CN111204929B - 基于生物接触氧化工艺的城市污水处理方法 - Google Patents

基于生物接触氧化工艺的城市污水处理方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了基于生物接触氧化工艺的城市污水处理方法，涉及水处理技术领域。本发明的基于生物接触氧化工艺的城市污水处理方法，包括以下步骤：格栅分离、混凝气浮、生物接触氧化处理、沉淀处理步骤，其中，二沉池沿着水流的方向分为初级沉淀区、二次沉淀区和净水区，二沉池的来水经过初级沉淀区预沉淀后，溢流进入二次沉淀区，在二次沉淀区内加入混凝复合剂，搅拌静置后，经膜过滤，进入净水区，再经后续处理后排出。本发明公开了基于生物接触氧化工艺的城市污水处理方法，通过预沉淀、絮凝沉淀和膜分离相结合的方式，能够有效去除生物接触氧化池出水中的生物膜片和微小的生物碎片，解决了现有的接触氧化工艺存在的出水悬浮物(SS)超标的问题。

Description

基于生物接触氧化工艺的城市污水处理方法
技术领域
本发明涉及水处理技术领域，尤其涉及基于生物接触氧化工艺的城市污水处理方法。
背景技术
现代污水处理技术，按处理方式划分，可分为物理处理、化学处理和生物处理。物理处理方法，又称为机械治理法。主要用于分离废水中的悬浮性物质。该方法最大的优点是简单、易行、效果良好，并且十分经济。常用的物理治理方法有：重力分离法、离心分离法、过滤法以及蒸发结晶法等。化学处理法的主要处理对象是废水中溶解性或胶体性的污染物质。它既可使污染性物质与水分离，也能改变某些污染物质以及有机物等，因此可达到比物理方法更高的净化程度。特别是要从废水中回收有用物质时，或者废水中含有某种有毒、有害且不易被微生物降解的物质时，采用化学治理方法最为适宜。然而，化学治理法常需采用化学药剂或材料，因此运行费用一般都比较高，操作与管理的要求也比较严格等。而且，在化学法的前处理或后处理过程中，通常还需配合使用物理治理方法。利用微生物处理废水的方法，称作生物处理法或生化处理法。在微生物生命活动的过程中，一部分溶解性的有机物质用于合成细胞的原生质和贮藏物；一部分则变为代谢产物，并释放出能量，供给微生物原生质的合成和生命活动，使微生物能继续不断地生长繁殖，从而使废水得到了净化，生物处理法就是利用这一功能。根据微生物的呼吸特性，分为好氧、厌氧和兼性三大类微生物，以及好氧处理两类生物处理方法。
生物接触氧化法属于好氧生物处理方法，它是以附着在载体(填料)上的生物膜为主，净化有机废水的一种高效水处理工艺，具有活性污泥法特点的生物膜法，兼有活性污泥法和生物膜法的优点。其原理是在曝气池中设置填料，将其作为生物膜的载体，待处理的废水经充氧后以一定流速流经填料，与生物膜接触，达到净化废水的作用。在实际处理的过程中，载体上的生物膜会由于老化、重力作用、水力冲涮或者环境变化等作用下脱落，使得出水带有较大、易沉淀的生物膜片，但是出水中往往同时也携带有很多非常细小的生物碎片，在现有技术中，二沉池往往采用自然沉降的方式，生物膜片能够在二沉池经过自然沉淀去除，但是生物碎片由于缺乏生物絮凝能力，在二沉池中并不能沉降下来，常常会使得出水中的悬浮物(SS)超标，出水浑浊。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的在于公开基于生物接触氧化工艺的城市污水处理方法，通过预沉淀、絮凝沉淀和膜分离相结合的方式，能够有效去除生物接触氧化池出水中的生物膜片和微小的生物碎片，解决了现有的接触氧化工艺存在的出水悬浮物(SS)超标的问题。
