CN106673373A - 一种可持续高效污水处理系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种可持续高效污水处理系统，所述系统包括进水单元、曝气生物滤池单元、混凝反应单元和磁分离单元，所述进水单元用于储存经常规污水厂处理后的出水，供给本系统的给水源；所述曝气生物滤池单元用于脱氮和去除水中的溶解性微污染物；所述混凝反应单元用于药剂投加、磁种投加和混凝沉淀反应；所述磁分离单元用于除磷和去除水中溶解性微污染物。该处理系统一次性投资，且运行费用较低，对水中氮、磷和溶解性有机物具有良好的去除作用。

Description

一种可持续高效污水处理系统
技术领域
本发明涉及污水处理技术领域，尤其涉及一种可持续高效污水处理系统。
背景技术
近年来，我国城镇污水处理行业发展很快，以北京市为例，北京市通过对城市中心区特大型污水处理厂、远郊卫星城大型污水处理厂、乡镇中小型污水处理厂和村庄级小型分散式污水处理站的全覆盖式污水收集和处理措施，北京市的污水处理率已接近100％，北京市城镇污水厂处理后出水的回用率已达到80％左右(2015年数据)。随着污水厂排放标准的不断提高，原有以厌氧和好氧生物处理为主的污水处理工艺已经不能满足污水处理需求，必须对污水处理厂增加后续深度处理环节。
现有技术中普遍应用于实际工程中的城镇污水处理厂深度处理方法主要有化学氧化法、膜法、曝气生物滤池法、生物转盘法、磁分离法、人工湿地法等。化学氧化法主要包括臭氧氧化、臭氧催化氧化、零价铁、氯氧化、芬顿试剂法、电化学、电絮凝等方法。化学氧化的优点是对污水中难降解有机物的去除效果较好，但存在运行费用高、易产生二次污染等难题。膜法主要有MBR法(膜生物反应器法)、超滤、纳滤和反渗透法等。膜法的优点是对污水中SS(悬浮固体)和TP(总磷)的去除效果较好，但其脱氮效果欠佳，并且一次性投资和运行费用较高。曝气生物滤池法的优点是脱氮效果较好，运行和维护费用低，但其除磷效果欠佳。生物转盘法近年来在分散式生活污水和城镇生活污水深度处理领域应用较广，具有一次性投资小、运行维护管理方便等优点，但其脱氮除磷整体效果均欠佳。磁分离法是近年来发展起来的一项污水深度处理新技术。磁分离法的优点是对污水中SS(悬浮固体)和TP(总磷)的去除效果较好，但其脱氮效果欠佳。人工湿地法的优点是运行和维护费用低，但其整体脱氮和除磷效果均欠佳。
由此可见，现有应用于污水深度处理领域内的深度处理方法中，有些一次性投资和运行费用较高；有些仅具有脱氮或除磷功能，整体处理效果欠佳。而实际上，在污水深度处理中，氮和磷是水体富营养化和水体黑臭的关键致因，必须同时最大限度地得以去除。同时，污水中一些溶解性微污染物，虽然含量很低，但对人体健康的危害很大，也必须从污水中得以去除，然而现有污水深度处理工艺仅能实现对污水中溶解性微污染物的部分去除。
发明内容
本发明的目的是提供一种可持续高效污水处理系统，该处理系统一次性投资，且运行费用较低，对水中氮、磷和溶解性有机物具有良好的去除作用。
一种可持续高效污水处理系统，所述系统包括进水单元、曝气生物滤池单元、混凝反应单元和磁分离单元，其中：
所述进水单元用于储存经常规污水厂处理后的出水，供给本系统的给水源；
所述曝气生物滤池单元用于脱氮和去除水中的溶解性微污染物，该曝气生物滤池单元进一步包括一级硝化池、二级反硝化池、硝化池反洗子单元和反硝化池反洗子单元，其中：
所述进水单元中贮存的污水厂处理后出水经提升泵提升后进入升流式一级硝化池；之后水自上而下进入降流式二级反硝化池，以完成脱氮过程；
所述硝化池反洗子单元和反硝化池反洗子单元均采用水反洗，反洗水导入所述进水单元后进行再处理，从而无污水外排；
所述混凝反应单元用于药剂投加、磁种投加和混凝沉淀反应，该混凝反应单元进一步包括混凝反应子单元、混凝剂投加子单元、絮凝剂投加子单元和磁种投加子单元，其中：
所述混凝反应子单元采用水力自然搅拌；
