CN104909521A - 一种生活污水处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种生活污水处理方法，该方法包括以下步骤：多级沉淀；生化处理；曝气催化；和污泥资源化处理。在该处理方法中，曝气催化步骤使用对城市生活污水具有较高选择性的光催化剂，光催化降解效率高。

Description

一种生活污水处理方法

技术领域

本发明涉及水处理方法，特别是涉及生活污水的处理方法，更特别涉及城市生活污水的处理方法。

背景技术

生活垃圾污染产生的污水主要是人们日常生活中排放出来的。它是从住户、饭店、宾馆、机关、学校、工厂等生活设施中，厨房、卫生间或者浴室正常使用所产生的生活污水。生活污水中主要含有泥沙、油脂、皂液、果核、纸屑和事物屑、病菌、杂物和粪便排泄物等。按照物质的化学性质，这些污水成分主要可以分成有机物和无机物两类，通常有机物的比例相对较大，大概在百分之六十左右，其余为无机物。按照物理性质进行分类，可分为胶体物质、可溶性物质和不溶性物质。相对于工业排出的废水而言水质一般比较稳定，在使用生物/化学方法的情况下，处理效果比较显著。

CN104649503A公开了一种生活污水处理系统，其特征在于：包括格栅、调节池、缺氧池、好氧池、沉淀池、消毒池，格栅的输入端与调节池的输入端连接，调节池的输出端与缺氧池的输入端连接，缺氧池的输出端也好氧池的输入端连接，好氧池的输出端与沉淀池的输入端连接，沉淀池的输出端与消毒池的输入端连接。

CN104261635A公开了一种生活污水的环保净化方法，其特征在于，步骤包括：将生活污水暂时存储在集水池中，利用粗格栅打捞出体积大的渣滓，然后利用污水泵提升污水的高度后，再利用细格栅打捞体积小的渣滓；将集水池中的污水排入隔油池中，并用气浮法去除污水中的油脂；将去油后的污水排入沉砂池中，分离出污水中的无机颗粒；将沉砂池中的污水排入到调节池中，均化水质；通过污水提升泵进入缺氧池，利用缺氧微生物的降解能力将污水中有机高分子污染物分解成有机低分子污染物；将缺氧池中的污水排入生化池，利用生物膜法对污水进行处理；在人工湿地的进水区、处理区、出水区内铺设防渗薄膜。

CN103508576A公开了一种城市生活污水的处理办法，在建设新城市时，将城市生活用水的排水管道与生产用水的排水管道分别布置，同时，在城市周边开展农业大开发，将城市生活污水经过处理引入农田或水网，而不是直接排放到江河中去，作为种植农作物用的肥料，将城区中的生活污水通过独立的管道集中收集在生活污水处理站，在城郊建立多个沉淀(粪便池)池和净化池，利用管道，将城市生活污水从生活污水处理站输送到这些沉淀池和净化池里，经过多级沉淀和净化后的水，另行处理，沉淀所得的粪便等，可以作为肥料供农业种植用。

CN103265152A公开了一种生活污水处理方法，属于污水处理领域，其工艺流程是生活污水收集-格栅粗过滤-泥砂沉淀及砂水分离-隔油沉淀-生物处理-细过滤-反洗，其特征是所述格栅粗过滤，包括粗格栅过滤和细格栅过滤，粗格栅的栅条间距为20mm；细格栅的栅条间距为5mm。

CN102020396A公开了一种生活污水处理方法，该方法是将生活污水先进行固液分离，然后对分离后的污水进行二段式生化处理，处理后得到的清水循环回用。

CN101108752A公开了一种生活污水处理方法，它是将生活污水与氧化铝厂含碱废水充分混合后，进入氧化铝厂污水处理系统进行常规处理，其特征在于：按体积百分比，生活污水10-50％，氧化铝厂含碱废水50-90％。

