CN115108629B - 一种污水深度处理方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种污水深度处理方法及系统，所述方法包括以下步骤：(1)在污水中投加碳基生物菌剂，然后同时进行搅拌和曝气；所述碳基生物菌剂包括改性生物炭粉末、复合菌群和营养物质；(2)将步骤(1)处理过的污水通过MBR膜进行膜过滤，回收碳基载体和生物菌种用于步骤(1)的处理，膜过滤出水进入下一工艺段或直接排放。本发明将碳基生物菌剂与膜过滤工艺组合，是一种深度处理污水中难降解性COD的工艺技术，尤其适用于工业园区污水厂出水的深度处理，具有以下优点：难降解性有机物去除率高，出水COD低、出水水质好，微生物菌种富集生长快等特点。
Description
技术领域
本发明属于污水处理领域，特别提供了一种污水深度处理方法及系统。
背景技术
随着经济的快速发展，工业园区越来越多，各种工业废水以及生活污水在污染物数量以及种类方面都呈现出了明显的增加趋势，加之人们对环境保护观念的深入，对城镇污水处理厂污染物排放标准的提高，推进工业园区污水处理厂的深度处理和提标改造，实现更好的污水处理效果已经成为社会广泛关注的重点。
工业园区废水普遍存在具有水量大、水质不稳定、成分复杂、对微生物有毒害作用等特点，废水中含有大量难降解有机物，CODCr、氨氮、TDS也较高，对生化系统有强烈毒害和冲击性，生化系统处理能力下降，排水水质不达标。目前，工业园区污水厂深度处理主要采用臭氧、Fenton等高级氧化技术处理，吨水处理能耗较高，耗电量巨大，不利于污水厂节能降耗、低碳发展。而市场上的生物菌剂主要投加在生化池活性污泥系统中，有效菌种在活性污泥系统中很难成为优势菌，对难降解有机物的去除效率较低。
发明内容
发明目的：为了解决工业园区污水厂出水COD较高，水质差，深度处理能耗高等问题，本发明提供了一种污水深度处理方法及系统，可以在污水厂现有设施的基础上，将碳基高效生物菌和膜分离技术耦合，实现工业园区污水厂出水中难降解性有机物的去除，保证了出水的COD、氨氮、SS、总氮达到高标准的出水排放。
技术方案：本发明提供了一种污水深度处理方法，包括以下步骤：
(1)在污水中投加碳基生物菌剂，然后同时进行搅拌和曝气；所述碳基生物菌剂包括改性生物炭粉末、复合菌群和营养物质；
(2)将步骤(1)处理过的污水通过MBR膜进行膜过滤，回收碳基载体和生物菌种用于步骤(1)的处理，膜过滤出水进入下一工艺段或直接排放。
通过采用上述技术方案，将碳基生物菌剂投加到污水中，生物炭粉末吸附污水中难降解性有机物，通过搅拌、曝气提供充足氧气，复合生物菌群降解有机物，并且在生物炭载体上生长繁殖，最后再通过膜过滤将生物增效剂与污水分离，保证反应池中的生物炭载体、复合生物菌群不会随水流失。
优选的，步骤(1)中，所述污水是二沉池出水或二沉池之后的其他工艺段出水，指标包括如下：COD为30～100mg/L，氨氮为0～10mg/L，总氮为5～20mg/L，总磷为0.1～1.5mg/L。
优选的，步骤(1)中，所述改性生物炭粉末粒径为20～300μm，更优选50～100μm，改性后生物炭含有FeCl2/FeCl3盐；优选的，所述改性生物炭的制备方法包括如下步骤：将生物炭粉末在酸性FeCl2/FeCl3溶液中浸泡，浸泡后烘干，即得；生物炭粉末与FeCl2/FeCl3溶液质量比为10％～30％，FeCl2/FeCl3溶液中FeCl2/FeCl3浓度为8-12％，溶液pH在2-3。
优选的，所述复合菌群包括COD高效降解菌、硝化细菌和反硝化细菌；所述的COD降解菌包括诺卡氏菌、伯克氏菌属、绿脓假单胞菌、布鲁氏菌等菌种，对酚类、石油烃类、多环芳烃类、杂环类等有机物具有有效降解能力，所述复合菌群中各种菌有效活菌数均不低于2.0×109cfu/g；所述营养物质包括活化酶、多糖和谷氨酸，其中活化酶含量不低于5％，多糖含量不低于10％，谷氨酸含量不低于2％。
优选的，步骤(1)中，所述碳基生物菌剂投加量为0.5～10‰，更优选2～3‰。
优选的，步骤(1)中，所述进行搅拌和曝气的时间为2～12h，更优选6～8h。
优选的，步骤(2)中，所述的MBR膜选自平板膜或中空纤维膜；所述膜过滤通量为5～50L/m2.h，更优选10～15L/m2.h。
