CN111410385A - 低温环境下的高效污水处理药剂及用其处理污水的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种低温环境下的高效污水处理药剂及用其处理污水的方法，属于污水处理技术领域。所述低温环境下的高效污水处理药剂，包括按照重量百分比计的如下组分：聚合硅酸铝铁43.8%~46.5%、膨润土28.7%~30.6%、沸石粉19.3%~20.9%、硅藻土4.9%~5.4%。该污水处理药剂的污水处理效果不受低温条件影响，处理工艺简单易操作，最终生活污水处理出水可稳定达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB 18918‑2002）一级B标准。

Description

低温环境下的高效污水处理药剂及用其处理污水的方法

技术领域

本发明属于污水处理技术领域，具体涉及一种低温环境下的高效污水处理药剂及用其处理污水的方法。

背景技术

黄河是中华民族的母亲河，治理黄河，重在保护，要在治理。黄河生态系统是一个有机整体，要充分考虑上中下游的差异，推进实施一批重大生态保护修复和建设工程。而黄河流域季节差别大、温差悬殊，黄河上游青海省久治县以上的河源地区为“全年皆冬”；久治至兰州区间及渭河中上游地区为“长冬无夏，春秋相连”；兰州至龙门区间为“冬长(六七个月)、夏短(一二个月)”。在这种长期寒冷的气候条件下，采用生物净化技术的污水处理系统运行存在较多问题。

生物净化技术具有成本低、对环境负面影响小等优点，已普遍成为污水处理的核心部分。温度是影响微生物和酶活性的重要因素，对微生物的生长繁殖及代谢活动都有着显著的影响。在污水处理系统中，温度低于10℃时，大部分微生物已不能代谢外源物质，当温度降低至4℃时，大部分活性污泥中的微生物活性受到抑制，微生物停止生长。

面临冬季低温，污水处理要确保出水达标，普遍采用的方法包括：建立保温系统提高污水温度、提高污泥浓度、延长沉淀时间、增加曝气量等，但这些方法都存在着效果欠佳或成本高昂的劣势。

面对黄河流域低温这个难题，对低温环境下的高效污水处理药剂进行研究就显得尤为重要。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术的不足，而提供一种低温环境下的高效污水处理药剂及用其处理污水的方法，该污水处理药剂的污水处理效果不受低温条件影响，处理工艺简单易操作，最终生活污水处理出水可稳定达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB 18918-2002)一级B标准。

本发明采用如下技术方案：

本发明提供一种低温环境下的高效污水处理药剂，包括按照重量百分比计的如下组分：聚合硅酸铝铁43.8％～46.5％、膨润土28.7％～30.6％、沸石粉19.3％～20.9％、硅藻土4.9％～5.4％。

本发明还提供一种用所述的低温环境下的高效污水处理药剂处理污水的方法，步骤如下：将水样从城市生活污水厂调节池取至反应系统后，先进入前端生化系统处理，随后进入混合反应池，投加所述处理药剂，搅拌混合均匀；然后进入稳定池，池内通过穿孔曝气的方式使所述处理药剂与污水进一步充分接触反应；随后污水进入后续斜板沉淀(表面负荷为 1.0m³/m²·h)、砂滤(滤速3m³/m²·h)处理工序，满足处理要求后排放。

更进一步地，用所述前端生化系统处理时，厌氧处理2.3h～2.7h，好氧处理5.7h～6.3h。

更进一步地，所述搅拌时的转速为85r/min～95r/min，搅拌反应时间为8min～15min。

更进一步地，所述穿孔曝气时的气水比为2.5～3.5:1，所述处理药剂与污水进一步充分接触反应20min。

更进一步地，所述斜板沉淀处理工序的表面负荷为1.0～1.5m³/m²·h，所述砂滤处理工序的滤速为2.7～3.5m³/m²·h。

聚合硅酸铝铁具有离子度高、易溶于水(在整个pH值范围内完全溶于水，且不受低水温的影响)、不成凝胶、水解稳定性好等特点，由于聚合硅酸铝铁絮凝剂的大分子链上所带的正电荷密度高，产物的水溶性好，分子量适中，因此具有絮凝和消毒的双重性能。

