CN110228906B - 用于城市污水提标至地表ⅳ类和ⅲ类水标准的组合污水处理工艺 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于城市污水提标至地表Ⅳ类和Ⅲ类水标准的组合污水处理工艺，包括如下步骤：（1）将污水送入高密度沉淀池内，投加混凝剂、絮凝剂；（2）经沉淀后，澄清水进入内碳源反硝化生物滤池内，并向内碳源反硝化生物滤池内补加污泥水解酸化产物；（3）经硝化后，废水进入深床滤池内；（4）向曝气生物滤池底部的布水层中加入臭氧，经过深床滤池的废水进入布水层进入曝气生物滤池内，填料层进行生化处理；（5）经生化处理后，净化水引入模块化人工湿地中，模块化人工湿地是由若干小型湿地模块组件拼接形成；（6）出水；本申请采用高密度沉淀池、内碳源反硝化复合滤池、一体化臭氧生物滤池和模块化人工湿地三个单元有机组合，使得净化水能够达到地表Ⅳ类和Ⅲ类水标准。

Description

用于城市污水提标至地表Ⅳ类和Ⅲ类水标准的组合污水处理 工艺

技术领域

本发明涉及污水处理的技术领域，尤其是涉及一种用于城市污水提标至地表Ⅳ类和Ⅲ类水标准的组合污水处理工艺。

背景技术

近年来，各地污水处理厂的提标改造工作正在陆续进行。污水处理厂提标改造工艺技术研究方兴未艾。主要问题有如下几个方面：1、国外技术垄断：以得利满、苏伊士为代表的国外公司，在城镇污水处理厂超低排放标准工艺技术上已经形成具有自主知识产权的专利技术，采用工艺包+设备供货组合模式，具体技术环节保密；2、国内技术相对单一：国内的超低排放技术主要集中以MBR为核心的处理工艺，其投资和运行费用高昂；3、其他工艺鱼龙混杂，出水水质难以保障相关机构对全国污水处理厂的提标改造情况进行了统计研究。

现有专利中授权公告号为CN104086047B的中国专利公开了一种污水分质提标及深度处理方法，属于污水处理技术领域，污水经稳流池、格栅间处理后，进入调节池，再经提升泵房分别进行分质处理、预处理和深度处理，将污水分类收集，预处理是指污水进行前物化沉淀、水解酸化、选菌处理、氧化处理、二次沉淀、后物化气浮后排出进行深度处理，深度处理以预处理气浮排出的污水为处理对象，进行前物化沉淀、水解酸化、平流沉淀、氧化后进行深处理后再经后物化气浮排出，采用该种方法不仅实现了污水的分质提标，且处理效果更好，处理成本较低。

上述处理方法以及现有技术中大多数处理方法在提标改造过程中仅采用生化处理工艺，或者采用沉淀+生化工艺，或者采用物理过滤或者沉淀+物理过滤的技术，这些手段大多以处理总氮或氨氮为目标，以强化生物处理或深度段增加生化处理为主，多采用反硝化滤池或曝气生物滤池；但是在实际处理过程中，上述方法除磷仍不稳定，出水水质难以达到预期要求。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于城市污水提标至地表Ⅳ类和Ⅲ类水标准的组合污水处理工艺，可保证出水水质符合地表Ⅳ类和Ⅲ类水标准。

