CN114291942A

CN114291942A - 一种催化电解市政污水净化系统及净化方法

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Publication number: CN114291942A
Application number: CN202210005550.7A
Authority: CN
Inventors: 罗依依
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2021-01-04
Filing date: 2022-01-04
Publication date: 2022-04-08

Abstract

本发明公开了一种催化电解市政污水净化系统及净化方法，包括一级处理装置、物化净化装置、催化电解深度净化装置、还原装置和污泥处理装置，其中，一级处理装置包括粗格栅、细格栅和沉砂池；物化净化是气浮或混凝沉淀除污装置的一种，包括pH调节池、混凝池、助凝池、气浮池或沉淀池；催化电解深度净化装置包括电解机和脱气池，所述电解机的污水进口和出水口分别与中间水池和脱气池相连；还原装置的管道混合器与脱气池的出水管相联，管道混合器的出水口则与还原池底部的布水器联接。本发明能够高效去除市政污水中的SS、色度、COD、BOD、氨氮、总氮、动植物油、石油类和总磷，杀死粪大肠菌群，提高溶解氧浓度，使污水转化为可循环使用的水资源。

Description

一种催化电解市政污水净化系统及净化方法

技术领域

本发明涉及一种催化电解市政污水净化系统及净化方法，具体涉及一种集物化净化、催化电解脱氮和深度净化等装置于一体的催化电解市政污水净化系统及其净化方法，属于环保领域。

背景技术

市政污水也称城镇污水，是人们生活和生产过程中产生的污染水体。我国市政污水的主要污染物浓度呈现南低北高的特点，通常理化指标为COD≤700mg/L(多数在200～500mg/L，其中，南方地区COD≤500mg/L)、BOD≤350mg/L(多在100～300mg/L，南方地区BOD≤300mg/L)、SS≤400mg/L、氨氮≤50mg/L、总氮≤70mg/L、总磷≤10mg/L、pH7～9。目前，国内外的市政污水主要采用生化法，分为一级处理、二级处理和深度处理：一级处理的主要工艺包括污水收集、粗格栅过滤、细格栅过滤到曝气沉沙池和初沉池；二级处理的主要工艺有：活性污泥处理、生物膜法和膜生物反应器(MBR)工艺三大类型。再者，应用于城市污水厂的活性污泥处理工艺主要有三个系列：(1)氧化沟系列；(2)A/A/O系列；(3)序批式反应器(SBR)系列。而应用于城市污水处理厂的生物膜法工艺主要是曝气生物滤池工艺(BAF)和移动床生物膜(MBBR)工艺。膜生物反应器(MBR)是20世纪末发展起来的新型污水处理工艺。国内外应用的深度处理工艺主要为化学除磷和反硝化脱氮工艺。自1912年，克拉克发明污水的生化处理工艺100多年来，污水处理工艺几乎没有重大改变，但是，现有的污水生化处理工艺存在八个突出问题：

1、低温运行时出水不达标：采用活性污泥处理工艺、生物膜法工艺和膜生物反应器(MBR)工艺建设的污水处理厂，由于冬季气温低或一些严寒地区，水温低于15℃时，硝化菌的活性受到强烈抑制，硝化效果差，出水氨氮多数大于10mg/L，有的甚至超过20mg/L。由于硝化效果不好，反硝化效果更是没有保证，出水总氮多数大于20mg/L。因此，冬季，北方的污水处理厂出水不仅达不到《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)的准Ⅳ类的水质，就是《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB 18918-2002)的一级A标准也无法保证，因此，低温时，污水厂出水不达标。

2、占地大：采用活性污泥处理工艺、生物膜法工艺和膜生物反应器(MBR)工艺建设污水处理厂对污水进行处理时，污水停留时间长达17小时以上，构筑物多、万吨污水处理厂用地面积多为10～15亩，占地大，造成土地资源的大量浪费。

3、出水水质不高：采用活性污泥处理工艺、生物膜法工艺和膜生物反应器(MBR)工艺建设污水处理厂对污水进行处理时，出水水质多数为《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB 18918-2002)或《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)的准Ⅳ类(主要是总氮只能达到10mg/L左右)，水质较差，多数不能满足水资源利用要求，同时，大量的氮排放，造成江河湖泊的水体富营养化。

4、扩容无地：由于近四十年的经济高速发展，现有污水处理厂大多处于城市中心，多数污水规划建设时，对社会经济发展估计不足，没有留有足够的扩建用地，导致当前需要扩容时，没有建设用地。

5、水体富营养化的主要根源：水体富营养化主要是水体中氮磷含量日积月累、不断积累，严重超标，造成这一结果的主要原因之一就是城镇污水处理厂的污水排放。目前，依据《城镇污水处理厂污染物排放标准》，采用活性污泥法建设的污水处理厂的出水氨氮多数大于1mg/L，总氮多数大于10mg/L，总磷多数大于0.4mg/L，出水大量的氮、磷随之排入水体，氮磷含量日积月累、不断积累，造成水体富营养化，导致藻类大量增殖，水华反复爆发。

6、污泥脱水难度、味道臭：采用生化法处理时，污泥中含有大量的微生物菌团，微生物菌团中含有大量细胞间水，再通过高温蒸煮或理化调理后采用高压板框压滤，才能将污水脱水至含水60％以下。此外，由于污水中含有大量的有机物和厌氧菌，污泥在收集、脱水处理和转运过程中，有机物在厌氧菌的作用下会释放出难嗅的大量恶臭，影响污水处理厂的生产环境和污水处理厂四周的生活环境。

7、臭味扰民：采用生化法处理时，厌氧工序和缺氧工序会产生大量带有恶臭的气体，为了根除恶臭扰民，需要投入较多资金，建设臭味收集处理装置。

8、需要投加碳源：一是当进水的COD_Cr浓度较低，碳氮比不协调时；二是需要采用反硝化脱总氮时，都需要投加碳源。

因此，降低城镇污水处理厂的氮、磷排放是目前市政污水处理的首要目标，也是重要难题。因此，尽管这些经典污水处理工艺应用了一百多年，但至今未见较大的改变，出水水质不能满足社会经济发展和《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)的指标要求，因此，急需一种出水水质高(能满足水资源利用要求)、污水停留时间短、用地面积小、构筑物少、运行费用较低并大幅缩短施工时间的新型污水处理工艺。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明的目的在于针对现有污水处理厂处理工艺存在的占地大、出水质量差、投资大、净化时间长、冬季北方污水处理厂运行不稳定、出水中氮磷含量高，造成水体富营养化的缺陷，提供一种工艺流程短、污水处理停留时间短、运行成本低、对水质的适应性强、持续效果好、出水水质高的市政污水催化电解深度净化系统及其方法。

本发明通过一种市政污水的催化电解净化系统及净化方法，该净化系统包括一级处理装置、物化净化装置、催化电解净化装置、还原装置和污泥处理装置，所述一级处理装置，物化净化装置和催化电解深度净化装置依次连接，所述一级处理装置和物化净化装置的污泥能够进入污泥处理装置进行污泥处理，从而实现市政污水的深度净化。

经过本发明市政污水的催化电解净化系统及净化方法处理后，水体净化各步骤去除主要污水物效果如表1.1：

表1.1水体净化各步骤去除主要污水物效果

说明：1、物化净化随COD_Cr、BOD₅浓度的升高，去除率增大，对于COD_Cr高于500mg/L(化学需氧量)、BOD₅高于250mg/L的市政污水其去除率高达90％以上，对于COD_Cr介于200～500mg/L，BOD₅介于150～250mg/L的市政污水的COD_Cr、BOD₅去除率介于75～90％，对于COD_Cr低于200mg/L(化学需氧量)、BOD₅高于100mg/L的市政污水的COD_Cr、BOD₅去除率介于65～80％；物化净化对氨氮的去除效果差，对总氮的去除率为5～30％，对总磷的去除高达95～98％；2、催化电解对市政污水中的氨氮的去除率高达97～99％，对总氮的去除率高达96～99％，同时，对色度、COD_Cr、BOD₅均有较好的处理效果。

经过上述净化方法处理，各工序的停留时间如表1.2。

表1.2工序的停留时间单位：min

一级处理

混凝沉淀

电解净化

还原

深度净化

消毒

合计

5～10

15～20

20～60

20～30

180～300

25～30

265～450

采用所述物化净化和电解净化的市政污水净化系统并经过以上步骤处理后，可以将水体中的COD去除92％以上、使出水的COD≤20mg/L，BOD去除98％、使出水的BOD≤4mg/L，总磷除99％、使出水的总磷≤0.1mg/L，氨氮去除98％～99.99％、使出水的氨氮≤1.0mg/L，总氮去除≥98％、使出水的总氮≤1.0mg/L，色度去除95％～100％，色度≤2，溶解氧增加到5mg/L以上。特别适合于市政污水的净化处理，使水体达《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)Ⅲ类以上(包含Ⅲ类)水质标准。污水经过催化电解净化的进出水主要指标如表3。

