CN107601778B - 一种利用激光强化活性污泥处理有机废水的方法 - Google Patents
一种利用激光强化活性污泥处理有机废水的方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明提供了一种利用激光强化活性污泥处理有机废水的方法。将污水经初沉池沉淀后，进入曝气池，经吸附、好氧代谢、激光处理除去有机物，流入二沉池进行泥水分离，出水可达一级排放标准。激光的作用在于一方面打断某些有机物的化学键，降解某些微生物难以降解的有毒有害化合物，提高净化深度，另一方面改善污泥结构，有效提高污泥的脱水性。该方法处理量大，费用低廉，原料易得，对溶解性易降解有机物处理效率高，并且整个处理过程简单，易于大规模推广。
Description
技术领域
本发明涉及污水处理领域，具体涉及活性污泥处理有机废水，特别是涉及一种利用激光强化活性污泥处理有机废水的方法。
背景技术
随着近年来我国经济的突飞猛进和人民生活水平的提高，我国对于水资源的需求急剧提升，其中工业用水及生活用水的用水量更是连年攀升。与之形成强烈对比的是，我国的水资源非常匮乏，作为缺水国，在我国的600多个城市中，其中有400多个城市缺水。不仅如此，我国很多地区的地表水以及浅层地下水都遭到工业和生活污染。由此可见，加强我国污水处理事业建设，提高污水处理技术是缓解我国水资源困境的必由之路。
污水按污水来源分类一般分为生产污水和生活污水。生产污水包括工业污水、农业污水以及医疗污水等，而生活污水就是日常生活产生的污水，是指各种形式的无机物和有机物的复杂混合物。按污水的质性来分，水的污染有两类：一类是自然污染；另一类是人为污染。当前对水体危害较大的是人为污染。根据污染杂质的不同而主要分为化学性污染、物理性污染和生物性污染三大类。目前城市生活污水排放已是中国城市水的主要污染源，城市生活污水处理是当前和今后城市节水和城市水环境保护工作的重中之重，这就要求我们要把处理生活污水设施的建设作为城市基础设施的重要内容来抓，而且是急不可待的事情。
污水处理的方法分为物理法、化学法、生物法等，其中物理的的去除对象是水中不溶性的悬浮物质，使用的处理设备和方法主要有格栅、筛网、沉淀(沉砂)、过滤、微滤、气浮、离心(旋流)分离等；化学法的去除对象是废水中的胶体物质和溶解性物质，主要有中和处理、混凝处理法、化学沉淀法、氧化还原法、吸附法、离子交换法、膜分离法、萃取法等；生物处理法就是采取一定的人工措施，创造有利于微生物生长、繁殖的环境，使微生物大量增殖，以提高微生物氧化、分解有机物能力有一种技术，生物处理法主要用于去除废水中呈溶解状态度和胶体状态的有机污染物，主要有活性污泥法、生物膜法、自然生物处理法、氧生物处理法等。其中是当前应用最为广泛的一种生物处理技术。活性污泥是一种由无数细菌和其他微生物组成的絮凝体，其表面有一多糖类粘质层。活性污泥法就是利用这种活性污泥的吸附、氧化作用，去除废水澡的有机污染物，具有处理量大，费用低廉，原料易得，对溶解性易降解有机物处理效率高等优点，目前被很多污水处理厂广泛采用。
中国发明专利申请号201010112850.2公开了一种活性污泥处理方法，包括以下步骤：将活性污泥中的大分子活性污泥生物菌团进行去活性处理,转换为小分子团易降解的有机废水，将来自于一厌氧生物处理沉淀池中的大分子厌氧污泥生物菌团转换为小分子生物菌团，将小分子团易降解的有机废水与小分子生物菌团在厌氧生物处理沉淀池中均质的混合碰撞充分反应,排出处理后的一次处理液。
中国发明专利申请号201610661464.6公开了一种活性污泥处理废水的方法, 步骤为第一废水与活性污泥在第一曝气池中充分混合，氧化代谢处理后混合液进入二沉池静置沉淀，上层净化水直接排放，活性污泥一部分回流至曝气池，另一部分收集起来并用于处理第二废水；处理完成后，收集沉淀池内的固体物质，经脱水、浓缩处理后填埋处理。
