物菌群、专性厌氧菌的菌液，微生物将小分子链的中间体进一步分解掉。
生物棉球的表面螯合的铁离子通过铁碳、生物棉、酒精互相浸泡而成。所述铁离子包括Fe2+和Fe3+。
生物膜镶嵌有蛋白质和糖类(统称糖蛋白)的磷脂双分子层，起着划分和分隔细胞和细胞器作用，也是与许多能量转化和细胞内通讯有关的重要部位，生物膜上还有大量的酶结合位点。
用生物棉球为载体，在其表面形成生物膜，生物膜表面积大，可为微生物提供较大的附着表面，有利于加强对污染物的降解作用。其反应过程是：①基质(即菌液中含有的各种菌种)向生物膜表面扩散②在生物膜内部扩散③微生物分泌的酵素与催化剂发生化学反应④代谢生成物排出生物膜。
优选地，所述污水处理系统还包括用于产生伽马射线的高能物理氧化反应器，所述高能物理氧化反应器设置在所述膜生物反应池的出口。
使用产生伽马射线的高能物理氧化反应器，是为了将膜生物反应池处理完的水进行进一步处理，消毒杀菌，杜绝传染性疾病病毒随水体流动而扩散传播面，经过氧化反应器氧化处理后的水体，病毒细菌得到充分的杀灭和抑制。
高能物理氧化反应器的主要原理为：高能粒子直接氧化技术是在电化学的基础上，对金属电极进行改性，在外接电场下，阳极涂层内电子开始迁移，带动粒子、离子运动。带电荷的粒子被积聚，在诱导激发下，成束对水溶液进行轰击、排序，获得新生态势的氧化性自由基物，氯离子激发成次氯酸。这些强氧化性物质对水体中的污染物氧化分解。外加电场状态下电子向阴极迁移，阴极释放氢原子对水体中的污染物氧化还原反应。
进一步优选地，所述污水处理系统还包括储水池，所述储水池的入口与所述膜生物反应池的出口连通。
储水池的设置实际上是为水产养殖而准备的。处理达标的水体可以直接排入现有的水系中。在条件具备后，可以添加储水池作为鱼塘或是蟹池等养殖基地，提高当地居民的经济收入。
更加优选地，所述储水池内设置有控制所述高能物理氧化反应器开闭的储水池液位控制器。
储水池液位控制器的设置主要是为了控制高能物理氧化反应器的工作时间，降低系统自身的能耗。
优选地，所述污水处理系统还包括调节池和提升水泵；所述调节池用于储存污水，所述提升水泵将所述调节池内的污水输送入所述膜生物反应池。
废水通过收集进入调节池，在调节池内停留一段时间，经过水解、沉淀的初步处理后，不但提高了水体可生化性，也减少了悬浮物含量。
更加优选地，所述膜生物反应池底部设置有集泥斗，所述集泥斗与所述调节池连通。
集泥斗将膜生物反应池中的沉积物收集后返回到调节池中，能够将膜生物反应池内的部分微生物(主要是厌氧水解所需微生物)补充到调节池内。
更加优选地，所述调节池内设置有用于控制所述提升水泵开闭的调节池液位控制器，所述调节池液位控制器的控制行程为10-80cm。
之所以用调节池液位控制器控制提升水泵，并将其控制行程限制为10-80cm，是为了将调节池内的上层清液输入膜生物反应池中，避免杂质进入膜生物反应池中。
可选地，所述调节池内设置有回廊式水流通道。
回廊式水流通道可以有效地、充分地对污水进行水解、沉淀等初步处理。
本申请还提供一种处理污水的方法，所述方法包括以下步骤：
将污水收集进入调节池，进行初步处理后输送至膜生物反应池，开启生物转笼使多孔空心生物球在污水中旋转；
包覆在生物棉球上的生物膜将污水中活性污泥和大分子有机物分离；
加入含有好氧微生物、兼性生物菌群、专性厌氧菌的菌液对所述小分子链的中间体进行氧化分解；生物棉球表面螯合的铁离子在水体内产生极高化学活性的H、Fe2+，使水体中的长链有机化合物断链向小分子链的中间体转化；
高能物理氧化反应器产生伽马射线充分杀灭病毒细菌，检测水体达标后排放。
初步处理后的污水的水体的可生化性增强，也减少了悬浮物含量。膜生物反应池内实际上发生了四个阶段的处理：
第一个阶段—好氧生物处理：依靠生物转笼转动，使浮出水面的多孔空心生物球中的生物膜上的好氧微生物吸收自然空气中的氧份，维持新陈代谢作用，达到氧化分解的目的。在这阶段反应中，对于污水中的氨氮、亚硝酸盐、硝酸盐、硫化氰等有害物质都将得到去除。
第二个阶段—兼氧生物处理：兼氧生物处理实际上是依据水解酸化的生物分解机理，通过培养的兼性生物菌群对污水中的难降解的有机物及发色基团进行分解、解体，提高可生化性。
