CN113023820A - 一种低成本高效的城市污水处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种低成本高效的城市污水处理方法，包括如下步骤：将城市污水进行初级过滤得到初沉污泥和初级过滤水；在氮气保护下，将纤维包覆海泡石300‑400℃焙烧20‑40min，然后持续通入氮气使体系冷却至室温得到碳包覆海泡石；将初沉污泥进行均质处理得到浓缩污泥，再加入碳包覆海泡石混合均匀得到预混料，碳包覆海泡石与浓缩污泥的质量比为1‑5：100；将预混料造粒，加入至管式炉中，氮气保护下升温至400‑500℃，保温30‑40min，继续升温至600‑700℃，保温10‑20min，空冷至室温得到煅烧料；将煅烧料加入至初级过滤水中，煅烧料与初级过滤水的重量比为1‑2：100，对初级过滤水进行处理。
Description
技术领域
本发明涉及城市污水处理技术领域，尤其涉及一种低成本高效的城市污水处理方法。
背景技术
水污染与缺水是我国面临的严重环境问题之一，大量的污水直接排放不仅破坏环境，还严重地危害工农业的生产和人类的健康和安全。城市污水包括因降雨而产生的道路污水和小区下水道中生活污水等。近年来，随着社会的发展和技术的进步，对城市污水处理技术的要求也由简单的无害化，逐渐提升到资源化和能源化，开发经济、高效的无水处理技术已经成为水污染控制工程领域的研究重点。
在传统城市污水处理工艺中，产生污泥量约占总处理污水量体积的0.3-0.5%。传统的污泥处理工艺处理费用昂贵，约占污水处理厂总运行费用的20-50%，投资占污水处理厂总投资的30-40%。由于剩余污泥含水量大，处理成本高，在全国现有污水处理设施中有污泥稳定处理设置的还不到25%，处理工艺和配套设备较为完善的不到10%。
我国的城市污水虽然得到了有效治理，但产生污泥却没有得到妥善处理和处置，造成了二次污染，污泥的处理已经成为了制约污水处理厂良好运行的关键。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种低成本高效的城市污水处理方法。
一种低成本高效的城市污水处理方法，包括如下步骤：
S1、将城市污水进行初级过滤得到初沉污泥和初级过滤水；
S2、在氮气保护下，将纤维包覆海泡石300-400℃焙烧20-40min，然后持续通入氮气使体系冷却至室温得到碳包覆海泡石；
将初沉污泥进行均质处理得到浓缩污泥，再加入碳包覆海泡石混合均匀得到预混料，碳包覆海泡石与浓缩污泥的质量比为1-5：100；
S3、将预混料造粒得到粒径为1-3mm的颗粒，加入至管式炉中，氮气保护下升温至400-500℃，保温30-40min，继续升温至600-700℃，保温10-20min，空冷至室温得到煅烧料；
S4、将煅烧料加入至初级过滤水中，煅烧料与初级过滤水的重量比为1-2：100，对初级过滤水进行处理。
优选地，S1中，初沉污泥的含水量为96-98%。
优选地，S2中，碳包覆海泡石的直径为10-100μm。
优选地，S2中，纤维包覆海泡石采用如下工艺制备：将焙烧后海泡石加入八烷基三甲基溴化铵水溶液中搅拌1-2h，再加入微晶纤维素继续搅拌1-2h，过滤，干燥，粉碎过80-100目筛得到纤维包覆海泡石。
优选地，八烷基三甲基溴化铵水溶液的浓度为1-2mol/L，焙烧后海泡石、八烷基三甲基溴化铵水溶液、微晶纤维素的质量比为15-25：30-60：1-4。
优选地，干燥温度为100-120℃。
优选地，焙烧后海泡石由海泡石粉、铝矾土经磷酸调节pH值后焙烧得到。
优选地，焙烧后海泡石由海泡石粉、铝矾土混合均匀，搅拌状态下加水至含水量为40-50wt%，采用浓磷酸调节体系pH值为4-5，70-80℃搅拌1-2h，喷雾干燥，600-680℃焙烧2-4h得到。
