CN110092541A

CN110092541A - 一种微污染地表水深度处理的方法及系统

Info

Publication number: CN110092541A
Application number: CN201910387283.2A
Authority: CN
Inventors: 徐璇; 谷晓松; 付诗琪; 吕秀龙; 罗玉洁; 颜秋彤; 张影; 何倩
Original assignee: Chongqing University
Current assignee: Chongqing University
Priority date: 2019-05-10
Filing date: 2019-05-10
Publication date: 2019-08-06

Abstract

本发明涉及废水处理领域，具体涉及一种微污染地表水深度处理的方法及系统。其依次采用固体碳源反硝化脱氮、沸石吸氨和氢氧化锆吸磷过程处理进水，同时，反硝化过程液利用和去除了微污染水中可降解有机物，沸石吸氨和氢氧化锆吸磷过程去除了微污染水中难降解的有机物，三者的结合有效的去除了微污染水中的低浓度的氮、磷和有机污染物，并且处理时间短，可连续处理，可在短时间内将劣五类及其以上的地表水中的COD降至20mg/L以下，TP降至0.2mg/L以下，TN降至1.0mg/L以下，使得最终出水中的COD、TP和TN满足《地表水环境质量标准》（GB3838‑2002）Ⅲ类水水质。

Description

一种微污染地表水深度处理的方法及系统

技术领域

本发明涉及废水处理领域，具体涉及一种微污染地表水深度处理的方法及系统。

背景技术

氮和磷是引起自然水体富营养化的主要元素，去除污水中的氮和磷也成为了污水处理的两大主要任务。COD浓度较高在水中降解时会导致水中溶解氧被利用，使水体成为厌氧状态，易引发水体发黑、发臭，COD进入自然水体，破坏水体平衡，造成除微生物外几乎所有生物的死亡，不仅危害水体的生物如鱼类，而且还可经过食物链的富集，最后进入人体，引起慢性中毒，因此去除水体的COD也是污水处理的另一重点。我国现阶段正在开展水源地整治、污水厂提标改造工程等项目，2015年4月《水污染防治行动计划》正式提出之后，我国污水处理厂的提标改造工程已进行开展，2015年11月国家环保部办公厅发布的《城镇污水处理厂污染物排放标准》征求意见稿，首次提出特别排放限值，其特别排放限值总体与《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)Ⅳ类水体水质要求相当。现阶段，我国常规污水处理厂出水水质主要执行《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)一级A标。其一级A标尾水相当于《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)劣V类水水质，其中仍含有微量的氮、磷和COD属于微污染地表水。

微污染地表水流入城市河道、水库、水源地保护区等水质要求较高的流域，氮和磷的排入会加速水体富营养化进程，COD的排入会导致水体中溶解氧被利用，对水体生态环境造成影响，且该流域范围内禁止不达标水体的排入，结合我国现阶段的污水处理技术水平，排入水体中的水质低于《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)V类水水质。因此，需要一种方法对微污染地表水进行深度处理。

微污染地表水中氮磷含量较低难以处理，对此类废水的处理方法主要有化学沉淀法、膜法和吸附法；化学沉淀法因投加药剂，产生大量难处理污泥，造成二次污染，运行成本高；膜法则存在着管理复杂、运行成本较高等一系列问题；相比之下，吸附法操作简单、无二次污染。微污染地表水中COD含量较低难以生化处理，现有处理技术基本为膜法处理及增大曝气进行生物氧化处理，两类处理方法在实际工程中对能耗需求较大，运行成本高。

发明内容

本发明提供一种微污染地表水深度处理的方法，该方法采用氮、磷吸附剂有效处理微污染水体中低浓度的氮、磷和有机物污染物。

一种微污染地表水深度处理的方法，进水依次经固体碳源反硝化脱氮、沸石吸氨和氢氧化锆吸磷过程得到出水。

优选的，所述固体碳源在使用前经反硝化细菌挂膜，所述固体碳源的制备方法：采用脲素、甲酰胺和丙三醇为复合增塑剂，以淀粉作为主要原料，通过热处理制得高淀粉含量热塑性淀粉(TPS)，再将TPS进行熔融，并在其熔融态中加入聚酯、偶联剂、润滑剂、抗氧化剂和热稳定剂进行混炼，冷却后的材料通过粉碎机和单螺杆挤出机进行造粒得到。

优选的，所述沸石是经洗涤、过筛和烘干的天然沸石，所述沸石的粒径为2-4mm。

优选的，所述氢氧化锆的粒径为50nm～50um。

优选的，所述氢氧化锆吸附饱和后可再生，其再生的方法为：将吸附饱和的氢氧化锆与氢氧化钾/钠溶液充分接触形成脱附体系，脱附后氢氧化锆用水洗涤3～5次，可再进行吸附循环利用，优选的，氢氧化钾/钠溶液的浓度为1mol/L～10mol/L，脱附体系的初始pH大于或等于12，脱附的时间为30～50min。