聚合硅酸铝铁絮凝剂与传统使用的无机絮凝剂(如聚合氯化铝，硫酸铝、碱式氯化铝等)相比，具有产生的淤泥量少，沉降速度快水质好，成本低等特点，而且还可采用直接过滤的新工艺，这对传统的上水处理无疑是一个重大改革。最新高效絮凝剂它不仅可有效地降低水中悬浮物固体含量，从而降低水的浊度：而且还可使病毒沉降，且具有降低水中三卤甲烷前体的作用，因而使水中的总含碳量(TOC)降低。聚合硅酸铝铁絮凝剂可作为主絮凝剂和助凝剂使用 (其用量0.5-0.7PPM相当于明矾50-60PPM)，对水的澄清更具显著效果。特别是对低浊度水的处理，更是其它类型的高分子絮凝剂所不及。

在混凝过程中，不同形态的铝铁其水解过程、与颗粒物的作用方式是不同的。铝铁中等聚合物首先以吸附电中和方式与颗粒物发生作用，然后在羟基连接作用下分子量逐渐增大，最终形成宏观絮团，在此过程中部分颗粒物进入絮团中。中等聚合物在水溶液中有在一定时间内保持其形态不继续水解的稳定性，从而减缓水解进程，这使中等聚合物有充分的机会与颗粒物发生吸附电中和作用，并发挥桥联和网捕等多种作用机制，故其除藻、除浊效率较高，形成的絮团大，不易残留在水中。因此，它是除污的最有利成分。而单体成分在混凝过程中水解速度极快，并形成小尺寸凝胶物质，而且其形成宏观絮团的能力也低于中等聚合物，容易残留在水中，使混凝沉淀出水中残铝浓度升高。单体成分主要靠压缩双层、絮团吸附去除颗粒物，所以其除藻、除浊效率低。

因此，聚合硅酸铝铁在本发明中具有如下基本性能：

①净化后的水质优于硫酸铝絮凝剂，净水成本与之相比低15－30％。

②絮凝体形成快、沉降速度快，比硫酸铝等传统产品处理能力大。

③消耗水中碱度低于各种无机絮凝剂，因而可不投或少投碱剂。

④适应的源水PH5.0-9.0范围均可凝聚。

⑤腐蚀性小，操作条件好。

⑥溶解性优于硫酸铝。

⑦处理水中盐分增加少，有利于离子交换处理和高纯制水。

⑧对源水温度的适应性优于硫酸铝等无机絮凝剂。

助凝剂可加速混凝过程，加大凝絮颗粒的密度，使其迅速沉淀，加强粘结架桥作用，充分发挥吸附卷带作用。

膨润土是以蒙脱石为主要矿物成分的非金属矿产，蒙脱石结构是由两个硅氧四面体夹一层铝氧八面体组成的2：1型晶体结构，由于蒙脱石晶胞形成的层状结构存在某些阳离子，如Cu、Mg、Na、K等，且这些阳离子与蒙脱石晶胞的作用很不稳定，易被其它阳离子交换，故具有较好的离子交换性。

膨润土具有很大的比表面积、良好的吸附性能和阳离子交换能力，这为它们在污水处理中的应用奠定了基矗膨润土在废水处理中主要用于吸附剂和絮凝剂。早茌20世纪30年代，膨润土已开始用于水和废水的处理。较近几年，膨润土在废水处理中的应用研究较为活跃。在水质净化和废水处理领域已受到相当重视，其科研和应用力度正逐渐加大，用膨润土及其改性产品作为污水处理材料，具有以下诸多优点：原料储量丰富、价廉易得；制备方法简便；可有效去除水中无机和有机污染物；具有较高的化学和生物稳定性；容易再生。膨润土及其改性产品将是取代传统废水处理材料的一个理想选择，必将得到广泛的应用。我国膨润土资源十分丰富，因此，应用天然嘭润土开发污水处理新材料无疑是解决我国污水处理问题的一条可行之路。

硅藻土是一种硅质岩石，是一种生物成因的硅质沉积岩，它主要由古代硅藻的遗骸所组成。其化学成分以SiO₂为主，可用SiO₂·nH₂O表示，矿物成分为蛋白石及其变种。我国硅藻土储量3.2亿吨，远景储量达20多亿吨，主要集中在华东及东北地区，其中规模较大，储量较多的有吉林、浙江、云南、山东、四川等省。