优选地，海泡石粉、铝矾土的质量比为10-20：1-2。
优选地，S3中，升温至400-500℃的过程中，升温速度为2-6℃/min。
海泡石是一种含水的镁铝硅酸盐粘土矿物，由硅氧四面体和镁氧八面体相互交替组成，八面体阳离子位还有少量的铝离子，具有链状和层状的过渡型结构特征，这一特征使得海泡石具有一系列晶道，比表面积和孔体积大，决定了海泡石比其它粘土具有更好的吸附性和流变性。
本发明将海泡石粉、铝矾土复配，铝矾土包覆在海泡石粉表面，加水后海泡石粉对铝矾土的吸附性能优异，而且铝矾土可均匀填充海泡石骨架构成的孔隙中，经过磷酸酸化处理，再经600-680℃焙烧，可有效促使铝矾土在海泡石粉结构中紧密结合，不易在生产过程中脱离，也减少原有海泡石的孔隙率，同时拥有发达的中大孔结构。
焙烧后海泡石表面包覆微晶纤维素，经过煅烧后形成碳层结构，可有效增强产物结构稳定性，与浓缩污泥复配形成的预混料经过制粒后煅烧，对初级过滤水进行处理，过滤功能优异，而且具有吸附溶解有机物的能力，同时混凝作用好，可将污水中胶体微粒子相互粘结并聚集在一起形成稳定络合物，显著降低水中COD含量，吸附后产物可再次添加至新产生的初沉污泥中制备污水处理剂，充分发挥初沉污泥的优势。
本发明与现有技术相比，具有处理效果好、广谱性强、能耗低、运行成本低的特点，尤其充分发挥初沉污泥的优势，并对其进行无害化与资源化处理，无二次污染，并实现了污泥的减量化，社会效益显著；而采用碳包覆海泡石不仅促进污泥颗粒的成型，而且加强最终炭化产物的多孔性，降低干化处理成本，将产物投入至初级过滤水，不仅强化污水处理效果，提高污泥利用速率，而且降低污水处理厂外加成本的投入，能源回收利用率高。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步解说。
实施例1
一种低成本高效的城市污水处理方法，包括如下步骤：
S1、将城市污水进行初级过滤，得到含水量为96%的初沉污泥和初级过滤水；
S2、将20kg海泡石粉、1kg铝矾土混合均匀，搅拌状态下加水至含水量为50wt%，采用浓磷酸调节体系pH值为4-5，70℃搅拌2h，喷雾干燥后，加入至马弗炉中，600℃焙烧4h，得到焙烧后海泡石；
将15kg焙烧后海泡石加入60kg浓度为1mol/L的八烷基三甲基溴化铵水溶液中搅拌2h，再加入1kg微晶纤维素继续搅拌2h，过滤，100℃干燥，粉碎过100目筛得到纤维包覆海泡石；
将纤维包覆海泡石置于马弗炉中，氮气保护下300℃焙烧40min，然后持续通入氮气使体系冷却至室温得到直径为10-100μm的碳包覆海泡石；
将初沉污泥进行均质处理，得到含水量为86%的浓缩污泥，再加入碳包覆海泡石混合均匀得到预混料，碳包覆海泡石与浓缩污泥的质量比为5：100；
S3、将预混料造粒得到粒径为1-3mm的颗粒，加入至管式炉中，氮气保护下升温至400℃，升温速度为6℃/min，保温30min，继续升温至700℃，保温10min，空冷至室温得到煅烧料；
S4、将煅烧料加入至初级过滤水中，煅烧料与初级过滤水的重量比为2：100，对初级过滤水进行处理。
实施例2
一种低成本高效的城市污水处理方法，包括如下步骤：
S1、将城市污水进行初级过滤，得到含水量为98%的初沉污泥和初级过滤水；
S2、将10kg海泡石粉、2kg铝矾土混合均匀，搅拌状态下加水至含水量为40wt%，采用浓磷酸调节体系pH值为4-5，80℃搅拌1h，喷雾干燥后，加入至马弗炉中，680℃焙烧2h，得到焙烧后海泡石；
将25kg焙烧后海泡石加入30kg浓度为2mol/L的八烷基三甲基溴化铵水溶液中搅拌1h，再加入4kg微晶纤维素继续搅拌1h，过滤，120℃干燥，粉碎过80目筛得到纤维包覆海泡石；
