CN111018244B - 一种重金属污水处理系统 - Google Patents

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Abstract

本发明属于污水处理技术领域，具体涉及一种重金属污水处理系统。所述重金属污水处理系统，包括调控辅助系统、一级处理单元、二级处理单元和出水安全保障单元；所述一级处理单元、二级处理单元和出水安全保障单元依次连接。同时还提供采用上述系统进行重金属污水处理的方法。利用本系统和工艺可充分发挥药剂的特性和优势，解决了不同重金属需要不同的沉淀pH问题，并且工艺简洁明了，不需新建构筑物，不影响其他污染物的去除，与已建污水处理工艺匹配度高，本发明工艺和方法中的投药控制采用PLC方式进行自动控制，有效降低综合运营成本。

Description

一种重金属污水处理系统
技术领域：
本发明属于污水处理技术领域，具体涉及一种重金属污水处理系统。
背景技术：
随着电镀、化工、金属酸洗、冶金和电子等行业快速发展，在生产时会产生高浓度重金属工业废水。企业采取必要的治污设施后废水中不同重金属含量可显著降低至0.05～5.0mg/L的排放标准，但重金属浓度仍高于市政污水处理厂的受纳限值，重金属已是市政污水中一类重要而常见的污染物。同时对于工业废水处理工艺不先进、偷排及突发性重金属污染事故更直接导致排入市政污水管网中的重金属含量严重超标。废水中重金属离子的种类、含量及存在形态随不同行业差异很大。不同重金属最佳沉淀pH不同，如镍离子沉淀终止pH为9.2、锰离子沉淀终止pH为10.1、镉离子沉淀终止pH为9.7，无法在市政污水处理系统中实现上述pH的调整。因重金属难以生物降解，易在生物机体内累积和迁移，市政污水处理系统物化单元和生化单元对重金属有一定的去除效果，但超量重金属在生化系统富集对功能微生物存在活性抑制影响，可导致微生物群落结构紊乱、代谢受阻，进而影响有机物和氮磷的去除效果，最终可能造成生化系统崩溃。
处理重金属废水的方法大体可以归纳为物理法、化学法、生物法等。其中最主要的的化学法。鉴于从工厂排入市政污水厂的残余重金属同时存在悬浮态、游离态和络合态，不同形态重金属去除需采用不同的方法或水处理药剂，增加了操作难度；另一方面现有的水处理药剂为了实现工业废水重金属达标排放往往需要过量投加，但在市政污水中过量投加一方面会导致生化系统崩溃，另一方面出厂水中残余药剂将增加生物毒性，危害环境健康；同时我国城镇污水厂已覆盖全国，污水厂限于空间和运行成本控制不具备增建构筑物处理重金属和不能采用高成本的处理方法如电化学、反渗透膜等方法。
发明内容：
为了解决现有技术中存在的问题，本发明将提供一种高效无毒、反应时间短、操作方便、对生化处理系统无影响的重金属污水处理系统。
所述重金属污水处理系统，包括调控辅助系统、一级处理单元、二级处理单元和出水安全保障单元；所述一级处理单元、二级处理单元和出水安全保障单元依次连接；
(1)所述的调控辅助系统包括进水水质快速监测模块、pH控制模块和加药量调控模块；
①所述进水水质快速监测模块包括pH值检测传感器、悬浮物浓度检测传感器、重金属在线分析仪，传感器针对处理前的污水进行检测，检测探头位于一级处理单元调节池的中下部；
②所述pH控制模块根据进水水质快速监测模块中pH值检测传感器的反馈，通过控制一级反应单元的调节池内酸/碱加药泵自动启闭，调节污水pH值至pH6.5-7.5；
③所述加药量调控模块分为混凝剂加药控制、重金属处理剂加药控制和出水保障药剂加药控制；混凝剂加药控制根据进水水质快速监测模块中悬浮物浓度检测传感器反馈的污水悬浮物浓度，控制一级反应单元混凝剂的投量；重金属处理剂加药控制根据进水水质快速监测模块中重金属在线分析仪反馈的水溶解性重金属浓度，反馈控制二级反应单元重金属污水处理药剂的投量；出水保障药剂加药控制用于控制出水保障药剂的添加量以保障出水安全；
(2)所述一级处理单元包括调节池、混凝反应池和沉淀池；
