CN113636650A - 富碳磁性生物炭强化污水脱氮功能的生物处理方法及系统 - Google Patents

Abstract

本申请公开一种富碳磁性生物炭强化污水脱氮功能的生物处理方法及系统，包括以下步骤：制备富碳磁性生物炭；污水经过厌氧池、投加有富碳磁性生物炭的缺氧池和好氧池；处理后的出水固液分离，净化的出水排放，含磁性生物炭的浓缩污泥回流至厌氧池；含磁性生物炭的剩余浓缩污泥再次作为制备富碳磁性生物炭的原料进行循环利用；或经剪切机与磁分离器分离回收，得到不含磁性生物炭的剩余污泥及磁性生物炭，回收的磁性生物炭可循环投加至厌氧池、缺氧池或好氧池。富碳磁性生物炭投加至缺氧池中，可作为污水脱氮碳源和微生物载体，释碳后的磁性生物炭可循环使用作为生物池的微生物载体，提高污水净化效率；且不会增加厌氧和好氧池的有机物降解负荷。

Description

富碳磁性生物炭强化污水脱氮功能的生物处理方法及系统

技术领域

本申请涉及磁性生物炭生物处理技术领域，特别涉及一种富碳磁性生物炭强化污水脱氮功能的生物处理方法及系统。

背景技术

随着现代经济的不断发展，水污染问题也日益突显，在环保要求越来越严格的趋势下，城镇污水处理厂排放标准的提升已成为关注热点。北京、天津、浙江、太湖流域、巢湖流域、岷沱江流域、滇池、雄安等地陆续发布基于准Ⅲ类、准Ⅳ类标准的地方和流域标准，对氨氮、总氮、总磷提出了越来越高的去除要求，下表为各地区《城镇污水处理厂主要水污染物排放限值》A级标准：

国家与各省市主要污水处理厂污染物排放限值

单位mg/L

标准名称

标准等级

COD

NH3-N

TN

TP

城镇污水厂排放标准

GB18918-2002

一级A

50

5

15

0.5

地表水环境质量标准

GB3838-2002

地表水IV类

30

1.5

1.5

0.3

云南昆明

DB5301/T43-2020

A级

20

1.0（1.5）

5（8）

0.05

北京市

DB11/890-2012

新建A级

20

1.0（1.5）

10

0.2

天津市

DB12/599-2015

A级

30

1.5（3.0）

10

0.3

浙江省

DB33/2169-2018

新建

30

1.5（3.0）

10（12）

0.3

安徽省（巢湖）

DB34/2710-2016

新建

40

2.0（3.0）

10（12）

0.3

太湖

DB32/1072-2018

一、二级保护区

40

3.0（5.0）

10（15）

0.3

四川

DB51/2311-2016

岷江、沱江流域

30

1.5（3.0）

10

0.3

广东省

DB44/2130-2018

重点控制区

30

1.5（2.5）

15

0.3

（注：标准等级中的新建指对应标准实施之日起，环境影响评价文件通过审批的新（改、扩）建的城镇污水处理厂及企业，其须执行标准文件中指定的新建城镇污水处理厂及企业排放限值；标准等级中的区域划分指所述区域内的城镇污水处理厂及指定行业需执行该划分区域的污染物排放限值。）

为满足当前排放标准要求，采用在污水处理常规流程的粗格栅井及提升泵、细格栅及沉砂池、活性污泥法为主的生化池（如A2/O、氧化沟等）、二沉池等工艺基础上，通过二级提升，经“高密度沉淀池/生物滤池+反硝化深床滤池”的深度脱氮除磷工艺，已成为目前市政污水厂提标改造的标配之一。然而上述污水处理过程处理单元较多，处理周期长，并且需要新增脱氮除磷深度处理工艺用地，扩容或提标改造时需进行污水二级提升，整体能耗较高。此外，多数反硝化单元还面临反硝化效率低和需要重复补充反硝化碳源等问题。