第三个阶段—厌氧生物处理：污水在第二个阶段已经培养出了兼性生物菌群，这些有机化合物作为电子受体，同时被作为电子供体的生物降解过程，有机物被转化成以挥发性脂肪酸为主的末端产物。酸化过程是依靠大量的、多种多样的发酵细菌来完成，细菌中大部分是专性厌氧菌和兼性厌氧菌，兼性菌在反应器受到氧气的冲击时，能迅速消耗掉氧气，保持污水的低氧化还原电位，维护产甲烷菌的运行条件，对污水进行深度氧化降解。
第四个阶段—生物微电解氧化：生物微电解是依靠鳌合在生物载体表面的铁离子在水体的酸化阶段产生新生态的具有极高化学活性的H、Fe2+，使水体中的长链有机化合物断链向小分子链的中间体转化，提高水体的可生化性。
优选地，加入好氧微生物对污水进行氧化分解时，所述膜生物反应池内的溶解氧浓度为1-3mg/L。
在这处理阶段，水体中的剩余溶解氧控制在1-3mg/L，溶解氧浓度主要通过转笼的转速来控制。该浓度范围下，氧化处理效果最好、效率最高。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
(1)将活性污泥与生物接触氧化、生物好氧与生物厌氧、生物氧化降解与电化学、水质净化与污泥处理的四位一体化的创新处理工艺，使污水处理具有流程短、效率高、能耗低、便于管理的特点，整个装置无需专业人员看管；
(2)占地面积小，适合处理需求小的地区使用；
(3)投入小，适于农村地区推广应用。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，以下将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。
图1为本申请实施例1提供的污水处理系统的示意图。
图中标号：1.调节池；2.膜生物反应池；3.高能物理氧化反应器；4.调节池液位控制器；5.提升水泵；6.集泥斗；7.生物转笼。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
本申请提供的污水处理系统和污水处理方法，主要通过将生物膜、鳌合在生物棉球表面的铁离子以及微生物相结合，然后在高能物理氧化反应器激发的高能粒子作用下进行杀菌消毒，进而在多重作用下对污水进行处理。
实施例1
如图1所示，一种污水处理系统，包括调节池1、膜生物反应池2和高能物理氧化反应器3。
调节池1设置有两个，调节池为混凝土结构，调节池结构方式为回廊式水流通道。调节池埋入地下，上覆土植被绿化。
调节池内设有调节池液位控制器4和提升水泵5连锁工作，控制行程80cm。提升水泵5为自吸型污水泵，有效扬程8m，最大流量5m3/h。提升水泵5受连锁的调节池液位控制器4控制，实现自动启闭，间歇工作。
膜生物反应池2为混凝土结构，有效容积为25m3，池底设有集泥斗6。膜生物反应池2安装了Ф3000mm×2000mm的生物转笼7，在生物转笼7内装填了多孔空心生物球12000个。
膜生物反应池2的出口设置高能物理氧化反应器3。
处理污水时，先将污水收集进入调节池1，在调节池1内经过初步的分解和沉降；开启提升水泵5将调节池内的上层清液输送至膜生物反应池2内。
启动生物转笼7，使其部分的在污水中转动；转动过程中，多孔空心生物球内的生物棉球包覆的生物膜将污水中的活性污泥和大分子有机物分离。在膜生物反应池2内加入预先配制好的含有好氧微生物(污水处理常用的细菌、放线菌、真菌、原生动物以及微型后生动物等)以及兼性生物菌群、专性厌氧菌(主要是肠杆菌科的大肠杆菌、产气杆菌、变形杆菌等)的菌液(菌液主要通过白糖、生物肥料以及添加剂等调配而成)，依靠生物转笼7的转动，各种微生物吸附在多孔空心生物球上，浮出水面的多孔空心生物球上的好氧微生物吸收自然空气中的氧份，维持新陈代谢作用，达到氧化分解的目的。在这阶段反应中，对于污水中的氨氮、亚硝酸盐、硝酸盐、硫化氰等有害物质都将得到去除。在这个阶段使用生物转笼转速控制器控制生物转笼的转速，控制膜生物反应池内的溶解氧浓度为1mg/L。
第二个阶段兼性生物菌群对污水中的难降解的有机物及发色基团进行分解、解体，提高可生化性。