中国发明专利申请号201010163161.4公开了一种消化储菌池活性污泥法的污水生化处理方法，其特征在于可任意调节投入活性污泥池菌种量，以保证在污水水质、水量改变时，保持活性污泥中污泥负荷的最佳值，以保证增大处理效果。
中国发明专利申请号200610018502.2公开了一种循环序批式活性污泥法污水处理工艺及其活性污泥反应器，该工艺利用两主反应池和两辅反应池所构成环形封闭空间进行污水的循环推流处理，在不同的时间段使各反应池分别处于缺氧、厌氧、好氧和沉淀工序，并且循环运行，从而实现污水脱氮除磷、降解有机物、固液分离的功能。
根据上述，现有方案中传统活性污泥污水处理法在水质变化大或含有难降解物质时处理效果不佳，同时其传统污泥污水处理的机械处理方式中泥水分离困难，脱水效果差，并且能耗大成本高，鉴于此，本发明提出了一种创新性的利用激光强化活性污泥处理有机废水的方法，可有效解决上述技术问题。
发明内容
针对目前应用较广的活性污泥污水处理法在水质变化大或含有难降解物质时处理效果不佳，同时其传统污泥污水处理的机械处理方式中泥水分离困难，脱水效果差，并且能耗大成本高的问题，本发明提出一种利用激光强化活性污泥处理有机废水的方法，从而极大提高了污泥污水处理的效果，并且简化了工艺过程并有效降低了能耗和工艺成本。
本发明涉及的具体技术方案如下：
一种利用激光强化活性污泥处理有机废水的方法，所述处理的各部分组成及作用为：
（1）初次沉淀池（初沉池）：去除污水中的可沉淀物及漂浮物；
（2）曝气池：一方面将供氧系统提供的氧气供给微生物生长及有机物分解，另一方面搅拌混合使有机物与活性污泥充分接触；
（3）激光系统：发出并调节激光，对曝气池中的混合物进行辐射处理，一方面利用激光打断某些有机物的化学键，降解某些微生物难以降解的有毒有害化合物，提高净化深度，另一方面利用激光改善污泥结构，有效提高污泥的脱水性；
（4）供氧系统：向曝气池充入空气，以提供足够的溶解氧；
（5）二次沉淀池（二沉池）：泥水分离，保证出水水质及回流污泥量；
（6）回流系统：使活性污泥连续回流，维持曝气池的运行工况及污泥浓度；
（7）剩余污泥排放系统：及时排除剩余污泥及有机物；
一种利用激光强化活性污泥处理有机废水的方法，具体方法为：
（1）活性污泥的培养：
初期时，每天曝气22h，静置2h，排放3~5L废水，并补充相应重量的自配水，以培养出菌种；
12~15d后，每天曝气10h，静置2h，再曝气10h，静置2h，以培养出菌胶团及钟虫等原生生物；
28~30d后，每隔40~48h提高一次进水COD（化学需氧量）及NH3-N浓度，逐渐提高其对NH3-N的去除率，直至达到90%以上，以提高硝化菌的含量，成为活性污泥；
（2）污水经初沉池初步沉淀，与回流的活性污泥一起进入曝气池，污水中的有机污染物被活性污泥颗粒吸附在菌胶团的表面上，通过供氧系统向曝气池内充入空气，空气中的氧融入污水，污水中的有机物、氧气与活性污泥中的微生物充分接触，发生好氧代谢反应；同时，利用激光系统对混合液进行激光辐照处理，一方面利用激光打断某些有机物的化学键，降解某些微生物难以降解的有毒有害化合物，提高净化深度，另一方面利用激光改善活性污泥结构，有效提高活性污泥的脱水性；
（3）反应后的混合液流入二沉池，泥水分离后，净化水从二沉池排出，大部分污泥通过回流系统回流进入曝气池，以保持曝气池内的微生物浓度；
（4）曝气池中增殖的微生物从二沉池排出，经剩余污泥排放系统处理后由污泥泵排出系统；
优选的，所述激光为氩氟激光、氪氟激光、氙氯激光、氮激光、氩激光或氦氖激光中的一种，其波长为193~633nm。