发明内容

本申请的主要目的是提供一种富碳磁性生物炭强化污水脱氮功能的生物处理方法及系统，旨在解决现有技术中污水处理工艺中处理周期长，整体能耗高和反硝化效率低技术问题。

为实现上述目的，本申请提出一种富碳磁性生物炭强化污水脱氮功能的生物处理方法及系统，包括以下步骤：S1.制备富碳磁性生物炭；

S2.污水依次经过生物处理单元的厌氧池、缺氧池和好氧池进行处理，并将所述富碳磁性生物炭通过干法或湿法投加至所述缺氧池；

S3.生物处理单元处理后的出水经二次沉淀池进行固液分离，得到的净化处理的净化水进行排放，得到的含磁性生物炭的浓缩污泥部分回流至所述厌氧池；

S4.含磁性生物炭的剩余浓缩污泥，依次经过剪切机与磁分离器分离回收，分离后得到的磁性生物炭循环投加至所述厌氧池、所述缺氧池或所述好氧池中的至少一个；或，

分离后得到的所述磁性生物炭作为制备富碳磁性生物炭的原材料，经步骤S1循环利用；

S5.循环步骤S1-S4直至污水处理完毕。

上述步骤中采用特殊的富碳磁性生物炭投加至缺氧池中对污水进行处理，新鲜的富碳磁性生物炭仅投加在缺氧池中，不会增加厌氧池和好氧池的有机物降解负荷，净化程度较高，且富碳磁性生物炭还可循环利用，新鲜的富碳磁性生物炭投放至缺氧池对污水进行处理后，变为磁性生物炭，并随着污水流至好氧池、二次沉淀池，二次沉淀池进行固液分离后，净化水达标排放，剩余部分为含磁性生物炭的浓缩污泥，含磁性生物炭的浓缩污泥分为2部分，第一部分回流至厌氧池，回流比为20-100%，投加至生化处理单元中对污水进行净化处理，第二部分则作为制备富碳磁性生物炭的原料。本方案中磁性生物炭的回收利用率较高，降低成本的同时提高了污水处理效率。在处理低碳高氮污水时，可根据缺氧池碳源需求量，调配液中可适当补充富碳液，与富碳磁性生物炭作为联合碳源，投加至缺氧池，调配液中补充的富碳液量=（缺氧池需碳量-富碳磁性生物炭载碳量）。缺氧池的需碳量按照《室外排水设计标准》（GB50014-2021）计算。

本方案的富碳磁性生物炭强化污水脱氮功能的生物处理方法主要涉及城镇污水处理及其提质增效，主要包括富碳磁性生物炭的制备、投加，生物处理以及磁性生物炭的回收过程，借助现有的污水生物处理系统，如A2O、氧化沟等，实现原位污水处理能效强化。

可选地，步骤S1包括如下步骤：

S11.剩余污泥脱水至其含水率为60-80%，得到脱水污泥；

S12.向所述脱水污泥中添加铁源后搅匀，经机械脱水与加热干化后得到调制干化污泥；

或，所述脱水污泥加热干化后再添加铁源并搅匀，得到调制后干化污泥；

S13.所述调制干化污泥或所述调制后干化污泥在隔氧条件下程序升温至400-750℃碳化，保温2-4h，冷却后经粉碎、筛选后得到所述磁性生物炭；

S14.将所述磁性生物炭与富碳溶液混匀，得到富碳磁性生物炭。

铁源为三价铁化合物或二价铁化合物中的至少一种，且所述铁源与所述脱水污泥干重的重量比为（0.05-0.2）：1。铁源为三价铁化合物或二价铁化合物中的至少一种，具体为三价铁的氯化物、硫酸盐，或市售聚合氯化铁、聚合硅酸铁等含铁混凝剂等，其来源广泛，成本较低，且作为添加至富碳磁性生物炭中可提高其回收率；铁源的添加量为脱水污泥干重的重量比为（0.05-0.2）：1。