①所述调节池用于控制加酸和加碱调节污水pH至生化反应适宜的范围；
②所述混凝反应池用于投加混凝剂进行混凝反应去除污水中悬浮态重金属；
③所述的沉淀池用于对混凝反应的大团絮凝物进行泥水分离；
所述的沉淀池可以是平流沉淀池、斜板沉淀池或辐流式沉淀的任意一种；
(3)所述的二级处理单元包括生化池、生化出水单元和沉淀池；
①所述的生化池用于处理污水中的有机污染物和磷氮营养盐污染物的达标处理；
②所述的生化出水单元用于投加重金属处理药剂进行反应除去污水中的可溶性重金属；
③被重金属处理药剂颗粒化和吸附的重金属形成的微颗粒重金属不溶物与活性污泥絮体互相吸附，所述的固液分离池用于分离被处理后的水和含重金属颗粒的活性污泥；
(4)所述的出水安全保障单元用于二级处理单元出水和出水保障药剂的反应。
上述重金属污水处理系统的工作原理如下：
污水进入一级处理单元的调节池，通过调控辅助系统进水水质快速监测模块中的pH值检测传感器检测pH,并反馈给调控辅助系统的pH控制模块，通过控制一级反应单元的调节池内酸/碱加药泵自动启闭，调节污水pH值至pH6.5-7.5，完成调节后的污水进入混凝反应池；
调控辅助系统的混凝剂加药控制根据进水水质快速监测模块中悬浮物浓度检测传感器反馈的污水悬浮物浓度，控制一级反应单元混凝剂的投量，投加混凝剂进行混凝反应，之后通入沉淀池对混凝反应的大团絮凝物进行泥水分离，清水部分通入二级处理单元的生化池；
在二级处理单元的生化池中在活性污泥的作用下进行有机污染物和磷氮营养盐污染物的达标处理；
生化池出水进入重金属处理池或管道，也即生化处理单元，调控辅助系统的重金属处理剂加药控制根据进水水质快速监测模块中重金属在线分析仪反馈的溶解性重金属浓度，反馈控制二级反应单元重金属污水处理药剂的投量，投加重金属处理药剂进行反应，被重金属处理药剂颗粒化和吸附的重金属形成的微颗粒重金属不溶物与活性污泥絮体互相吸附，之后通入二级处理单元的沉淀池；
在二级处理单元的沉淀池中，通过沉淀设施分离被处理后的水和含重金属颗粒的活性污泥，然后清液进入出水保障处理单元；
出水保障单元为避免可能投加过量的重金属污水处理药剂随出水排入环境，对环境产生未知的影响，通过投加过硫酸盐、氯酸盐或次氯酸钠的等与过量重金属污水处理药剂反应，消除其活性。
本发明还提供采用上述重金属污水处理系统处理污水的方法，具体如下：
(1)污水进入一级处理单元的调节池，通过调控辅助系统的进水水质快速监测模块中的pH值检测传感器检测pH,并反馈给调控辅助系统的pH控制模块，通过控制一级处理单元的调节池内酸/碱加药泵自动启闭，调节污水pH值至pH6.5-7.5，完成调节后的污水进入混凝反应池；
(2)调控辅助系统的混凝剂加药控制根据进水水质快速监测模块中悬浮物浓度检测传感器反馈的污水悬浮物浓度，控制一级处理单元混凝剂的投量，投加混凝剂进行混凝反应，先快速搅拌1～5min，后慢速搅拌2～10min，通入沉淀池，静置1h～4h，对混凝反应的大团絮凝物进行泥水分离，清水部分通入二级处理单元的生化池；
进一步地，快速搅拌时速度梯度值(G值)>500s-1，慢速搅拌时速度梯度值(G值)<100-1s-1；
进一步地，所述混凝剂为是铝盐混凝剂或铁盐混凝剂中的至少一种；
进一步地，所述水处理混凝剂的添加量(M1)由下式计算决定：
M1＝a×(B1-Bs)/100；式中：a为经验常数取值，取值范围2～10；B1为进水悬浮物浓度，g/m3；Bs为出水悬浮物设定值浓度，g/m3。
(3)在二级处理单元的生化池中在活性污泥的作用进行有机污染物和磷氮营养盐污染物的达标处理；
(4)生化池出水进入重金属处理池或管道，也即生化出水处理单元，调控辅助系统的重金属处理剂加药控制根据进水水质快速监测模块中重金属在线分析仪反馈的溶解性重金属浓度，反馈控制二级处理单元重金属污水处理药剂的投量，投加重金属处理药剂进行混合反应1～10min，之后通入二级处理单元的沉淀池进行固液分离，清液进入出水保障处理单元；
进一步地，重金属污水处理药剂的投量(M2)依据下式计算决定：