上述进水为微污染地表水或微污染水源水，进水通过固体碳源经反硝化细菌的反硝化作用脱除进水中的硝态氮，然后经过沸石吸氨除去进水中低浓度氨氮，最后经过氢氧化锆除去进水中低浓度的磷。在上述过程中，进水中的低浓度有机污染物中能够在固体碳源生物降解，未被降解的微生物被沸石、氢氧化锆吸附，进而除去进水中可降解和难降解的有机污染物。

其中，反硝化细菌以固体碳源为碳源，无需外加液体碳源，避免了液体碳源的二次污染，同时固体碳源还可充当挂膜载体，并且这种载体在反应的过程中，始终可以保持原有的形态，只是在厚度上发生变化；氢氧化锆对磷具有优异的吸附性能，且在特定换降下可将吸附后的磷进行脱附分离，可循环再生。

优选的，所述方法的具体步骤为：

(1)固体碳源反硝化脱氮过程：进水接入固体碳源反应柱，固体碳源反应柱中培养的反硝化细菌与废水充分接触，反硝化细菌与硝酸盐进行反硝化作用，去除废水中的硝态氮和有机污染物；

(2)沸石吸氨过程：将流经固体碳源反应柱后的进水接入沸石吸附柱中，进水与沸石充分接触，沸石吸附去除进水中的氨氮和有机污染物；

(3)氢氧化锆吸磷过程：将通过沸石吸附槽后的进水接入氢氧化锆吸附槽中，使进水和氢氧化锆充分接触形成吸附体系，吸附进水中的磷酸盐和有机污染物，吸附完成后，静止沉降得到吸附后的出水和吸附有磷酸盐的氢氧化锆。

优选的，所述步骤(2)中，水力停留时间为40-60min。

优选的，所述步骤(3)中，水力停留时间为20-30min。

上述步骤(1)、(2)和(3)的水力停留时间可根据进水中氮、磷的含量进行具体的调节。

一种基于上述方法的微污染地表水深度处理的系统，包括依次通过水路连通的经反硝化细菌挂膜的固体碳源反应柱、沸石吸氨柱和氢氧化锆反应槽，进水依次流经固体碳源反应柱、沸石吸氨柱和氢氧化锆反应槽，去除硝态氮、氨氮、磷和有机污染物。。

上述系统是这样工作的，微污染地表水进入利用固体碳源进行反硝化去除硝态氮的反应柱，反应柱中填充有可供生物降解需求的颗粒固体碳源和反硝化菌体，反硝化菌体利用固体碳源提供的碳源能量对水体中硝态氮进行反硝化脱氮处理，且该过程中对水体中部分可降解有机污染物有去除作用；脱氮处理完成后，进水通过输送装置进入沸石吸附柱，其中填充有沸石，进水穿过沸石填料层时与其充分接触吸附水中氨氮，且沸石对水体中的部分难降解有机污染物可吸附去除；吸附完成后进水通过输送装置进入氢氧化锆吸附槽，吸附槽中有可脱附再生使用的氢氧化锆，废水进入吸附槽后，开始吸附过程，反应完成后，通过静置沉降进行固液分离，上清液作为出水直接排放，吸附有磷酸盐和有机污染物的氢氧化锆可继续使用多次直至吸附饱和，再生后可循环利用。

本发明的有益效果在于：

1.本发明提供的一种处理微污染地表水的方法，能够同步去除水中的氮、磷和有机污染物，处理时间短，可连续处理，可在短时间内将劣五类及其以上的地表水中的COD降至20mg/L以下，TP降至0.2mg/L以下，TN降至1.0mg/L以下，使得最终出水中的COD、TP和TN满足《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)Ⅲ类水水质。