本方案中的富碳磁性生物炭由常规污水处理后固液分离得到的剩余污泥所制得。剩余污泥的预处理有两种方式，第一种是添加铁源后再进行机械脱水与加热干化，此处的机械脱水包括压滤脱水或离心脱水等，机械脱水与加热干化后含水率为40-60%，得到调制干化污泥；第二种是加热干化后再添加铁源，加热干化后含水率与上一预处理方法接近，得到调制后干化污泥。之后，上述两种原料分别在隔氧条件下升温，此处的隔氧条件为真空或者惰性气体保护条件下，温度升高至400-750℃时，调制干化污泥或调制后干化污泥均得到碳化，此时再保温2-4h，制备得到大小不均的块状磁性生物碳；经研磨粉碎、磁选和风选，得到所需粒径范围的粉末化磁性生物碳，与现有设计不同的是，本方案中的磁性生物炭还需经过富碳处理，富碳溶液由污泥水解液经预处理保留其中的有机物后制得，将磁性生物炭和富碳溶液混合后富碳6-12小时，再经磁分离器分离出固态物质后，即制得富碳磁性生物炭。通过本方案中制备得到的富碳磁性生物炭，可作为污水脱氮碳源和微生物载体，并可通过磁分离装置从剩余污泥中分离回收再利用，有助于提高污水生物处理效率，尤其是污水缺氧脱氮效能。

本方案中的富碳磁性生物炭除去用上述剩余污泥和富碳溶液制备外，还可以用步骤S4中分离得到的磁性生物炭制备富碳磁性生物炭，将回收的得到的磁性生物炭直接富碳即可。因此，回收后的磁性生物炭可以有两种不同的使用途径，作为原料制备富碳磁性生物炭重新投加至缺氧池，或直接将磁性生物炭投加至生化处理单元，适用范围更广，对污水的处理效果更好。其中用剩余污泥和富碳溶液制备富碳磁性生物炭时，系统不需要在强化污水反硝化功能的生物处理系统再设置额外的调配池和磁分离器，将磁性生物炭预先投加在富碳液中混合，将制备好的富碳磁性生物炭储存后利用即可；而采用回收的磁性生物炭来制备富碳磁性生物炭时，需要在强化污水反硝化功能的生物处理系统中引入富碳液池和磁分离器，直接在整套系统内制备富碳磁性生物炭循环利用即可。

可选地，当步骤S4中分离后得到的所述磁性生物炭作为制备富碳磁性生物炭的原材料时，单位时间内所述富碳磁性生物炭的投加量=含磁性生物炭的剩余浓缩污泥中的磁性生物炭重量；或，单位时间内所述富碳磁性生物炭的投加量=含磁性生物炭的剩余浓缩污泥的体积×（1-含水率）×（0.4-0.5）；或，单位时间内所述富碳磁性生物炭的投加量=含磁性生物炭的剩余浓缩污泥干重×（0.4-0.5）；

当步骤S4中分离后得到的磁性生物炭循环投加至所述厌氧池、所述缺氧池或所述好氧池时，单位时间内所述富碳磁性生物炭在所述缺氧池的投加量=（0.005-0.02）Q，其中，Q为污水处理流量，可为500-20000立方米/天。

由于回收得到的磁性生物炭存在上述两种使用途径，因此，当富碳磁性生物炭由剩余浓缩污泥回收后制备时，单位时间内富碳磁性生物炭的投加量=剩余浓缩污泥中的磁性生物炭重量；同时，单位时间内所述富碳磁性生物炭的投加量=剩余浓缩污泥的体积×（1-含水率）×（0.4-0.5）；或者，单位时间内所述富碳磁性生物炭的投加量=剩余浓缩污泥干重×（0.4-0.5）；在此种方案时，可以采用上述任一公式求算出富碳磁性生物炭的投加量。

当富碳磁性生物炭由常规的剩余污泥制备时，此时剩余浓缩污泥循环投加至生化处理单元，剩余污泥中不含有磁性生物炭，单位时间内富碳磁性生物炭在缺氧池的投加量=（0.005-0.02）Q。