M2＝k×(C1-Cs)；式中：k为经验常数，取值范围20～80；C1为进水不同种类溶解性重金属总浓度，g/m3；Cs为出水重金属最低设定值浓度，g/m3。
所述的重金属污水处理药剂包含如下重量份数的原料：阴离子聚丙烯酰胺1-5份；壳聚糖2-8份；蒙脱石5-15份；氯化钙5-20份；海藻酸钠2-15份；乙二胺四乙酸20-40份；二烷基二硫代氨基甲酸盐10-30份；
所述的二烷基二硫代氨基甲酸盐选自吡咯烷二硫代氨基甲酸铵、二乙基二硫代氨基甲酸钠、二甲基二硫酸氨基甲酸钠、二羟乙基二硫代氨基甲酸钠的中的至少一种。
进一步地，所述重金属污水处理药剂，包含如下重量份数的原料：阴离子聚丙烯酰胺2-4份；壳聚糖4-6份；蒙脱石6-13份；氯化钙6-18份；海藻酸钠6-14份；乙二胺四乙酸25-35份；二烷基二硫代氨基甲酸盐15-30份；
更进一步地，所述重金属污水处理药剂，包含如下重量份数的原料：阴离子聚丙烯酰胺2份；壳聚糖5份；蒙脱石12份；氯化钙15份；海藻酸钠12份；乙二胺四乙酸30份；二烷基二硫代氨基甲酸盐24份；
所述的混合反应可以是机械混合或水力混合；
(5)在出水保障单元中投加出水保障药剂；
进一步地，所述水保障药剂的投加量为1-10g/t污水；
进一步地，所述出水保障药剂为过硫酸盐、氯酸盐或次氯酸钠中的至少一种。
有益效果：
(1)本发明是为了重金属污水处理药剂所设计的含生化单元的重金属污水量身定制的系统和工艺，利用本系统和工艺可充分发挥药剂的特性和优势，解决了不同重金属需要不同的沉淀pH问题，并且工艺简洁明了，不需新建构筑物，不影响其他污染物的去除，与已建污水处理工艺匹配度高，本发明工艺和方法中的投药控制采用PLC(自动编程控制)方式进行自动控制，有效降低综合运营成本。
(2)本发明提供的方法采用的重金属处理药剂可在生活污水处理的初沉池、生化池和二沉池不同单元直接投加，不需要新建反应单元，不需调整运行pH；可以把水溶液中不同形态的重金属高效颗粒化从而降低重金属处理药剂投量；与废水中的Cu2+、Cd2+、Hg2+、Pb2 +、Mn2+、Ni2+、Zn2+、Cr3+、Fe3+、Al3+等各种重金属离子进行化学反应，可在1-3min极短时间内内迅速生成易于去除的胶体不溶物，从而达到从污水中去除重金属的效果。同时重金属颗粒物化学性质稳定，不会被生化系统氧化后出现重金属返溶现象。对重金属去除率均在95％以上，达到国家规定的排放标准；重金属处理药剂与活性污泥持续接触不会影响其降解COD、氨氮硝化和反硝化脱氮功能及效果，对生化处理系统无影响。
附图说明：
图1本发明重金属污水处理系统结构示意图；
图2物种丰度变化-门水平；
图3物种丰度变化-属水平。
具体实施方式：
为了使本专利的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，对本专利进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利，并不用于限定本发明。
以下将结合附图对本发明做进一步的解释说明。
本发明提供一种重金属污水处理系统，其结构如图1所示，具体如下：
所述重金属污水处理系统，包括调控辅助系统、一级处理单元、二级处理单元和出水安全保障单元；所述一级处理单元、二级处理单元和出水安全保障单元依次连接；
(1)所述的调控辅助系统包括进水水质快速监测模块、pH控制模块和加药量调控模块；
①所述进水水质快速监测模块包括pH值检测传感器、悬浮物浓度检测传感器、重金属在线分析仪，传感器针对处理前的污水进行检测，检测探头位于一级处理单元调节池的中下部；
②所述pH控制模块根据进水水质快速监测模块中pH值检测传感器的反馈，通过控制一级反应单元的调节池内酸/碱加药泵自动启闭；