具体的，本发明的基于生物接触氧化工艺的城市污水处理方法，包括以下步骤：
格栅分离：收集的污水进入化粪池，将大颗粒、可沉固体及漂浮物拦截，然后出水经细格栅进行进一步固液分离；
混凝气浮：经细格栅分离后的出水打入混凝气浮池，经混凝气浮后，出水用泵提升至生物接触氧化池；
生物接触氧化处理：在生物接触氧化池中设置填料，混凝气浮池的出水经过布水装置流入生物接触氧化池，流经填料，经生物膜处理净化后出水流入二沉池；
沉淀处理：二沉池沿着水流的方向分为初级沉淀区、二次沉淀区和净水区，二沉池的来水经过初级沉淀区预沉淀后，溢流进入二次沉淀区，在二次沉淀区内加入混凝复合剂，搅拌静置后，经膜过滤，进入净水区，再经后续处理后排出。
本发明的污水处理方法，和现有的接触氧化工艺相比，对生物接触氧化处理后的沉淀步骤进行改进，先经过预沉淀分离出污水中的能够自行沉淀的生物膜片等杂质，然后再在二次沉淀区内加入混凝复合剂，通过混凝复合剂对污水中的微小生物碎片进行絮凝沉淀，同时和膜过滤结合使用，膜过滤能够进一步保证出水的水质，而先进行混凝复合剂的处理能够使得污水中杂质粒径变大，从而减少膜过滤的负荷，减少膜被堵塞的几率，二者相互同时作用，解决了现有的接触氧化工艺存在的出水悬浮物(SS)超标的问题，同时二沉池中设置的初级沉淀区还能够作为一个观察区，用以对生物接触氧化池的状态进行监控。
进一步，所述混凝复合剂包括混凝剂和助凝剂，所述助凝剂是以改性植物纤维制成载体，在载体上负载辣木籽活性蛋白，最后包裹改性壳聚糖制成。
本发明的助凝剂以改性植物纤维为载体，负载的辣木籽活性蛋白属于纯天然的絮凝剂，在使用的时候，通过辣木籽活性蛋白的絮凝作用将污水的的生物碎片和微小的胶体颗粒聚集起来，然后通过改性植物纤维的吸附作用将其吸附在载体周围，使得其能够快速的沉淀下来，缩短沉淀时间，达到快速净化的目的；另外，由于辣木籽活性蛋白在氧存在的环境中容易发生变质，因此在外表面包裹了改性壳聚糖，不仅隔绝了辣木籽活性蛋白和空气之间的接触，延长了保质期限，同时利用改性壳聚糖的架桥作用，还能够增加助凝剂的絮凝效果，另外，本发明中的助凝剂使用的改性植物纤维、辣木籽活性蛋白、壳聚糖均属于绿色、环保的材料，不会带来二次污染，且廉价、易得。
进一步，所述混凝剂和助凝剂的的质量比为1:3。
进一步，所述混凝剂为聚合氯化铝或聚丙烯酰胺。
进一步，所述助凝剂的制备方法为：
载体的制备：将改性植物纤维聚集成纤维束，将两束纤维束相互垂直相叠，利用其中一束纤维束对余下的纤维束进行捆扎，得到纤维束球，将纤维束球进行微波膨化处理，得到载体；通过将改性植物纤维束捆扎成纤维束球的方式，一方面，用于捆扎的纤维束，形成一个类似纤维球的结构，在微波的作用下，类似纤维球的结构部分，改性植物纤维之间变得蓬松，存在间隙，便于后续负载辣木籽活性蛋白，另一方面，被捆扎的纤维束，两端的纤维散开，从而增加了和污水的接触面积，更容易将絮凝的颗粒聚集起来。
负载：将载体浸泡于pH为10的辣木籽活性蛋白提取液中，以30-50r/min的速度缓慢搅拌1-2h，取出，向载体上滴加5mol/L的氯化钠溶液，静置2h后，将载体上的氯化钠溶液缓和甩干，重复前述操作3-5次，将甩干后的载体置于透析袋中，透析72h，冷冻干燥，得到负载了辣木籽活性蛋白的载体；通过向载体上滴加氯化钠溶液，使得载体内的辣木籽活性蛋白盐析出来，负载在载体上，通过重复多次的方式，尽可能的在载体上负载多的辣木籽活性蛋白。