所述混凝剂投加子单元、絮凝剂投加子单元和磁种投加子单元均由设在支架上依次连接的加药罐、计量泵和加药管构成；
所述磁分离单元用于除磷和去除水中溶解性微污染物，该磁分离单元进一步包括磁分离子单元、磁回收子单元和污泥处理子单元，其中：
在所述二级反硝化池中处理后的水经提升泵打入所述混凝反应子单元，所述混凝剂投加子单元、絮凝剂投加子单元和磁种投加子单元依次投加混凝剂、絮凝剂和磁种，在混凝剂、絮凝剂和磁种的共同作用下，水中的溶解性胶体污染物被磁种包裹、附着；之后水经提升泵进入磁分离子单元，吸附有污染物的磁种滑落至磁分离子单元的底部并滑落至磁回收子单元；
在所述磁回收子单元中实现磁种与附着污染物污泥的分离；
分离后的污泥导入所述污泥处理子单元中进行污泥处置。
所述一级硝化池和二级反硝化池中的滤料自下而上分别采用卵石、沸石、陶粒和活性炭作为滤池填料。
所述一级硝化池为升流式，通过控制曝气量使溶解氧浓度控制在1.0-2.0mg/L；
所述二级反硝化池为降流式，通过控制曝气量使溶解氧浓度控制在0-0.5mg/L。
所投加的混凝剂为聚合氯化铝，投药浓度为10-50mg/L；
所投加的絮凝剂为非离子聚丙烯酰胺，投药浓度为1-5mg/L；
所投加的磁种为赋磁(Fe3O4)煤基颗粒活性炭，投加浓度为100-200mg/L，煤基颗粒活性炭粒径1-3mm。
所述磁分离子单元内设有磁筒，磁筒表面的磁感应强度约为4000Gs，磁筒转速20r/min。
在所述磁回收子单元回收的磁种能导入所述磁种投加子单元中继续循环使用。
由上述本发明提供的技术方案可以看出，上述处理系统一次性投资，且运行费用较低，对水中氮、磷和溶解性有机物具有良好的去除作用。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。
图1为本发明实施例所提供的可持续高效污水处理系统的结构示意图。
具体实施方式
下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。
下面将结合附图对本发明实施例作进一步地详细描述，如图1所示为本发明实施例所提供的可持续高效污水处理系统的结构示意图，所述系统主要包括进水单元、曝气生物滤池单元、混凝反应单元和磁分离单元四个部分，下面结合图1对各部分所包含的具体部件和工作关系进行详细说明：
所述进水单元用于储存经常规污水厂处理后的出水，供给本系统的给水源；
所述曝气生物滤池单元用于脱氮和去除水中的溶解性微污染物，该曝气生物滤池单元进一步包括一级硝化池3、二级反硝化池4、硝化池反洗子单元22和反硝化池反洗子单元23，其中：
所述进水单元中贮存的污水厂处理后出水1经提升泵2提升后进入升流式一级硝化池3，在一级硝化池3中，水中的有机氮、氨氮在亚硝化菌作用下，先转化为亚硝化氮，之后在硝化菌作用下，转化为硝化氮，完成硝化过程；之后水自上而下进入降流式二级反硝化池4，在二级反硝化池4中，硝化氮在反硝化菌作用下，转化为气态氮，从而最终完成脱氮过程；
所述硝化池反洗子单元22和反硝化池反洗子单元23均采用水反洗，反洗水导入所述进水单元后进行再处理，从而无污水外排；
具体实现中，所述一级硝化池3和二级反硝化池4中的滤料自下而上分别采用卵石、沸石、陶粒和活性炭作为滤池填料(如图1中的卵石层5、沸石层6、陶粒层7和活性炭层8)。以直径为1.00m，高度为2.50m的圆柱形硝化池和反硝化池为例，卵石层滤料高度20cm，卵石粒径10-20mm，沸石层滤料高度50cm，沸石粒径5-10mm，陶粒层滤料高度50cm，陶粒粒径3-5mm，活性炭层滤料高度50cm，颗粒活性炭粒径1-3mm。卵石填料用作承托层；沸石属于弱极性材料，用于吸附水中的强极性污染物质；陶粒用于去除水中的悬浮固体(SS)和磷；活性炭采用煤基活性炭，属于强极性材料，用于吸附水中的弱极性和非极性污染物质，四种滤料同时具有过滤分离功能，均能部分去除水中的悬浮固体(SS)和磷。