可选地，步骤S14中，富碳溶液为污泥水解上清液、甲醇、乙酸钠、面粉水溶液或葡萄糖中的至少一种；

步骤S11中，剩余污泥为污水处理厂得到的剩余污泥或步骤S4中的含磁性生物炭的剩余浓缩污泥。本方案中富碳磁性生物炭中另一重要组分为污泥水解上清液，污泥水解上清液需要进行预处理后才能直接利用，此处的污泥水解上清液可为污水处理厂得到的剩余污泥水解液，经预处理后去除或分离污泥水解液中氮磷、重金属杂质和微生物等难利用的大分子有机物等，保留污泥水解液中的其他有机物，作为富碳溶液用于进一步制备富碳磁性生物炭。具体的预处理过程包括但不限于以下多个步骤：首先，剩余污泥厌氧水解后经固液分离得到上清液；然后，上清液经铁盐混凝沉淀以分离重金属、磷酸盐和大分子有机物；之后，通过加碱吹脱或其他除氨氮方法分离去除上清液中的氨氮和挥发性有机物；经上述预处理步骤得到的即为富碳溶液。除污泥水解上清液外，富碳溶液还可为甲醇溶液、乙酸钠溶液、面粉水溶液或葡萄糖溶液中的至少一种。

可选地，所述富碳磁性生物炭的粒径范围为100-500µm。进一步地，所述富碳磁性生物炭的粒径为200-300µm。富碳磁性生物炭在上述粒径范围时，可以提高磁性生物炭的回收率。

可选地，步骤S2中，所述富碳磁性生物炭与调配液一同投加至所述缺氧池，所述调配液为污水厂出水或脱氯后的自来水，所述调配液与富碳磁性生物炭的固液比为10-30%。富碳磁性生物炭添加至缺氧池时，可与调配液一同投加，调配液为污水厂出水（净化水）或脱氯后的自来水，所述调配液与富碳磁性生物炭（颗粒状）的固液比为10-30%，对于污水的处理效果更好。

可选地，所述步骤S3中含磁性生物炭的浓缩污泥的回流比为20-100%。

除此之外，本发明还提出一种富碳磁性生物炭强化污水脱氮功能的生物处理系统，使用如上述任一项所述的富碳磁性生物炭强化污水脱氮功能的生物处理方法，包括：

调配池，用于制备拟湿法投加的富碳磁性生物炭炭浆，且所述调配池设有搅拌组件和投加组件，所述投加组件将所述调配池中的富碳磁性生物炭输送至所述缺氧池内；

生物处理单元，用于对污水进行生化处理，所述生物处理单元包括依次连接的厌氧池、缺氧池和好氧池，且所述缺氧池与调配池连通；

磁性生物炭分离回收单元，用于对二次沉淀池分离得到的浓缩污泥进一步分离，得到含磁性生物炭的剩余污泥和不含磁性生物炭的剩余污泥，所述磁性生物炭分离回收单元与所述厌氧池、所述缺氧池或所述好氧池连通。所述富碳磁性生物炭强化污水脱氮功能的生物处理系统采用上述富碳磁性生物炭强化污水脱氮功能的生物处理方法，参照上述实施例，由于富碳磁性生物炭强化污水脱氮功能的生物处理系统采用了上述所有实施例的全部技术方案，因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的所有效果，在此不再一一赘述。

调配池中设有不少于1台的机械搅拌组件，且单位容积的搅拌功率不低于1Kw/m³，用于搅匀磁性生物炭与富碳溶液，改善富碳效果，在实际使用时，可以配制2组搅拌组件进行备用；调配池中的富碳磁性生物炭、调配液和富碳溶液三者混合后充分搅拌为富碳磁性生物碳浆体；

可选地，所述磁性生物炭分离回收单元包括依次连通的二次沉淀池、剪切机和磁分离器，所述二次沉淀池用于将所述生物处理单元处理后的出水进行浓缩并排出上清液和剩余污泥，所述剪切机用于对剩余污泥进行分散破碎，所述磁分离器用于将破碎后的剩余污泥中的微生物与磁性生物炭分离。本方案中的磁性生物炭分离回收单元除去常规的二次沉淀池外，在磁分离器前还设有剪切机，磁性生物炭的回收效率更佳。

可选地，所述磁分离器磁选区的磁场强度为4000-20000Gs，扫选区的磁场强度为1500-3000Gs，卸料区的磁场强度为800-1200Gs，磁包角为100-160°。此时磁性生物碳的回收率为95% ~ 99%。

可选地，磁选区的磁场强度为12000 Gs，扫选区的磁场强度为2000 Gs，卸料区磁场强度为1000 Gs，磁包角为130°，进一步改善磁性生物碳的回收率，其回收率可维持在99%以上。