活性污泥中复杂的微生物与废水中的有机营养物形成了复杂的食物链。最先担当净化任务的是异氧菌和腐生性真菌，细菌尤其是球状细菌起着最关键的作用。良好运转的活性污泥，是以丝状菌为骨架、由球状菌组成的菌胶团，菌胶团是由细菌分泌的多糖类物质将细菌包覆成的粘性团块，使细菌具有抵御外界不利因素的性能。菌胶团的沉降性好，随着活性污泥的正常运行，细菌大量繁殖，开始生长原生动物，是细菌的一次捕食者。游离状态的细菌不易沉淀，而混合液中的原生动物可以捕食这些游离细菌，这样沉淀池的出水就会更清彻，因而原生动物有利于出水水质的提高。活性污泥成熟时固着型的纤毛虫、种虫占优势。后生动物是细菌的二次捕食者，如轮虫、线虫等只能在溶解氧充足时才出现，所以当出现后生动物时说明处理水质明显好转。
激光是由激光器产生的“种光”，在有机化学反应方面，激光可以起到诱导作用，对于有机分子，一般都具有一个或一个以上的官能团，并能通过两个或更多个途径反应，在转变某一种官能团时，希望激光能选择性的诱导所要求的功能团的反应。激光的瞬间加入可使化学反应再不必从最低能量反应路径发生。尤其是脉冲激光能在有机分子异构化反应中显著地改变化学平衡，激光能诱导有机分子的异构化反应。那么就可以用激光选择性地把不想要的组分转化为所要的产物。激光的上述特性便可在活性污泥污水处理中一方面利用激光打断某些有机物的化学键，降解某些微生物难以降解的有毒有害化合物，提高净化深度，另一方面利用激光改善污泥中固体颗粒物的结构，有效提高污泥的脱水性。
本发明提供了一种利用激光强化活性污泥处理有机废水的方法，与现有技术相比，其突出的特点和优异的效果在于：
1、提出了采用激光强化活性污泥污水处理中对生物分解的强化和激光辐射降解难降解有毒有害化合物进而实现污水处理的方法。
2、在处理中进行激光照射，可打断污水中某些有机物的化学键，降解某些微生物难以降解的有毒有害化合物，净化深度大。
3、激光辐射可有效改善污泥结构，可有效提高污泥的脱水性，达到泥水分离。
4、本方法采用活性污泥污水处理方法，具有处理量大，费用低廉，原料易得，对溶解性易降解有机物处理效率高的优点，同时过程简单，易于大规模推广。
具体实施方式
以下通过具体实施方式对本发明作进一步的详细说明，但不应将此理解为本发明的范围仅限于以下的实例。在不脱离本发明上述方法思想的情况下，根据本领域普通技术知识和惯用手段做出的各种替换或变更，均应包含在本发明的范围内。
实施例1
处理系统由初沉池、曝气池、激光系统、供氧系统、二沉池、回流系统及剩余污泥排放系统组成；
活性污泥的培养过程为：（1）初期时，每天曝气22h，静置2h，排放4L废水，并补充相应重量的自配水，以培养出菌种；（2）15d后，每天曝气10h，静置2h，再曝气10h，静置2h，以培养出菌胶团及钟虫等原生生物；（3）30d后，每隔46h提高一次进水COD及NH3-N浓度，逐渐提高其对NH3-N的去除率，直至达到90%以上，以提高硝化菌的含量，成为合格的活性污泥；
活性污泥的密度为1.005g/cm3，粒径为0.05mm，比表面积为60cm2/cm3，含水率为99.5%，挥发性悬浮固体浓度为0.8g/m3，污泥沉降比25%，污泥体积指数为100cm3/g；原生动物及后生动物的浓度为1100个/cm3；
采用激光强化活性污泥处理有机废水的过程为：
（1）污水经初沉池初步沉淀，与回流的污泥一起进入曝气池，污水中的有机污染物被活性污泥颗粒吸附在菌胶团的表面上，通过供氧系统向曝气池内充入空气，空气中的氧融入污水，污水中的有机物、氧气与污泥中的微生物充分接触，发生好氧代谢反应；同时，利用激光系统对混合液进行激光辐照处理，一方面利用激光打断某些有机物的化学键，降解某些微生物难以降解的有毒有害化合物，提高净化深度，另一方面利用激光改善污泥结构，有效提高污泥的脱水性；
