CN110627329B

CN110627329B - 一种城镇生活污水碳源浓缩及资源化方法

Info

Publication number: CN110627329B
Application number: CN201911100174.4A
Authority: CN
Inventors: 金正宇; 梁洪月; 陈舒婷; 刘文菊; 欧慧敏
Original assignee: Minzu University of China
Current assignee: Minzu University of China
Priority date: 2019-11-12
Filing date: 2019-11-12
Publication date: 2022-02-25
Anticipated expiration: 2039-11-12
Also published as: CN110627329A

Abstract

本发明公开一种城镇生活污水碳源浓缩及资源化方法，用于城镇生活污水碳源的可持续资源化处理，该方法包括如下步骤：将污水与活性污泥混合制成混合水；制备磁种悬浮液，所述磁种悬浮液通过等量多次的方式与所述混合水混合，形成含有磁性絮体的混合液；利用永磁体将所述混合液进行固液分离，所述磁性絮体经过磁鼓筛选分离出所述磁种并回收，残余的固体为浓缩碳源；对所述浓缩碳源进行厌氧消化处理，实现污水碳源资源化；本发明提供中的城镇生活污水碳源浓缩及资源化方法，实现了更高的污水碳源浓缩率和分离效率。

Description

一种城镇生活污水碳源浓缩及资源化方法

技术领域

本发明属于水处理技术领域，尤其是提供一种城镇生活污水碳源浓缩及资源化方法。

背景技术

在全球水资源与能源日趋紧缺的背景下，污水全面资源化是今后污水处理的重要发展方向，城市污水的资源化和可再生利用不仅可以缓解城市水资源紧缺的状况，而且还可以减轻对水环境的破坏，同时还可以带来较大的社会效益、环境效益和经济效益。充分挖掘污水中本身携带的能源和资源是最为彻底的可持续发展模式。污水蕴含能源的具体载体是碳源，因此实现污水中碳源高效回收利用是学术界关注的热点。大量研究表明，碳源资源化中厌氧技术被认为是应用前景最好的能源回收技术之一，但是城市污水（尤其我国）中有机物浓度较低导致厌氧技术优势难以发挥，因此对污水碳源进行高效预浓缩与回收是碳源厌氧途径高效能源化的重要保障。

目前国内外针对碳源浓缩的主要途径包括基于生化途径的碳源浓缩技术和基于物化途径的碳源浓缩技术。基于生化途径的碳源浓缩技术主要是利用活性污泥在较短停留时间内的生物絮凝和吸附功能，从而实现有机物的富集。虽然生物絮凝可以平均富集约60%以上的生活污水有机物，然而生物絮凝法效率有限，在温度影响下会造成一定程度上的有机物的好氧消耗而无法利用，且连续曝气的能耗仍然会成为工艺的缺陷。基于物化途径的碳源浓缩技术包含有膜分离和磁分离技术，其中膜分离利用膜特征孔径大小而实现选择性分离浓缩，但膜分离存在膜污染以及成本高等缺点；磁分离是利用磁种为核形成磁性絮团，利用重力进行自然沉淀分离，该技术存在沉淀效率低且不能富集溶解性有机物的缺点。

CN201910869031.4公开了一种生物吸附强化磁分离污水碳源浓缩资源化系统及方法，污水与活性污泥混合后直接流入磁混凝池，投加磁种和高效助凝剂在慢速搅拌下形成强化絮凝。该方法添加的絮凝剂对污水产生了二次污染，同时磁种一次投放，使得产生的生物絮体分布不均，影响了后续的分离效率及污水碳源浓缩率。

发明内容

为了克服现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种城镇生活污水碳源浓缩及资源化方法，实现了更高的污水碳源浓缩率和分离效率。

为了解决上述问题，本发明提供一种城镇生活污水碳源浓缩及资源化方法，用于城镇生活污水碳源的可持续资源化处理，该方法包括如下步骤：

将污水与活性污泥混合制成混合水；

制备磁种悬浊液，所述混合水在曝气或搅拌的过程中与所述磁种悬浊液混凝，形成含有磁性絮体的混合液；

利用永磁体将所述混合液进行固液分离，所述磁性絮体经过磁鼓筛选分离出所述磁种并回收，残余的固体为浓缩碳源；

对所述浓缩碳源进行厌氧消化处理，

所述磁种悬浊液通过等量多次的方式与所述混合水混合。

本发明中城镇生活污水碳源浓缩及资源化方法，无需添加化学絮凝剂，获得的浓缩碳源利于后续厌氧消化过程，以此实现污水碳源资源化处理，使城镇生活污水碳源资源化效率得到提升；采用磁种的等量多次投加模式，等量即为少量，在混凝时分批次投加少量磁种，易于分散，便于污泥更好抓取磁种，并将磁种作为“核”形成磁性絮体从而进行后续分离操作。