CN104291520A公开了一种生活污水处理及回用方法，其特征在于：将生活污水进行分类排放，按照污水性质与来源的不同分为高浓度的黑水和低浓度的灰水，黑水排离后，依次通过厌氧处理池、曝气接触氧化池、曝气高耐污生态池、曝气低耐污生态池和生态沉淀处理池，处理后的黑水与灰水合并后进入调节池，经过调节池调节后送入地下渗滤装置处理，该地下渗滤装置处理的水经过消毒后回用于冲厕或达标排放。

CN103113007A公开了一种生活污水处理工艺，以生物膜法为核心，第一级采用折板厌氧水解池，第二级采用曝气生物滤池，其中所述折板厌氧水解池内部设置有折板，该折板厌氧水解池在厌氧条件下能够吸收磷。

CN103058312A公开了一种生活污水的处理方法，属于环境保护领域。本发明向来自生化处理工序的生活污水中加入硅酸钙，加入量为0.1-1.0g/100mL生活污水，并调节pH为2-12，使硅酸钙在水中分散均匀，并维持15-90分钟；过滤收集处理后的水。

US2013213796A1公开了一种污水处理方法，其中涉及用于改性待经受脱水和/或干燥的有机污泥的结构的方法，其包含所述有机污泥在其中暴露于电场的作用的步骤，其中所述电场由直流电生成，所述有机污泥为湿固体形式，具有按照重量计高于污泥总重量的10％的干物质含量。

“我国城市污水处理面临的问题及解决对策”，环境保护与循环经济，2011年04期，综述了我国城市污水处理发展面临的问题，指出污水处理技术落后城市污水处理技术是城市污水处理设施能否高效运转的关键，长期以来，我国的污水处理技术都是沿袭了欧美国家近百年来的路线和处理技术，在吸收、消化国外技术的同时也形成了自己的技术，城市污水处理技术有了很大的发展，但是我国现阶段采用的污水处理技术与同期国外的技术水平相比依然还很落后，始终存在效率低、能耗高、维修率高、自动化程度低等缺点。

在包括上述文献在内的现有技术中，在曝气催化过程中使用的催化剂对城市生物污水缺乏针对性，导致曝气催化效率不高。

发明内容

为解决上述问题，本发明人经过深入研究和大量实验，提出了如下技术方案。

在一方面，提供了一种生活污水处理方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：(1)多级沉淀；(2)生化处理；(3)曝气催化；和(4)污泥资源化处理。

优选地，所述多级沉淀步骤包括一级平流沉淀、二级平流沉淀、絮凝反应和絮凝沉淀，所述平流沉淀的污水流向与污染物颗粒沉降方向垂直。

一级平流沉淀可以在一级平流沉淀池中进行，二级平流沉淀可以在二级平流沉淀池中进行，絮凝反应可以在絮凝反应池中进行，絮凝沉淀可以在絮凝沉淀池中进行。

优选地，在所述生化处理步骤中，包括好氧处理和厌氧处理；其中好氧处理主要进行硝化作用和有机物的去除，好氧处理区的底部设有曝气砂管以在曝气充氧的同时起搅拌作用，在好氧区上部可设有三相分离器；厌氧区主要进行反硝化和污泥储存。

优选地，在生化处理步骤中，经沉淀处理的污水均匀地穿过预置的带有好氧菌种的好氧滤料和带有厌氧菌种的厌氧滤料。在所述处理过程中，污水中的悬浮性微小污染物可被处理菌种吸附、滤料拦截，有机污染物被缺氧、厌氧生化处理，生化处理的污水再经气水分离，将沼气排出利用。

在曝气催化步骤中，可以向加入催化剂的水体进行鼓泡，进行曝气催化处理，使污水中的氨、氮析出。所述曝气可在自然光下进行。催化剂的用量可以为0.01-0.2g/L(污水)，优选为0.05-0.1g/L(污水)。

在本发明的一个优选实施方式中，在曝气催化步骤中，使用基于TiO₂的光催化剂进行曝气催化。

所述基于TiO₂的光催化剂优选为钒酸铋和Fe³⁺共掺杂的TiO₂催化剂，其可以标记为BiVO₄-Fe³⁺/TiO₂。基于所述催化剂的总重量计，BiVO₄的含量可以为5-15％重量，Fe³⁺的含量可以为1-5％重量。