2.本发明提供方法所用COD和磷酸盐吸附剂氢氧化锆，能够在短时间通过碱溶液重生，使得该方法运行成本较低。

3.本发明提供方法所用氨氮吸附剂沸石，工业产量大，成本低。

4.本发明提供方法所用固体碳源具有良好的机械强度，在水体中可以长期保持原有形态，在微生物的作用下也不分散，可用其他同样效果的固体碳源进行替代。

5.本发明对水体中的低浓度COD的去除效果较优，且处理过程包含了一级降解和两级吸附，能保证低浓度的出水水质要求。

6.本发明提供的一种处理微污染地表水深度处理的工艺系统，结构简单合理，投资小，运行成本低，有利于实际投入应用。

附图说明

图1是一种微污染地表水深度处理的工艺系统的示意图。

具体实施方式

以下结合附图对发明进行进一步的说明。

需要说明的是：实施例中所使用的氢氧化锆是购买于国药集团(CAS号：14475-63-9)的氢氧化锆，实施例中的沸石为云南出产的天然沸石，主要化学成分(w％)为：SiO₂，70.12％；Al₂O₃，12.53％；CaO，2.38％；Na₂O，2.41％；K₂O，1.03％；Fe₂O₃，0.96％；其它，10.57％，沸石的预处理为：洗涤，过筛，收集粒径为2～4mm的沸石，放入电热烘箱中在105℃烘干，放在干燥器中备用；实施例中其他试剂和材料若无特殊说明，均是通过商用途径购买获得的试剂材料，本发明中的不同水质的微污染地表水分别取样于云南省玉溪市星云湖湖水、重庆大学民主湖湖水、重庆市永川污水处理厂尾水和自行配置的微污染水。

固体碳源的制备方法为：

所述固体碳源在使用前经反硝化细菌挂膜，所述固体碳源的制备方法：采用脲素、甲酰胺和丙三醇为复合增塑剂，以淀粉作为主要原料，在90℃水浴锅中搅拌淀粉至蜡黄固体状并将起密封24小时后，在转矩流变仪中混炼，取出混炼物，经高速搅拌机搅拌成颗粒状，制得高淀粉含量热塑性淀粉(TPS)，其中脲素、甲酰胺、丙三醇和淀粉质量分数比为：

1～5:5～10:5～10:75～100。后将TPS在转矩流变仪中进行熔融，熔炼温度为140～160℃，升温5min后加入TPS，在其熔融态中加入聚酯、偶联剂、润滑剂、抗氧化剂和热稳定剂进行混炼12min，冷却后的材料通过粉碎机和单螺杆挤出机进行造粒得到；所用聚脂、TPS、偶联剂、润滑剂、抗氧化剂、热稳定剂质量分数比为：50～70:10～30:1～5:0～5:0～5:0～0.1；所用聚酯为聚己内脂(PCL)，所用偶联剂为钛酸酯偶联剂，所用润滑剂为脂肪酸酯润滑剂，所用抗氧化剂为抗氧化剂1010，所用热稳定剂为磷酸三钾酯。

固体碳源反应柱经反应柱挂膜的过程为：

在反应器中装填固体碳源，将来自于污水厂的接种污泥首先在外置容器中搅拌，污泥浓度为5000mg/L，使接种污泥呈悬浮状，再将接种污泥灌满反应器，静置培养3天，微生物在固体碳源上吸附并形成生物膜，污泥在生物膜载体上挂膜成功后，将剩余污泥排出。

参见图1，一种微污染地表水深度处理的系统，包括进水口、经反硝化细菌挂膜的固体碳源反应柱、沸石吸氨柱、氢氧化锆反应槽和出水口，进水自进水口依次进入经反硝化细菌挂膜的固体碳源反应柱、沸石吸氨柱和氢氧化锆反应槽，然后经排水口流出。

一种处理微污染地表水的方法，步骤如下：

(1)固体碳源反硝化脱氮过程：进水接入固体碳源反应柱，固体碳源反应柱中培养的反硝化细菌与废水充分接触，反硝化细菌与硝酸盐进行反硝化作用，反应时间为60min，去除废水中的硝态氮和有机污染物；

(2)沸石吸氨过程：将流经固体碳源反应柱后的进水接入沸石吸附柱中，沸石的粒径为2-4mm，进水与沸石充分接触，接触时间为40min，沸石吸附去除进水中的氨氮和有机污染物；

(3)氢氧化锆吸磷过程：将通过沸石吸附槽后的进水接入氢氧化锆吸附槽中，氢氧化锆的粒径为50nm-50μm，使进水和氢氧化锆充分接触形成吸附体系，吸附水中的磷酸盐和有机污染物，吸附反应完成后，静止沉降得到出水和吸附有磷酸盐的氢氧化锆。

实施例1

采用上述方法处理星云湖湖水，水中初始COD为37.503mg/L，总氮为2.073mg/L，初始总磷为0.337mg/L，在脱氮、吸氨、吸磷阶段反应时间分别为60min、40min、30min，处理后水质如下表所示：

	NO<sub>3</sub>-N(mg/L)	NH<sub>3</sub>-N(mg/L)	TN(mg/L)	TP(mg/L)	COD(mg/L)
						处理前	0.749	1.131	2.073	0.337	37.503
处理后	0.031	0.213	0.314	0.011	15.274