表3污水或水体净化的进出水主要指标

本发明消除了现有污水处理厂污水处理工艺存在的出水质量差、投资大、净化周期长、占地大的缺陷，使得污水处理厂出水达到《地表水水环境质量标准》(GB3838-2002)Ⅳ类甚至Ⅲ水质标准，成为可以循环使用的水资源，这样的净化水排放至自然水系，使水体水质改善、水生态体系恢复，实现河流、湖泊生态系统的重构和健康可持续发展。与现有技术相比，本发明具有如下突出效果：

1、水质高、变污水为可循环使用的水资源

采用本发明的市政污水的催化电解深度净化系统及其方法对市政污水净化后，全部指标达到《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)Ⅲ类及以上标准，且溶解氧含量高大于5mg/L，已经将污水转变成了可以循环使用的水资源，排入自然水体中，能够有效提高水体的溶解氧，有效抑制藻类的生长，全面改善和提升水质，同时能作为工农业生产和商业用水。

2、从源头上根除氮磷污染

当前，现有的污水厂执行的《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)，污水的排放标准是总氮≤15mg/L，总磷≤0.5mg/L，大量的氮磷随着污水处理厂的排放水进入水体，造成水体氮磷大量富集，因此，污水处理厂的排放水是江河、湖泊水体中氮磷的主要来源之一，水体中氮、磷的日积月累，导致氮磷严重超标，造成江河、湖泊水体的富营养化，致使我国主要湖泊的蓝藻年复一年的爆发。为了根治蓝藻，我国投入了大量财力、人力、物力，但收效不高。采用本发明的市政污水的深度净化系统及其方法对污水进行净化处理后，水体的总氮≤1mg/L，总磷≤0.1mg/L，均达到了《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)Ⅲ类水质标准，将从源头上彻底根除水体的氮磷污染。

3、工艺流程简单、运行简单

采用本发明对污水进行处理只有物化净化和催化电解两道主要工序，生产工艺流程较现有的污水处理生产工艺流程更为简单，建筑构筑物更少，操作运行更简单。

4、节省三分之二的土地

目前，国内外采用活性污泥法建设的污水处理厂对污水进行处理时，多数停留时间在16～20小时之间，有的甚至长达20多个小时，每万吨污水处理设施占地在0.6～1公顷之间，占地面积大。采用本发明的市政污水深度净化系统对市政污水进行处理时，水体的停留时间只有6.0～7.0小时，装置占地面积只有传统装置的三分之一，占地面积小，可以大量节省土地资源，特别适合土地资源紧张的城市，更适合现有用地紧张的污水处理厂的扩容改造和提标改造，同时适用处于城市中心、土地资源紧张的污水处理厂改建，以让出三分之二面积的土地。

5、投资省

目前，国内外主流的城镇污水处理工艺的万吨/日污水处理厂固定资产建设投资约3500～5000万元，而采用本发明的水体深度净化系统的万吨/日污水处理厂固定资产建设投资约4000～5000万元，与现有工艺投资相当，但水质却高得多，相对而言，投资省。

6、运行成本低

采用本发明的市政污水深度净化系统对污水进行深度净化处理的运行成本与现有污水城镇污水处理厂的运行成本低相当，但水质却高得多，出水已是可以循环使用的三类水了，因此，运行成本相对较低。

7、施工周期短

本发明的市政污水的深度净化系统的主要设备物化净化装置、电解装置等都是定型设备，主要设备都在工厂生产，采用这些设备建设污水处理厂时，只要将这些定型设备在污水处理厂进行装配，无需大量建设构筑物，所以，污水处理厂的建设周期较传统污水厂的建设工期将缩短一半以上，建设施工周期短。

此外，采用本发明建设的污水处理厂的污泥中没有大量和微生物菌团，脱水相对容易。同时，由于没有厌氧处理工序，污水处理设施在运行过程中，不产生臭气，所以也没有除臭装置投资。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它附图。

图1是本发明的催化电解市政污水净化系统的连接示意图。

图2是本发明的一级处理装置的结构示意图。

图3是本发明的物化净化装置的结构示意图(高效沉淀)。

图4是本发明的物化净化装置的结构示意图(气浮)。

图5是本发明的催化电解净化装置的结构示意图。

图6是本发明的膜生物反应器的结构示意图

图7是本发明的好氧净化装置的结构示意图。

图8是本发明的曝气生物滤池装置的结构示意图。

图9是本发明的污泥处理装置的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

参见图1，一种催化电解市政污水净化系统，包括：一级处理装置(100)、物化净化装置(200)、催化电解净化装置(300)、还原装置(400)、深度净化装置(500)和污泥处理装置(600)，其具体构成如下：

一级处理装置(100)

参见图2，所述一级处理装置(100)包括粗格栅(110)、细格栅(120)、沉砂池(130)和提升泵(140)，所述粗格栅(110)的输入口连通污水管网，所述粗格栅(110)的输出口与细格栅(120)进口连通，所述细格栅(120)的输出端与所述沉砂池(130)的进水口连通，沉砂池(130)的出水口与提升泵(140)联通；其中，该一级处理装置(100)用于去掉污水中的树叶、树枝、果皮、废弃塑料、纸张等大颗粒物和泥砂。

物化净化装置(200)

所述物化净化装置(200)是气浮净化或混凝沉淀净化装置的一种，上述物化净化装置(200)用于去掉污水中的SS、色度、非水溶性COD、BOD₅、石油类、阴离子表面活性剂和总磷。

参见图4，所述物化净化装置(200)为气浮净化装置，所述的物化净化装置(200)的气浮净化是溶气气浮或浅层气浮的一种；其中，所述物化净化装置(200)包括pH调节池(210)、混凝池(220)、助凝池(230)、气浮池(240)和中间水池(250)；所述pH调节池(210)的进水口与所述沉砂池(130)后的提升泵(140)的出水口相连，所述pH调节池(210)的出水口与所述混凝池(220)的进水口相连，所述混凝池(220)的出水口与所述助凝池(230)的进水口相连，所述助凝池(230)的出水口与所述气浮池(240)的进水口相连，所述气浮池(240)上部还设有浮渣出口(241)，所述气浮池(240)下部设有清水出口(242)，清水出口(242)与所述中间水池(250)的进水口连接，浮渣出口(241)与污泥泵(244)联接。

在另一较佳实施例中，参见图3，所述物化净化装置(200)是混凝沉淀装置，所述混凝沉淀装置是高效沉淀装置、磁混凝装置、超磁混凝沉淀装置的一种。所述物化净化装置(200)包括pH调节池(210)、混凝池(220)、助凝池(230)、沉淀池(240’)和中间水池(250)；所述pH调节池(210)的进水口与所述沉砂池(130)后的提升泵(140)的出水口相连，所述pH调节池(210)的出水口与所述混凝池(220)的进水口相连，所述混凝池(220)的出水口与所述助凝池(230)的进水口相连，所述助凝池(230)的出水口与沉淀池(240’)的进水口相连，所述沉淀池(240’)的顶部设有上清液出口(242’)，上清液出口(242’)与所述中间水池(250)的进水口连接；所述沉淀池(240’)的底部设有污泥出口(241’)，污泥出口(241’)与污泥泵(244)联接。较佳的，上述混凝池(220)还包括混凝剂加药装置和混凝搅拌机，混凝剂加药装置中贮藏有质量比为1～20％的PAC溶液、硫酸铁溶液或三氯化铁溶液的一种；上述助凝池(230)还包括助凝剂加药装置和搅拌机，其中，助凝剂加药装置中贮藏有质量比为1～2‰的PAM溶液。

进一步地，所述所述物化净化装置(200)还包括污泥回流泵(243)，用于将所述沉淀池(240或240’)中的部分污泥回流至所述助凝池(230)中，所述污泥回流泵(243)的输入口与所述污泥口连通，所述污泥回流泵(243)的输出口与所述述助凝池(230)连通。

催化电解净化装置(300)

参见图5，所述催化电解净化装置(300)包括电解机(310)、直流电源(320)、脱气塔(330)、电解质投加装置(340)和电极清洗装置(350)，所述电解机(310)的进水口与所述中间水池(250)的出水口相连，所述电解机(310)的出水口与所述脱气塔的进水口(331)相连，所述脱气塔的出水口(333)与还原装置的进水管(410)相连，所述还原装置(400)的出水口(430)与排水管联通并与所述气浮池(240)的进水口之间还设有循环水泵(340)，用于部分出水回流到物化净化装置(200)中；所述电解深度净化后清水经过进水口(331)先进入脱气塔(330)底部的布水器(332)，再经过安装于脱气塔(330)上部的进水管(410)进入还原装置(400)底部的布水器(420)；电解质投加装置(340)由电解质溶液贮罐(341)、电解质溶液输送泵(342)和电解质溶液流量计构成，电解质投加装置(340)安装于提升泵至电解机(310)的管路上并采用管道混合器与污水混合；电极清洗装置(350)由酸洗溶液贮罐(351)和酸洗溶液输送泵(352)构成，其中酸洗溶液采用2％～3％盐酸溶液或者4％～5％的柠檬酸溶液，当催化电解深度净化装置的电极被污染结垢，电解效率降低时，停止催化电解装置工作，启动电极清洗装置(350)去除沉积于电极表面的结垢，上述电极清洗装置(350)的废水进入物化净化装置(200)处理；脱气塔(330)和还原装置(400)的底部还设有排污口(334)，排污口(334)与物化净化装置(200)的进水管联接；催化电解深度净化装置(300)用于去掉氨氮、总氮和物化净化装置(200)处理后残余的色度、水溶性COD、BOD₅、石油类和阴离子表面活性剂。