污水在第二个阶段已经培养出了兼性生物菌群，这些有机化合物作为电子受体，同时被作为电子供体的生物降解过程，有机物被转化成以挥发性脂肪酸为主的末端产物。酸化过程是依靠大量的、多种多样的发酵细菌来完成，细菌中大部分是专性厌氧菌和兼性厌氧菌，兼性菌在反应器受到氧气的冲击时，能迅速消耗掉氧气，保持污水的低氧化还原电位，维护产甲烷菌的运行条件，对污水进行深度氧化降解。
第四个阶段的生物微电解是依靠鳌合在生物载体表面的铁离子在水体的酸化阶段产生新生态的具有极高化学活性的H、Fe2+，使水体中的长链有机化合物断链向小分子链的中间体转化，提高水体的可生化性。在整个反应过程中电化学始终在参与协同作用。
集泥斗6将膜生物反应池2在各个过程中沉降的污泥、微生物等返回至调节池1内。
为了保证经过膜生物反应池2处理的污水能够达标排放，在其出口处使用高能物理氧化反应器3进行充分杀灭病毒细菌；高能物理氧化反应器3主要是通过高能粒子轰击产生伽马射线进而进行强氧化处理，使水体中的病毒、细菌得以杀灭、失活。
最后检测处理后的水是否符合国家排放标准，达标后排放。
实施例2
一种污水处理系统，包括调节池、膜生物反应池、高能物理氧化反应器和储水池。
调节池设置有一个，调节池为混凝土结构，调节池结构方式为回廊式水流通道。
调节池内设有调节池液位控制器和提升水泵连锁工作，控制行程10cm。
膜生物反应池为混凝土结构，有效容积为30m3，池底设有集泥斗。膜生物反应池安装了Ф4000mm×3000mm的生物转笼，在生物转笼内装填了多孔空心生物球10000个。膜生物反应池的出口设置高能物理氧化反应器。
处理污水时，先将污水收集进入调节池，在调节池内经过初步的分解和沉降；开启提升水泵将调节池内的上层清液输送至膜生物反应池内。
启动生物转笼，使其部分的在污水中转动；转动过程中，多孔空心生物球内的生物棉球包覆的生物膜将污水中的活性污泥和大分子有机物分离。在膜生物反应池内加入预先配制好的含有好氧微生物(污水处理常用的细菌、放线菌、真菌、原生动物以及微型后生动物等)以及兼性生物菌群、专性厌氧菌(主要是肠杆菌科的大肠杆菌、产气杆菌、变形杆菌等)的菌液(菌液主要通过白糖、生物肥料以及添加剂等调配而成)，依靠生物转笼的转动，各种微生物吸附在多孔空心生物球上，浮出水面的多孔空心生物球上的好氧微生物吸收自然空气中的氧份，维持新陈代谢作用，达到氧化分解的目的。在这阶段反应中，对于污水中的氨氮、亚硝酸盐、硝酸盐、硫化氰等有害物质都将得到去除。在这个阶段使用转速控制器控制生物转笼的转速，控制膜生物反应池内的溶解氧浓度为3mg/L。
第二个阶段兼性生物菌群对污水中的难降解的有机物及发色基团进行分解、解体，提高可生化性。第三阶段，污水在第二个阶段已经培养出了兼性生物菌群，这些有机化合物作为电子受体，同时被作为电子供体的生物降解过程，有机物被转化成以挥发性脂肪酸为主的末端产物。酸化过程是依靠大量的、多种多样的发酵细菌来完成，细菌中大部分是专性厌氧菌和兼性厌氧菌，兼性菌在反应器受到氧气的冲击时，能迅速消耗掉氧气，保持污水的低氧化还原电位，维护产甲烷菌的运行条件，对污水进行深度氧化降解。第四个阶段的生物微电解是依靠鳌合在生物载体表面的铁离子在水体的酸化阶段产生新生态的具有极高化学活性的H、Fe2+，使水体中的长链有机化合物断链向小分子链的中间体转化，提高水体的可生化性。在整个反应过程中电化学始终在参与协同作用。
集泥斗将膜生物反应池在各个过程中沉降的污泥、微生物等返回至调节池内。
经过膜生物反应池处理的污水，在其出口处使用高能物理氧化反应器进行充分杀灭病毒细菌；然后排入储水池中。储水池可以用来进行水产养殖。
储水池内设置有控制高能物理氧化反应器开闭的储水池液位控制器，可以有效控制高能物理氧化反应器开闭，降低能耗。
在其他的实施方式中，调节池、储水池、高能物理氧化反应器可以有选择的设置和使用。
在其他的实施方式中，调节池、膜生物反应池、生物转笼、储水池的大小尺寸以及提升泵、高能物理氧化反应器的功率，均可以依据实际情况进行变化。
实施例3
一种污水处理系统，包括调节池、膜生物反应池、高能物理氧化反应器和储水池。
调节池设置有2个，调节池为混凝土结构，调节池结构方式为回廊式水流通道。
调节池内设有调节池液位控制器和提升水泵连锁工作，控制行程50cm。