在一个具体的实施例中，所述磁种悬浊液中的磁种的粒径为1000目或者500目或者325目。不同粒径的磁种，可以适应不同浓度的污水，提高碳源截留率和资源化效率。

在一个具体的实施例中，所述磁种悬浊液每次总量的十五分之一加入所述混合水，相邻两次的加入间隔为2分钟。

在一个具体的实施例中，所述磁种悬浊液每次总量的十分之一加入所述混合水，相邻两次的加入间隔为3分钟。

在一个具体的实施例中，所述磁种悬浊液每次总量的六分之一加入所述混合水，相邻两次的加入间隔为5分钟。

在一个具体的实施例中，所述磁种悬浊液中的磁种的粒径为325目，所述混合水在搅拌的过程中与所述磁种悬浊液混凝。

在一个具体的实施例中，所述磁种悬浊液中的磁种的粒径为500目，所述混合水在搅拌的过程中与所述磁种悬浊液混凝。在上述两种粒径下，通过搅拌的模式更加经济，而且具有更好的分散效果。

在一个具体的实施例中，所述混合水在曝气的过程中与所述磁种悬浊液混凝，所述曝气的强度为1L/min。

在一个具体的实施例中，所述混合水在通过搅拌桨搅拌的过程中与所述磁种悬浊液混凝，所述搅拌桨的转速为300r/min。

在一个具体的实施例中，所述磁种悬浊液的磁种浓度为250mg/L、500mg/L、750mg/L或1000mg/L中的任意一种。

本发明的有益效果有：

与现有技术相比，本发明提供的城镇生活污水碳源浓缩及资源化方法，无需添加化学絮凝剂，避免了添加混凝剂后对污水产生的二次污染，获得的浓缩碳源利于后续厌氧消化过程，以此实现污水碳源资源化处理，使城镇生活污水碳源资源化效率得到提升；采用磁种的等量多次投加模式，等量即为少量，在混凝时分批次投加少量磁种，易于分散，便于污泥更好抓取磁种，并将磁种作为“核”形成磁性絮体从而进行后续分离操作。

此外，本方法选用不同粒径及不同浓度的磁种，采用不同的组合可以适应不同浓度的污水，提高碳源截留率和资源化效率，节约资源。经过本方法处理后的污水碳源浓缩率与CN201910869031.4公开的技术方案相比提高了14.83%。

附图说明

图1为本发明中的城镇生活污水碳源浓缩及资源化方法流程示意图。

下面将结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。

具体实施方式

通过下面给出的本发明的具体实施例可以进一步清楚地了解本发明，但它们不是对本发明的限定。

如图1所示，本实施例提供了一种城镇生活污水碳源浓缩及资源化方法，用于城镇生活污水碳源的可持续资源化处理，该方法包括如下步骤：

某城镇污水处理厂细格栅后的污水，其COD为186.70~303.43mg/L，浊度1.94NTU，pH为6.5~8.5。将该污水与活性污泥混合制成混合水；污水引入混凝池中与活性污泥进行快速混合，利用活性污泥分泌的胞外聚合物（EPS）对污水中的碳源进行浓缩聚集，使有机物得以聚集成易于固液分离的絮体；

制备磁种悬浊液，所述混合水在曝气或搅拌的过程中与所述磁种悬浊液混凝，形成含有磁性絮体的混合液，磁种选择Fe₃O₄，磁种悬浊液通过等量多次的方式与所述混合水混合，具体采用如下三种添加模式：

每隔2分钟在同一高度添加等量的磁种悬浊液，每次投加量为磁种悬浊液总量的十五分之一；或者，

每隔3分钟在同一高度添加等量的磁种悬浊液，每次投加量为磁种悬浊液总量的十分之一；或者，

每隔5分钟在同一高度添加等量的磁种悬浊液，每次投加量为磁种悬浊液总量的六分之一。以使磁种更均匀地参与混凝反应，避免一次性全部投加磁种而产生的磁种聚集问题，获得以磁种作为“核”的磁性絮体，被“磁化”的絮体易于通过永磁体施加的磁场实现高效分离，提高浓缩效率和分离效率。

混凝方式与磁种粒径组合为：曝气+1000目磁种、曝气+500目磁种、曝气+325目磁种、搅拌+500目磁种、搅拌+325目磁种，搅拌桨转速为300r/min，曝气强度为1L/min，混凝时间30min。

之后停止搅拌/曝气，利用钕铁硼永磁体产生1500~3000Gs高强磁力将所述混合液进行固液分离，分离时间约10~15min，污水采用滗水方法分离，通过污泥泵将沉淀在池底的磁性絮体抽入磁鼓中，SV15为25.1%~29.2%，SV30为19.2%~23.2%，与传统活性污泥法相比固液分离效率显著提高。城镇生活污水原水中碳源截留率为84.83%~91.92%，与普通活性污泥法处理后的碳源截留率相比提高了6.53%，出水中的TCOD为39.71mg/L~44.86mg/L＜50mg/L，浊度0.16NTU，达到国家I级A类标准。所述磁性絮体经过磁鼓筛选分离出所述磁种并回收再利用，残余的固体为未添加化学絮凝剂的浓缩碳源；