硅藻土的密度1.9-2.3g/cm³，堆密度0.34-0.65g/cm³，比表面积40-65㎡/g，孔体积0.45-0.98cm³/g，吸水率是自身体积的2-4倍，在电子显微镜下可以观察到特殊多孔的构造。

硅藻土用于污水处理主要利用其表面性质、精度及孔系结构等带来的特殊性质，使其性能稳定，吸附性强，能吸附自身质量1.5-4倍的液体、吸附自身质量11-15倍油。硅藻土的吸附性能与它的物理结构和化学结构密切相关，一般来说，比表面积越大吸附量越大；孔径越大，吸附量在孔内的扩散速率越大，则越有利于达到吸附平衡。而且硅藻土的表面及孔内表面分布有大量的硅羟基，这些硅羟基在水溶液中离解出H⁺，从而使硅藻土颗粒表现出一定的表面负电性。

硅藻土一方面可作为形成絮体的骨架，改善矾花的结构，即有助凝的作用，使形成的絮体密实而有较好的沉降性，从而改善一般的化学絮凝剂产生的矾花松散、不易下沉的状况。另一方面，由于其巨大的比表面积和表面吸附性等，脱稳胶体极易被吸附到硅藻土上，且附着了污染物质的硅藻土颗粒间相互吸附的能力也大，因而硅藻土用于污水处理时，能快速形成密度较大且稳定性好的絮体，甚至当絮体被打碎后，还可以再絮凝，这是其他铝盐、铁盐等常用污水处理剂所无法比拟的。

硅藻土在我国的储量巨大，由于硅藻土自身的特殊性质，将其运用在污水处理方面，处理效果不仅稳定，而且处理单元耐冲击负荷能力强，不易受到温度、水质、水量变化等的影响，适宜含有较多有毒物质或冲击负荷较大的城市污水的处理。而且硅藻土污泥的回收利用空间大，因其是一种天然矿物，且稳定性好，经适当的处理，可被用到农业、污水处理或建材等领域。

沸石粉是由天然的沸石岩磨细而成，颜色为浅绿色、白色。可去除水中氨氮95％，净化水质，缓解转水现象。

沸石表面粗糙和具有的多孔结构，使其具有较强的携载能力，不但能使物料均匀地吸附在表面，而且能吸附到孔穴和通道内，提高了物料的可利用性也大大改善了混合的均匀性。吸氨值是沸石粉的一个重要的质量指标。合格的沸石粉吸氨值一般都大于100mg当量/100g。每亩每米水深使用沸石粉25-50公斤，可起到除去水中95％氨氮，净化水质增加溶氧的作用，同时提高水体总碱度，稳定水质。

在砂滤处理工序中采用石英砂滤层。

本发明与现有技术相比，其有益效果为：

复合药剂中，聚合硅酸铝铁作为絮凝剂、兼具助凝剂的作用；膨润土和硅藻土主要作为助凝剂；沸石粉起到吸附剂的作用。本发明的处理药剂在水温低于10℃的情况下，药剂依旧保持高效净化作用，可弥补生化系统处理效率低的不足，确保后续出水稳定达标。

其中，复合药剂用于污水处理时，聚合硅酸铝铁的铝铁中等聚合物首先以吸附电中和方式与颗粒物发生作用，然后在羟基连接作用下分子量逐渐增大，最终形成宏观絮团，在此过程中部分颗粒物进入絮团中有充分的机会发生吸附电中和作用，并发挥桥联和网捕等多种作用机制。膨润土中的蒙脱石晶胞形成的层状结构存在Cu、Mg、Na、K等阳离子，与蒙脱石晶胞的作用很不稳定，易被其它阳离子交换，故具有较好的离子交换性。硅藻土形成絮体的骨架，使形成的絮体密实而有较好的沉降性；另一方面，由于其巨大的比表面积和表面吸附性等，脱稳胶体极易被吸附到硅藻土上，附着了污染物质的硅藻土颗粒间相互吸附的能力也大，因而复合药剂中的硅藻土能快速形成密度较大且稳定性好的絮体，甚至当絮体被打碎后，还可以再絮凝。沸石具有较强的携载能力，能使污染颗粒物均匀地吸附在表面。沸石还具有吸氨性，可起到除去水中氨氮、净化水质增加溶氧的作用。四种药剂成分通过吸附电中和、桥联、网捕等作用，联合离子交换作用、吸附沉降作用、吸附去除氨氮作用等综合反应，完成生活污染生化处理后主要污染物的去除过程。