上述一级硝化池3为升流式，通过控制曝气量使溶解氧浓度控制在1.0-2.0mg/L；二级反硝化池4为降流式，通过控制曝气量使溶解氧浓度控制在0-0.5mg/L。由空压机提供曝气。
所述混凝反应单元用于药剂投加、磁种投加和混凝沉淀反应，该混凝反应单元进一步包括混凝反应子单元11、混凝剂投加子单元13、絮凝剂投加子单元14和磁种投加子单元15，其中：
所述混凝反应子单元11采用水力自然搅拌，无需额外设置气动或机械搅拌装置；
所述混凝剂投加子单元13、絮凝剂投加子单元14和磁种投加子单元15均由设在支架上依次连接的加药罐、计量泵和加药管构成；
所述磁分离单元用于除磷和去除水中溶解性微污染物，该磁分离单元进一步包括磁分离子单元17、磁回收子单元18和污泥处理子单元19，其中：
在所述二级反硝化池4中处理后的水经提升泵10打入所述混凝反应子单元11，所述混凝剂投加子单元13、絮凝剂投加子单元14和磁种投加子单元15依次投加混凝剂、絮凝剂和磁种，在混凝剂、絮凝剂和磁种的共同作用下，水中的溶解性胶体污染物被磁种包裹、附着；之后水经提升泵12进入磁分离子单元17，吸附有污染物的磁种滑落至磁分离子单元17的底部并滑落至磁回收子单元18；
在所述磁回收子单元18中实现磁种与附着污染物污泥的分离；
分离后的污泥导入所述污泥处理子单元19中进行污泥处置，得到剩余污泥21。
具体实现中，上述所投加的混凝剂为聚合氯化铝，投药浓度为10-50mg/L；所投加的絮凝剂为非离子聚丙烯酰胺，投药浓度为1-5mg/L；所投加的磁种为赋磁(Fe3O4)煤基颗粒活性炭，投加浓度为100-200mg/L，煤基颗粒活性炭粒径1-3mm。
Fe3O4粉末、活性炭粉末与加入分散剂(乙烯基双硬脂酰胺，用量为1.0％)的水按体积比1:20:5的体积比均匀混凝，不断搅拌使其混合物料均匀。之后再烘箱中升温至200度后保持10min，完成Fe3O4在活性炭表面上的负载。最后，把制成的赋磁(Fe3O4)煤基颗粒活性炭自然冷却后备用。经检测可知，赋磁(Fe3O4)煤基颗粒活性炭的比磁化系数在2～6×10-5m3/kg以上，比饱和磁化强度达6.8emu/g，满足磁选要求。
另外，所述磁分离子单元17内设有磁筒16，磁筒16表面的磁感应强度约为4000Gs，磁筒转速20r/min，在磁筒16上端运转中，吸附有污染物的磁种被磁筒16吸住。具体来说：
混凝反应子单元进水中的污染物主要以溶解态胶体物质为主，不易沉降分离，在投加混凝剂和絮凝剂的条件下，混凝沉淀效果依然不明显。同时加入赋磁煤基颗粒活性炭磁种后，水中的溶解性胶体污染物被磁种包裹、附着，在混凝剂和絮凝剂作用下，污染物继续加大团聚作用，从而使水中难去除的溶解性胶体污染物被磁种完全附着、吸附。之后，水流过旋转的磁筒，在磁筒上端运转中，吸附有污染物的磁种被磁筒吸住；当磁筒旋转至下端时，吸附有污染物的磁种被磁筒滑落至磁分离子单元底部并滑落至磁回收子单元。
本系统磁种的磁回收大于99.6％，同时由于磁种的基体是活性炭材料，又同时兼具吸附水中溶解性胶体有机污染物的特性。在所述磁回收子单元18回收的磁种能导入所述磁种投加子单元15中继续循环使用。
下面以具体的实例对上述系统的处理过程及效果进行说明：
实验用水取自北京市密云区某污水厂经处理后的出水，水量为20t/d。进水的各污染物浓度为：氨氮值8.2mg/L，总氮值23.3mg/L，COD值46.7mg/L，悬浮物(SS)值42.8mg/L，总磷值3.8mg/L，代表溶解性有机物的DOC值8.6mg/L。
经过上述本发明实施例处理系统处理后，出水中各项浓度值为：氨氮值0.69mg/L，总氮值6.56mg/L，COD值21.3mg/L，悬浮物(SS)值7.6mg/L，总磷值0.16mg/L，代表溶解性有机物的DOC值2.3mg/L；去除率分别为：氨氮去除率91.58％，总氮去除率71.85％，COD去除率54.38％，SS去除率82.2％，总磷去除率95.78％，溶解性有机物(DOC)去除率73.25％，可满足北京市水污染物综合排放标准DB 11/307-2013中排入地表水体中的A标准限值。