本申请的富碳磁性生物炭强化污水脱氮功能的生物处理方法及系统具有如下有益效果：

1.采用本方案中的生物处理方法及系统，直接利用原有的生化处理系统（厌氧池、缺氧池和好氧池），无需对已建的污水生物处理系统进行扩容改造，无需进行污水二级提升，节省占地和运营成本，并且可以提高污水处理效能。

2.将富碳磁性生物碳投加至缺氧池中进行净化处理，富碳磁性生物碳自身具有高表面能和面积，有助于微生物的附着生长；此外，通过富碳磁性生物碳制备阶段，由于磁性生物碳浸渍混合有富碳溶液，可为反硝化微生物菌群的竞争性生长提供选择优势，与常规的生化处理相比污水净化效率要高很多，并且新鲜的富碳磁性生物碳仅投加在缺氧池中，不会增加厌氧池和好氧池的有机物降解负荷。

3.通过回收剩余污泥中的磁性生物碳，再将磁性生物碳循环投加至生物处理单元内循环利用，可以有效控制和节约磁性生物碳的用量，降低处理污水的运行成本，并且通过限定磁性生物碳的粒径范围以及磁分离器的分离参数以提高磁性生物碳的回收率，进一步降低生产成本。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。

本申请提出一种富碳磁性生物炭强化污水脱氮功能的生物处理方法，包括以下步骤：

S1.制备富碳磁性生物炭，所述富碳磁性生物炭的粒径范围为100-500µm；进一步地，所述富碳磁性生物炭的粒径为200-300µm。

步骤S1包括如下步骤：S11.剩余污泥脱水至其含水率为60-80%，得到脱水污泥，剩余污泥为污水处理厂得到的剩余污泥或步骤S4中的含磁性生物炭的剩余浓缩污泥；

S12.向所述脱水污泥中添加铁源后搅匀，经机械脱水与加热干化后得到调制干化污泥；

或，所述脱水污泥加热干化后再添加铁源并搅匀，得到调制后干化污泥；

S13.所述调制干化污泥或所述调制后干化污泥在隔氧条件下程序升温至400-750℃碳化，保温2-4h，冷却后经粉碎、筛选后得到所述磁性生物炭；

S14.将所述磁性生物炭与富碳溶液混匀，富碳溶液为污泥水解上清液、甲醇、乙酸钠、面粉水溶液或葡萄糖中的至少一种，得到富碳磁性生物炭；

S2.污水依次经过生物处理单元的厌氧池、缺氧池和好氧池进行处理，并将所述富碳磁性生物炭通过干法或湿法投加至所述缺氧池，所述富碳磁性生物炭与调配液一同投加至所述缺氧池，所述调配液为污水厂出水或脱氯后的自来水，所述调配液与富碳磁性生物炭的固液比为10-30%；

当步骤S4中分离后得到的所述磁性生物炭作为制备富碳磁性生物炭的原材料时，单位时间内所述富碳磁性生物炭的投加量=含磁性生物炭的剩余浓缩污泥中的磁性生物炭重量；或，单位时间内所述富碳磁性生物炭的投加量=含磁性生物炭的剩余浓缩污泥的体积×（1-含水率）×（0.4-0.5）；或，单位时间内所述富碳磁性生物炭的投加量=含磁性生物炭的剩余浓缩污泥干重×（0.4-0.5）；

当步骤S4中分离后得到的磁性生物炭循环投加至所述厌氧池、所述缺氧池或所述好氧池时，单位时间内所述富碳磁性生物炭在所述缺氧池的投加量=（0.005-0.02）Q，其中，Q为污水处理流量；

S3.生物处理单元处理后的出水经二次沉淀池进行固液分离，得到的净化处理的净化水进行排放，得到的含磁性生物炭的浓缩污泥部分回流至所述厌氧池，含磁性生物炭的浓缩污泥的回流比为20-100%；

S4.含磁性生物炭的剩余浓缩污泥，依次经过剪切机与磁分离器分离回收，分离后得到的磁性生物炭循环投加至所述厌氧池、所述缺氧池或所述好氧池中的至少一个；或，分离后得到的所述磁性生物炭作为制备富碳磁性生物炭的原材料，经步骤S1循环利用；所述磁分离器磁选区的磁场强度为4000-20000Gs，扫选区的磁场强度为1500-3000Gs，卸料区的磁场强度为800-1200Gs，磁包角为100-160°；