优选的，步骤(2)中，采用回流的形式回收碳基载体和生物菌种，回流比为50～300％，更优选50～100％。
本发明还提供了一种污水深度处理系统，包括反应池和膜池，所述反应池内设有与外部连接的进水管道、以及设于池底的搅拌系统和曝气系统，反应池还与外部的碳基生物菌剂投加装置连接；所述膜池内设有MBR膜组件，MBR膜组件与膜池外部的膜过滤气洗鼓风机和抽吸泵连接；所述反应池和膜池内部通过孔洞相通，底部通过设置在池外的回流泵连接。
作为优选方案，所述曝气系统包括曝气器和曝气鼓风机，所述曝气器位于反应池的底部，并且与反应池外部的曝气鼓风机连接。
所述反应池和膜池内部通过两者分界上的孔洞相通，孔洞位置不限，可以位于上部、中部或下部。
有益效果：本发明方法和系统尤其适用于工业园区污水处理厂高标准出水提标改造深度处理，具有以下优点：
1)在二沉池之后投加改性生物炭有助于针对污水中难降解性有机物吸附去除，为COD高效降解复合菌群提供充足碳源，有助于复合菌群快速生长繁殖，成为优势菌。生物炭负载的FeCl2/FeCl3盐不仅可以微生物反硝化提供电子，也可以去除污水中的总磷。
2)通过将定向筛选出的多种高效降解菌复合，可以高效降解去除污水中难降解性有机物，同时多种菌群可在生物炭上共生生长，在生物酶系统作用下协同降解，对有机物的降解更彻底，工业园区污水厂出水COD更低。
3)通过膜过滤系统，将生物炭载体和生物菌体截留，有助于微生物菌种的快速富集生长。
4)在污水厂尾水深度处理上，与利用高级氧化技术去除COD的方式相比，吸附加生物降解的方式更加低碳，能耗更低。
附图说明
图1为本发明污水处理系统结构示意图。
图2为本发明污水处理方法工艺流程图。
图3为本发明污水处理实例1中进出水COD数据。
具体实施方式
下面对本发明作出进一步说明。
实施例1
一种污水处理系统，如图1所示，包括反应池1和膜池2，反应池1内设有与外部连接的进水管道3、以及设于池底的搅拌系统4和曝气系统5，反应池1还与外部的碳基生物菌剂投加装置6连接；膜池2内设有MBR膜组件7，MBR膜组件7与膜池2外部的膜过滤气洗鼓风机8和抽吸泵9连接；反应池1和膜池2内部通过两者分界上的孔洞相通(孔洞位置不限，可以位于上部、中部或下部)，底部通过设置在池外的回流泵10连接。曝气系统5包括曝气器51和曝气鼓风机52，所述曝气器51位于反应池1的底部，并且与反应池1外部的曝气鼓风机52连接。
实施例2
一种污水处理方法，采用实施例1所述污水处理系统，方法包括以下步骤：
(1)在污水中投加碳基生物菌剂，然后同时进行搅拌和曝气；所述碳基生物菌剂包括改性生物炭粉末、复合菌群和营养物质；
(2)将步骤(1)处理过的污水通过MBR膜进行膜过滤，回收碳基载体和生物菌种用于步骤(1)的处理，膜过滤出水进入下一工艺段或直接排放。
步骤(1)中，所述污水是二沉池出水或其他二沉池之后的工艺段出水，指标包括如下：COD为30～100mg/L，氨氮为0～10mg/L，总氮为5～20mg/L，总磷为0.1～1.5mg/L。
步骤(1)中，所述改性生物炭粉末粒径为20～300μm，更优选50～100μm；改性生物炭的制备方法为：将生物炭粉末在酸性FeCl2/FeCl3溶液中浸泡2h，浸泡后在105℃烘干，生物炭粉末与FeCl2/FeCl3溶液质量比为20％，FeCl2/FeCl3溶液中FeCl2/FeCl3浓度为10％，溶液pH在2-3。所述复合菌群包括COD高效降解菌、硝化细菌和反硝化细菌；所述营养物质包括活化酶、多糖和谷氨酸。
步骤(1)中，所述碳基生物菌剂投加量为0.5～10‰，更优选2～3‰。
步骤(1)中，所述进行搅拌和曝气的时间(反应池水力停留时间)为2～12h，更优选6～8h。
步骤(2)中，所述的MBR膜选自平板膜或中空纤维膜；所述膜过滤通量为5～50L/m2.h，更优选10～15L/m2.h。
步骤(2)中，采用回流的形式回收碳基载体和生物菌种，回流比为50～300％，更优选50～100％。
采用上述污水处理系统和方法，处理污水实例1：