本发明的上述发明目的是通过以下技术方案得以实现的：

一种用于城市污水提标至地表Ⅳ类和Ⅲ类水标准的组合污水处理工艺，其特征在于，包括如下步骤：

(1)将污水送入高密度沉淀池内，投加混凝剂、絮凝剂；

(2)经沉淀后，澄清水进入内碳源反硝化生物滤池内，并向内碳源反硝化生物滤池内补加污泥水解酸化产物；

(3)经硝化后，废水进入深床滤池内；

(4)向曝气生物滤池底部的布水层中加入臭氧，经过深床滤池的废水进入布水层进入曝气生物滤池内，填料层进行生化处理；

(5)经生化处理后，净化水引入模块化人工湿地中，模块化人工湿地是由若干小型湿地模块组件拼接形成；

(6)出水。

通过采用上述技术方案，混凝剂、絮凝剂添加后，使水中的悬浮物形成较大的絮体，增大絮体的密度与半径，从而加大了它的沉降速度，具有更好的沉降效果；高密度沉淀池具有以下优点：在水量一定的条件下，沉淀池容积大为减少，而且效果更佳；浓缩污泥的外部循环不仅保证了搅拌反应池的污泥浓度，提高了进泥的絮凝能力，使形成的絮体更加均匀与密实，强化了絮凝过程；污泥水解酸化产物是生物脱氮系统经济有效的可替代有机碳源，在实际中，每个污水厂均有大量污泥需要稳定处置，不需要向外获得原料，可从根本上解决城市污水处理厂出水中COD、总氮量小；由于反硝化滤池外加的碳源不一定能完全消耗，所以为了保证反硝化滤池出水COD稳定达标，增设了深床滤池，构成反硝化复合滤池，因此，内碳源回收型反硝化复合滤池是集多种污染物去除功能于一体，对总氮、总磷和固体悬浮物均有相当好的去除效果，进一步提高出水水质；进入曝气生物滤池的进水具有较低的COD，且难降解，进水在布水层实现布气布水和臭氧氧化，再进行生化处理，在一个反应器内同时实现臭氧氧化和生化的协同作用，可进一步降解COD；一体化臭氧曝气生物滤池在运行成本方面，可以减少一级水泵提升，同时由于臭氧氧化废水中的有机物转化为氧气，加上臭氧化气体中提供的氧源，大大减少了曝气生物滤池的曝气量；基建投资方面，采用一体化设备，可以减少一级臭氧氧化池体，可以在较低的基建费用下实现臭氧与曝气生物滤池的协同作用；模块化人工湿地可进一步提升出水质量，使得出水能够达到地表Ⅳ类和Ⅲ类水标准；另外，模块化人工湿地是将传统土建施工的湿地建设方法，转变为工业化生产型的小型湿地模块组件，直接运送到使用现场进行拼接安装，该技术和设备的优势是在工厂内完成湿地构件制作、填料布设、植物育种栽培，到使用现场直接进行拼装，不仅使人工湿地构建过程规范化、设备化和标准化，而且可根据不同进水水质和不同排放要求，更换不同功能强化型填料模块，解决了填料使用一段时间后逐渐饱和导致出水水质变差的难题，运行管理方便。

本发明进一步设置为：步骤(2)中内碳源反硝化生物滤池采用2～3mm石英砂介质滤料。

通过采用上述技术方案，限定滤料的尺寸，可保证出水的固体悬浮物颗粒小于5mg/L。

本发明进一步设置为：步骤(2)中污泥水解酸化产物是将污泥稳定处置，并向污泥中添加经碱处理后的玉米芯和海绵铁组成的复合填料，其中玉米芯与海绵铁的重量比为5:1。

通过采用上述技术方案，玉米芯是一种产量较大的农副产物，目前多数被焚烧，主要成分为纤维素、半纤维素和木质素，将其应用在水处理中的吸附剂时，具有优异的活性和吸附性；还可作为反硝化的碳源和生物载体，解决了连续投加碳源的弊端；将玉米芯与海绵铁以重量比为5:1复合作为碳源时，海绵铁释放了更多的铁离子，起到了刺激微生物的作用，增强了异养微生物的活性，加速了纤维素的分解释碳过程，同时海绵铁的缓慢腐蚀过程也在不断产生氢气，供氢自养反硝化菌的生长，进一步强化了反硝化进程，提高对硝态氮的去除率。

本发明进一步设置为，所述步骤(3)中深床滤池内的过滤填料经挤压造粒而成，所述过滤填料包括如下重量份的组分：6～9目硅砂10～20份、膨胀珍珠岩10～20份、甲基硅醇钠5～15份、工业硫酸铝5～10份和水5～10份。

通过采用上述技术方案，硅砂可起到较好的过滤作用；膨胀珍珠岩是一种天然酸性玻璃质火山熔岩，可用作过滤剂、催化剂、分子筛以及橡胶、化肥、农药的载体；甲基硅醇钠是一种单组份固化型高分子防水剂材料，主要成份为甲基硅酸盐，在水和二氧化碳的作用下生成甲基硅酸醇，甲基硅酸醇有助于与建筑材料起化学反应生成不溶性的网状有机硅树脂膜，具有优异的防水、防渗、防潮、抗老化、抗污染和透气性；工业硫酸铝为白色结晶体，在空气中长期存放易吸潮结块，易溶于水，水溶液成酸性，难溶于醇；主要用作造纸施胶剂和饮用水、工业用水及废水处理的絮凝剂，还是生产人造宝石和其他铝盐，如氨明矾、钾明矾、精制硫酸铝的原料；另外，硫酸铝还广泛用于优质澄清剂、石油除臭脱色剂、混凝土防水剂、高级纸张锻白，钛白粉后薄膜处理和催化剂载体的生产，在本发明有助于增强粉体固化剂的速凝作用；采用上述各组分制备形成的过滤填料，具有优良的过滤性、防腐蚀性与耐高低温性。