包裹：将负载步骤得到的产物搅拌分散于去离子水中，加入12g/L的改性壳聚糖溶液，磁力搅拌混合均匀，升温至85℃，搅拌反应30min，过滤，滤渣冷冻干燥，得到助凝剂。
进一步，所述缓和甩干时，甩干的转速从5-30r/min周期性变化，具体为，0-1/2T时，甩干的转速从5r/min以2r/min的速率升高至30r/min，1/2T-1T时，甩干的转速从30r/min以3r/min的速率降低至5r/min。通过周期性变化缓和甩干的方式，能够在一定程度上防止载体内的辣木籽活性蛋白被甩出。
进一步，所述改性植物纤维是以意大利苍耳的茎部为原料制成，制备方法具体为：
纤维制取：取意大利苍耳的茎部剥取表皮，将表皮清洗去除杂质干燥之后，加入4g/L的氢氧化钠溶液中，升温至100℃煮沸2h，降温至75℃，加入1.5g/L的过氧化氢，保温40min，反应完成后过滤，用蒸馏水将滤渣洗涤至中性，干燥得到植物纤维；
改性：将得到的植物纤维切成6-8cm小段，进行半碳化处理，处理完成后搅拌分散于去离子水中，再加入十二烷基磺酸钠，搅拌反应30min后，加入氢氧化钠溶液，继续搅拌反应30min，再加入二甲基二烯丙基氯化铵溶液和环氧丙烷，超声分散10min，置于微波反应器中，于40℃温度下微波反应30min，反应完成后将反应物过滤，滤渣用无水乙醇和去离子水洗涤至中性后，烘干得到改性植物纤维。
意大利苍耳是收录在《中华人民共和国进境植物检疫性有害生物名录》中的外来入侵物种，是一种繁殖能力很强的生物，本发明利用意大利苍耳植株纤维含量很高的特点，提取出其表皮内的植物纤维用以作为助凝剂的载体，为意大利苍耳的资源化利用提供了一个新的方向。
另外，本发明对提取得到的植物纤维进行半碳化处理，使得植物纤维的表面变成多孔的结构，增加了植物纤维的吸附性能，但是内部依然保持了植物纤维的韧性，同时半碳化处理也增大了植物纤维的表面积，便于后续的改性和负载等处理；然后以十二烷基磺酸钠作为表面活性剂，增加了半碳化植物纤维的分散性能，加上氢氧化钠在半碳化的植物纤维表面上引入的更多的羟基，然后与二甲基二烯丙基氯化铵发生反应，使得二甲基二烯丙基氯化铵接枝到半碳化植物纤维表面，以此在植物纤维上引入氨基等阳性粒子，增加了植物纤维对污水中带负电的生物碎片的结合性，从而增加了絮凝的效果。
进一步，所述半碳化处理是在无氧环境下进行，半碳化处理温度为75-90℃，时间为60-90min。
进一步，所述改性壳聚糖的制备方法为：称取壳聚糖置于2％的醋酸溶液中，加热搅拌溶解后，置于反应釜中，在氮气气氛下，加入丙烯酸、丙烯酰胺混合均匀，在500r/min的搅拌速度下，升温至50℃，反应1h后，加入加入2-羟基-2-甲基-1-苯基丙酮作为光引发剂，在紫外光辐照下，继续搅拌反应3h，停止加热，将反应产物用丙酮和无水乙醇清洗干净后，于40℃条件下干燥，得到改性壳聚糖。
通过光引发的方式使得壳聚糖和丙烯酸、丙烯酰胺发生接枝共聚反应，引入的聚丙烯酰胺长链增强了壳聚糖的吸附和架桥作用，能够促进不稳定粒子之间的抗剪切大絮体的形成，提高了絮凝效果。
本发明的有益效果：
本发明公开的基于生物接触氧化工艺的城市污水处理方法，对现有的接触氧化工艺进行改进，通过预沉淀、絮凝沉淀和膜分离相结合的方式，能够有效去除生物接触氧化池出水中的生物膜片和微小的生物碎片，解决了现有的接触氧化工艺存在的出水悬浮物(SS)超标的问题。