将纤维包覆海泡石置于马弗炉中，氮气保护下400℃焙烧20min，然后持续通入氮气使体系冷却至室温得到直径为10-100μm的碳包覆海泡石；
将初沉污泥进行均质处理，得到含水量为90%的浓缩污泥，再加入碳包覆海泡石混合均匀得到预混料，碳包覆海泡石与浓缩污泥的质量比为1：100；
S3、将预混料造粒得到粒径为1-3mm的颗粒，加入至管式炉中，氮气保护下升温至500℃，升温速度为2℃/min，保温40min，继续升温至600℃，保温20min，空冷至室温得到煅烧料；
S4、将煅烧料加入至初级过滤水中，煅烧料与初级过滤水的重量比为1：100，对初级过滤水进行处理。
实施例3
一种低成本高效的城市污水处理方法，包括如下步骤：
S1、将城市污水进行初级过滤，得到含水量为96.4%的初沉污泥和初级过滤水；
S2、将17kg海泡石粉、1.3kg铝矾土混合均匀，搅拌状态下加水至含水量为47wt%，采用浓磷酸调节体系pH值为4-5，73℃搅拌1.8h，喷雾干燥后，加入至马弗炉中，620℃焙烧3.5h，得到焙烧后海泡石；
将18kg焙烧后海泡石加入50kg浓度为1.3mol/L的八烷基三甲基溴化铵水溶液中搅拌1.7h，再加入2kg微晶纤维素继续搅拌1.7h，过滤，105℃干燥，粉碎过95目筛得到纤维包覆海泡石；
将纤维包覆海泡石置于马弗炉中，氮气保护下330℃焙烧35min，然后持续通入氮气使体系冷却至室温得到直径为30-70μm的碳包覆海泡石；
将初沉污泥进行均质处理，得到含水量为86%的浓缩污泥，再加入碳包覆海泡石混合均匀得到预混料，碳包覆海泡石与浓缩污泥的质量比为4：100；
S3、将预混料造粒得到粒径为1.5-2.5mm的颗粒，加入至管式炉中，氮气保护下升温至420℃，升温速度为5℃/min，保温33min，继续升温至660℃，保温12min，空冷至室温得到煅烧料；
S4、将煅烧料加入至初级过滤水中，煅烧料与初级过滤水的重量比为1.7：100，对初级过滤水进行处理。
实施例4
一种低成本高效的城市污水处理方法，包括如下步骤：
S1、将城市污水进行初级过滤，得到含水量为97.3%的初沉污泥和初级过滤水；
S2、将13kg海泡石粉、1.7kg铝矾土混合均匀，搅拌状态下加水至含水量为43wt%，采用浓磷酸调节体系pH值为4-5，77℃搅拌1.2h，喷雾干燥后，加入至马弗炉中，660℃焙烧2.5h，得到焙烧后海泡石；
将22kg焙烧后海泡石加入40kg浓度为1.7mol/L的八烷基三甲基溴化铵水溶液中搅拌1.3h，再加入3kg微晶纤维素继续搅拌1.3h，过滤，115℃干燥，粉碎过85目筛得到纤维包覆海泡石；
将纤维包覆海泡石置于马弗炉中，氮气保护下370℃焙烧25min，然后持续通入氮气使体系冷却至室温得到直径为30-70μm的碳包覆海泡石；
将初沉污泥进行均质处理，得到含水量为90%的浓缩污泥，再加入碳包覆海泡石混合均匀得到预混料，碳包覆海泡石与浓缩污泥的质量比为2：100；
S3、将预混料造粒得到粒径为1.5-2.5mm的颗粒，加入至管式炉中，氮气保护下升温至480℃，升温速度为3℃/min，保温37min，继续升温至640℃，保温18min，空冷至室温得到煅烧料；
S4、将煅烧料加入至初级过滤水中，煅烧料与初级过滤水的重量比为1.3：100，对初级过滤水进行处理。
实施例5
一种低成本高效的城市污水处理方法，包括如下步骤：
S1、将城市污水进行初级过滤，得到含水量为96.9%的初沉污泥和初级过滤水；
S2、将15kg海泡石粉、1.5kg铝矾土混合均匀，搅拌状态下加水至含水量为45wt%，采用浓磷酸调节体系pH值为4-5，75℃搅拌1.5h，喷雾干燥后，加入至马弗炉中，640℃焙烧3h，得到焙烧后海泡石；
将20kg焙烧后海泡石加入45kg浓度为1.5mol/L的八烷基三甲基溴化铵水溶液中搅拌1.5h，再加入2.5kg微晶纤维素继续搅拌1.5h，过滤，110℃干燥，粉碎过90目筛得到纤维包覆海泡石；