附图说明

图1为用本发明药剂处理污水时的处理系统的结构示意图；

图2为用本发明药剂处理污水时的处理系统的前端生化系统的结构示意图；

图3为本发明药剂对污水中COD去除效果图；

图4为本发明药剂对污水中氨氮去除效果图；

图5为本发明药剂对污水中TN去除效果图；

图6为本发明药剂对污水中TP去除效果图。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等效形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。

本发明提供一种低温环境下的高效污水处理药剂，包括按照重量百分比计的如下组分：聚合硅酸铝铁43.8％～46.5％、膨润土28.7％～30.6％、沸石粉19.3％～20.9％、硅藻土4.9％～5.4％。

本发明还提供一种用所述的低温环境下的高效污水处理药剂处理污水的方法，步骤如下：将水样从城市生活污水厂调节池取至反应系统后，先进入前端生化系统处理，随后进入混合反应池，投加所述处理药剂，搅拌混合均匀；然后进入稳定池，池内通过穿孔曝气的方式使所述处理药剂与污水进一步充分接触反应；随后污水进入后续斜板沉淀(沉淀池，表面负荷为1.0m³/m²·h)、砂滤(滤速3m³/m²·h)处理工序(滤池)，满足处理要求后排放。

在一个实施例中，用所述前端生化系统处理时，厌氧处理2.3h～2.7h，好氧处理5.7h～6.3h 在一个实施例中，所述搅拌时的转速为85r/min～95r/min，搅拌反应时间为8min～15min。

在一个实施例中，所述穿孔曝气时的气水比为2.5～3.5:1，所述处理药剂与污水进一步充分接触反应20min。

在一个实施例中，所述斜板沉淀处理工序的表面负荷为1.0～1.5m³/m²·h，所述砂滤处理工序的滤速为2.7～3.5m³/m²·h。

下面结合一个实施例来对本发明作进一步详细说明。

实施例

本发明的低温环境下的高效污水处理药剂，按照重量百分比计包括：聚合硅酸铝铁45％、膨润土30％、沸石粉20％、硅藻土5％。药剂可直接投入生活污水中使用，适用pH范围为 5.0～9.0，处理效果不受低温条件影响，且易于后续过滤处理。

如图2所示，用本发明药剂处理污水时的处理系统的前端生化系统包括：调节池、缺氧池、第一好氧池和第二好氧池，所述调节池、缺氧池、第一好氧池和第二好氧池依次相邻连接设置，所述调节池的底部设有提升泵，所述第一好氧池和第二好氧池内设有微孔曝气器，并通过所述曝气管进行曝气。

如图1所示，用本发明药剂处理污水时的处理系统包括：混合反应池、稳定池、沉淀池和滤池，所述混合反应池、稳定池、沉淀池和滤池依次相邻连接设置，所述混合反应池内设有搅拌机，所述稳定池内设有曝气装置，并通过所述曝气管曝气，所述沉淀池采用斜板沉淀，所述滤池的一侧设底部设有排放口。

污水处理工艺如下：环境温度0-5℃时，取生活污水水样投加此药剂进行了为期一周的小试试验。水样从城市生活污水厂调节池取至反应系统后，先进到A前端生化系统处理(厌氧处理2.5h，好氧处理6.0h)，随后进入混合反应池，投加药剂，通过搅拌机(转速90r/min) 混合均匀(此部分反应时间为10min左右)；然后进入稳定池，池内通过穿孔曝气(气水比 3:1)的方式使药剂与污水进一步充分接触反应(此部分反应时间为20min左右)；随后污水进入后续斜板沉淀(沉淀池，表面负荷为1.0m³/m²·h)、砂滤(滤池，滤速3m³/m²·h)处理工序，满足处理要求后排放。