综上所述，本发明实施例所述系统具有如下优点：
1、该系统作为一个有机整体，在污水深度处理领域，可同时去除氮、磷和水中溶解性有机物，且效果显著。
2、该系统在曝气生物滤池中创造性地同时使用活性炭和沸石做填料，活性炭是强极性材料，对水中弱极性和非极性有机物具有很好的去除作用；沸石是弱极性材料，对水中强极性有机物具有很好的去除作用。
3、该系统对城镇污水厂处理后出水中氮、磷、COD、SS和多种溶解性有机物(DOC)的去除效果明显。其中，氨氮去除率可达88.2-93.6％，总氮去除率可达86.8-92.5％，COD去除率可达92.3-96.4％，SS去除率可达95.5-98.6％，总磷去除率可达92.0-95.8％，溶解性有机物(DOC)去除率可达80.0-87.8％，去除效果良好。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (6)

1.一种可持续高效污水处理系统，其特征在于，所述系统包括进水单元、曝气生物滤池单元、混凝反应单元和磁分离单元，其中：
所述进水单元用于储存经常规污水厂处理后的出水，供给本系统的给水源；
所述曝气生物滤池单元用于脱氮和去除水中的溶解性微污染物，该曝气生物滤池单元进一步包括一级硝化池、二级反硝化池、硝化池反洗子单元和反硝化池反洗子单元，其中：
所述进水单元中贮存的污水厂处理后出水经提升泵提升后进入升流式一级硝化池；之后水自上而下进入降流式二级反硝化池，以完成脱氮过程；
所述硝化池反洗子单元和反硝化池反洗子单元均采用水反洗，反洗水导入所述进水单元后进行再处理，从而无污水外排；
所述混凝反应单元用于药剂投加、磁种投加和混凝沉淀反应，该混凝反应单元进一步包括混凝反应子单元、混凝剂投加子单元、絮凝剂投加子单元和磁种投加子单元，其中：
所述混凝反应子单元采用水力自然搅拌；
所述混凝剂投加子单元、絮凝剂投加子单元和磁种投加子单元均由设在支架上依次连接的加药罐、计量泵和加药管构成；
所述磁分离单元用于除磷和去除水中溶解性微污染物，该磁分离单元进一步包括磁分离子单元、磁回收子单元和污泥处理子单元，其中：
在所述二级反硝化池中处理后的水经提升泵打入所述混凝反应子单元，所述混凝剂投加子单元、絮凝剂投加子单元和磁种投加子单元依次投加混凝剂、絮凝剂和磁种，在混凝剂、絮凝剂和磁种的共同作用下，水中的溶解性胶体污染物被磁种包裹、附着；之后水经提升泵进入磁分离子单元，吸附有污染物的磁种滑落至磁分离子单元的底部并滑落至磁回收子单元；
在所述磁回收子单元中实现磁种与附着污染物污泥的分离；
分离后的污泥导入所述污泥处理子单元中进行污泥处置。
2.根据权利要求1所述可持续高效污水处理系统，其特征在于，
所述一级硝化池和二级反硝化池中的滤料自下而上分别采用卵石、沸石、陶粒和活性炭作为滤池填料。
3.根据权利要求1所述可持续高效污水处理系统，其特征在于，
所述一级硝化池为升流式，通过控制曝气量使溶解氧浓度控制在1.0-2.0mg/L；
所述二级反硝化池为降流式，通过控制曝气量使溶解氧浓度控制在0-0.5mg/L。
4.根据权利要求1所述可持续高效污水处理系统，其特征在于，
所投加的混凝剂为聚合氯化铝，投药浓度为10-50mg/L；
所投加的絮凝剂为非离子聚丙烯酰胺，投药浓度为1-5mg/L；
所投加的磁种为赋磁(Fe3O4)煤基颗粒活性炭，投加浓度为100-200mg/L，煤基颗粒活性炭粒径1-3mm。
5.根据权利要求1所述可持续高效污水处理系统，其特征在于，
所述磁分离子单元内设有磁筒，磁筒表面的磁感应强度约为4000Gs，磁筒转速20r/min。
6.根据权利要求1所述可持续高效污水处理系统，其特征在于，
在所述磁回收子单元回收的磁种能导入所述磁种投加子单元中继续循环使用。
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