将纤维包覆海泡石置于马弗炉中，氮气保护下350℃焙烧30min，然后持续通入氮气使体系冷却至室温得到直径为30-70μm的碳包覆海泡石；
将初沉污泥进行均质处理，得到含水量为88.1%的浓缩污泥，再加入碳包覆海泡石混合均匀得到预混料，碳包覆海泡石与浓缩污泥的质量比为3：100；
S3、将预混料造粒得到粒径为1.5-2.5mm的颗粒，加入至管式炉中，氮气保护下升温至450℃，升温速度为4℃/min，保温35min，继续升温至650℃，保温15min，空冷至室温得到煅烧料；
S4、将煅烧料加入至初级过滤水中，煅烧料与初级过滤水的重量比为1.5：100，对初级过滤水进行处理。
对比例1
一种城市污水处理方法，包括如下步骤：
S1、将城市污水进行初级过滤，得到含水量为96.9%的初沉污泥和初级过滤水；
S2、将初沉污泥进行均质处理，得到含水量为88.1%的浓缩污泥，再加入海泡石粉混合均匀得到预混料，海泡石粉与浓缩污泥的质量比为3：100；
S3、将预混料造粒得到粒径为1.5-2.5mm的颗粒，加入至管式炉中，氮气保护下升温至450℃，升温速度为4℃/min，保温35min，继续升温至650℃，保温15min，空冷至室温得到煅烧料；
S4、将煅烧料加入至初级过滤水中，煅烧料与初级过滤水的重量比为1.5：100，对初级过滤水进行处理。
对比例2
一种城市污水处理方法，包括如下步骤：
S1、将城市污水进行初级过滤，得到含水量为96.9%的初沉污泥和初级过滤水；
S2、将15kg海泡石粉、1.5kg铝矾土混合均匀，搅拌状态下加水至含水量为45wt%，采用浓磷酸调节体系pH值为4-5，75℃搅拌1.5h，喷雾干燥后，加入至马弗炉中，640℃焙烧3h，得到焙烧后海泡石；
将初沉污泥进行均质处理，得到含水量为88.1%的浓缩污泥，再加入焙烧后海泡石混合均匀得到预混料，焙烧后海泡石与浓缩污泥的质量比为3：100；
S3、将预混料造粒得到粒径为1.5-2.5mm的颗粒，加入至管式炉中，氮气保护下升温至450℃，升温速度为4℃/min，保温35min，继续升温至650℃，保温15min，空冷至室温得到煅烧料；
S4、将煅烧料加入至初级过滤水中，煅烧料与初级过滤水的重量比为1.5：100，对初级过滤水进行处理。
对比例3
一种城市污水处理方法，包括如下步骤：
S1、将城市污水进行初级过滤，得到含水量为96.9%的初沉污泥和初级过滤水；
S2、将15kg海泡石粉、1.5kg铝矾土混合均匀，搅拌状态下加水至含水量为45wt%，采用浓磷酸调节体系pH值为4-5，75℃搅拌1.5h，喷雾干燥后，加入至马弗炉中，640℃焙烧3h，得到焙烧后海泡石；
将20kg焙烧后海泡石加入45kg浓度为1.5mol/L的八烷基三甲基溴化铵水溶液中搅拌1.5h，再加入2.5kg微晶纤维素继续搅拌1.5h，过滤，110℃干燥，粉碎过90目筛得到纤维包覆海泡石；
将纤维包覆海泡石置于马弗炉中，氮气保护下350℃焙烧30min，然后持续通入氮气使体系冷却至室温得到直径为30-70μm的碳包覆海泡石；
将初沉污泥进行均质处理，得到含水量为88.1%的浓缩污泥，再加入碳包覆海泡石混合均匀得到预混料，碳包覆海泡石与浓缩污泥的质量比为3：100；
S3、将预混料加入至初级过滤水中，煅烧料与初级过滤水的重量比为1.5：100，对初级过滤水进行处理。
采用实施例5和对比例1-3所得处理后再生水进行检测，其污染物项目、检测方法、检测结果如下：
| 污染物项目 | 检测方法 | 实施例5 | 对比例1 | 对比例2 | 对比例3 | 标准值 |
| 色度 | 铂钴比色法 | 9 | 28 | 19 | 25 | ≤15 |
| pH | 玻璃电极法 | 7.0 | 7.4 | 7.2 | 7.5 | 6.0-9.0 |