所述催化剂可以通过如下方法制得：(1)在搅拌下将10-20mL的钛酸丁酯缓慢加入20-60mL无水乙醇中，然后加入5-10mL冰乙酸，同时按规定掺杂比例称取一定量的BiVO₄和Fe₂(SO₄)₃分别加入至20-60mL无水乙醇中，然后将两种溶液混合，继续搅拌至凝胶状态后将其放入恒温干燥箱，以60-100℃的温度恒温干燥5-10h后将样品研磨成粉末；(2)将BiVO₄、Fe³⁺共掺杂的TiO₂干凝胶粉加入蒸馏水并以超声振荡使其均匀分散后进行反复抽滤，除去样品中游离状态的Fe³⁺后再将其进行恒温干燥；(3)将干燥后的产物放入马弗炉中以300-500℃的温度进行热处理1-5h后再经过研磨，制得BiVO₄-Fe³⁺/TiO₂催化剂。

特别优选地，所述TiO₂为二氧化钛纳米管。二氧化钛纳米管的管孔径优选为50-70nm，BET比表面积优选为5-7m²/g。研究发现，这样的孔径和比表面积的二氧化钛纳米管，更容易吸附溶液中的有机物，由于光催化反应是在催化剂表面进行的，因此所述TiO₂纳米管的光催化过程中能得到更多的光照辐射，更高的光量子效率，使得光催化活性将高于TiO₂粉末或薄膜。所述二氧化钛纳米管可通过模板法或阳极氧化法制得。

在一个更优选的实施方式中，所述催化剂还包含有磷(P)，P元素含量为催化剂总重量的0.1-1％重量。研究发现，P掺杂能提高TiO₂纳米管的比表面积，减小其晶粒尺寸，抑制锐钛矿型TiO₂向金红石相转化，并且在可见光区存在吸收尾，从而有效地提高TiO₂的可见光催化性能。在一个更优选的实施方案中，P的前体是NaH₂PO₄，发现通过该前体获得P掺杂能够更够更好地使P嵌入到二氧化钛纳米管中。

优选地，在曝气催化步骤中，将经步骤(2)处理的水经硅藻土过滤处理后，再进行曝气催化。

所述污泥资源化处理步骤优选包括将污泥进行厌氧发酵处理。

所述污泥资源化处理步骤优选包括将污泥用于建材的制造。

在曝气催化中，向加入催化剂的水体进行鼓泡，进行曝气催化处理，该处理可以使污水中的氨、氮析出，再经浮杂收集去除浮杂物，使污水得到深度净化成为清水。然后，再将净化后的清水，经亲水复合砂滤过滤，降低水分子表面张力，进一步净化处理后的清水存储蓄水池，以备回用。

在污泥资源化处理中，将沉淀、生化处理、曝气催化处理过程中产生的活性污泥沉淀，例如可以通过污泥重力通道汇集到沉淀区。

附图说明

图1是根据本发明的TiO₂纳米管的SEM图。

具体实施方式

下面现结合附图对本发明的技术方案做进一步说明。

实施例1

采取光催化降解罗丹明B的实验方案，来模拟和考察本发明的生活污水曝气催化能力。将按照上文所述方法制备的BiVO₄-Fe³⁺/TiO₂(BiVO₄含量为10％重量，Fe³⁺含量为2％重量)光催化剂40mg置于烧杯中，将配制好的200mL罗丹明B溶液(30mg/L)加入烧杯中，通过超声分散使催化剂粉体完全均勾分散在罗丹明B溶液中(浓度为0.01g/L)，然后通过恒温夹套保持30℃恒温，在暗处搅拌以达到吸附平衡，然后取一定量的样品于10mL离心管中。恒温夹套加滤光片(≥420nm)，磁力搅拌置于500W氙气灯下照射4h，将离心管内所取样品的液体离心，取上层清液，利用紫外可见分光光度仪测定其在波长时的吸光度。罗丹明B在溶液中的浓度与其吸光度呈线性关系，所以可以根据所测吸光度的数值，计算出其浓度，并以此为依据计算催化剂的罗丹明B降解率，通过其降解率来评估催化剂的光催化活性。经测定，在4h时的罗丹明B降解率为约81％。