S5.循环步骤S1-S4。

以下结合具体实施例对本申请的技术方案作进一步详细说明，应当理解，以下实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

实施例1

一种富碳磁性生物炭强化污水脱氮功能的生物处理方法，包括以下步骤：

S11.污水处理厂得到的剩余污泥脱水至其含水率为78%，得到脱水污泥；

S12.向所述脱水污泥中添加铁源后搅匀，经机械脱水与加热干化后得到调制干化污泥；

S13.所述调制干化污泥在隔氧条件下程序升温至600℃碳化，保温3h，冷却后经粉碎、筛选后得到所述磁性生物炭；

S14.将所述磁性生物炭与富碳溶液混匀，富碳溶液为污泥水解上清液，得到富碳磁性生物炭；所述富碳磁性生物炭的粒径为350µm。

S2.污水依次经过生物处理单元的厌氧池、缺氧池和好氧池进行处理，并将所述富碳磁性生物炭通过湿法投加至所述缺氧池，所述富碳磁性生物炭与调配液一同投加至所述缺氧池，所述调配液为污水厂出水，所述调配液与富碳磁性生物炭的固液比为30%，单位时间内富碳磁性生物炭在缺氧池的投加量=0.001Q，污水处理流量Q=10000立方米/天；

S3.生物处理单元处理后的出水经二次沉淀池进行固液分离，得到的净化处理的净化水进行排放，得到的含磁性生物炭的浓缩污泥部分回流至所述厌氧池，含磁性生物炭的浓缩污泥的回流比为68%；

S4.含磁性生物炭的剩余浓缩污泥，依次经过剪切机与磁分离器分离回收，分离后得到的磁性生物炭循环投加至所述厌氧池、所述缺氧池和所述好氧池中，所述磁分离器磁选区的磁场强度为15000Gs，扫选区的磁场强度为2500Gs，卸料区的磁场强度为1100Gs，磁包角为135°；

S5.循环步骤S1-S4。

实施例2

一种富碳磁性生物炭强化污水脱氮功能的生物处理方法，包括以下步骤：

S11.含磁性生物炭的剩余浓缩污泥脱水至其含水率为70%，得到脱水污泥；

S12.所述脱水污泥加热干化后再添加铁源并搅匀，得到调制后干化污泥；

S13.所述调制后干化污泥在隔氧条件下程序升温至700℃碳化，保温2h，冷却后经粉碎、筛选后得到所述磁性生物炭；所述富碳磁性生物炭的粒径为500µm。

S14.将所述磁性生物炭与富碳溶液混匀，富碳溶液为甲醇，得到富碳磁性生物炭得到富碳磁性生物炭；

S2.污水依次经过生物处理单元的厌氧池、缺氧池和好氧池进行处理，并将所述富碳磁性生物炭通过干法投加至所述缺氧池，所述富碳磁性生物炭与调配液一同投加至所述缺氧池，所述调配液为脱氯后的自来水，所述调配液与富碳磁性生物炭的固液比为82%，单位时间内所述富碳磁性生物炭的投加量=剩余浓缩污泥中的磁性生物炭重量；

S3.生物处理单元处理后的出水经二次沉淀池进行固液分离，得到的净化处理的净化水进行排放，得到的含磁性生物炭的浓缩污泥部分回流至所述厌氧池，含磁性生物炭的浓缩污泥的回流比为80%；