进一步的，所述电解机(310)的工作电压可为5～300V，电流密度可为10～150mA/cm²。所述电解机(310)还包括电解质投加装置，所述电解质投加装置包括电解质储罐和计量加药泵。更具体的说，电解质投加装置用于向催化电解深度净化装置(300)投加3％～12％的次氯酸钠溶液或2％～6％的氯化钠溶液。优选地，在催化电解净化时，根据水体中氨氮的浓度，采用电解质投加装置用于向催化电解深度净化装置投加10％～12％的次氯酸钠溶液，加入的量为万分之三至千分之一(体积比)，更优选的，采用电解质投加装置向催化电解深度净化装置投加10％～12％的次氯酸钠溶液的量为万分之三至万分之六(体积比)。

进一步地，所述催化电解净化装置(300)的脱气塔(330)的进水口(331)与脱气塔(330)底部的布水器(332)联接，脱气塔(330)上部的出水口与还原装置(400)的进水管联接，所述脱气塔(330)的顶部还设有刮渣器和浮渣收集槽，用于去除和收集电解深度净化时释放的大量氮气和二氧化碳产生的气泡和浮渣；所述刮渣器为往复式或旋转式刮渣器。

还原装置(400)

所述还原装置(400)包括进水管(410)、安装在进水管上的管道混合器、布水器(420)、还原剂溶液贮罐和还原剂溶液计量输送泵；进水管(410)与催化电解深度净化装置(300)的脱气池(330)顶部的出水口(333)联接，进水管(410)的中部装有管道混合器；还原剂溶液贮罐通过还原剂溶液计量输送泵与进水管(410)联通，并安装在管道混合器的前面；还原装置(400)用于去除催化电解深度净化装置(300)处理残余的次氯酸钠，使水体性质复原，净化。

具体地，所述还原装置(400)套在脱气塔(330)内，还原装置的进水管(410)与脱气塔(330)的出水口联接，进水管(410)由上至下与还原装置(400)池底的布水器(420)联接，还原装置(400)的出水口与排水管联接；还原装置(400)还设置有还原剂溶液贮罐、还原剂溶液计量输送泵和搅拌器；脱气塔(330)和还原装置(400)的底部设有排污口(334)，所述排污口(334)与气浮或混凝沉淀装置(200)进水口连接。

深度净化装置(500)

参见图1所述深度净化装置(500)是膜生物反应器，简称MBR处理装置、好氧处理装置或曝气生物滤池(图8)的一种。

参见图1和图6，所述膜生物反应器(500)简称MBR：它由生物反应池体(510)、曝气管(520)、膜组件(530)、曝气风机(540)、反洗水管(550)、出水口(511)、污泥出口(512)和消毒池(560)构成；所述膜生物反应器(500)的进水口与还原消除次氯酸钠的还原池(400)的出水口联通，所述膜生物反应器(500)的出水口与消毒池(560)的进水口联通；

参见图1和图7，所述深度装置(500)为好氧净化装置，其包括好氧池(510')、曝气管(511’)、曝气风机(512’)、污水出口(513')、污泥出口(514')、二沉池(520')和消毒池(530')构成；所述好氧池(510')的进水口与还原池(400)的出水口联通，好氧池(510')的污水出口(513')与二沉池(520')的进水口联通，二沉池(520')的出水口与消毒池(530')的进水口联通；

参见图1和图8，所述深度净化装置(500)为曝气生物滤池，它由生物滤池池体(510")、曝气管(520")、支架(530")、滤料支撑层(540")、滤料(550")、集水槽(560")、曝气风机(570")、反洗水管(580")、污水出口(513")、污泥出口(514")和消毒池(590")构成，滤料设置于滤料支撑层的上方，滤料支撑层的下方设置有支架，曝气管设置于该滤料支撑层的下方；所述曝气生物滤的进水口与还原池(400)的出水口联通，所述曝气生物滤池的污水出口(513")与消毒池(590")的进水口联通。

污泥处理装置(600)

参见图9，所述污泥处理装置(600)包括污泥泵(244)、污泥浓缩池(610)、理化调节池(620)、脱水机(630)和污泥池(640)；污泥泵(244)的进口与物化净化装置的污泥出口(241’)和膜生物反应器的污泥出口(512)或好氧处理装置的污泥出口(514')或曝气生物滤池的污泥出口(514")连接；污泥泵(244)的出口与污泥浓缩池(510)的进口联接，污泥浓缩池(510)的上部设有上清液出水口(511)，污泥浓缩池(510)的底部设有浓缩污泥出口(512)；上清液出水口(511)与物化净化装置(200)的进水口联接，浓缩污泥出口(512)与理化调节池(520)的进口联接，理化调节池(520)的出口与脱水机(530)联接，脱水机(530)的出水口(531)与物化净化装置(200)的进水口联接，脱水机(530)的出泥口与污泥池(540)联接。

在一具体实施例中，上述污泥浓缩池(510)为重力浓缩池，所述污泥口、污泥出口(241’)或浮渣出口(241)或膜生物反应器的污泥出口(512)或好氧处理装置的污泥出口(514')或曝气生物滤池的污泥出口(514")的出口分别与所述污泥泵(244)的输入口连通，所述污泥泵(244)的输出口与所述重力浓缩池(510)的入口连通，所述重力浓缩池(520)内包括由上至下的上层的清液区和下层的污泥浓缩区，所述上层的清液区的出水口用于连通气浮或混凝沉淀装置(200)的进水管，所述下层区的出泥口与所述脱水机(530)的进口连通，所述重力浓缩池(510)、理化调理池(520)和脱水机(530)的进口按序依次连通。

具体地，本发明所述一种催化电解市政污水净化系统可以采用地下式、半地下式或地上式中的一种。

一种催化电解市政污水深度净化方法，采用上述催化电解市政污水深度净化系统，包括如下步骤：

步骤(1)：一级处理

市政污水依次通过粗格栅(110)、细格栅(120)过滤除去大颗粒固形物后输出并流入沉砂池(130)内去除泥沙。

步骤(2)：物化净化

将上述步骤(1)的出水输入pH调节池(210)内，加入30～100g/m³氢氧化钠或碳酸钠溶液并不断搅拌，搅拌速度为80～200r/min，混合时间为5～10min，将污水的pH调节至9～9.5；将经过步骤调节pH至9～9.5送入混凝池(220)中，通过混凝加药装置加入60～200g/m³混凝剂溶液并不断搅拌，搅拌速度为100～200r/min，混凝反应时间为3～6min；加入混凝剂后的出水输入助凝池(230)，通过助凝加药装置加入PAM，加入PAM的重量与污水体积的关系为0.1～1g/m³，搅拌并反应3～10min，搅拌速度20～80r/min；助凝池(230)的出水输入气浮池或沉淀池(240或240’)，进行固液分离，清液集中在所述气浮池(240)的底部或沉淀池(240’)的上层，浮渣或固态物质聚集在所述气浮池(240)的上部或所述沉淀池(240’)的底部，所述气浮池或沉淀池(240或240’)的中部形成固液分离中区，判断该步骤中助凝池(230)内形成的沉淀量是否充足，若不足则开启污泥回流泵(243)，部分污泥从所述气浮池或沉淀池回流入所述助凝池(230)，促进絮状沉淀生成，物化净化所得的污水清液输入至中间水池(250)中。市政污水通过物化净化处理的目的是去除污水中的SS、80％以上的COD_Cr和BOD₅、95％的总磷和色度，使处理后出水的主要指标为pH为6～9、色度小于10、COD_Cr(化学需氧量)≤80mg/L、总磷(以P计)≤0.3mg/L、阴离子表面活性剂≤0.5mg/L、石油类≤0.5mg/L。

步骤(3)：催化电解净化

将步骤(2)物化净化后输入于中间水池(250)的清水经提升泵输送至催化电解净化装置(300)的电解机(310)中电解净化，污水在电解机(310)的停留30-210s；在污水进入电解机时，按0.3～1‰(体积比)的比例加入10～12％的次氯酸钠并通过管道混合器混合均匀，一同输送至电解机(310)中电解净化；电解机(310)产生的次氯酸与污水中的氨氮反应转化成氮气，产生的新生态的氢与硝酸根、亚硝酸根反应生成氮气和水，产生的新生态的氧与污水中的COD_Cr和BOD₅反应生成二氧化碳和水；所述电解机(310)的工作电压为5～300V，电流密度为10～150mA/cm²；将电解所得的出水输送至脱气池(330)中，停留时间为10～60min，电解机(310)产生的次氯酸钠与水体中的COD_Cr反应，进一步去除水中的COD_Cr和BOD₅；同时，电解机(310)产生的新生态的氧气与有机物反应，去掉污水中的COD_Cr和BOD₅；电解净化产生的大量氮气、二氧化碳等气体在脱气塔(330)释放，产生大量气泡，浮渣由刮渣器收集在浮渣收集槽中；经过电解脱氮净化后的清水注入还原装置(400)中；催化电解净化装置(300)用于去掉氨氮、总氮和物化净化装置(200)处理后残余的色度、水溶性COD_Cr、BOD₅、石油类、阴离子表面活性剂，出水水的主要指标为：pH为6～9、色度小于4、COD_Cr(化学需氧量)≤30mg/L、BOD₅(五日生化需氧量)≤6mg/L、NH3-N(氨氮)≤1.5mg/L、总氮≤3.0mg/L、总磷(以P计)≤0.1mg/L、阴离子表面活性剂≤0.3mg/L、石油类≤0.5mg/L、粪大肠菌群≤10(个/L)、溶解氧≥3mg/L，其他指标符合《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)表1的要求。