对比例1

采取与实施例1相同的操作步骤，与实施例1的不同之处仅在于催化剂为Fe³⁺/TiO₂(Fe³⁺含量为2％重量)，即常规的过渡金属掺杂二氧化钛催化剂。经测定，在4h时的罗丹明B降解率为约45％。

对比例2

采取与实施例1相同的操作步骤，与实施例1的不同之处仅在于催化剂载体为常规的金红石相TiO₂粉末(可得自Alfa Aesar公司)。经测定，在4h时的罗丹明B降解率为约67％。

通过上述结果的对比清楚地可以看出，本发明的催化剂具有最佳的催化效果。这样的效果是本领域技术人员所不可能预料到的。通过进一步研究发现，其原因是，BiVO₄的导带比TiO₂的导带低，故前者充当电子的捕获阱，聚集了大量的光生电子并有效转移了电子，因为光生空穴的运动方向刚好与电子的相反，所以TiO₂受到光照光激发后所产生的电子直接从其较高的导带迁移到了BiVO₄较低的导带，而光生空穴则从较低的BiVO₄价带迁移至较高的TiO₂价带，从而实现了电子与空穴的有效分离，提高了反应速率。BiVO₄与TiO₂之间起到了良好的匹配和系统作用。另外，Fe³⁺在TiO₂表面产生缺陷，成为光生电子空穴对的浅势捕获阱，使得TiO₂纳米晶电极出现型p-n光响应同时存在的情况，因而有效的延长了光生电荷复合时间，降低了复合的机率，提高了TiO₂的光催化活性。

本书面描述使用实例来公开本发明，包括最佳模式，且还使本领域技术人员能够制造和使用本发明。本发明的可授予专利的范围由权利要求书限定，且可以包括本领域技术人员想到的其它实例。如果这种其它实例具有不异于权利要求书的字面语言的结构元素，或者如果这种其它实例包括与权利要求书的字面语言无实质性差异的等效结构元素，则这种其它实例旨在处于权利要求书的范围之内。在不会造成不一致的程度下，通过参考将本文中参考的所有引用之处并入本文中。

Claims (10)

1.一种生活污水处理方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：

(1)多级沉淀；(2)生化处理；(3)曝气催化；和(4)污泥资源化处理。

2.根据权利要求1的方法，其中所述多级沉淀步骤包括一级平流沉淀、二级平流沉淀、絮凝反应和絮凝沉淀，所述平流沉淀的污水流向与污染物颗粒沉降方向垂直。

3.根据权利要求1或2的方法，其中一级平流沉淀在一级平流沉淀池中进行，二级平流沉淀在二级平流沉淀池中进行，絮凝反应在絮凝反应池中进行，絮凝沉淀在絮凝沉淀池中进行。

4.根据前述权利要求中任一项的方法，其中在生化处理步骤中，包括好氧处理和厌氧处理；好氧处理主要进行硝化作用和有机物的去除，好氧处理区的底部设有曝气砂管以在曝气充氧的同时起搅拌作用，在好氧处理区上部设有三相分离器；厌氧处理区主要进行反硝化和污泥储存。

5.根据前述权利要求中任一项的方法，其中在生化处理步骤中，将经沉淀处理的污水均匀地穿过预置的带有好氧菌种的好氧滤料和带有厌氧菌种的厌氧滤料。

6.根据前述权利要求中任一项的方法，其中在曝气催化步骤中，向加入催化剂的水体进行鼓泡，进行曝气催化处理。

7.根据权利要求6的方法，其中在曝气催化步骤中，使用基于TiO₂的光催化剂进行曝气催化。

8.根据权利要求6或7的方法，其中在曝气催化步骤中，将经步骤(2)生化处理的水经硅藻土过滤处理后，再进行曝气催化。

9.根据前述权利要求中任一项的方法，其中所述污泥资源化处理步骤包括将污泥进行厌氧发酵处理。

10.根据前述权利要求中任一项的方法，其中所述污泥资源化处理步骤包括将污泥用于建材的制造。