某工业园区污水厂，日处理量为40000m3/d，采用粗格栅+细格栅+曝气沉砂池+A2/O生化工艺+二沉池+高效沉淀池+滤布滤池+消毒外排的工艺处理。正常系统的出水COD为35～41mg/L浮动，近三个月的出水COD平均浓度为37mg/L，氨氮为3.7mg/L，总氮为12mg/L，总磷为0.4mg/L，而该污水厂面临污水提标排放的要求，需要达到《地表水环境质量标准》中的Ⅳ类水(COD≤30mg/L)排放标准。将该污水厂二沉池出水接入反应池，通过投加碳基生物菌剂，进行吸附降解处理，通过膜过滤最终出水排放。工艺运行方案如下表所示。
表1工艺运行方案
其处理方法中，改性生物炭为含有FeCl2/FeCl3盐的改性生物炭，其粉末粒径为50μm；所述复合菌群包括COD高效降解菌、硝化细菌和反硝化细菌；所述的COD降解菌包括诺卡氏菌、伯克氏菌属、绿脓假单胞菌和布鲁氏菌，所述复合菌群中各种菌有效活菌数均为5.0×109cfu/g；所述营养物质包括活化酶、多糖和谷氨酸，其中活化酶含量位10％，多糖含量为15％，谷氨酸含量为5％；
MBR膜选自平板膜或中空纤维膜；所述膜过滤通量为10L/m2.h。
回收碳基载体和生物菌种，回流比为100％。
出水如图1所示，共监测45天出水结果，第1-15天为菌种培养期，第1-2d出水COD较高，但是随着生物菌种不断生长繁殖，出水COD不断下降，第14天开始出水COD降至30mg/L以下，第16天继续投加1‰药剂以增加出水效果的稳定性。之后稳定运行20天，平均出水COD达到24.02mg/L，远低于排放标准，去除效果显著。
对照组1.1：按照上述实例1处理方法，将污水厂二沉池出水接入反应池，在反应池中投加碳基生物菌剂(与实例1中的碳基生物菌剂相比，不包含伯克氏菌属)，工艺运行方案不变，系统稳定运行后，出水平均COD在35.24mg/L。
对照组1.2：按照上述实例1处理方法，将污水厂二沉池出水接入反应池，在反应池中投加碳基生物菌剂(与实例1中的碳基生物菌剂相比，不包含绿脓假单胞菌)，工艺运行方案不变，系统稳定运行后，出水平均COD在34.88mg/L。
对照组1.3：按照上述实例1处理方法，将污水厂二沉池出水接入反应池，在反应池中投加碳基生物菌剂(与实例1中的碳基生物菌剂相比，不包含布鲁氏菌)，工艺运行方案不变，系统稳定运行后，出水平均COD在27.67mg/L。
上述结果表明，本发明采用的碳基生物菌剂，其中伯克氏菌属和绿脓假单胞菌两者之间存在协同增效作用，能显著降低出水平均COD(与实例1相比，不含有其他菌，如布鲁氏菌，出水平均COD增加较少，而不含伯克氏菌属或绿脓假单胞菌，则出水平均COD均显著增加)，同时配合其他多种菌种共生协同降解有机物时，COD去除率更高。
对照组1.4：按照上述实例1处理方法，将碳基生物菌剂投加到污水厂生化工艺池活性污泥系统，运行一段时间后，出水平均COD在36.54mg/L，说明碳基生物菌剂在活性污泥系统中难以生长成为优势菌，对出水COD的去除效率不高。
采用上述污水处理系统和方法，处理污水实例2：
某化工园区污水处理厂日处理量为20000m3/d，正常系统的出水COD为57.8mg/L左右，氨氮为2.7mg/L，总氮为15mg/L，总磷为0.37mg/L，，废水中难降解性有机物较多，导致出水COD较高。将该污水厂二沉池出水接入反应池，投加4‰的碳基生物菌剂，运行30d后，出水COD稳定在30.71mg/L，达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》一级A(COD≤50mg/L)标准。
其处理方法中，其处理方法中，改性生物炭为含有FeCl2/FeCl3盐的改性生物炭，其粉末粒径为50μm；所述复合菌群包括COD高效降解菌、硝化细菌和反硝化细菌；所述的COD降解菌包括诺卡氏菌、伯克氏菌属、绿脓假单胞菌和布鲁氏菌，所述复合菌群中各种菌有效活菌数均为5.0×109cfu/g；所述营养物质包括活化酶、多糖和谷氨酸，其中活化酶含量位10％，多糖含量为15％，谷氨酸含量为5％；。
反应池水力停留时间为10h。
MBR膜选自平板膜或中空纤维膜；所述膜过滤通量为12L/m2.h。
回收碳基载体和生物菌种，回流比为100％。
对照组2.1：按照上述实例2处理方法，将污水厂二沉池出水接入反应池，在反应池中投加碳基生物菌剂(与实例2中的碳基生物菌剂相比，不包含伯克氏菌属)，工艺运行方案不变，系统稳定运行后，出水平均COD在42.15mg/L左右。