实施例2

采用上述方法处理民主湖湖水，水中初始COD为45.711mg/L，总氮为4.565mg/L，初始总磷为1.305mg/L，在脱氮、吸氨、吸磷阶段反应时间分别为70min、60min、40min，处理后水质如下表所示：

	NO<sub>3</sub>-N(mg/L)	NH<sub>3</sub>-N(mg/L)	TN(mg/L)	TP(mg/L)	COD(mg/L)
						处理前	2.243	1.854	4.565	1.305	45.711
处理后	0.116	0.237	0.430	0.008	17.239

实施例3

采用上述方法处理永川污水处理厂出水，水中初始COD为32.482mg/L，总氮为7.058mg/L，初始总磷为0.433mg/L，在脱氮、吸氨、吸磷阶段反应时间分别为90min、60min、40min，处理后水质如下表所示：

	NO<sub>3</sub>-N(mg/L)	NH<sub>3</sub>-N(mg/L)	TN(mg/L)	TP(mg/L)	COD(mg/L)
						处理前	1.452	3.149	7.058	0.433	32.482
处理后	0.083	0.519	0.895	0.016	11.236

实施例4

其他水体实验，水中初始COD为55.718mg/L，总氮为6.158mg/L，初始总磷为0.557mg/L，在脱氮、吸氨、吸磷阶段反应时间分别为60min、50min、20min，处理后水质如下表所示：

	NO<sub>3</sub>-N(mg/L)	NH<sub>3</sub>-N(mg/L)	TN(mg/L)	TP(mg/L)	COD(mg/L)
						处理前	2.031	2.082	6.158	0.557	55.718
处理后	0.151	0.317	0.652	0.009	16.213

根据上述实施例可知，采用本发明的一级降解和两级吸附不仅能够除去水中低浓度的氮磷，还可利用其中可降解的有机污染物为反硝化提供能源，并通过沸石和氢氧化锆吸附难降解的有机污染物，可在短时间内将劣五类及其以上的地表水中的COD降至20mg/L以下，TP降至0.2mg/L以下，TN降至1.0mg/L以下，使得最终出水中的COD、TP和TN满足《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)Ⅲ类水水质。

Claims

1.一种微污染地表水深度处理的方法，进水依次流经反硝化细菌挂膜的固体碳源反硝化脱氮、沸石吸氨和氢氧化锆吸磷得到出水。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述固体碳源的制备方法：采用脲素、甲酰胺和丙三醇为复合增塑剂，以淀粉作为主要原料，通过热处理制得高淀粉含量热塑性淀粉（TPS），再将TPS进行熔融，并在其熔融态中加入聚酯、偶联剂、润滑剂、抗氧化剂和热稳定剂进行混炼，冷却后的材料通过粉碎机和单螺杆挤出机进行造粒得到。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述沸石是经洗涤、过筛和烘干的天然沸石，所述沸石的粒径为2-4mm。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述氢氧化锆的粒径为50nm~50um。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述氢氧化锆吸附饱和后可再生，其再生的方法为：将吸附饱和的氢氧化锆与氢氧化钾/钠溶液充分接触形成脱附体系，脱附后氢氧化锆用水洗涤3~5次，可再进行吸附循环利用。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述氢氧化钾/钠溶液的浓度为1mol/L-10mol/L，脱附体系的初始pH大于或等于12，脱附的时间为30~50min。

7.根据权利要求1-6任一项所述的方法，其特征在于，所述方法的具体步骤为：

（1）固体碳源反硝化脱氮过程：进水接入反硝化细菌挂膜的固体碳源反应柱，固体碳源反应柱中培养的反硝化细菌与废水充分接触，反硝化细菌与硝酸盐进行反硝化作用，去除废水中的硝态氮和有机污染物；

（2）沸石吸氨过程：将流经固体碳源反应柱后的进水接入沸石吸附柱中，进水与沸石充分接触，沸石吸附去除进水中的氨氮和有机污染物；

（3）氢氧化锆吸磷过程：将通过沸石吸附槽后的进水接入氢氧化锆吸附槽中，使进水和氢氧化锆充分接触形成吸附体系，吸附进水中的磷酸盐和有机污染物，吸附完成后，静止沉降得到吸附后的出水和吸附有磷酸盐的氢氧化锆。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述步骤（2）中，水力停留时间为40-60min。

9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述步骤（3）中，水力停留时间为20-30min。

10.一种基于权利要求1-9任一项所述方法的微污染地表水深度处理的系统，包括依次通过水路连通的经反硝化细菌挂膜的固体碳源反应柱、沸石吸氨柱和氢氧化锆反应槽，进水依次流经固体碳源反应柱、沸石吸氨柱和氢氧化锆反应槽，去除硝态氮、氨氮、磷和有机污染物。