对所述浓缩碳源进行厌氧消化处理，实现污水碳源资源化。

与现有技术相比，本实施例提供的城镇生活污水碳源浓缩及资源化方法，无需添加化学絮凝剂，避免了添加混凝剂后对污水产生的二次污染，获得的浓缩碳源利于后续厌氧消化过程，以此实现污水碳源资源化处理，使城镇生活污水碳源资源化效率得到提升；采用磁种的等量多次投加模式，等量即为少量，在混凝时分批次投加少量磁种，易于分散，便于污泥更好抓取磁种，并将磁种作为“核”形成磁性絮体从而进行后续分离操作。

将磁种加入混凝系统中，使活性污泥絮体带有磁性从而可以利用磁力进行高效固液分离，大大缩短了固液分离时间，提高处理效率。采用磁混凝与活性污泥吸附相结合，极大地提高了碳源浓缩效率，并减少了运行成本，达到污水处理低耗高效的目的。并且全程不添加化学絮凝剂，减少了化学絮凝剂所带来的的副作用，所获得的浓缩碳源利于后续的厌氧消化处理，更加生态友好。利用钕铁硼永磁体进行磁性絮体高效固液分离，污水采用滗水方法分离，磁性絮体采用高梯度磁分离器分离进入磁鼓，大幅提高处理效率，缩短水力停留时间。利用磁鼓进行磁种回收，可以将磁性絮体中的磁种筛选出来，进行回收再利用，减少运行成本。

由于水力停留时间极短，因此可以有效抑制城镇污水碳源的矿化流失，提高了碳源浓缩比率，进而在后续的厌氧消化过程中更好地资源化利用。使污水变废为宝，达到有效资源化的目的，且出水水质也能达到国家

级A类标准。本方法实用、先进，流程简单，无二次污染，运行简便、可靠，成本低，具有明显的环境效益、社会效益和经济效益。

以上所揭露的仅为本发明优选实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明申请专利范围所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。

Claims

1.一种城镇生活污水碳源浓缩及资源化方法，用于城镇生活污水碳源的可持续资源化处理，所述方法包括如下步骤：

（1）将活性污泥与所述生活污水混合制成混合水；

（2）制备磁种悬浊液，所述磁种悬浊液中的磁种的粒径为325目或500目，所述混合水在通过搅拌桨搅拌的过程中与所述磁种悬浊液混凝，所述搅拌桨的转速为300r/min，形成含有磁性絮体的混合液；

（3）利用永磁体将所述混合液进行固液分离，所述磁性絮体经过磁鼓筛选分离出所述磁种并回收，残余的固体为浓缩碳源；

（4）对所述浓缩碳源进行厌氧消化处理，其特征在于，

在所述步骤（2）中，所述磁种悬浊液通过等量多次的方式与所述混合水混合。

2.根据权利要求1所述的城镇生活污水碳源浓缩及资源化方法，其特征在于，在所述步骤（2）中，所述混合水与所述磁种悬浊液混凝的混凝时间为30分钟。

3.根据权利要求1所述的城镇生活污水碳源浓缩及资源化方法，其特征在于，在所述步骤（2）中，所述磁种悬浊液以每次总量的十五分之一加入所述混合水，相邻两次的加入间隔为2分钟。

4.根据权利要求1所述的城镇生活污水碳源浓缩及资源化方法，其特征在于，在所述步骤（2）中，所述磁种悬浊液以每次总量的十分之一加入所述混合水，相邻两次的加入间隔为3分钟。

5.根据权利要求1所述的城镇生活污水碳源浓缩及资源化方法，其特征在于，在所述步骤（2）中，所述磁种悬浊液以每次总量的六分之一加入所述混合水，相邻两次的加入间隔为5分钟。

6.根据权利要求1所述的城镇生活污水碳源浓缩及资源化方法，其特征在于，在所述步骤（3）中，所述永磁体为钕铁硼永磁体，所述钕铁硼永磁体产生1500~3000Gs的磁感应强度将所述混合液进行固液分离，分离时间为10~15min。

7.根据权利要求6所述的城镇生活污水碳源浓缩及资源化方法，其特征在于，在所述步骤（3）中，所述污水采用滗水方法分离。

8.根据权利要求7所述的城镇生活污水碳源浓缩及资源化方法，其特征在于，在所述步骤（3）中，通过污泥泵将沉淀在池底的磁性絮体抽入所述磁鼓中。

9.根据权利要求1-8任一项所述的城镇生活污水碳源浓缩及资源化方法，其特征在于，所述磁种悬浊液的磁种浓度为250mg/L、500mg/L、750mg/L或1000mg/L中的任意一种。