具体实施方式
以下将结合具体实施例对本发明进行详细说明：
本发明的基于生物接触氧化工艺的城市污水处理方法，通过预沉淀、絮凝沉淀和膜分离相结合的方式对生物接触氧化池出水中的生物碎片进行处理，在絮凝时，通过加入混凝复合剂进行处理，具体的本发明的混凝复合剂的制备方法为：
改性壳聚糖的制备
称取壳聚糖置于2％的醋酸溶液中，加热搅拌溶解后，得到1wt％的壳聚糖溶液，倒入反应釜中，通入氮气，在氮气气氛下，加入丙烯酸、丙烯酰胺混合均匀，壳聚糖和丙烯酸、丙烯酰胺的质量比为1.5:1:4，在500r/min的搅拌速度下，升温至50℃，反应1h后，加入丙烯酰胺质量0.5％的2-羟基-2-甲基-1-苯基丙酮作为光引发剂，在紫外光辐照下，继续搅拌反应3h，停止加热，将反应产物用丙酮和无水乙醇清洗干净后，于40℃条件下干燥，得到改性壳聚糖。
改性植物纤维的制备
纤维制取：取意大利苍耳的茎部剥取表皮，将表皮清洗去除杂质干燥之后，加入4g/L的氢氧化钠溶液中，氢氧化钠溶液刚好完全浸没表皮，升温至100℃煮沸2h，降温至75℃，加入1/4氢氧化钠溶液体积的1.5g/L的过氧化氢，保温40min，反应完成后过滤，用蒸馏水将滤渣洗涤至中性，干燥得到植物纤维；
改性：将得到的植物纤维切成6-8cm小段，在无氧环境下，温度为80℃条件下进行半碳化处理80min，处理完成后取出，以10mg/ml的固液比搅拌分散于去离子水中，再加入十二烷基磺酸钠饱和溶液，搅拌反应30min后，加入25wt％氢氧化钠溶液，十二烷基磺酸钠饱和溶液、氢氧化钠溶液和去离子水的体积比为1:1:5，继续搅拌反应30min，再加入20wt％二甲基二烯丙基氯化铵溶液和环氧丙烷，二甲基二烯丙基氯化铵溶液、环氧丙烷和去离子水的体积比为1:0.2:2，超声分散10min，置于微波反应器中，设置微波功率为250W，于40℃温度下微波反应30min，反应完成后将反应物过滤，滤渣用无水乙醇和去离子水洗涤至中性后，于40℃条件下干燥，烘干得到改性植物纤维。
助凝剂的制备
载体的制备：将改性植物纤维聚集成直径为3mm的纤维束，将两束纤维束相互垂直相叠，利用其中一束纤维束对余下的纤维束进行捆扎，得到纤维束球，将纤维束球于微波功率为600W的条件下进行微波膨化处理10min，得到载体；
负载：将载体浸泡于pH为10的辣木籽活性蛋白提取液中，辣木籽活性蛋白提取液采用现有技术中(“超声波辅助高效提取辣木籽中的蛋白质”邵婷，刘昕，黎重阳)所记载的方法进行提取，以30-50r/min的速度缓慢搅拌2h，取出，向载体上滴加5mol/L的氯化钠溶液，静置2h后，将载体上的氯化钠溶液缓和甩干，甩干的转速从5-30r/min周期性变化，以一个周期T为例，具体为，0-1/2T时，甩干的转速从5r/min以2r/min的速率升高至30r/min，1/2T-1T时，甩干的转速从30r/min以3r/min的速率降低至5r/min，以此重复，至载体无明显液体滴落，重复负载前述操作5次，将甩干后的载体置于透析袋中，透析72h，冷冻干燥，得到负载了辣木籽活性蛋白的载体；
包裹：将负载步骤得到的产物搅拌以10g/l的固液比分散于去离子水中，加入等去离子水体积的12g/L的改性壳聚糖溶液，磁力搅拌混合均匀，升温至85℃，搅拌反应30min，过滤，滤渣冷冻干燥，得到助凝剂。
混凝复合剂的制备