膜生物反应池为混凝土结构，有效容积为40m3，池底设有集泥斗。膜生物反应池安装了Ф5000mm×4000mm的生物转笼，在生物转笼内装填了多孔空心生物球15000个。膜生物反应池的出口设置高能物理氧化反应器。
实施例3与实施例1、2的不同之处还在于，在好氧微生物处理污水的这个阶段控制膜生物反应池内的溶解氧浓度为3mg/L。
实施例中处理的污水的关键理化参数如下表1所示。
表1 污水水质参数
| 参数 | pH | SS | CODcr | BOD5 | NH3-N |
| 具体值 | 5-8 | 200 | 300 | 150 | 30 |
其中，各个参数的单位为mg/L(pH无量纲)。
使用本申请提供的污水处理系统处理之后的排放的水的参数如下表2所示。
表2 处理后排放的水质参数
| 参数 | pH | SS | CODcr | BOD5 | NH3-N |
| 具体值 | 6-9 | ≤70 | ≤100 | ≤20 | ≤15 |
其中，各个参数的单位为mg/L(pH无量纲)。
出水水质指标符合GB18918-2002《城镇污水处理厂污染物排放标准》中“基本控制项目最高允许排放浓度”一级B标准。
整个污水处理系统处理水量为100m3/天，占地面积约16㎡。平均耗电量为51.4度/天，电费以市政公用设施计价为0.5元/(kw·h)计，其用电成本为：51.4×0.5÷100＝0.257(元/m3)。
使用本申请提供的污水处理系统，具有处理流程短、效率高、能耗低、便于管理的特点，整个装置无需专业人员看管；占地面积小，适合处理需求小的地区使用；投入小，适于农村地区推广应用。
尽管已用具体实施例来说明和描述了本发明，然而应意识到，在不背离本发明的精神和范围的情况下可以作出许多其它的更改和修改。因此，这意味着在所附权利要求中包括属于本发明范围内的所有这些变化和修改。
Claims (8)
1.一种污水处理系统，其特征在于，包括膜生物反应池；所述膜生物反应池内设置有生物转笼，所述生物转笼装填有多孔空心生物球，所述多孔空心生物球内设置有生物棉球，所述生物棉球的表面螯合有铁离子，所述生物棉球还包覆有用于分离污水中的活性污泥和大分子有机物的生物膜；
所述污水处理系统还包括用于产生伽马射线的高能物理氧化反应器，所述高能物理氧化反应器设置在所述膜生物反应池的出口；
所述污水处理系统还包括调节池和提升水泵；所述调节池用于储存污水，所述提升水泵将所述调节池内的污水输送入所述膜生物反应池。
2.根据权利要求1所述的污水处理系统，其特征在于，还包括储水池，所述储水池的入口与所述膜生物反应池的出口连通。
3.根据权利要求2所述的污水处理系统，其特征在于，所述储水池内设置有控制所述高能物理氧化反应器开闭的储水池液位控制器。
4.根据权利要求1所述的污水处理系统，其特征在于，所述膜生物反应池底部设置有集泥斗，所述集泥斗与所述调节池连通。
5.根据权利要求1所述的污水处理系统，其特征在于，所述调节池内设置有用于控制所述提升水泵开闭的调节池液位控制器，所述调节池液位控制器的控制行程为10-80cm。
6.根据权利要求4-5任一项所述的污水处理系统，其特征在于，所述调节池内设置有回廊式水流通道。
7.一种污水处理方法，其特征在于，所述方法采用权利要求1-6中任一项所述污水处理系统，并包括以下步骤：
将污水收集进入调节池，进行初步处理后输送至膜生物反应池，开启生物转笼使多孔空心生物球在污水中旋转；
包覆在生物棉球上的生物膜将污水中活性污泥和大分子有机物分离；
生物棉球表面螯合的铁离子在水体内产生极高化学活性的H、Fe2+，使水体中的长链有机化合物断链向小分子链的中间体转化；
加入含有好氧微生物、兼性生物菌群、专性厌氧菌的菌液对所述小分子链的中间体进行氧化分解；
高能物理氧化反应器产生伽马射线充分杀灭病毒细菌，检测水体达标后排放。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，加入好氧微生物对污水进行氧化分解时，所述膜生物反应池内的溶解氧浓度为1-3mg/L。
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