③所述加药量调控模块分为混凝剂加药控制、重金属处理剂加药控制和出水保障药剂加药控制；混凝剂加药控制根据进水水质快速监测模块中悬浮物浓度检测传感器反馈的污水悬浮物浓度，控制一级处理单元混凝剂的投量；重金属处理剂加药控制根据进水水质快速监测模块中重金属在线分析仪反馈的水溶解性重金属浓度，反馈控制二级处理单元重金属污水处理药剂的投量；出水保障药剂加药控制用于控制出水保障药剂的添加量以保障出水安全；
(2)所述一级处理单元包括调节池、混凝反应池和沉淀池；
(3)所述的二级处理单元包括生化池、生化出水处理单元和沉淀池；
(4)所述的出水安全保障单元用于二级处理单元出水和出水保障药剂的反应。
以下实施例中，水处理混凝剂的添加量(M1)由下式计算决定：
M1＝a×(B1-Bs)/100；式中：a为经验常数，取值范围2～10；B1为进水悬浮物浓度，g/m3；Bs为出水悬浮物设定值浓度，g/m3。
以下实施例中，重金属污水处理药剂的投量(M2)依据下式计算决定：
M2＝k×(C1-Cs)；式中：k为经验常数，取值范围20～80；C1为进水不同种类溶解性重金属总浓度，g/m3；Cs为出水重金属最低设定值浓度，g/m3。
以下将结合图1所示的处理系统对本发明处理重金属污水的过程做进一步地解释说明。
实施例1
某污水处理厂的处理设施主体工艺采用AAO活性污泥法，进厂废水悬浮物，废水中含有铜离子、镍离子和锰离子等重金属，处理工艺未设计重金属去除单元，导致出水重金属超出排放标准。本实施例采用图1所示的系统，对上述污水进行处理，具体如下：
(1)污水进入一级处理单元的调节池，通过调控辅助系统的进水水质快速监测模块中的pH值检测传感器检测pH，并反馈给调控辅助系统的pH控制模块，通过控制一级反应单元的调节池内酸/碱加药泵自动启闭，调节污水pH值至pH6.8，完成调节后的污水进入混凝反应池；
(2)调控辅助系统的混凝剂加药控制根据进水水质快速监测模块中悬浮物浓度检测传感器反馈的污水悬浮物浓度，控制一级处理单元混凝剂的投量为9mg/L铁盐混凝剂(投加量计算依据：B1为600mg/L、Bs设300mg/L、a取3)，投加混凝剂进行混凝反应，先快速搅拌3min(G值600s-1)，后慢速搅拌5min(G值50s-1)，通入沉淀池，静置2h，对混凝反应的大团絮凝物进行泥水分离，清水部分通入二级处理单元的生化池；
(3)在二级处理单元的生化池中在活性污泥的作用进行有机污染物和磷氮营养盐污染物的达标处理；
(4)生化池出水进入管道，调控辅助系统的重金属处理剂加药控制根据进水水质快速监测模块中重金属在线分析仪反馈的溶解性重金属浓度，反馈控制二级反应单元重金属污水处理药剂的投量为14.4mg/L(本实施例投加重金属水处理药剂投加量计算依据：C1重金属总和为0.53mg/L、Cs设0.05mg/L、k取30)，投加重金属处理药剂进行混合反应5min，之后通入二级处理单元的沉淀池静置2h进行固液分离，清液进入出水保障处理单元；
重金属水处理药剂组成为：阴离子聚丙烯酰胺2份；壳聚糖5份；蒙脱石12份；氯化钙15份；海藻酸钠12份；乙二胺四乙酸30份；二甲基二硫代氨基甲酸钠24份；
(5)在出水保障单元中按5g/t污水投加出水保障药剂过硫酸盐；之后取水样进行重金属含量检测、COD、氨氮、总氮、总磷和残余重金属污水处理药剂(以未添加药剂的作为对照)，测定结果如表1所示。
表1本发明的重金属污水处理药剂对污水处理结果(单位：mg/L)
Figure BDA0002314790780000061
实施例2
某污水处理厂的处理设施主体工艺采用AAO活性污泥法，进厂废水悬浮物，废水中含有铅离子、镍离子和锌离子等重金属，处理工艺未设计重金属去除单元，导致出水重金属超出排放标准。本实施例采用图1所示的系统，对上述污水进行处理，具体如下：
(1)污水进入一级处理单元的调节池，通过调控辅助系统的进水水质快速监测模块中的pH值检测传感器检测pH,并反馈给调控辅助系统的pH控制模块，通过控制一级处理单元的调节池内酸/碱加药泵自动启闭，调节污水pH值至pH7.2，完成调节后的污水进入混凝反应池；