将聚合氯化铝或聚丙烯酰胺与制备得到的助凝剂按照1:3的质量比进行搅拌混合均匀，得到混凝复合剂。
利用本发明制备得到的混凝复合剂进行污水的处理，具体如下：
实施例
格栅分离：收集的污水进入化粪池，将大颗粒、可沉固体及漂浮物拦截，然后出水经细格栅进行进一步固液分离。
混凝气浮：经细格栅分离后的出水打入混凝气浮池，经混凝气浮后，出水用泵提升至生物接触氧化池，混凝气浮采用加压溶气气浮法，回流比为30％。
生物接触氧化处理：在生物接触氧化池中设置填料，通过直接挂膜法，在填料上形成成熟的生物膜，混凝气浮池的出水经过布水装置流入生物接触氧化池，流经填料，经生物膜处理净化后出水流入二沉池，控制生物接触氧化池中的溶解氧在2-3mg/L，气水比为15:1，接触停留时间为8h。
沉淀处理：二沉池沿着水流的方向分为初级沉淀区、二次沉淀区和净水区，初级沉淀区、二次沉淀区和净水区的长度比为2:1:1，二沉池的来水经过初级沉淀区预沉淀后，溢流进入二次沉淀区，在二次沉淀区内按照200mg/L的量加入混凝复合剂，本实施例中，混凝复合剂中的混凝剂采用聚合氯化铝，先以300r/min的速度搅拌10min，再以50r/min的速度搅拌30min，搅拌完成静置澄清后，经膜过滤，进入净水区，再经后续处理后排出，其中膜过滤采用现有的膜过滤技术即可，本实施例选择浸没式膜过滤。
对比例一
本对比例和实施例相比，其不同之处在于，将沉淀处理步骤中的混凝复合剂替换为等质量的辣木籽蛋白。
对比例二
本对比例和实施例相比，其不同之处在于，将沉淀处理步骤中的混凝复合剂替换为等质量的聚合氯化铝。
对比例三
本对比例和实施例相比，其不同之处在于，在沉淀处理步骤中不加入混凝复合剂。
对比例四
本对比例和实施例相比，其不同之处在于，在在沉淀处理步骤中不加入混凝复合剂，且在二沉池内不设置膜过滤。
通过实施例，对比例一～对比例四的处理方法对某污水处理厂收集的城市污水进行处理，进检测，进水中指标为：COD 191.2mg/L)、BOD5 102.6mg/L、TP 2.46mg/L、TN24.37mg/L、SS 164.1mg/L，出水的指标如下表所示：
Figure BDA0002372734180000091
通过上表数据可以看出，采用本发明的处理方法对城市污水进行处理，出水能够满足《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)中的一级A标准，且可以明显看出，采用本发明的混凝复合剂能够明显的缩短二沉池沉降时间。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。本发明未详细描述的技术、形状、构造部分均为公知技术。

Claims (7)

1.基于生物接触氧化工艺的城市污水处理方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
格栅分离：收集的污水进入化粪池，将大颗粒、可沉固体及漂浮物拦截，然后出水经细格栅进行进一步固液分离；
混凝气浮：经细格栅分离后的出水打入混凝气浮池，经混凝气浮后，出水用泵提升至生物接触氧化池；
生物接触氧化处理：在生物接触氧化池中设置填料，混凝气浮池的出水经过布水装置流入生物接触氧化池，流经填料，经生物膜处理净化后出水流入二沉池；