S4.含磁性生物炭的剩余浓缩污泥可作为制备富碳磁性生物炭的原材料，经步骤S1循环利用；

S5.循环步骤S1-S4。

实施例3

一种富碳磁性生物炭强化污水脱氮功能的生物处理方法，包括以下步骤：

S11.污水处理厂得到的剩余污泥脱水至其含水率为66%，得到脱水污泥；

S12.向所述脱水污泥中添加铁源后搅匀，经机械脱水与加热干化后得到调制干化污泥；

S13.所述调制干化污泥在隔氧条件下程序升温至550℃碳化，保温4h，冷却后经粉碎、筛选后得到所述磁性生物炭；

S14.将所述磁性生物炭与富碳溶液混匀，富碳溶液为污泥水解上清液，得到富碳磁性生物炭；所述富碳磁性生物炭的粒径为130µm。

S2.污水依次经过生物处理单元的厌氧池、缺氧池和好氧池进行处理，并将所述富碳磁性生物炭通过湿法投加至所述缺氧池，所述富碳磁性生物炭与调配液一同投加至所述缺氧池，所述调配液为污水厂出水，所述调配液与富碳磁性生物炭的固液比为60%，单位时间内富碳磁性生物炭在缺氧池的投加量=0.002Q，Q=10000立方米/天；

S3.生物处理单元处理后的出水经二次沉淀池进行固液分离，得到的净化处理的净化水进行排放，得到的含磁性生物炭的浓缩污泥部分回流至所述厌氧池，含磁性生物炭的浓缩污泥的回流比为30%；

S4.含磁性生物炭的剩余浓缩污泥，依次经过剪切机与磁分离器分离回收，分离后得到的磁性生物炭循环投加至所述厌氧池、所述缺氧池和所述好氧池，所述磁分离器磁选区的磁场强度为10000Gs，扫选区的磁场强度为2100Gs，卸料区的磁场强度为900Gs，磁包角为130°；

S5.循环步骤S1-S4。

对比例1

与实施例3相比，本对比例的区别在于：将富碳磁性生物炭同时投加至厌氧池和好氧池。

对比例2

与实施例3相比，本对比例的区别在于：所述脱水污泥加热干化后再添加铁源并搅匀，得到调制后干化污泥，即采用调制后干化污泥替换调制干化污泥。

对比例3

与实施例3相比，本对比例的区别在于：将步骤S13制备得到的磁性生物炭直接投加至污水进行处理，不进行富碳步骤。

对比例4

与实施例3相比，本实施例的区别在于：富碳磁性生物炭的粒径为700µm。

实施例4

与实施例3相比，本实施例的区别在于：升温至540℃碳化，保温2.5h，升温速率为7℃/min。

实施例5

与实施例3相比，本实施例的区别在于：富碳磁性生物炭的粒径为260µm。

实施例6

与实施例3相比，本实施例的区别在于：磁选区的磁场强度为12000 Gs，扫选区的磁场强度为2000 Gs，卸料区磁场强度为1000 Gs，磁包角为130°。

上述实施例及对比例制备的污水处理效果及磁性生物炭回收率如下表所示：

表1

表2

从表1、表2可以看出，与对比例相比，本申请所述的实施例1-6具有较高的COD、BOD、氨氮、总氮、总磷去除率，污泥负荷较对比例更高，硝化速率和脱氮速率也得到了显著提高，从对比例1、对比例3中看出，磁性生物炭不进行富碳或者富碳后同时投加至厌氧池及好氧池，氨氮、总氮去除率明显下降，表明将富碳磁性生物炭仅投加至缺氧池中具有更好的污水处理效果；从对比例4中看出，磁性生物炭粒径过大时，回收率明显下降。

以上所述仅为本申请的优选实施例，并非因此限制本申请的专利范围，凡是在本申请的发明构思下，利用本申请说明书内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本申请的专利保护范围内。

Claims (9)