本发明进一步设置为：所述步骤(4)中填料层包括铺设厚度为1:1:1的生物吸附层、红外加热层与生物降解层，所述红外加热层采用远红外陶瓷球填充形成。

通过采用上述技术方案，远红外陶瓷球是由铁电气石、结晶石英、氧化钛、氧化锆、高岭土等数十种天然矿物材料并添加远红外功能粉配制而成，规格约为3～25mm，可释放对人体有益的波长为4～14μm，发射率为0.92以上的远红外线，使得生物吸附层、生物降解层产生热效应；当有废水流经时，远红外线在水中与水分子产生共振，将水中原来紊乱的大分子团链打断，高效地将普通水的分子结构变小，使水的极性重新排列，并结合成稳定的小分子团，提高水中的溶氧量；生物吸附层具有优异的吸附功能，生物降解层具有良好的降解功能，适当的加热可促进污水中细菌的活性，从而进一步降低难降解COD的含量。

本发明进一步设置为，所述生物吸附层包括如下重量份的组分：称量树脂基磷酸锆30份、稻谷10份、硅胶粘结剂10份、活性二氧化硅5份、工业污泥1份和酸性纤维素酶1份。

通过采用上述技术方案，树脂基磷酸锆是一类新型的复合环境功能材料，具有像离子树脂一样的离子交换性能，又具有像沸石一样的择形吸附和催化性能，具有较高的热稳定性、耐酸碱性和机械强度；稻谷是没有去除稻壳的子实；硅胶粘结剂是由单组份有机硅高分子化合物组成，具有优异的粘结性、高温保粘性、高模量、耐冲击、耐高温以及良好的热稳定性与耐候性；活性二氧化硅是极其重要的超微细无机新材料之一，由于其粒径很小，因此表面积较大，表面吸附力强，表面能大，化学纯度高、分散性能好、热阻、电阻等方面具有特异的性能，以其优越的稳定性、补强性、增稠性和触变性，在众多学科及领域内独具特性，有着不可取代的作用，并广泛应用在各行业作为添加剂、催化剂载体、石油化工、脱色剂、消光剂、橡胶补强剂、塑料充填剂、油墨增稠剂、金属软性磨光剂、绝缘绝热填充剂，高级日用化妆品填料及喷涂材料、医药、环保等各种领域；工业污泥中有30％～40％的活性成分，活性成分可以对其他干基组分进行活化、分解等，消耗工业污泥内的氧，使工业污泥内的干基成分向无机物转变，由这种工业污泥制备的生物质燃料的燃烧时间更长，可在空气环境中较长时间燃烧；采用上述配方制备的生物吸附层，具有良好的离子交换能力，对重金属离子具有优良的吸附性，经臭氧氧化的污水经过树脂基磷酸锆，对重金属离子产生预富集与孔内强化扩散作用，还可增强污水的吸附选择性。

本发明进一步设置为：所述步骤(5)中模块化人工湿地内可拆卸设有填料模块。

通过采用上述技术方案，当填料使用一段时间出现饱和导致出水水质变差时，可灵活更换不同功能强化型填料模块，而且在更换填料模块时，只需要进行局部小范围的吊装更换，不需要破坏性地开挖，得以保全整个湿地系统中已经形成的微生物和植物两者间的稳定平衡体系，游标避免了湿地中填料更换后而需要长时间形成稳定微生物种群结构的问题。

综上所述，本发明的有益技术效果为：

1.公开了一种将污水提标至地表Ⅳ类和Ⅲ类水标准的工艺，是将高密度沉淀池、内碳源反硝化复合滤池、一体化臭氧生物滤池和模块化人工湿地进行有机结合，可显著去除一些难降解的COD；