步骤(4)：还原

向还原装置(400)中定量加入5～20％的亚硫酸钠溶液，消除清水中过量的次氯钠，使水体得到复原，成为满足生活、生产应用需求的再生水。

步骤(5)：深度净化

将经过还原消除次氯酸钠后的水体输送至深度净化装置(500)中，进行生物和膜过滤或好氧处理或曝气生物滤池处理；所述污水在膜生物反应器的滤池中的停留时间为150～210min，以充分去除污水中的COD_Cr、BOD₅和氮、磷，使污水得到极限脱氮，深度净化；所述污水在好氧池中的停留时间为180～300min，用于除去残余的COD_Cr、BOD₅、总磷和总氮；所述污水在曝气生物滤池中的停留时间为180～300min，用于除去残余的COD_Cr、BOD₅、总磷和总氮；经过生化处理后的主要指标为：pH为6～9、色度小于2、COD(化学需氧量)≤20mg/L、BOD5(五日生化需氧量)≤4mg/L、NH3-N(氨氮)≤1.0mg/L、总氮≤1.0mg/L、总磷(以P计)≤0.1mg/L、氟化物(以F-计)≤1.0mg/L、铜≤1.0mg/L、锌≤1.0mg/L、硒≤0.01mg/L、砷≤0.05mg/L、阴离子表面活性剂≤0.2mg/L、石油类≤0.05mg/L、粪大肠菌群≤10(个/L)、硫化物≤0.2mg/L、溶解氧≥5mg/L；

步骤(6)：污泥脱水

将经过步骤(1)和步骤(2)中一级处理和物化净化之后产生的污泥和催化电解深度净化的浮渣分别输送至污泥浓缩池(510)内，进行重力浓缩，形成上部的上清液和底部的污泥；将上述上清液层内的上清液体输送至气浮或混凝沉淀装置(200)进水管中，将底部污泥输入至理化调节池(520)中；在上述理化调节池(520)内加入理化调理剂，再输送至脱水机(530)内处理成有机泥块后收集，所述理化调理剂包括石灰、三氯化铁和聚合氯化铝。

在步骤(2)混凝、助凝和沉淀过程中，污水中的磷酸根和磷酸氢根与三价铝离子或三价铁离子反应，生成磷酸铁沉淀，从而去除污水中的总磷；

3Al³⁺+2PO₄ ^3-＝Al₃(PO₄)₂↓

此外，由于生成的大量絮体沉淀具有巨大的比表面积并且带有电荷，能够吸附污水中的有机物，可以同时去除污水中的色度和COD；通过物化净化处理后，除去水体80％～95％的SS，使水体的SS≤50mg/L，去除水体中90％～95％的总磷，使水体的总磷≤0.2mg/L，并一同去除水体中85％～95％的COD，使污水的COD≤80mg/L。

在步骤3)中，所述催化电解净化的具体步骤可为：

①催化电解：将经过物化净化后污水经中间水池(250)和提升泵输送至电解机(310)中电解30-210s；电解时通过电解质投加系统投加10％～12％的次氯酸钠溶液或2％～6％的氯化钠溶液。

催化电解深度净化时，在电解设备中，电解产生的次氯酸钠与氨氮反应，生成氮气和氯化钠，氯化钠被电解又生成次氯酸钠。

NaOCl+H₂O→HOCl+NaOH

NH₃+HOCl→NH₂Cl+H₂O(一氯胺)

NH₂Cl+HOCl→NHCl₂+H₂O(二氯胺)

2NHCl₂+NaOCl→N₂↑+3NaCl+H₂O(脱氮主反应一)

主反应式：

2NH₃+3NaOCl→N₂↑+3NaCl+3H₂O

生成的氯化钠又被电解再生成次氯酸钠，反复使用，次氯酸钠所起作用就是催化剂。

脱氨氮原理(副反应)

同时，电解产生的自由基O·与氨反应，生成硝酸根。

2NH₄ ⁺+5O₂→2NO₃ ^-+4H₂O

此外，电解产生的氢气在催化剂的作用下，与水体中的硝酸根和亚硝酸根反应，生成氮气，从而去除水体中的硝态氮。

NO₃ ^-+H₂—→NO₂ ^-+H₂O

2NO₂ ^-+2H₂—→N₂↑+2H₂O(脱总氮反应)

催化电解深度净化后的清水经过氧化池的顶部流入还原池底部的布水器，清水从下至上流动，产生的过量的次氯酸钠被加入的5～20％的亚硫酸钠还原出水的次氯酸钠含量≦0.1mg/L。

以下给出具体实施例。

实施例1

采用本发明的生产工艺建设的某市政污水处理厂，包括一级处理+物化净化+催化电解深度净化+亚硫酸钠溶液还原+污泥脱水，其中：一级处理采用粗格栅+细格栅+曝气沉沙池工艺；物化净化采用混凝沉淀(高密沉淀)工艺。

表1、某污水处理厂的进水水质指标

序号	项目	进水(mg/L)	出水(mg/L)	去除率(％)
					1	COD	500	30	94.00
2	BOD	230	6	97.39
					3	SS	200	10	95.00
4	总氮(以N计)	50	3	94.00
					5	氨氮(以N计)	35	1.5	95.71
6	总磷(以P计)	8	0.3	96.25
					7	色度(稀释倍数)	80	5	93.75
8	pH	6～9	6～9	-

所述城市生活污水进入所述污水处理厂的催化电解净化系统，该催化电解净化系统包括一级处理装置(100)、物化净化装置(200)、催化电解深度净化装置(300)、还原装置(400)和污泥处理装置(500)。

所述的物化净化装置(200)是混凝沉淀装置。

污水依次进入一级处理装置(100)、混凝沉淀装置(200)、催化电解深度净化装置(300)和还原装置(400)。

向所述混凝沉淀装置中先向污水中加入20％的氢氧化钠溶液将pH调9，再加入10％聚合铝(PAC)溶液混凝剂，加入量为12mg/L(以PAC计)，在转速为100转/分钟的条件下混凝反应后，按1mg/L加入助凝剂PAM在转速为20转/分钟的条件下反应后进入沉淀池分离，混凝沉淀出水水质如表2。

表2某污水处理厂某日高效沉淀处理处理后的水质指标

从表2可知，物化净化装置(200)(混凝沉淀)对SS、COD、BOD、总磷及动植油、石油类和色度均有较好的去除效果，但对氨氮和总氮的去除效果差。经过混凝沉淀后的污水进入催化电解深度净化装置(300)处理，处理后水体进入还原装置(400)消除次氯酸钠，使水质还原，出水指标如表3。催化电解的电解机(310)的工作电压为36.5V，电流密度为11mA/cm²。电解机工作时，同时按体积比万分之四加入12％的次氯酸钠溶液并通过管道混合器混均到污水中。

表3某污水经混凝沉淀和电解脱氮处理后的水质指标

序号	项目	混凝出水(mg/L)	净化出水(mg/L)	去除率(％)
					1	COD	72.05	21.35	70.37
2	BOD	66.51	未检出	-
					3	SS	15	6	60.00
4	动植物油	0.5	0.4	20
					5	石油类	0.3	0.2	33.33
6	总氮(以N计)	45.31	2.63	94.20
					7	氨氮(以N计)	40.09	0.72	97.21
8	总磷(以P计)	0.26	0.21	19.23
					9	溶解氧	2.5	8.91	-
10	色度(稀释倍数)	20	2	-
					11	pH	6～9	6～9	-

该污水处理厂连续运行7天的水质见表4。

表4某污水处理厂连续一周运行的水质指标记录表单位：(mg/L)

从表3可知，该污水经过本发明的一种市政污水的催化电解深度净化后的出水指标除总氮小于3mg/L外，其他完全满足《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)Ⅵ类水质标准。从表4可知，尽管进水水质波动较大，但采用本发明的市政污水处理工艺的出水全部满足《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)Ⅵ类水质标准(总氮除外)，运行稳定。

实施例2

采用本发明的生产工艺建设的某20000吨/日的市政污水处理厂，主要包括一级处理+物化净化+催化电解深度净化+亚硫酸钠溶液还原+污泥处理。其中：一级处理采用粗格栅+细格栅+旋流沉沙池工艺；物化净化采用超磁沉淀分离工艺；污泥脱水采用离心脱水工艺。该污水处理厂的特点是处理规模比较小，进水COD较低，氨氮和总氮较高，营养不平衡，若采用传统的AAO污水处理工艺，运行时必须不断投加碳源，不仅运行费用高，而且出水的总氮较高，不能满足出水总氮≤3mg/L的技术要求，此外，该项目处理城市中心，用地十分紧张。