1.一种富碳磁性生物炭强化污水脱氮功能的生物处理方法，其特征在于，包括以下步骤：

S11.剩余污泥脱水至其含水率为60-80%，得到脱水污泥；

S12.向所述脱水污泥中添加铁源后搅匀，经机械脱水与加热干化后得到调制干化污泥；

或，所述脱水污泥加热干化后再添加铁源并搅匀，得到调制后干化污泥；

S13.所述调制干化污泥或所述调制后干化污泥在隔氧条件下程序升温至400-750℃碳化，保温2-4h，冷却后经粉碎、筛选后得到所述磁性生物炭；

S14.将所述磁性生物炭与富碳溶液混匀，得到富碳磁性生物炭；

富碳溶液为污泥水解上清液、甲醇、乙酸钠、面粉水溶液或葡萄糖中的至少一种；

S2.污水依次经过生物处理单元的厌氧池、缺氧池和好氧池进行处理，并将所述富碳磁性生物炭通过干法或湿法投加至所述缺氧池；

S3.生物处理单元处理后的出水经二次沉淀池进行固液分离，得到的净化处理的净化水进行排放，得到的含磁性生物炭的浓缩污泥部分回流至所述厌氧池；

S4.含磁性生物炭的剩余浓缩污泥，依次经过剪切机与磁分离器分离回收，分离后得到的磁性生物炭循环投加至所述厌氧池、所述缺氧池或所述好氧池中的至少一个；或，

分离后得到的所述磁性生物炭作为制备富碳磁性生物炭的原材料，经步骤S1循环利用；

S5.循环步骤S1-S4。

2.如权利要求1所述的富碳磁性生物炭强化污水脱氮功能的生物处理方法，其特征在于，当步骤S4中分离后得到的所述磁性生物炭作为制备富碳磁性生物炭的原材料时，单位时间内所述富碳磁性生物炭的投加量=含磁性生物炭的剩余浓缩污泥中的磁性生物炭重量；或，单位时间内所述富碳磁性生物炭的投加量=含磁性生物炭的剩余浓缩污泥的体积×（1-含水率）×（0.4-0.5）；或，单位时间内所述富碳磁性生物炭的投加量=含磁性生物炭的剩余浓缩污泥干重×（0.4-0.5）；

当步骤S4中分离后得到的磁性生物炭循环投加至所述厌氧池、所述缺氧池或所述好氧池时，单位时间内所述富碳磁性生物炭在所述缺氧池的投加量=（0.005-0.02）Q，其中，Q为污水处理流量。

3.如权利要求1所述的富碳磁性生物炭强化污水脱氮功能的生物处理方法，其特征在于，步骤S11中，剩余污泥为污水处理厂得到的剩余污泥或步骤S4中的含磁性生物炭的剩余浓缩污泥。

4.如权利要求1所述的富碳磁性生物炭强化污水脱氮功能的生物处理方法，其特征在于，所述富碳磁性生物炭的粒径范围为100-500µm。

5.如权利要求1所述的富碳磁性生物炭强化污水脱氮功能的生物处理方法，步骤S2中，所述富碳磁性生物炭与调配液一同投加至所述缺氧池，所述调配液为污水厂出水或脱氯后的自来水，所述调配液与富碳磁性生物炭的固液比为10-30%。

6.如权利要求1所述的富碳磁性生物炭强化污水脱氮功能的生物处理方法，其特征在于，步骤S3中，含磁性生物炭的浓缩污泥的回流比为20-100%。

7.一种富碳磁性生物炭强化污水脱氮功能的生物处理系统，其特征在于，使用权利要求1-6任一项所述的富碳磁性生物炭强化污水脱氮功能的生物处理方法，包括：

调配池，用于制备富碳磁性生物炭，且所述调配池设有搅拌组件和投加组件，所述投加组件将所述调配池中的富碳磁性生物炭输送至所述缺氧池内；

生物处理单元，用于对污水进行生化处理，所述生物处理单元包括依次连接的厌氧池、缺氧池和好氧池，且所述缺氧池与调配池连通；

磁性生物炭分离回收单元，用于对二次沉淀池分离得到的浓缩污泥进一步分离，得到含磁性生物炭的剩余污泥和不含磁性生物炭的剩余污泥，所述磁性生物炭分离回收单元与所述厌氧池、所述缺氧池或所述好氧池连通。

8.如权利要求7所述的富碳磁性生物炭强化污水脱氮功能的生物处理系统，其特征在于，所述磁性生物炭分离回收单元包括依次连通的二次沉淀池、剪切机和磁分离器，所述二次沉淀池用于将所述生物处理单元处理后的出水进行浓缩并排出上清液和剩余污泥，所述剪切机用于对剩余污泥进行分散破碎，所述磁分离器用于将破碎后的剩余污泥中的微生物与磁性生物炭分离。

9.如权利要求8所述的富碳磁性生物炭强化污水脱氮功能的生物处理系统，其特征在于，所述磁分离器磁选区的磁场强度为4000-20000Gs，扫选区的磁场强度为1500-3000Gs，卸料区的磁场强度为800-1200Gs，磁包角为100-160°。