(2)调控辅助系统的混凝剂加药控制根据进水水质快速监测模块中悬浮物浓度检测传感器反馈的污水悬浮物浓度，控制一级反应单元混凝剂的投量为9mg/L铝盐混凝剂(投加量计算依据：B1为600mg/L、Bs设300mg/L、a取3)，投加混凝剂进行混凝反应，先快速搅拌5min(G值700s-1)，后慢速搅拌7min(G值80s-1)，通入沉淀池，静置3h，对混凝反应的大团絮凝物进行泥水分离，清水部分通入二级处理单元的生化池；
(3)在二级处理单元的生化池中在活性污泥的作用进行有机污染物和磷氮营养盐污染物的达标处理；
(4)生化池出水进入管道，调控辅助系统的重金属处理剂加药控制根据进水水质快速监测模块中重金属在线分析仪反馈的溶解性重金属浓度，反馈控制二级反应单元重金属污水处理药剂的投量为20mg/L(本实施例投加重金属水处理药剂投加量计算依据：C1重金属总和为0.45mg/L、Cs设0.05mg/L、k取50)，投加重金属处理药剂进行混合反应5min，之后通入二级处理单元的沉淀池静置2h进行固液分离，清液进入出水保障处理单元；
重金属水处理药剂组成为：阴离子聚丙烯酰胺3份；壳聚糖6份；蒙脱石7份；氯化钙14份；海藻酸钠10份；乙二胺四乙酸32份；二乙基二硫代氨基甲酸钠20份；
(5)在出水保障单元中按3g/t污水投加出水保障药剂氯酸盐；之后取水样进行重金属含量检测、COD、氨氮、总氮、总磷和残余重金属污水处理药剂(以未添加药剂的作为对照)，测定结果如表2所示。
表2本发明的重金属污水处理药剂对污水处理结果(单位：mg/L)
Figure BDA0002314790780000071
实施例3
某污水处理厂的处理设施主体工艺采用AAO活性污泥法，进厂废水悬浮物，废水中含有汞离子、铬离子和锰离子等重金属，处理工艺未设计重金属去除单元，导致出水重金属超出排放标准。本实施例采用图1所示的系统，对上述污水进行处理，具体如下：
(1)污水进入一级处理单元的调节池，通过调控辅助系统的进水水质快速监测模块中的pH值检测传感器检测pH,并反馈给调控辅助系统的pH控制模块，通过控制一级反应单元的调节池内酸/碱加药泵自动启闭，调节污水pH值至pH6.8，完成调节后的污水进入混凝反应池；
(2)调控辅助系统的混凝剂加药控制根据进水水质快速监测模块中悬浮物浓度检测传感器反馈的污水悬浮物浓度，控制一级反应单元混凝剂的投量为9mg/L(铝盐混凝剂4.5mg/L和铁盐混凝剂4.5mg/L)，(B1为600mg/L、Bs设300mg/L、a取3)，投加混凝剂进行混凝反应，先快速搅拌5min(G值700s-1)，后慢速搅拌10min(G值80s-1)，通入沉淀池，静置1h，对混凝反应的大团絮凝物进行泥水分离，清水部分通入二级处理单元的生化池；
(3)在二级处理单元的生化池中在活性污泥的作用进行有机污染物和磷氮营养盐污染物的达标处理；
(4)生化池出水进入管道，调控辅助系统的重金属处理剂加药控制根据进水水质快速监测模块中重金属在线分析仪反馈的溶解性重金属浓度，反馈控制二级反应单元重金属污水处理药剂的投量为24.8mg/L(本实施例投加重金属水处理药剂投加量计算依据：C1重金属总和为0.35mg/L、Cs设0.005mg/L、k取72)，投加重金属处理药剂进行混合反应5min，之后通入二级处理单元的沉淀池静置3h进行固液分离，清液进入出水保障处理单元；
重金属水处理药剂组成为：阴离子聚丙烯酰胺4份；壳聚糖4份；蒙脱石12份；氯化钙8份；海藻酸钠8份；乙二胺四乙酸28份；二羟乙基二硫代氨基甲酸钠15份；
(5)在出水保障单元中按7g/t污水投加出水保障药剂次氯酸钠；之后取水样进行重金属含量检测、COD、氨氮、总氮、总磷和残余重金属污水处理药剂(以未添加药剂的作为对照)，测定结果如表3所示。
表3本发明的重金属污水处理药剂对污水处理结果(单位：mg/L)
Figure BDA0002314790780000081
实施例4 pH及重金属种类对处理效果的影响
取如下重金属标准溶液分别配置含汞(II)、铅(II)、铜(II)、镍(II)、镉(II)、锌(II)和锰(II)的模拟重金属水样。