对照组2.2：按照上述实例2处理方法，将污水厂二沉池出水接入反应池，在反应池中投加碳基生物菌剂(与实例2中的碳基生物菌剂相比，不包含绿脓假单胞菌)，工艺运行方案不变，系统稳定运行后，出水平均COD在41.78mg/L左右。
对照组2.3：按照上述实例2处理方法，将污水厂二沉池出水接入反应池，在反应池中投加碳基生物菌剂(与实例2中的碳基生物菌剂相比，不包含含布鲁氏菌)，工艺运行方案不变，系统稳定运行后，出水平均COD在34.38mg/L左右。
上述结果表明，本发明采用的碳基生物菌剂，其中伯克氏菌属和绿脓假单胞菌两者之间存在协同增效作用，能显著降低出水平均COD(与实例2相比，不含有其他菌，如布鲁氏菌，出水平均COD增加较少，而不含伯克氏菌属或绿脓假单胞菌，则出水平均COD均显著增加)，同时配合其他多种菌种共生协同降解有机物时，COD去除率更高。
对照组2.4：按照上述实例2处理方法，将碳基生物菌剂投加到污水厂生化工艺池活性污泥系统，运行一段时间后，出水COD在49.37mg/L，说明碳基生物菌剂在活性污泥系统中难以生长成为优势菌，对出水COD的去除效率不高。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (8)
1.一种污水深度处理方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）在污水中投加碳基生物菌剂，然后同时进行搅拌和曝气；所述碳基生物菌剂包括改性生物炭粉末、复合菌群和营养物质；所述污水是二沉池出水或二沉池之后的其他工艺段出水，指标包括如下：COD为30~100mg/L，氨氮为0~10mg/L，总氮为5~20mg/L，总磷为0.1~1.5mg/L；
所述改性生物炭粉末为粒径为20~300μm的改性生物炭，改性后生物炭含有FeCl2/FeCl3盐；所述改性生物炭的制备方法包括如下步骤：将生物炭粉末在酸性FeCl2/FeCl3溶液中浸泡，浸泡后烘干，生物炭粉末与FeCl2/FeCl3溶液质量比为10%~30%，FeCl2/FeCl3溶液中FeCl2/FeCl3浓度为8-12%，溶液pH在2-3；
所述复合菌群包括COD高效降解菌、硝化细菌和反硝化细菌，所述的COD高效降解菌包括诺卡氏菌、伯克氏菌属、绿脓假单胞菌和布鲁氏菌，所述复合菌群中各种菌有效活菌数均不低于2 .0×109cfu/g；
（2）将步骤（1）处理过的污水通过MBR膜进行膜过滤，回收碳基载体和生物菌种用于步骤（1）的处理，膜过滤出水进入下一工艺段或直接排放。
2.根据权利要求1所述的污水深度处理方法，其特征在于，步骤（1）中，所述营养物质包括活化酶、多糖和谷氨酸，其中活化酶含量不低于5%，多糖含量不低于10%，谷氨酸含量不低于2%。
3.根据权利要求1所述的污水深度处理方法，其特征在于，步骤（1）中，所述碳基生物菌剂投加量为0.5~10‰。
4.根据权利要求1所述的污水深度处理方法，其特征在于，步骤（1）中，所述进行搅拌和曝气的时间为2~12h。
5.根据权利要求1所述的污水深度处理方法，其特征在于，步骤（2）中，所述的MBR膜选自平板膜或中空纤维膜；膜过滤通量为5~50L/m2·h。
6.根据权利要求1所述的污水深度处理方法，其特征在于，步骤（2）中，采用回流的形式回收碳基载体和生物菌种，回流比为50~300%。
7.权利要求1-6任一项所述污水深度处理方法的专用污水深度处理系统，其特征在于，包括反应池（1）和膜池（2），所述反应池（1）内设有与外部连接的进水管道（3）、以及设于池底的搅拌系统（4）和曝气系统（5），反应池（1）还与外部的碳基生物菌剂投加装置（6）连接；所述膜池（2）内设有MBR膜组件（7），MBR膜组件（7）与膜池（2）外部的膜过滤气洗鼓风机（8）和抽吸泵（9）连接；所述反应池（1）和膜池（2）内部通过孔洞相通，底部通过设置在池外的回流泵（10）连接。
8.根据权利要求7所述的专用污水深度处理系统，其特征在于，所述曝气系统（5）包括曝气器（51）和曝气鼓风机（52），所述曝气器（51）位于反应池（1）的底部，并且与反应池（1）外部的曝气鼓风机（52）连接；所述反应池（1）和膜池（2）内部通过两者分界上的孔洞相通。
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