表5某污水厂的进出水指标

序号	项目	进水(mg/L)	出水(mg/L)	去除率(％)
					1	COD	300	30	90.00
2	BOD	130	6	95.38
					3	SS	100	10	90.00
4	总氮(以N计)	50	3	94.00
					5	氨氮(以N计)	35	1.5	95.71
6	总磷(以P计)	3	0.3	90.00
					7	色度(稀释倍数)	100	5	95.00
8	pH	7～9	7～9	-
					9	溶解氧	-	6.5	-

污水进入所述市政污水的催化电解深度净化系统，水体净化系统包括一级处理装置(100)、物化净化装置(200)、催化电解深度净化装置(300)、亚硫酸钠还原装置(400)，还包括一个污泥处理装置(500)；所述的一级处理装置(100)是“粗格栅+细格栅+旋流沉沙池”；所述的物化净化装置(200)是超磁沉淀分离装置。

所述水体进入依次进入一级处理装置(100)、物化净化装置(200)、催化电解深度净化装置(300)和亚硫酸钠还原装置(400)。

向所述物化净化装置(200)中先向污水中加入10％的氢氧化钠溶液将pH调9后加入20％PAC溶液，加入量为8mg/L，在转速为100转的条件下混凝反应后，按1mg/L加入助凝剂PAM在转速为20转的条件下反应后进入沉淀池分离，混凝沉淀出水水质如表6。

表6某污水经过超磁处理后的水质指标

经过超磁沉淀处理后的水体进入催化电解深度净化装置(300)处理，处理后水体进入还原装置(400)进行还原，消除水体中的次氯酸钠，出水指标如表7。电解机(310)的工作电压为5V，电流密度为150mA/cm²。电解机工作时，同时按体积比的万分之六向污水中加入12％的次氯酸钠溶液并通过管道混合器混均。

表7某污水经市政污水经过超磁和催化电解深度净化后的水质指标

序号	项目	超磁出水(mg/L)	电解出水(mg/L)	去除率(％)
					1	COD	80.00	30.00	62.50
2	BOD	65.00	6	90.77
					3	SS	10	10	0.00
4	动植物油	0.3	0.3	0.00
					5	石油类	0.2	0.2	0.00
6	总氮(以N计)	45.01	3.00	93.33
					7	氨氮(以N计)	34.29	1.00	97.08
8	总磷(以P计)	0.30	0.20	33.33
					9	溶解氧	2.5	6.50	-
10	色度(稀释倍数)	30	5	83.33
					11	pH	7～9	7～9	-

该污水处理厂连续运行一周的水质见表8。

表8某市政污水厂连续运行一周的水质指标单位：mg/L

从表7可知，污水经过市政污水的催化电解深度净化系统(一级处理+超磁净化+催化电解深度净化+亚硫酸钠还原)处理后的出水指标除总氮外完全满足《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)Ⅵ类水质标准。从表8可知，采用该市政污水的催化电解深度净化系统运行稳定，出水水质除总氮外完全符合《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)Ⅵ类水质标准。

实施例3

采用本发明的生产工艺建设的某市政污水处理厂，包括一级处理+物化净化+催化电解深度净化+亚硫酸钠溶液还原+污泥脱水，其中：一级处理采用粗格栅+细格栅+曝气沉沙池工艺；物化净化采用磁混凝工艺。

表9某北方市政污水厂设计的进出水质指标

序号	项目	进水(mg/L)	出水(mg/L)	去除率(％)
					1	COD	750	30	96.00
2	BOD	350	6	98.28
					3	SS	200	10	95.00
4	总氮(以N计)	70	3	95.71
					5	氨氮(以N计)	55	1.5	97.27
6	总磷(以P计)	8	0.3	96.25
					7	色度(稀释倍数)	80	5	93.75
8	pH	6～9	6～9	-

污水进入所述市政污水的催化电解深度净化系统，净化系统包括一级处理装置(100)、物化净化装置(200)、催化电解深度净化装置(300)、亚硫酸钠还原装置(400)和污泥处理装置(500)。

污水依次进入一级处理装置(100)、物化净化装置(200)、催化电解深度净化装置(300)和亚硫酸钠还原装置(400)。

向所述磁混凝装置中先加入15％的氢氧化钠溶液调整污水的pH至9，再加入15％硫酸铁混凝剂，加入量为30mg/L，在转速为100转的条件下混凝反应后，按1mg/L加入助凝剂PAM在转速为30转的条件下反应后进入沉淀池分离，磁混凝出水水质如表10。

表10某污水厂实际运行磁混凝处理后的水质指标

从表10可知，磁混凝对高COD、BOD₅(COD高于500mg/L，BOD高于250mg/L)市政污水有很好的去除效果，其对经过磁混凝处理后的污水进入催化电解深度净化装置(300)净化处理，处理后水体进入亚硫酸钠还原池(400)进行脱次氯酸钠反应，出水指标如表11。电解机(310)的工作电压为39V，电流密度为10mA/cm²。电解机工作时，同时按体积比千分之一加入12％的次氯酸钠溶液并通过管道混合器混均到污水中。

表11污水经过市政污水的催化电解净化处理后的水质指标

序号	基本控制项目	磁混凝出水(mg/L)	电解出水(mg/L)	去除率(％)
					1	COD	73.5	21.3	71.0
2	BOD	61.3	1.1	60.2
					3	SS	9	8	11.1
4	动植物油	0.3	0.2	33.3
					5	石油类	0.2	0.2	0
6	总氮(以N计)	65.5	2.8	95.7
					7	氨氮(以N计)	54.1	1.1	98.0
8	总磷(以P计)	0.23	0.19	17.4
					9	溶解氧	1.3	7.8	-
10	色度(稀释倍数)	5	2	60.0
					11	pH	7	7	-

该污水处理厂连续运行一周的水质见表12。

表12某厂采用市政污水的催化电解深度净化工艺的运行记录表

从表11可知，污水经过市政污水的催化电解深度净化系统(一级处理+磁混凝净化+催化电解深度净化+亚硫酸钠还原)处理后的出水指标除总氮外完全满足《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)Ⅵ类水质标准。从表12可知，采用该市政污水的催化电解深度净化系统运行稳定，出水水质除总氮外完全符合《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)Ⅵ类水质标准。

实施例4

某市政污水厂采用本发明的生产工艺建设，包括一级处理+物化净化+催化电解深度净化+亚硫酸钠溶液还原+污泥脱水，其中：一级处理(100)包括：粗格栅+细格栅+曝气沉沙池；物化净化装置(200)采用浅层气浮装置。

市政污水进入一级处理装置(100)处理后进入浅层气浮装置(200)，向所述浅层气浮装置(200)中先加入1％的氢氧化钠溶液调整污水的pH至9，再加入1％三氯化铁混凝剂，加入量为30mg/L，在转速为100转的条件下混凝反应后，按1mg/L加入助凝剂PAM在转速为30转的条件下反应后进入气浮池进行气浮分离，出水经过电解机(310)进行深度净化，电解机处理后的出水进入脱气池(330)进行脱气，脱气池(330)出水再流经次氯酸钠还原池(400)消除残余的次氯酸钠，使水体复原得深度净化水。采用本工艺的进出水指标如表13。

表13某市政污水处理厂设计的进出水质指标

序号	项目	进水(mg/L)	出水(mg/L)	去除率(％)
					1	COD	300	30	90.00
2	BOD	150	6	96.00
					3	SS	200	10	95.00
4	总氮(以N计)	50	3	94.00
					5	氨氮(以N计)	35	1.5	95.71
6	总磷(以P计)	5	0.3	94.00
					7	色度(稀释倍数)	100	5	95.00
8	pH	6～9	6～9

所述市政污水进入污水的催化电解深度净化系统的一级处理装置处理后，进入浅层气浮装置(200)净化，除去SS、COD、BOD₅、总磷、动植油、石油类等污染物后，出水水质如表14。

表14某市政污水的水经浅层气浮装置后的水质指标

从表14可知，当市政污水浓度较低时，物化净化装置对COD等污染物的去除率会降低。浅层气浮装置(200)净化对SS、COD、BOD、总磷及动植油、石油类和色度均有较好的去除效果，但对氨氮和总氮的去除效果差。浅层气浮装置(200)净化出水经过电解机(310)进行深度净化，电解机(310)净化后的出水进入脱气池(330)进行脱气，除去氮气、二氧化碳及因脱气产生的泡沫，脱气池(330)出水再流经次氯酸钠还原装置(400)消除残余的次氯酸钠，使污水得到深度净化，出水水质如表15。

表15某污水厂的浅层气浮出水再经电解深度净化后的水质指标

序号	项目	气浮出水(mg/L)	电解出水(mg/L)	去除率(％)
					1	COD	53.40	24.30	54.49
2	BOD	41.00	0.76	98.15
					3	SS	9	8	11.11
4	动植物油	0.3	0.2	33.33
					5	石油类	0.2	0.2	0
6	总氮(以N计)	43.68	2.93	93.29
					7	氨氮(以N计)	42.63	0.18	99.58
8	总磷(以P计)	0.17	0.15	11.76
					9	溶解氧	4.8	7.93	-
10	色度(稀释倍数)	20	2	90.0
					11	pH	7.2	7.5	-