2.通过内碳源反硝化生物滤池，可以有效提高反硝化效率，增大总氮的去除，有效解决了城市污水处理厂出水中C/N低，反硝化不足，总氮去除率低的问题；

3.通过一体化臭氧生物滤池和模块化人工湿地的设置有效增加了难降解COD和磷的去除；

4.深床滤池内的过滤填料采用膨胀珍珠岩、硅砂、工业硫酸铝以及甲基硅醇钠和水制备，材料成分简单，具有较优异的过滤性、成型简便以及绿色环保的特性；

5.填料层内包括红外加热层，显著提高了生物吸附于降解效率。

具体实施方式

以下结合实施例对本发明作进一步详细说明。

树脂基磷酸锆采购自四川绵竹耀隆化工有限公司。

硅胶粘结剂购自宁波市海曙锐固胶粘剂有限公司。

实施例一：

一种深床滤池用的过滤填料，采用如下步骤制备：

(1)配料：按照重量份，称量6～9目硅砂10份、膨胀珍珠岩10份、甲基硅醇钠5份、工业硫酸铝5份和水5份；

(2)将硅砂、膨胀珍珠岩、水进行高速混合至少30min，得到共混体；

(3)将共混体、甲基硅醇钠和工业硫酸铝共混4～6h，温度调节为50～60℃，挤压造粒。

实施例二：

与实施例一的区别之处在于过滤填料的配料含量不同，称量6～9目硅砂13份、膨胀珍珠岩12份、甲基硅醇钠7份、工业硫酸铝7份和水6份，其余工艺相同。

实施例三：

与实施例一的区别之处在于过滤填料的配料含量不同，称量6～9目硅砂15份、膨胀珍珠岩15份、甲基硅醇钠10份、工业硫酸铝8份和水8份，其余工艺相同。

实施例四：

与实施例一的区别之处在于过滤填料的配料含量不同，称量6～9目硅砂18份、膨胀珍珠岩17份、甲基硅醇钠12份、工业硫酸铝9份和水10份，其余工艺相同。

实施例五：

与实施例一的区别之处在于过滤填料的配料含量不同，称量6～9目硅砂20份、膨胀珍珠岩20份、甲基硅醇钠15份、工业硫酸铝10份和水10份，其余工艺相同。

实施例六：

一种生物吸附层，采用如下方法制备：

(1)配料：按照重量份，称量树脂基磷酸锆30份、稻谷10份、硅胶粘结剂10份、活性二氧化硅5份、工业污泥1份、酸性纤维素酶1份；

(2)将工业污泥放置在污泥处理槽中，加入酸性纤维素酶进行分解，脱水晾晒至含水量为40％以内；

(3)将处理过的工业污泥、稻谷、树脂基磷酸锆、活性二氧化硅、硅胶粘结剂进行搅拌混合，挤压造粒。

实施例七：

与实施例六的区别之处在于生物吸附层中组分含量不同，称量树脂基磷酸锆32份、稻谷11份、硅胶粘结剂10份、活性二氧化硅6份、工业污泥2份、酸性纤维素酶1份。

实施例八：

与实施例六的区别之处在于生物吸附层中组分含量不同，称量树脂基磷酸锆35份、稻谷12份、硅胶粘结剂11份、活性二氧化硅7份、工业污泥3份、酸性纤维素酶2份。

实施例九：

与实施例六的区别之处在于生物吸附层中组分含量不同，称量树脂基磷酸锆37份、稻谷14份、硅胶粘结剂12份、活性二氧化硅9份、工业污泥5份、酸性纤维素酶3份。

实施例十：

与实施例六的区别之处在于生物吸附层中组分含量不同，称量树脂基磷酸锆40份、稻谷15份、硅胶粘结剂12份、活性二氧化硅10份、工业污泥5份、酸性纤维素酶3份。

实施例十一：

一种用于城市污水提标至地表Ⅳ类和Ⅲ类水标准的组合污水处理工艺，包括如下步骤：

(1)将污水送入高密度沉淀池内，投加混凝剂、絮凝剂；

(2)经沉淀后，澄清水进入内碳源反硝化生物滤池内，并向内碳源反硝化生物滤池内补加污泥水解酸化产物，内碳源反硝化生物滤池采用2～3mm石英砂介质滤料，污泥水解酸化产物是将污泥稳定处置自然发酵形成；

(3)经硝化后，废水进入深床滤池内，深床滤池内的过滤填料采用实施例一制备；

(4)向曝气生物滤池底部的布水层中加入臭氧，经过深床滤池的废水进入布水层进入曝气生物滤池内，曝气生物滤池内的填料层包括三层，由下至上依次铺设的生物吸附层、红外加热层和生物降解层，生物吸附层采用实施例六制备，红外加热层采用远红外陶瓷球填充形成，进行生化处理；

(5)经生化处理后，净化水引入模块化人工湿地中，模块化人工湿地是由若干小型湿地模块组件拼接形成，模块化人工湿地内可拆卸设有填料模块，根据不同的需要，灵活更换不同功能强化型填料模块；