本例的重金属处理药剂，主要包含如下重量份数的原料：阴离子聚丙烯酰胺2份；壳聚糖5份；蒙脱石12份；氯化钙15份；海藻酸钠12份；乙二胺四乙酸30份；二甲基二硫代氨基甲酸钠24份。
具体处理方法：分别取3个模拟重金属水样500毫升，依次调节pH至5.8、6.8和7.8，再加入重金属处理药剂5mg/L后搅拌反应2分钟后直接用0.45微米滤膜过滤，采用电感耦合等离子体-质谱仪进行重金属含量检测，重金属浓度的测定结果如表4所示。
表4本发明的重金属捕捉剂对模拟重金属水样处理结果(单位：mg/L)
元素 汞 铅 铜 镍 镉 锌 锰
处理前 0.15 0.15 0.15 0.15 0.15 0.15 0.15
pH＝5.8 ＜0.001 ＜0.001 ＜0.001 ＜0.001 ＜0.001 ＜0.001 ＜0.001
pH＝6.8 ＜0.001 ＜0.001 ＜0.001 ＜0.001 ＜0.001 ＜0.001 ＜0.001
pH＝7.8 ＜0.001 ＜0.001 ＜0.001 ＜0.001 ＜0.001 ＜0.001 ＜0.001
由表4可知，用本发明的重金属捕捉剂处理模拟重金属废水，处理效果较好。在不同pH下都可以使水样中汞离子、铅离子、铜离子、镍离子、镉离子、锌离子和锰离子达到废水排放标准。
实施例5本发明处理药剂对生化处理系统的影响
某污水处理厂的一期和二期处理设施主体工艺采用AAO活性污泥法，进厂废水悬浮物，废水pH值为6.5-7.5，废水中含有汞离子、铅离子、铜离子、镍离子、镉离子、锌离子和锰离子等重金属，处理工艺未设计重金属去除单元，导致出水重金属超出排放标准。
处理工艺：在生化池末端，污泥混合液从生化池出水跌落井加入不同投量重金属污水处理药剂(按实施例1制备)，并以未投加重金属处理药剂的为对照，药剂在跌落井湍流混合状态下，实现与废水充分混合接触5分钟，随污泥混合液进入二沉池进行泥水分离，取二沉池出水进行重金属含量检测、COD、氨氮、总氮、总磷，测定结果如表5和表6所示。
表5本发明的重金属污水处理药剂对污水处理结果(单位：mg/L)
Figure BDA0002314790780000091
Figure BDA0002314790780000101
表6本发明的重金属污水处理药剂对污水处理结果的影响(单位：mg/L)
Figure BDA0002314790780000102
由结果表5、表6可知，用本发明的重金属污水处理药剂处理混合废水，可取得较好的处理效果。经处理后可使汞离子、铅离子、铜离子、镍离子、镉离子、锌离子和锰离子达到排放标准。试验过程可明显看出未对生化系统产生负面影响，反而促进了COD、氨氮、总氮、总磷的去除。
对比例1本发明的重金属污水处理药剂中单一成分对重金属的处理效果及对生化系统的影响
具体处理方法：取某污水处理厂的活性污泥，等量分配至9个生化反应器并弃去上清液，取污水厂的进水分别配置含汞(II)、铅(II)、铜(II)、镍(II)、镉(II)、锌(II)和锰(II)浓度均为0.15mg/L的模拟水样并等量添加至以上生化反应器，然后分别投加15mg/L的本发明实施例1的重金属污水处理药剂和单一成分并开始曝气(以未投加任何药剂为对照)，曝气4h后静置取上清液分析重金属和氨氮，测定结果如表7和表8所示。
表7本发明重金属污水处理药剂与单一成分对重金属处理结果(单位：mg/L)
Figure BDA0002314790780000103
表8本发明重金属污水处理药剂与单一成分对氨氮处理结果(单位：mg/L)
Figure BDA0002314790780000111
对比可以看出，使用本发明的重金属污水处理药剂对重金属去除效果优于使用单一成分，使用单一成分二甲基二硫代氨基甲酸钠(其他二烷基二硫代氨基甲酸盐效果与二甲基二硫代氨基甲酸钠相近)明显影响活性污泥对氨氮的去除，但将二烷基二硫代氨基甲酸盐和本发明的其他成分复合后，该影响消除。
实施例6本发明重金属污水处理药剂成分复配效果