市政污水的催化电解深度净化全过程对污水的主要污染物的去除效果如表16。

表16催化电解深度净化对市政污水的主要污染物的去除效果

序号	项目	进水(mg/L)	电解出水(mg/L)	去除率(％)
					1	COD	232.80	24.30	89.56
2	BOD	113.56	0.76	99.33
					3	SS	180	8	95.55
4	动植物油	1.2	0.2	83.33
					5	石油类	0.7	0.2	71.43
6	总氮(以N计)	47.70	2.93	93.86
					7	氨氮(以N计)	42.52	0.18	99.58
8	总磷(以P计)	3.5	0.15	95.71
					9	溶解氧	2.6	7.93	-
10	色度(稀释倍数)	100	2	98.00
					11	pH	7	7.5	-

该污水处理厂连续运行一周的水质见表17。

表17某厂采用市政污水的催化电解深度净化工艺的运行记录表

从表16可知，污水经过市政污水的催化电解深度净化系统(一级处理+浅层气浮净化+催化电解深度净化+亚硫酸钠还原)处理后的出水指标除总氮外完全满足《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)Ⅵ类水质标准。从表17可知，采用该市政污水的催化电解深度净化系统运行稳定，出水水质除总氮外完全符合《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)Ⅵ类水质标准，符合设计要求。但是，当污水的COD浓度介于150～300mg/L时，其对COD的除去率相应下降，在85～97％之间，平均90％。

实施例5

某市政污水厂采用本发明的生产工艺建设，包括一级处理+物化净化+催化电解深度净化+亚硫酸钠溶液还原+污泥脱水，其中：一级处理(100)包括：粗格栅+细格栅+曝气沉沙池；物化净化装置(200)采用溶气气浮装置。

市政污水进入一级处理装置(100)处理后进入溶气气浮装置(200)净化后，出水再经过电解机(310)进行深度净化，电解机处理后的出水进入脱气池(330)进行脱气，脱气池(330)出水再流经次氯酸钠还原装置(400)消除残余的次氯酸钠，使水体复原得深度净化水。采用本工艺的进出水指标如表18。

表18某市政污水处理厂的设计的进出水质指标

序号	项目	进水(mg/L)	出水(mg/L)	去除率(％)
					1	COD	300	30	90.00
2	BOD	150	6	96.00
					3	SS	200	10	95.00
4	总氮(以N计)	50	3	94.00
					5	氨氮(以N计)	35	1.5	95.71
6	总磷(以P计)	5	0.3	94.00
					7	色度(稀释倍数)	80	5	93.75
8	pH	6～9	6～9	-

所述市政污水进入污水的催化电解深度净化系统的一级处理装置处理后，进入溶气气浮装置(200)净化，向所述溶气气浮装置(200)中先加入1％的氢氧化钠溶液调整污水的pH至9，再加入5％PAC溶液，加入量为12g/m³气浮，除去SS、COD、BOD₅、总磷、动植油、石油类等污染物后，出水水质如表19。

表19某污水厂的溶气气浮净化后出水的水质指标

序号	项目	污水厂进水(mg/L)	气浮出水(mg/L)	去除率(％)
					1	COD	217.80	44.40	79.61
2	BOD	100.59	39.00	61.23
					3	SS	165	8	95.15
4	动植物油	-	0.2	-
					5	石油类	-	0.3	-
6	总氮(以N计)	46.48	39.62	14.76
					7	氨氮(以N计)	41.31	42.63	-3.2
8	总磷(以P计)	3.9	0.18	95.38
					9	溶解氧	2.2	4.2	-
10	色度(稀释倍数)	90	5	94.44
					11	pH	7	7.5	-

溶气气浮装置(200)净化出水经过催化电解机(310)进行深度净化，电解机(310)净化后的出水进入脱气池(330)进行脱气，除去氮气、二氧化碳及因脱气产生的泡沫，脱气池(330)出水再流经次氯酸钠还原装置(400)消除残余的次氯酸钠，使污水得到深度净化，出水水质如表20。

表20某污水厂的溶气气浮出水再经电解深度净化后的水质指标

序号	项目	气浮出水(mg/L)	电解出水(mg/L)	去除率(％)
					1	COD	44.40	17.70	26.70
2	BOD	39.00	未检出	100
					3	SS	8	7	12.50
4	动植物油	0.2	0.2	0
					5	石油类	0.3	0.2	33.33
6	总氮(以N计)	39.62	2.46	93.79
					7	氨氮(以N计)	42.63	1.28	97.00
8	总磷(以P计)	0.18	0.15	16.67
					9	溶解氧	4.2	8.5	-
10	色度(稀释倍数)	5	2	90.0
					11	pH	7.5	7.5	-

本市政污水的催化电解深度净化全过程对污水的主要污染物的去除效果如表21。

表21催化电解深度净化对市政污水的主要污染物的去除效果

从表21可知，污水经过市政污水的催化电解深度净化系统(一级处理+溶气气浮净化+催化电解深度净化+亚硫酸钠还原)处理后的出水指标除总氮外完全满足《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)Ⅵ类水质标准。

实施例6

采用本发明的生产工艺建设的某市政污水处理厂，包括一级处理、物化净化、催化电解净化、亚硫酸钠溶液还原、MBR深度净化和污泥脱水，其中：一级处理采用粗格栅+细格栅+曝气沉沙池工艺；物化净化采用混凝沉淀(高密沉淀)工艺。

表22、某污水处理厂的设计的进出水水质指标

序号	项目	进水(mg/L)	出水(mg/L)	去除率(％)
					1	COD	500	20	96.00
2	BOD	230	4	98.26
					3	SS	200	10	95.00
4	总氮(以N计)	60	1.0	98.33
					5	氨氮(以N计)	45	1.0	97.78
6	总磷(以P计)	8	0.1	98.75
					7	色度(稀释倍数)	80	2	97.5
8	pH	6～9	6～9	-

所述城市生活污水进入所述的市政污水极限脱氮深度净化系统，该市政污水极限脱氮深度净化系统包括一级处理装置(100)、物化净化装置(200)、催化电解深度净化装置(300)、还原池(400)、膜生物反应器(500)和污泥处理装置(600)。

所述的物化净化装置(200)是混凝沉淀装置。

污水依次进入一级处理装置(100)、混凝沉淀装置(200)、催化电解净化装置(300)、还原池(400)和膜生物反应器(500)。

向所述混凝沉淀装置中先向污水中加入20％的氢氧化钠溶液将pH调9，再加入10％聚合铝(PAC)溶液混凝剂，加入量为12mg/L(以PAC计)，在转速为100转/分钟的条件下混凝反应后，按1mg/L加入助凝剂PAM在转速为20转/分钟的条件下反应后进入沉淀池分离，混凝沉淀出水水质如表23。

表23某城市污水处理厂某日高效沉淀处理处理后的水质指标

序号	项目	污水厂进水(mg/L)	高密出水(mg/L)	去除率(％)
					1	COD	481.5	72.05	85.04
2	BOD	206	66.51	67.71
					3	SS	200	15	92.50
4	动植物油	-	0.5
					5	石油类	-	0.3
6	总氮(以N计)	47.2	45.31	4.00
					7	氨氮(以N计)	42.7	40.09	6.11
8	总磷(以P计)	8	0.26	88.13
					9	溶解氧	-	2.5	-
10	色度(稀释倍数)	80	20	75.00
					11	pH	6～9	6-9	-

从表23可知，物化净化装置(200)(高密沉淀)对SS、COD、BOD、总磷及动植油、石油类和色度均有较好的去除效果，但对氨氮和总氮的去除效果差。经过混凝沉淀后的污水进入催化电解深度净化装置(300)处理，处理后水体进入还原池(400)消除次氯酸钠，使水质还原，出水指标如表24。催化电解的电解机主机(310)的工作电压为36.5V，电流密度为11mA/cm²。电解主机工作时，同时按体积比万分之四加入12％的次氯酸钠溶液并通过管道混合器混均到污水中。

表24某污水经混凝沉淀和电解净化处理后的水质指标

电解净化处理后的清水进入还原装置(400)还原消除电解净化时产生的过量次氯酸钠，然后进入MBR净化装置进一步净化处理，净化后的水质如表24。

表24电解净化后的清水再经过MBR进一步净化后的出水水质指标

该污水处理厂连续运行7天的水质见表24。

表25某污水处理厂连续一周运行的水质指标记录表单位：(mg/L)

从表24可知，该污水经过本发明的一种市政污水极限脱氮深度净化系统后的出水指标完全满足《地表水环境质量标准》(GB3838-2002Ⅲ类水质标准。从表25可知，尽管进水水质波动较大，但采用本发明的市政污水极限脱氮深度净化系统净化后的出水全部满足《地表水环境质量标准》(GB3838-2002类Ⅲ水质标准，出水水质稳定。