激光为氩激光，其波长为514nm；处理时的活性污泥的溶解氧浓度为3g/m3，PH值为7.5，处理水温为28℃。
（2）反应后的混合液流入二沉池，泥水分离后，净化水从二沉池排出，大部分污泥通过回流系统回流进入曝气池，以保持曝气池内的微生物浓度；
（3）曝气池中增殖的微生物从二沉池排出，经剩余污泥排放系统处理后由污泥泵排出系统；
采用实施例1的方法处理后的污水，其可达到的排放标准、各种常见有机物的含量，以及每吨污水的处理成本，如表1所示。
实施例2
处理系统由初沉池、曝气池、激光系统、供氧系统、二沉池、回流系统及剩余污泥排放系统组成；
活性污泥的培养过程为：（1）初期时，每天曝气22h，静置2h，排放3L废水，并补充相应重量的自配水，以培养出菌种；（2）14d后，每天曝气10h，静置2h，再曝气10h，静置2h，以培养出菌胶团及钟虫等原生生物；（3）30d后，每隔44h提高一次进水COD及NH3-N浓度，逐渐提高其对NH3-N的去除率，直至达到90%以上，以提高硝化菌的含量，成为合格的活性污泥；
活性污泥的密度为1.005g/cm3，粒径为0.2mm，比表面积为80cm2/cm3，含水率为99.7%，挥发性悬浮固体浓度为0.85g/m3，污泥沉降比30%，污泥体积指数为80cm3/g；原生动物及后生动物的浓度为1200个/cm3；
采用激光强化活性污泥处理有机废水的过程为：
（1）污水经初沉池初步沉淀，与回流的污泥一起进入曝气池，污水中的有机污染物被活性污泥颗粒吸附在菌胶团的表面上，通过供氧系统向曝气池内充入空气，空气中的氧融入污水，污水中的有机物、氧气与污泥中的微生物充分接触，发生好氧代谢反应；同时，利用激光系统对混合液进行激光辐照处理，一方面利用激光打断某些有机物的化学键，降解某些微生物难以降解的有毒有害化合物，提高净化深度，另一方面利用激光改善污泥结构，有效提高污泥的脱水性；
激光为氙氯激光，其波长为308nm；处理时的活性污泥的溶解氧浓度为4g/m3，PH值为6.5，处理水温为30℃。
（2）反应后的混合液流入二沉池，泥水分离后，净化水从二沉池排出，大部分污泥通过回流系统回流进入曝气池，以保持曝气池内的微生物浓度；
（3）曝气池中增殖的微生物从二沉池排出，经剩余污泥排放系统处理后由污泥泵排出系统；
采用实施例2的方法处理后的污水，其可达到的排放标准、各种常见有机物的含量，以及每吨污水的处理成本，如表1所示。
实施例3
处理系统由初沉池、曝气池、激光系统、供氧系统、二沉池、回流系统及剩余污泥排放系统组成；
活性污泥的培养过程为：（1）初期时，每天曝气22h，静置2h，排放3L废水，并补充相应重量的自配水，以培养出菌种；（2）13d后，每天曝气10h，静置2h，再曝气10h，静置2h，以培养出菌胶团及钟虫等原生生物；（3）28d后，每隔46h提高一次进水COD及NH3-N浓度，逐渐提高其对NH3-N的去除率，直至达到90%以上，以提高硝化菌的含量，成为合格的活性污泥；
活性污泥的密度为1.002g/cm3，粒径为0.1mm，比表面积为40cm2/cm3，含水率为99.8%，挥发性悬浮固体浓度为0.75g/m3，污泥沉降比30%，污泥体积指数为120cm3/g；原生动物及后生动物的浓度为900个/cm3；
采用激光强化活性污泥处理有机废水的过程为：
（1）污水经初沉池初步沉淀，与回流的污泥一起进入曝气池，污水中的有机污染物被活性污泥颗粒吸附在菌胶团的表面上，通过供氧系统向曝气池内充入空气，空气中的氧融入污水，污水中的有机物、氧气与污泥中的微生物充分接触，发生好氧代谢反应；同时，利用激光系统对混合液进行激光辐照处理，一方面利用激光打断某些有机物的化学键，降解某些微生物难以降解的有毒有害化合物，提高净化深度，另一方面利用激光改善污泥结构，有效提高污泥的脱水性；