取如下重金属标准溶液分别配置含汞(II)、铅(II)、铜(II)、镍(II)、镉(II)、锌(II)和锰(II)的模拟重金属水样。分别采用投加本发明重金属处理药剂和本发明重金属处理药剂配方比例以外的药剂。
本例的重金属处理药剂(按实施例1制备)，本发明重金属处理药剂配方比例以外的药剂A，本发明重金属处理药剂配方比例以外的药剂B，A和B的药剂组成具体如下：
重金属污水处理药剂A，包含如下重量份数的原料：阴离子聚丙烯酰胺1份；壳聚1份；蒙脱石4份；氯化钙3份；海藻酸钠1份；乙二胺四乙酸15份；二甲基二硫代氨基甲酸钠75份；
重金属污水处理药剂B，包含如下重量份数的原料：阴离子聚丙烯酰胺1份；壳聚糖1份；蒙脱石15份；氯化钙20份；海藻酸钠16份；乙二胺四乙酸41份；二甲基二硫代氨基甲酸钠6份；
具体处理方法：取某污水处理厂的活性污泥，等量分配至4个生化反应器并弃去上清液，取污水厂的进水分别配置含汞(II)、铅(II)、铜(II)、镍(II)、镉(II)、锌(II)和锰(II)浓度均为0.15mg/L的模拟水样并等量添加至以上生化反应器，然后分别投加15mg/L的本发明实施例1的重金属污水处理药剂、重金属污水处理药剂A和重金属污水处理药剂B并开始曝气(以未投加任何药剂的作为对照)，曝气4h后静置取上清液分析重金属和氨氮，测定结果如表9和表10所示。
表9重金属处理结果(单位：mg/L)
Figure BDA0002314790780000121
表10对氨氮处理结果(单位：mg/L)
Figure BDA0002314790780000122
对比可以看出，使用本发明的重金属污水处理药剂对生活污水处理过程对重金属和氨氮的综合去除效果最优，好于重金属污水处理药剂A和重金属污水处理药剂B。
实施例7本发明重金属污水处理药剂的重金属处理效果和对氨氮去除的影响
本实施例所采用的处理药剂如表11所示；
表11处理药剂(份)
Figure BDA0002314790780000123
具体处理方法：取某污水处理厂的活性污泥，等量分配至5个生化反应器并弃去上清液，取污水厂的进水分别配置含汞(II)、铅(II)、铜(II)、镍(II)、镉(II)、锌(II)和锰(II)浓度均为0.15mg/L的模拟水样并等量添加至以上生化反应器，然后分别投加15mg/L的药剂1、2、3、4，并以未投加药剂的为对照，开始曝气，曝气4h后静置取上清液分析重金属和氨氮，测定结果如表12所示。
表12重金属及氨氮处理结果(单位：mg/L)
Figure BDA0002314790780000131
实施例8本发明重金属污水处理药剂对活性污泥微生物种群丰度的影响
通过基因分析反映活性污泥中对应主要微生物种类、丰度的变化。种群结构丰度的变化可以反映重金属污水处理药剂对活性污泥的影响。
某污水处理厂的处理设施主体工艺采用AAO活性污泥法，进厂废水悬浮物，废水pH值为6.5-7.5，废水中含有汞离子、铅离子、铜离子、镍离子、镉离子、锌离子和锰离子等重金属，处理工艺未设计重金属去除单元，导致出水重金属超出排放标准。
处理工艺：在生化池末端，污泥混合液从生化池出水跌落井加入15mg/L重金属污水处理药剂(按实施例1制备)，药剂在跌落井湍流混合状态下，实现与废水充分混合接触5分钟，随污泥混合液进入二沉池进行泥水分离。二沉池生化污泥持续接触在重金属污水处理药剂，且被回流至前端生化池，每隔20天在取生化池活性污泥样品，分别取4次样，每次分别取活性污泥进行16S rDNA扩增子分析，污泥样品编号为AH1、AH2、AH3和AH4,通过提取样品DNA选取V3-V4区细菌通用引物进行PCR扩增并测序，测序数据分析结果如下：