实施例7

采用本发明的生产工艺建设的某市政污水处理厂，包括一级处理、物化净化、催化电解净化、亚硫酸钠溶液还原、好氧深度处理和污泥脱水，其中：一级处理采用粗格栅+细格栅+曝气沉沙池工艺；物化净化采用混凝沉淀(高密沉淀)工艺。

表26、某污水处理厂的设计的进出水水质指标

所述城市生活污水进入所述的市政污水的深度净化再生利用系统。所述的市政污水的深度净化再生利用系统包括一级处理装置(100)、物化净化装置(200)、催化电解净化装置(300)、还原池(400)、好氧净化装置(500)和污泥处理装置(600)。

所述的物化净化装置(200)是混凝沉淀净化装置。

污水依次进入一级处理装置(100)、混凝沉淀装置(200)、催化电解净化装置(300)、还原池(400)和好氧净化装置。

向所述混凝沉淀装置中先向污水中加入20％的氢氧化钠溶液将pH调9，再加入10％聚合铝(PAC)溶液混凝剂，加入量为12mg/L(以PAC计)，在转速为100转/分钟的条件下混凝反应后，按1mg/L加入助凝剂PAM在转速为20转/分钟的条件下反应后进入沉淀池分离，混凝沉淀出水水质如表27。

表27某城市污水处理厂某日高效沉淀处理处理后的水质指标

序号	项目	污水厂进水(mg/L)	高密出水(mg/L)	去除率(％)
					1	COD<sub>Cr</sub>	481.5	72.05	85.04
2	BOD<sub>5</sub>	206	66.51	67.71
					3	SS	200	15	92.50
4	动植物油	-	0.5
					5	石油类	-	0.3
6	总氮(以N计)	47.2	45.31	4.00
					7	氨氮(以N计)	42.7	40.09	6.11
8	总磷(以P计)	8	0.26	88.13
					9	溶解氧	-	2.5	-
10	色度(稀释倍数)	80	20	75.00
					11	pH	6～9	6-9	-

从表27可知，物化净化装置(200)(混凝沉淀)对SS、COD_Cr、BOD₅、总磷及动植油、石油类和色度均有较好的去除效果，但对氨氮和总氮的去除效果差。经过混凝沉淀后的污水进入催化电解深度净化装置(300)处理，处理后水体进入还原池(400)消除次氯酸钠，使水质还原，出水指标如表3。催化电解的电解机(310)的工作电压为36.5V，电流密度为11mA/cm²。电解主机工作时，同时按体积比万分之四加入12％的次氯酸钠溶液并通过管道混合器混均到污水中。

表28某污水经混凝沉淀和电解净化处理后的水质指标

序号	项目	混凝出水(mg/L)	净化出水(mg/L)	去除率(％)
					1	COD<sub>Cr</sub>	72.05	36.40	49.48
2	BOD<sub>5</sub>	66.51	未检出	-
					3	SS	15	6	60.00
4	动植物油	0.5	0.4	20
					5	石油类	0.3	0.2	33.33
6	总氮(以N计)	45.31	2.63	94.20
					7	氨氮(以N计)	40.09	0.72	97.21
8	总磷(以P计)	0.26	0.21	19.23
					9	溶解氧	2.5	8.91	-
10	色度(稀释倍数)	20	2	-
					11	pH	6～9	6～9	-

电解净化处理后的清水进入还原池(400)还原消除电解净化时产生的过量次氯酸钠，然后进入好氧净化装置进一步净化处理，净化后的水质如表5。

表29电解净化后的清水再经过好氧进一步净化后的出水水质指标

该污水处理厂连续运行7天的水质见表30。

表30某污水处理厂连续一周运行的水质指标记录表单位：(mg/L)

从表29可知，该污水经过本发明的一种市政污水的深度净化再生利用装置后的出水指标完全满足《地表水环境质量标准》(GB3838-2002Ⅲ类水质标准。从表30可知，尽管进水水质波动较大，但采用本发明的市政污水深度净化再生利用系统净化后的出水全部满足《地表水环境质量标准》(GB3838-2002类Ⅲ水质标准，出水水质稳定。

实施例8

采用本发明的生产工艺建设的某20000吨/日的市政污水处理厂，主要包括一级处理装置(100)、物化净化装置(200)、催化电解净化装置(300)、还原消除次氯酸钠装置(400)、曝气生物滤池(500)和污泥处理装置(600)。其中：一级处理装置(100)采用粗格栅+细格栅+旋流沉沙池工艺；物化净化采用超磁沉淀分离工艺；污泥脱水采用离心脱水工艺。该污水处理厂的特点是处理规模比较小，进水COD较低，氨氮和总氮较高，营养不平衡，若采用传统的AAO污水处理工艺，运行时必须不断投加碳源，不仅运行费用高，而且出水的总氮较高，不能满足出水总氮≤1mg/L的技术要求，此外，该项目处于城市中心，用地十分紧张。

表31某污水厂的设计进出水指标

所述污水进入所述市政污水的深度净化再生利用系统。上述系统包括一级处理装置(100)、物化净化装置(200)、催化电解净化装置(300)、还原消除次氯酸钠的还原池(400)、深度净化装置(500)和污泥处理装置(600)；所述的一级处理装置(100)是“粗格栅+细格栅+旋流沉沙池”；所述的物化净化装置(200)是超磁沉淀分离装置，所述深度净化装置是曝气生物滤池。

所述水体进入依次进入一级处理装置(100)、物化净化装置(200)、催化电解净化装置(300)、亚硫酸钠还原消除次氯酸钠的还原池(400)和曝气生物滤池。

向所述混凝沉淀装置(200)中先向污水中加入10％的氢氧化钠溶液将pH调9后加入20％PAC溶液，加入量为8mg/L，在转速为100转的条件下混凝反应后，按1mg/L加入助凝剂PAM在转速为20转的条件下反应后进入沉淀池分离，混凝沉淀出水水质如表32。

表32某污水经过超磁处理后的水质指标

经过超磁沉淀处理后的水体进入催化电解深度净化装置(300)处理，处理后水体进入还原池(400)进行还原，消除水体中的次氯酸钠，出水指标如表33。电解主机(310)的工作电压为5V，电流密度为150mA/cm²。电解主机工作时，同时按体积比的万分之六向污水中加入12％的次氯酸钠溶液并通过管道混合器混均。

表33某污水经市政污水经过超磁和催化电解深度净化后的水质指标

序号	项目	混凝出水(mg/L)	电解出水(mg/L)	去除率(％)
					1	COD	80.00	30.00	62.50
2	BOD	65.00	6	90.77
					3	SS	10	10	0.00
4	动植物油	0.3	0.3	0.00
					5	石油类	0.2	0.2	0.00
6	总氮(以N计)	45.01	3.00	93.33
					7	氨氮(以N计)	34.29	1.00	97.08
8	总磷(以P计)	0.3	0.20	33.33
					9	溶解氧	2.5	6.50	-
10	色度(稀释倍数)	30	5	83.33
					11	pH	7～9	7～9	-

经过电解净化净化处理后的水再经曝气生物滤池净化，净化后的出水水质如表34。

表34曝气生物滤池净化后的出水水质指标

从表34可知，再经生化净化处理后的出水指标达到《地表水环境质量标准》(GB3838-2002Ⅲ类水质标准。

该污水处理厂连续运行一周的水质见表35。

表35某市政污水厂连续运行一周的水质指标单位：mg/L

从表34可知，污水经过市政污水的深度净化再生利用系统(一级处理+超磁净化+催化电解深度净化+亚硫酸钠还原+曝气生物滤池)处理后的出水指标完全满足《地表水环境质量标准》(GB3838-2002Ⅲ类水质标准。从表35可知，采用该市政污水的深度净化再生利用系统运行稳定，出水水质指标完全符合《地表水环境质量标准》(GB3838-2002Ⅲ类水质标准。

上述说明示出并描述了本发明的优选实施例，如前所述，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述发明构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。

Claims

1.一种催化电解市政污水净化系统，其特征在于，包括一级处理装置、物化净化装置、催化电解净化装置、还原装置和污泥处理装置，其中，

所述一级处理装置包括依次连接的粗格栅、细格栅、沉砂池和提升泵，其中，所述粗格栅的输入口连通污水管网，所述提升泵的出水口与所述物化净化装置联通；

所述物化净化装置是气浮净化装置或混凝沉淀净化装置的一种，所述气浮净化装置包括依次连接的pH调节池、混凝池、助凝池、气浮池和中间水池，所述pH调节池的进水口与所述提升泵的出水口相连，所述气浮池的上部还设有浮渣出口，所述气浮池的下部设有清水出口，所述清水出口与所述中间水池的进水口连接，所述浮渣出口则与污泥泵联接；或所述混凝沉淀净化装置包括依次连接的pH调节池、混凝池、助凝池、沉淀池和中间水池，其中所述沉淀池的顶部设有上清液出口，所述上清液出口与所述中间水池的进水口连接，所述沉淀池的底部设有污泥出口，所述污泥出口与污泥泵联接；