| 浊度，NTU | 散射法-福尔马肼标准 | 3 | 7 | 5 | 8 | ≤5 |
| BOD<sub>5</sub>，mg/L | 稀释与接种法 | 6 | 12 | 10 | 14 | ≤10 |
| NH<sub>3</sub>-N，mg/L | 纳氏试剂光度法 | 2.1 | 4.0 | 3.2 | 4.4 | ≤5.0 |
| 阴离子表面活性剂，mg/L | 亚甲蓝分光光度法 | 0.27 | 0.54 | 0.42 | 0.47 | ≤0.5 |
| 溶解氧，mg/L | 电化学探头法 | 3.0 | 2.2 | 3.8 | 2.4 | ≥2.0 |
| 大肠埃希菌 | 滤膜法 | 0 | 0 | 0 | 0 | / |
由上表可以看出：采用本发明对城市污水进行处理，对污水中的各类污染物均有较好的除去率，处理效果好，处理效率高，所得再生水符合GB/T 18920-2020城市污水再生利用城市杂用水水质中冲厕、车辆冲洗的水质标准。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种低成本高效的城市污水处理方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、将城市污水进行初级过滤得到初沉污泥和初级过滤水；
S2、在氮气保护下，将纤维包覆海泡石300-400℃焙烧20-40min，然后持续通入氮气使体系冷却至室温得到碳包覆海泡石；
将初沉污泥进行均质处理得到浓缩污泥，再加入碳包覆海泡石混合均匀得到预混料，碳包覆海泡石与浓缩污泥的质量比为1-5：100；
S3、将预混料造粒，加入至管式炉中，氮气保护下升温至400-500℃，保温30-40min，继续升温至600-700℃，保温10-20min，空冷至室温得到煅烧料；
S4、将煅烧料加入至初级过滤水中，煅烧料与初级过滤水的重量比为1-2：100，对初级过滤水进行处理。
2.根据权利要求1所述低成本高效的城市污水处理方法，其特征在于，S1中，初沉污泥的含水量为96-98%。
3.根据权利要求1所述低成本高效的城市污水处理方法，其特征在于，S2中，碳包覆海泡石的直径为10-100μm。
4.根据权利要求1所述低成本高效的城市污水处理方法，其特征在于，S2中，纤维包覆海泡石采用如下工艺制备：将焙烧后海泡石加入八烷基三甲基溴化铵水溶液中搅拌1-2h，再加入微晶纤维素继续搅拌1-2h，过滤，干燥，粉碎过80-100目筛得到纤维包覆海泡石。
5.根据权利要求4所述低成本高效的城市污水处理方法，其特征在于，八烷基三甲基溴化铵水溶液的浓度为1-2mol/L，焙烧后海泡石、八烷基三甲基溴化铵水溶液、微晶纤维素的质量比为15-25：30-60：1-4。
6.根据权利要求4所述低成本高效的城市污水处理方法，其特征在于，干燥温度为100-120℃。
7.根据权利要求4所述低成本高效的城市污水处理方法，其特征在于，焙烧后海泡石由海泡石粉、铝矾土经磷酸调节pH值后焙烧得到。
8.根据权利要求7所述低成本高效的城市污水处理方法，其特征在于，焙烧后海泡石由海泡石粉、铝矾土混合均匀，搅拌状态下加水至含水量为40-50wt%，采用浓磷酸调节体系pH值为4-5，70-80℃搅拌1-2h，喷雾干燥，600-680℃焙烧2-4h得到。
9.根据权利要求7所述低成本高效的城市污水处理方法，其特征在于，海泡石粉、铝矾土的质量比为10-20：1-2。
10.根据权利要求1所述低成本高效的城市污水处理方法，其特征在于，S3中，升温至400-500℃的过程中，升温速度为2-6℃/min。
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