沉淀处理：二沉池沿着水流的方向分为初级沉淀区、二次沉淀区和净水区，二沉池的来水经过初级沉淀区预沉淀后，溢流进入二次沉淀区，在二次沉淀区内加入混凝复合剂，搅拌静置后，经膜过滤，进入净水区，再经后续处理后排出；
所述混凝复合剂包括混凝剂和助凝剂，所述助凝剂是以改性植物纤维制成载体，在载体上负载辣木籽活性蛋白，最后包裹改性壳聚糖制成，
所述助凝剂的制备方法为：
载体的制备：将改性植物纤维聚集成纤维束，将两束纤维束相互垂直相叠，利用其中一束纤维束对余下的纤维束进行捆扎，得到纤维束球，将纤维束球进行微波膨化处理，得到载体；
负载：将载体浸泡于pH为10的辣木籽活性蛋白提取液中，以30-50r/min的速度缓慢搅拌1-2h，取出，向载体上滴加5mol/L的氯化钠溶液，静置2h后，将载体上的氯化钠溶液缓和甩干至无明显液体滴落，重复前述操作3-5次，将甩干后的载体置于透析袋中，透析72h，冷冻干燥，得到负载了辣木籽活性蛋白的载体；
包裹：将负载步骤得到的产物搅拌分散于去离子水中，加入12g/L的改性壳聚糖溶液，磁力搅拌混合均匀，升温至85℃，搅拌反应30min，过滤，滤渣冷冻干燥，得到助凝剂。
2.根据权利要求1所述的基于生物接触氧化工艺的城市污水处理方法，其特征在于，所述混凝剂和助凝剂的的质量比为1:3。
3.根据权利要求2所述的基于生物接触氧化工艺的城市污水处理方法，其特征在于，所述混凝剂为聚合氯化铝或聚丙烯酰胺。
4.根据权利要求3所述的基于生物接触氧化工艺的城市污水处理方法，其特征在于，所述缓和甩干时，甩干的转速从5-30r/min周期性变化，具体为，0-1/2T时，甩干的转速从5r/min以2r/min的速率升高至30r/min，1/2T-1T时，甩干的转速从30r/min以3r/min的速率降低至5r/min。
5.根据权利要求4所述的基于生物接触氧化工艺的城市污水处理方法，其特征在于，所述改性植物纤维是以意大利苍耳的茎部为原料制成，制备方法具体为：
纤维制取：取意大利苍耳的茎部剥取表皮，将表皮清洗去除杂质干燥之后，加入4g/L的氢氧化钠溶液中，升温至100℃煮沸2h，降温至75℃，加入1.5g/L的过氧化氢，保温40min，反应完成后过滤，用蒸馏水将滤渣洗涤至中性，干燥得到植物纤维；
改性：将得到的植物纤维切成6-8cm小段，进行半碳化处理，处理完成后搅拌分散于去离子水中，再加入十二烷基磺酸钠，搅拌反应30min后，加入氢氧化钠溶液，继续搅拌反应30min，再加入二甲基二烯丙基氯化铵溶液和环氧丙烷，超声分散10min，置于微波反应器中，于40℃温度下微波反应30min，反应完成后将反应物过滤，滤渣用无水乙醇和去离子水洗涤至中性后，烘干得到改性植物纤维。
6.根据权利要求5所述的基于生物接触氧化工艺的城市污水处理方法，其特征在于，所述半碳化处理是在无氧环境下进行，半碳化处理温度为 75-90℃，时间为60-90min。
7.根据权利要求6所述的基于生物接触氧化工艺的城市污水处理方法，其特征在于，所述改性壳聚糖的制备方法为：称取壳聚糖置于2%的醋酸溶液中，加热搅拌溶解后，置于反应釜中，在氮气气氛下，加入丙烯酸、丙烯酰胺混合均匀，在500r/min的搅拌速度下，升温至50℃，反应1h后，加入加入2-羟基-2-甲基-1-苯基丙酮作为光引发剂，在紫外光辐照下，继续搅拌反应3h，停止加热，将反应产物用丙酮和无水乙醇清洗干净后，于40℃条件下干燥，得到改性壳聚糖。
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