(6)出水。

某污水厂处理规模2万吨/天，变化系数为1.2，最大设计处理量2.4万吨/天，出水水质达到一级A标准。

该项目设计进水水质：COD≤65mg/L，BOD₅≤30mg/L，SS≤30mg/L，NH3-N≤5mg/L，TN≤40mg/L，TP≤3.5mg/L。

高密度沉淀池设计停留时间30min，尺寸为10.5m*12.6m*4.9m；内碳源反硝化复合滤池设计停留时间2h，尺寸20m*15m*10m；一体化臭氧生物滤池设计停留时间为30min，尺寸为10.5m*12.6m*4.9m；模块化人工湿地设计停留时间12h，尺寸为40m*45m*30m。

实施例十二：

一种用于城市污水提标至地表Ⅳ类和Ⅲ类水标准的组合污水处理工艺，与实施例十一的区别之处在于步骤(2)中采用玉米芯和海绵铁复合作为碳源。步骤(4)中生物吸附层采用实施例七制备。

实施例十三：

一种用于城市污水提标至地表Ⅳ类和Ⅲ类水标准的组合污水处理工艺，与实施例十一的区别之处在于步骤(4)中生物吸附层采用实施例八制备。

实施例十四：

一种用于城市污水提标至地表Ⅳ类和Ⅲ类水标准的组合污水处理工艺，与实施例十一的区别之处在于步骤(4)中生物吸附层采用实施例九制备。

实施例十五：

一种用于城市污水提标至地表Ⅳ类和Ⅲ类水标准的组合污水处理工艺，与实施例十一的区别之处在于步骤(4)中生物吸附层采用实施例十制备。

对比例：以现有专利中授权公告号为CN104086047B的中国专利作为对比例。

检测手段：

(1)COD测定：采用国标GB11914-89化学需氧量进行测定。

(2)BOD₅测定：采用标准稀释法进行测试。

(3)SS测定：采用GB11901-89重量法进行测定。

(4)NH₃-N测定：采用纳氏试剂光度法进行测定。

(5)TN测定：采用碱性过硫酸钾消解紫外分光光度法进行测定。

(6)TP测定：采用钼酸铵分光光度测定总磷的方法。

检测结果如下表所示：

通过上表可知，本发明涉及的工艺属于对污水的深度处理，处理后，出水后的COD、BOD₅、SS、NH₃-N、TN、TP含量都很低，具有良好的深度净化处理效果；而对比例样品对各项指标的去除率也较大，但仍不及本发明的工艺。

本具体实施方式的实施例均为本发明的较佳实施例，并非依此限制本发明的保护范围，故：凡依本发明的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种用于城市污水提标至地表Ⅳ类和Ⅲ类水标准的组合污水处理工艺，其特征在于，包括如下步骤：

（1）将污水送入高密度沉淀池内，投加混凝剂、絮凝剂；

（2）经沉淀后，澄清水进入内碳源反硝化生物滤池内，并向内碳源反硝化生物滤池内补加污泥水解酸化产物；

（3）经反 硝化后，废水进入深床滤池内；

（4）向曝气生物滤池底部的布水层中加入臭氧，经过深床滤池的废水进入布水层进入曝气生物滤池内，填料层进行生化处理；

（5）经生化处理后，净化水引入模块化人工湿地中，模块化人工湿地是由若干小型湿地模块组件拼接形成；

（6）出水；

步骤（2）中内碳源反硝化生物滤池采用2~3mm石英砂介质滤料；步骤（2）中污泥水解酸化产物是将污泥稳定处置，并向污泥中添加经碱处理后的玉米芯和海绵铁组成的复合填料，其中玉米芯与海绵铁的重量比为5:1；所述步骤（3）中深床滤池内的过滤填料经挤压造粒而成，所述过滤填料包括如下重量份的组分：6~9目硅砂 10~20份、膨胀珍珠岩 10~20份、甲基硅醇钠 5~15份、工业硫酸铝 5~10份和水 5~10份；所述步骤（4）中填料层包括铺设厚度为1:1:1的生物吸附层、红外加热层与生物降解层，所述红外加热层采用远红外陶瓷球填充形成；所述生物吸附层包括如下重量份的组分：称量树脂基磷酸锆 30份、稻谷10份、硅胶粘结剂 10份、活性二氧化硅 5份、工业污泥 1份和酸性纤维素酶 1份。

2.根据权利要求1所述的用于城市污水提标至地表Ⅳ类和Ⅲ类水标准的组合污水处理工艺，其特征在于：所述步骤（5）中模块化人工湿地内可拆卸设有填料模块。