由图2和图3可知，用本发明的重金属污水处理药剂处理混合废水，试验过程可明显看出长期的投加药剂生化系统的微生物种群结构优势微生物种类和丰度未发生变化，样品AH1、AH2、AH3和AH4的丰度与加药前丰度相关性均大于90％，说明投加重金属污水处理药剂未对生化系统的主要种群及丰度产生影响，不会影响污水厂现有的运行管理。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本专利构思的前提下，上述各实施方式还可以做出若干变形、组合和改进，这些都属于本专利的保护范围。因此，本专利的保护范围应以权利要求为准。

Claims (7)

1.一种重金属污水处理系统，其特征在于，包括调控辅助系统、一级处理单元、二级处理单元和出水安全保障单元；所述一级处理单元、二级处理单元和出水安全保障单元依次连接；
所述的调控辅助系统包括进水水质快速监测模块、pH控制模块和加药量调控模块；
所述一级处理单元包括调节池、混凝反应池和沉淀池；
所述二级处理单元包括生化池、生化出水单元和沉淀池；
所述出水安全保障单元用于二级处理单元出水和出水保障药剂的反应；
所述加药量调控模块分为混凝剂加药控制、重金属处理剂加药控制和出水保障药剂加药控制；
重金属污水处理药剂包含如下重量份数的原料：阴离子聚丙烯酰胺1-5份；壳聚糖2-8份；蒙脱石5-15份；氯化钙5-20份；海藻酸钠2-15份；乙二胺四乙酸20-40份；二烷基二硫代氨基甲酸盐10-30份。
2.如权利要求1所述的一种重金属污水处理系统，其特征在于，所述进水水质快速监测模块包括pH值检测传感器、悬浮物浓度检测传感器、重金属在线分析仪，传感器针对处理前的污水进行检测，检测探头位于一级处理单元调节池的中下部。
3.一种处理污水的方法，其特征在于，采用权利要求1-2任意一项所述的处理系统，具体如下：
（1）污水进入一级处理单元的调节池，通过调控辅助系统的进水水质快速监测模块中的pH值检测传感器检测pH，并反馈给调控辅助系统的pH控制模块，通过控制一级处理单元的调节池内酸/碱加药泵自动启闭，调节污水pH值至pH6.5-7.5，完成调节后的污水进入混凝反应池；
（2）调控辅助系统的混凝剂加药控制根据进水水质快速监测模块中悬浮物浓度检测传感器反馈的污水悬浮物浓度，控制一级处理单元混凝剂的投量，投加混凝剂进行混凝反应，先快速搅拌1～5min，后慢速搅拌2～10min，通入沉淀池，静置1h～4h，对混凝反应的大团絮凝物进行泥水分离，清水部分通入二级处理单元的生化池；
（3）在二级处理单元的生化池中在活性污泥的作用进行有机污染物和磷氮营养盐污染物的达标处理；
（4）生化池出水进入生化出水处理单元，调控辅助系统的重金属处理剂加药控制根据进水水质快速监测模块中重金属在线分析仪反馈的溶解性重金属浓度，反馈控制二级处理单元重金属污水处理药剂的投量，投加重金属处理药剂进行混合反应1～10min，之后通入二级处理单元的沉淀池进行固液分离，清液进入出水保障处理单元；
（5）在出水保障单元中投加出水保障药剂。
4.如权利要求3所述的一种处理污水的方法，其特征在于，步骤（2）中的混凝剂为铝盐混凝剂或铁盐混凝剂中的至少一种；
所述水处理混凝剂的添加量M1由下式计算决定 ：
M1=a×（B1-Bs）/100；
式中：a为经验常数取值，取值范围2~10；B1为进水悬浮物浓度，g/m³；Bs为出水悬浮物设定值浓度，g/m³。
5.如权利要求3所述的一种处理污水的方法，其特征在于，步骤（4）重金属污水处理药剂的投量M2依据下式计算决定：
M2=k×（C1-Cs）；
式中：k为经验常数，取值范围20~80； C1为进水不同种类溶解性重金属总浓度，g/m³；Cs为出水重金属最低设定值浓度，g/m³。
6.如权利要求3所述的一种处理污水的方法，其特征在于，所述的二烷基二硫代氨基甲酸盐选自吡咯烷二硫代氨基甲酸铵、二乙基二硫代氨基甲酸钠、二甲基二硫酸氨基甲酸钠、二羟乙基二硫代氨基甲酸钠的中的至少一种。
7.如权利要求3所述的一种处理污水的方法，其特征在于，步骤（5）出水保障药剂的投加量为1-10g/t污水；所述出水保障药剂为过硫酸盐、氯酸盐或次氯酸钠中的至少一种。
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