表1水样水质参数及排放标准

期间记录试验数据，得到图3至图6所示处理效果。

由图可见：

系统进水水质COD在149mg/L～200mg/L范围内波动时，污水处理系统出水 COD均能保持在38.5mg/L以下，满足一级B标准中60mg/L的要求，且COD 去除率为74.8％～87.1％。进水氨氮浓度为21.8mg/L～33mg/L时，出水浓度为 1.6mg/L～3.5mg/L，均低于一级B标准的8mg/L，氨氮去除率为88.5％～93.3％。系统前三天取样结果显示TN的去除率仅为43.5％左右，但后期效果越来越稳定，高达78.9％，试验出水水质均满足一级B标准。系统除磷效果在低温条件下(低于10℃)同样有保障，试验期间出水指标均低于0.80mg/L，满足一级B标准。

污染物去除机理：

生活污水进入污水处理系统后，在缺氧池A池内，微生物在缺氧状态下将污水中有机氮转化为氨氮，并利用有机碳源作为电子供体发挥反硝化作用，将 NO₂-N、NO₃-N转化为N₂。缺氧状态下的除磷菌，将污水中的有机物摄入细胞内，并分解聚磷酸盐，同时将此过程产生的磷酸排出体外。经过缺氧池处理的污水，自动流入好氧池O池内。好氧池的硝化菌利用有机物分解产生的无机碳源，或空气中的二氧化碳作为营养源进行硝化作用，将污水中的氨氮转化为 NO₂-N、NO₃-N。除磷菌则吸收水中的BOD₅或消耗自身储存的能量，充分摄取污水中的磷。

经过好氧池处理后的上清液，自动流入药剂反应及沉淀过滤系统。药剂反应系统中，聚合硅酸铝铁充分发挥吸附、电中和、桥联、网捕等多种作用机制。膨润土发挥离子交换作用。硅藻土形成密实的沉降性较好的絮体、并发挥吸附作用形成密度更大的稳定性絮体。沸石较强的携载能力，能使污染颗粒物均匀地吸附在表面，并进一步除去水中氨氮、净化水质增加溶氧的作用。四种药剂成分通过吸附电中和、桥联、网捕等作用，联合离子交换作用、吸附沉降作用、吸附去除氨氮作用等综合反应，完成生活污染生化处理后主要污染物的去除过程。进一步将污水中的污染物从沉淀、过滤系统中分离出来，最终实现去除水中污染物的目的。

上述实施例对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化。以上所述仅为本发明较佳可行的实施例而已，并非因此局限本发明的权利范围，凡运用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变化，均包含于本发明的权利范围之内。

Claims (6)

1.低温环境下的高效污水处理药剂，其特征在于，包括按照重量百分比计的如下组分：聚合硅酸铝铁43.8%~46.5%、膨润土28.7%~30.6%、沸石粉19.3%~20.9%、硅藻土4.9%~5.4%。

2.用权利要求1所述的低温环境下的高效污水处理药剂处理污水的方法，其特征在于，步骤如下：将水样从城市生活污水厂调节池取至反应系统后，先进入前端生化系统处理，随后进入混合反应池，投加所述处理药剂，搅拌混合均匀；然后进入稳定池，池内通过穿孔曝气的方式使所述处理药剂与污水进一步充分接触反应；随后污水进入后续斜板沉淀（表面负荷为1.0m³/m²·h）、砂滤（滤速3m³/m²·h）处理工序，满足处理要求后排放。

3.根据权利要求2所述的用低温环境下的高效污水处理药剂处理污水的方法，其特征在于，用所述前端生化系统处理时，厌氧处理2.3h~2.7h，好氧处理5.7h~6.3h。

4.根据权利要求2所述的用低温环境下的高效污水处理药剂处理污水的方法，其特征在于，所述搅拌时的转速为85r/min~95r/min，搅拌反应时间为8min~15min。

5.根据权利要求2所述的用低温环境下的高效污水处理药剂处理污水的方法，其特征在于，所述穿孔曝气时的气水比为2.5~3.5:1，所述处理药剂与污水进一步充分接触反应20min。

6.根据权利要求2所述的用低温环境下的高效污水处理药剂处理污水的方法，其特征在于，所述斜板沉淀处理工序的表面负荷为1.0~1.5m³/m²·h，所述砂滤处理工序的滤速为2.7~3.5m³/m²·h。