激光为氪氟激光，其波长为248nm；处理时的活性污泥的溶解氧浓度为4g/m3，PH值为6.5，处理水温为20℃。
（2）反应后的混合液流入二沉池，泥水分离后，净化水从二沉池排出，大部分污泥通过回流系统回流进入曝气池，以保持曝气池内的微生物浓度；
（3）曝气池中增殖的微生物从二沉池排出，经剩余污泥排放系统处理后由污泥泵排出系统；
采用实施例3的方法处理后的污水，其可达到的排放标准、各种常见有机物的含量，以及每吨污水的处理成本，如表1所示。
实施例4
处理系统由初沉池、曝气池、激光系统、供氧系统、二沉池、回流系统及剩余污泥排放系统组成；
活性污泥的培养过程为：（1）初期时，每天曝气22h，静置2h，排放4L废水，并补充相应重量的自配水，以培养出菌种；（2）15d后，每天曝气10h，静置2h，再曝气10h，静置2h，以培养出菌胶团及钟虫等原生生物；（3）30d后，每隔42h提高一次进水COD及NH3-N浓度，逐渐提高其对NH3-N的去除率，直至达到90%以上，以提高硝化菌的含量，成为合格的活性污泥；
活性污泥的密度为1.004g/cm3，粒径为0.08mm，比表面积为70cm2/cm3，含水率为99.6%，挥发性悬浮固体浓度为0.8g/m3，污泥沉降比25%，污泥体积指数为110cm3/g；原生动物及后生动物的浓度为1000个/cm3；
采用激光强化活性污泥处理有机废水的过程为：
（1）污水经初沉池初步沉淀，与回流的污泥一起进入曝气池，污水中的有机污染物被活性污泥颗粒吸附在菌胶团的表面上，通过供氧系统向曝气池内充入空气，空气中的氧融入污水，污水中的有机物、氧气与污泥中的微生物充分接触，发生好氧代谢反应；同时，利用激光系统对混合液进行激光辐照处理，一方面利用激光打断某些有机物的化学键，降解某些微生物难以降解的有毒有害化合物，提高净化深度，另一方面利用激光改善污泥结构，有效提高污泥的脱水性；
激光为氩氟激光，其波长为193nm；处理时的活性污泥的溶解氧浓度为3g/m3，PH值为7.5，处理水温为25℃。
（2）反应后的混合液流入二沉池，泥水分离后，净化水从二沉池排出，大部分污泥通过回流系统回流进入曝气池，以保持曝气池内的微生物浓度；
（3）曝气池中增殖的微生物从二沉池排出，经剩余污泥排放系统处理后由污泥泵排出系统；
采用实施例4的方法处理后的污水，其可达到的排放标准、各种常见有机物的含量，以及每吨污水的处理成本，如表1所示。
实施例5
处理系统由初沉池、曝气池、激光系统、供氧系统、二沉池、回流系统及剩余污泥排放系统组成；
活性污泥的培养过程为：（1）初期时，每天曝气22h，静置2h，排放4L废水，并补充相应重量的自配水，以培养出菌种；（2）12d后，每天曝气10h，静置2h，再曝气10h，静置2h，以培养出菌胶团及钟虫等原生生物；（3）30d后，每隔40h提高一次进水COD及NH3-N浓度，逐渐提高其对NH3-N的去除率，直至达到90%以上，以提高硝化菌的含量，成为合格的活性污泥；
活性污泥的密度为1.006g/cm3，粒径为0.2mm，比表面积为50cm2/cm3，含水率为99.8%，挥发性悬浮固体浓度为0.75g/m3，污泥沉降比30%，污泥体积指数为80cm3/g；原生动物及后生动物的浓度为800个/cm3；
采用激光强化活性污泥处理有机废水的过程为：
（1）污水经初沉池初步沉淀，与回流的污泥一起进入曝气池，污水中的有机污染物被活性污泥颗粒吸附在菌胶团的表面上，通过供氧系统向曝气池内充入空气，空气中的氧融入污水，污水中的有机物、氧气与污泥中的微生物充分接触，发生好氧代谢反应；同时，利用激光系统对混合液进行激光辐照处理，一方面利用激光打断某些有机物的化学键，降解某些微生物难以降解的有毒有害化合物，提高净化深度，另一方面利用激光改善污泥结构，有效提高污泥的脱水性；