所述催化电解净化装置包括电解机、脱气池、电解质投加装置和电极清洗装置，所述电解机的进水口与所述中间水池的出水口相连，所述脱气池的出水口与还原装置的进水管相连，还原装置的出水口与排水管联通并与所述气浮池或沉淀池的进水口之间还设有循环水泵，所述电解质投加装置安装于所述提升泵和所述电解机之间的管路上且所述电解质投加装置采用管道混合器与污水混合，所述电极清洗装置由酸洗溶液贮罐和酸洗溶液输送泵构成，所述酸洗溶液采用2％～3％盐酸溶液或者4％～5％的柠檬酸溶液；

所述还原装置包括进水管、安装在进水管上的管道混合器、布水器、还原剂溶液贮罐和还原剂溶液计量输送泵，所述还原装置套在所述脱气池内，所述进水管与所述脱气池的出水口联接，所述进水管由上至下与布设在所述还原装置池底的布水器联接，所述还原剂溶液贮罐通过所述还原剂溶液计量输送泵与所述进水管联通，所述还原剂溶液贮罐安装在所述管道混合器之前；

所述污泥处理装置包括污泥泵、污泥浓缩池、理化调节池、脱水机和污泥池，所述污泥泵的进口与所述物化净化装置的污泥出口连接；所述污泥泵的出口与所述污泥浓缩池的进口联接，所述污泥浓缩池的上部设有上清液出水口，所述污泥浓缩池的底部设有浓缩污泥出口；所述上清液出水口与所述物化净化装置的进水口联接，所述浓缩污泥出口与所述理化调节池的进口联接，所述理化调节池的出口则与脱水机联接，所述脱水机的出水口与所述物化净化装置的进水口联接，所述脱水机的出泥口与污所述泥池联接。

2.根据权利要求1所述的一种催化电解市政污水净化系统，其特征在于，所述的气浮净化装置是溶气气浮装置或浅层气浮装置的一种。

3.根据权利要求1或2任一所述的一种市政污水的催化电解净化系统，其特征在于，所述混凝沉淀净化装置是高效沉淀装置、磁混凝装置、超磁混凝沉淀装置的一种。

4.根据权利要求1所述的一种催化电解市政污水净化系统，其特征在于，所述脱气池的进水口与位于所述脱气池底部的布水器联接，所述脱气池上部的出水口与所述还原装置的进水管联接，所述脱气池的顶部还设有刮渣器和浮渣收集槽。

5.根据权利要求1所述的一种催化电解市政污水净化系统，其特征在于，所述混凝池包括混凝剂加药装置和混凝搅拌机，所述混凝剂加药装置中放置有质量比为1～20％的PAC溶液、硫酸铁溶液或三氯化铁溶液的一种；所述助凝池包括池体、助凝剂加料装置和搅拌机，所述助凝剂加料装置中贮藏有质量比为1～2‰的PAM溶液。

6.根据权利要求1所述的一种催化电解市政污水净化系统，其特征在于，所述物化净化装置还包括污泥回流泵，所述污泥回流泵的输入口与污泥口连通，所述污泥回流泵的输出口则与所述助凝池连通。

7.根据权利要求1所述的一种催化电解市政污水净化系统，其特征在于，所述污泥浓缩池为重力浓缩池，所述污泥泵的输出口与所述重力浓缩池的入口连通；所述重力浓缩池内包括由上至下的上层的清液区和下层的污泥浓缩区，所述上层的清液区的出水口用于连通所述物化净化装置，所述下层的污泥浓缩区与所述脱水机的进口连通。

8.根据权利要求1所述的一种催化电解市政污水净化系统，其特征在于，所述催化电解深度净化装置之后还可以有一个深度净化装置，所述深度净化装置是膜生物反应器、好氧净化装置或曝气生物滤池的一种；所述膜生物反应器由生物反应池体、曝气管、膜组件、曝气风机、反洗水管、出水口、污泥出口和消毒池构成，所述膜生物反应器的进水口与所述还原池的出水口联通，所述膜生物反应器的出水口与所述消毒池的进水口联通；所述好氧净化装置包括好氧池、曝气管、曝气风机、污水出口、污泥出口、二沉池和消毒池；所述好氧池的进水口与还原池的出水口联通，所述污水出口与所述二沉池的进水口联通，所述二沉池的出水口与所述消毒池的进水口联通；所述曝气生物滤池由生物滤池池体、曝气管、支架、滤料支撑层、滤料、集水槽、曝气风机、反洗进水箱和水管、反洗出水口和反洗出水水箱、污泥出口和消毒池构成，所述曝气生物滤的进水口与还原池的出水口联通，所述滤池出水口与所述消毒池的进水口联通。

9.一种催化电解市政污水净化方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)一级处理：市政污水依次通过粗格栅和细格栅过滤除去大颗粒固形物后输出并流入沉砂池内去除泥沙；

(2)物化净化：将所述步骤(1)的出水输入pH调节池内，加入30～100g/m³氢氧化钠或碳酸钠溶液并不断搅拌，搅拌速度为80～200r/min，混合时间为5～10min，将污水的pH调节至9～9.5，之后将调节后的污水送入混凝池中，通过混凝加药装置加入60～200g/m³混凝剂溶液并不断搅拌，搅拌速度为100～200r/min，混凝反应时间为3～6min；加入混凝剂后的出水输入助凝池，通过助凝加药装置加入PAM，加入PAM的重量与污水体积的关系为0.1～1g/m³，搅拌并反应3～10min，搅拌速度20～80r/min；所述助凝池的出水输入气浮池或沉淀池中进行固液分离，物化净化所得的污水清液输入至中间水池中，判断该步骤中助凝池内形成的沉淀量是否充足，若不足则开启污泥回流泵，部分污泥从所述气浮池或沉淀池回流入所述助凝池，促进絮状沉淀生成；所述物化净化步骤用以除去污水中95％以上的SS、80～95％的COD_Cr和BOD₅、95％以上的总磷和95％的色度。

(3)催化电解深度净化：将步骤(2)物化净化后输入于中间水池的清水经提升泵输送至电解机中电解深度净化，污水在所述电解机的停留30-210s，在污水进入所述电解机时，按体积比为0.3～1‰的比例加入10～12％的次氯酸钠并通过管道混合器混合均匀，一同输送至电解机中电解深度净化，所述电解机的工作电压为5～300V，电流密度为10～150mA/cm²；将电解所得的出水输送至脱气池中，停留时间为10～60min，之后将所述脱气池中的出水注入还原装置中，所述催化电解用以去除污水中99％的氨氮和98％的总氮，使催化电解处理后的出水的氨氮≤1mg/L，总氮≤3mg/L；

(4)还原：向所述还原装置中定量加入5～20％的亚硫酸钠溶液，使水体得到复原；

(5)污泥脱水：将经过步骤(1)和步骤(2)中一级处理和物化净化之后产生的污泥或浮渣输送至污泥浓缩池内进行重力浓缩，形成由上至下的上层的清液区和下层的污泥浓缩区；将所述上层的清液区的液体输送至物化净化装置中，将下层的污泥浓缩区的污泥输入至理化调节池中；在所述理化调节池内加入理化调理剂，再输送至脱水机内进行脱水处理，所述理化调理剂包括石灰、三氯化铁和聚合氯化铝。

10.根据权利要求9所述的一种催化电解市政污水净化方法，其特征在于，所述步骤(1)～(4)处理后还包括一个深度净化步骤；所述深度净化步骤是膜生物反应器净化、好氧净化或曝气生物滤池净化的一种；所述膜生物反应器净化是将经过步骤(4)处理后的水体输送至膜生物反应器中，进行生化处理和膜过滤，污水在滤池中的停留时间为150～210min；所述好氧净化是将经过步骤(4)处理后的水体输送至好氧池曝气4～6小时，利用好氧池中的好氧微生物去除水体中残余的氨氮、COD_Cr和BOD₅污染物，使水体得到深度净化；所述曝气生物滤池净化将经过还原除次氯酸钠后的水体输送曝气生物滤池中，进行生化处理，水体在曝气生物滤池装置中的停留时间为180～300min，利用曝气生物池中的微生物去除水体中残余的氨氮、COD_Cr和BOD₅污染物，使水体得到深度净化，所述深度净化是在步骤(1)至(3)的净化之后用MBR、好氧生化或曝气生物滤池去除水体中残余的COD_Cr、BOD₅、氨氮和总氮，使水体中的COD_Cr从50mg/L下降到20mg/L，BOD₅从20mg/L下降到4mg/L，总氮从3mg/L下降到1.0mg/L。

11.根据权利要求9或10所述的一种催化电解市政污水深度净化方法，其特征在于，所述步骤(1)～(4)所述的出水：pH为6～9、色度小于2、COD(化学需氧量)≤20mg/L、BOD5(五日生化需氧量)≤4mg/L、NH3-N(氨氮)≤1.0mg/L、总氮≤1.0mg/L、总磷(以P计)≤0.1mg/L、氟化物(以F-计)≤1.0mg/L、铜≤1.0mg/L、锌≤1.0mg/L、硒≤0.01mg/L、砷≤0.05mg/L、阴离子表面活性剂≤0.2mg/L、石油类≤0.05mg/L、粪大肠菌群≤3(个/L)、硫化物≤0.2mg/L、溶解氧≥5mg/L。