激光为氮激光，其波长为337nm；处理时的活性污泥的溶解氧浓度为2g/m3，PH值为6.5，处理水温为15℃。
（2）反应后的混合液流入二沉池，泥水分离后，净化水从二沉池排出，大部分污泥通过回流系统回流进入曝气池，以保持曝气池内的微生物浓度；
（3）曝气池中增殖的微生物从二沉池排出，经剩余污泥排放系统处理后由污泥泵排出系统；
采用实施例5的方法处理后的污水，其可达到的排放标准、各种常见有机物的含量，以及每吨污水的处理成本，如表1所示。
对比例1
处理系统由初沉池、曝气池、供氧系统、二沉池、回流系统及剩余污泥排放系统组成；
活性污泥的培养过程为：（1）初期时，每天曝气22h，静置2h，排放5L废水，并补充相应重量的自配水，以培养出菌种；（2）15d后，每天曝气10h，静置2h，再曝气10h，静置2h，以培养出菌胶团及钟虫等原生生物；（3）28d后，每隔48h提高一次进水COD及NH3-N浓度，逐渐提高其对NH3-N的去除率，直至达到90%以上，以提高硝化菌的含量，成为合格的活性污泥；
活性污泥的密度为1.002g/cm3，粒径为0.05mm，比表面积为100cm2/cm3，含水率为99.2%，挥发性悬浮固体浓度为0.75g/m3，污泥沉降比30%，污泥体积指数为70cm3/g；原生动物及后生动物的浓度为1200个/cm3；
采用活性污泥处理有机废水的过程为：
（1）污水经初沉池初步沉淀，与回流的污泥一起进入曝气池，污水中的有机污染物被活性污泥颗粒吸附在菌胶团的表面上，通过供氧系统向曝气池内充入空气，空气中的氧融入污水，污水中的有机物、氧气与污泥中的微生物充分接触，发生好氧代谢反应；
处理时的活性污泥的溶解氧浓度为4g/m3，PH值为6.5，处理水温为35℃。
（2）反应后的混合液流入二沉池，泥水分离后，净化水从二沉池排出，大部分污泥通过回流系统回流进入曝气池，以保持曝气池内的微生物浓度；
（3）曝气池中增殖的微生物从二沉池排出，经剩余污泥排放系统处理后由污泥泵排出系统；
采用对比例1的方法处理后的污水，其可达到的排放标准、各种常见有机物的含量，以及每吨污水的处理成本，如表1所示。
表1：
Claims (2)
1.一种利用激光强化活性污泥处理有机废水的方法，具体方法为：
（1）活性污泥的培养：
初期时，每天曝气22h，静置2h，排放3~5L废水，并补充相应重量的自配水，以培养出菌种；
12~15d后，每天曝气10h，静置2h，再曝气10h，静置2h，以培养出菌胶团及钟虫等原生生物；
28~30d后，每隔40~48h提高一次进水COD（化学需氧量）及NH3-N浓度，逐渐提高其对NH3-N的去除率，直至达到90%以上，以提高硝化菌的含量，成为活性污泥；
（2）污水经初沉池初步沉淀，与回流的活性污泥一起进入曝气池，污水中的有机污染物被活性污泥颗粒吸附在菌胶团的表面上，通过供氧系统向曝气池内充入空气，空气中的氧融入污水，污水中的有机物、氧气与活性污泥中的微生物充分接触，发生好氧代谢反应；同时，利用激光系统对混合液进行激光辐照处理，一方面利用激光打断某些有机物的化学键，降解某些微生物难以降解的有毒有害化合物，提高净化深度，另一方面利用激光改善活性污泥结构，有效提高活性污泥的脱水性；
（3）反应后的混合液流入二沉池，泥水分离后，净化水从二沉池排出，大部分污泥通过回流系统回流进入曝气池，以保持曝气池内的微生物浓度；
（4）曝气池中增殖的微生物从二沉池排出，经剩余污泥排放系统处理后由污泥泵排出系统。
2.根据权利要求1所述一种利用激光强化活性污泥处理有机废水的方法，其特征在于：所述激光为氩氟激光、氪氟激光、氙氯激光、氮激光、氩激光或氦氖激光中的一种，其波长为193~633nm。
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