CN115140895A - 一种农村小流域水污染综合治理方法及其应用 - Google Patents

一种农村小流域水污染综合治理方法及其应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种农村小流域水污染综合治理方法，通过将待处理的污水通过包括有水处理滤料的过滤池进行粗过滤、聚氨酯海绵填料过滤、MBR膜反应、加入微生物活性成分进行污泥降解、沉淀、消毒处理的操作，可以有效降低污水中的漂浮物，同时降低污水中的氮含量、磷含量、重金属离子含量，增加对污泥的降解能力，减少污泥量，降低VOC含量，达到很好的污水处理效果。此外，本申请中的滤料失效后能够作为其他物质的原料二次利用，降低了环境污染，而且降低了污水处理的经济成本，而且处理工艺简单，尤其适用于农村小流域污水综合处理。

Description

一种农村小流域水污染综合治理方法及其应用
技术领域
本发明涉及的是小流域水污染的处理领域，C02F9/14，尤其涉及一种农村小流域水污染综合治理方法及其应用。
背景技术
我国对农村人居环境整治和乡村生态振兴越来越重视，其中，农村小流域水污染的治理更是治理的关键环节。生活水平的提高导致农村每年产生的污水总量仍在不断上涨。但是对于农村特定的污水处理技术并不完全成熟，我国农村污水的处理率不到10％，大量的农村污水未能够通过技术处理后得到有效利用，对居民的饮水安全以及农村的水生态系统都造成了一定的影响。农村小流域水污染主要由居民污水、农业生产污染，而农业生产则又包括种植业、养殖业、生活污染，导致污水的成分复杂。
专利CN202010814725.X公开了一种无动力农村生活污水净化处理系统及其治理方法，包括一级到四级生物池，具体包括多种生物填料池和滤料单元，其中四级生物池内还设有生物反应区、生物滤料单元、高位布水装置、中心筒，实现无需外加动力实现农村分散户生活污水净化处理，无需大量管沟开挖、管网敷设，维护简单，经济实惠，但其对降污水中的污泥的降解能力较弱。专利CN201910965140.5公开了一种城乡小流域污水处理方法及系统，通过将污水流进铺设有滤料的过滤池、收集滤料用以生产水泥，滤料包括砂岩、石灰石颗粒、炉渣和原煤，石灰使颗粒对应初级过滤区，其余滤料对应吸附沉淀区，形成有效的多级过滤，实现对污水中有害成分的物理吸附和化学反应脱毒，但其净化效果相对较弱。
发明内容
为了解决上述问题，本发明第一方面提供一种农村小流域水污染综合治理方法，包括如下步骤：
(1)将待处理的污水通过包括有水处理滤料的过滤池进行粗过滤；
(2)将步骤(1)处理后的小流域污水进行聚氨酯海绵填料过滤；
(3)将步骤(2)处理后的小流域污水进行MBR膜反应；
(4)将步骤(3)处理后的小流域污水，加入微生物活性成分进行污泥降解、沉淀，并收集污泥；
(5)将步骤(5)处理后的的小流域污水进行消毒处理，即可。
在一些优选的实施方式中，所述(1)中的过滤池还包括不同粗细的栅格。
在一些优选的实施方式中，所述栅格的厚度为30～50mm，栅格的孔径为20～30×20～30mm；优选地，所述栅格的厚度为30～50mm，栅格间的间隙为25×25mm。
在一些优选的实施方式中，所述(1)中的水处理滤料选自石英砂、陶粒、石灰石、火山岩、粉煤灰、炉渣、高碳量物质、农作物秸秆中的至少一种；优选地，所述(1)中的水处理滤料为石英砂、火山岩、粉煤灰和谷草秸秆。
在一些优选的实施方式中，所述石英砂、火山岩、粉煤灰和农作物秸秆的重量比为1：(0.7～1.8)：(2～3)：(1～2.5)；优选地，所述石英砂、火山岩、粉煤灰和农作物秸秆的重量比为1：0.9：2.4：1.7。
在一些优选的实施方式中，所述石英砂的粒径范围为0.5～10mm，孔隙率为35～60％，磨损率为0.01～0.5％；优选地，所述石英砂的粒径范围为1～2mm，孔隙率为43～47％，磨损率为0.03％。
在一些优选的实施方式中，所述火山岩的粒径范围为1～25mm，孔隙率为20～50％，吸附率为93～99％；优选地，所述火山岩的粒径范围为2～20mm，孔隙率为40％，吸附率为96％。
在一些优选的实施方式中，所述粉煤灰的保水率为2～7％，密度为1.5～2.5g/cm3；优选地，所述粉煤灰的保水率为4％，密度为2.1g/cm3。
在一些优选的实施方式中，所述谷草秸秆选自小麦秸秆、玉米秸秆、水稻秸秆中的至少一种；优选地，所述谷草秸秆为小麦秸秆、玉米秸秆、水稻秸秆。
在一些优选的实施方式中，所述小麦秸秆、玉米秸秆、水稻秸秆的重量比为1：(1～2)：(0.5～1.7)；优选地，所述小麦秸秆、玉米秸秆、水稻秸秆的重量比为1：1：1。
所述谷草秸秆的粒径范围为1～10mm；优选地，所述谷草秸秆的粒径范围为2～3mm。
本申请热发现采用石砂岩、火山岩、粉煤灰和谷草秸秆作为滤料，吸附能力强，能够吸附污水中的杂质和重金属离子，有效提高滤率速，增加单位面积出水量，成倍提高截污能。可能是因为三者均为多孔结构，能够对颗粒物质进行物理吸附，将污水中的悬浮物阻拦下来，而且粉煤灰中还具有大量的吸附活性位点和较大比表面积，生物秸秆中含有大量的含碳有机物，能够促进对污水中杂质的絮凝作用和对金属离子、氟、磷等物质具有一定的吸附作用。特别是当重量比为1：(0.7～1.8)：(2～3)：(1～2.5)时，三种协同作用，充分利用物理吸附与化学吸附可以进一步增强其对大颗粒杂质的吸附能力，同时增加去重金属离子、有机物的去除作用。若粉煤灰含量过多会导致其中含有的有害元素的析出，进而会导致污水质量变差。
在一些优选的实施方式中，所述(2)中聚氨酯海绵填料的堆积比重为10～25kg/m3，比表面积为30000～40000m2/m3；优选地，所述(2)中聚氨酯海绵填料的堆积比重为10～25kg/m3，比表面积为30000～40000m2/m3。
但是滤料的杂质负载能力有限。本申请人发现将滤料处理后的污水通过聚氨酯海绵填料中，能够进一步增加其过滤效率，同时能够增加污水中的有益微生物。推测可能是，本申请中选用的聚氨酯海绵填料中含有多种亲水性基团，能够与微生物中的活性肽链基团通过共价键或离子键等多种作用力结合将有益微生物及生物酶固定，进而增加了对污水的生物净化作用。特别是选择堆积比重为10～25kg/m3，比表面积为30000～40000m2/m3的聚氨酯海绵填料，大孔与微孔相结合，大孔能够保持良好的气、液、固的接触条件，微孔中的活性基团进行化学固定作用，实现污水、空气和生物膜掺混接触交换，生物膜大量地在微生物载体内坐床，而且在水流作用下聚氨酯海绵填料会切割为更小的气泡，增加了氧的利用率，从而增加了对磷、氮、重金属离子、有机物的去除率。
在一些优选的实施方式中，所述MBR膜的材料选自陶瓷膜、聚乙烯(PE)、聚偏氟乙烯(PVDF)、聚苯乙烯(PS)中的一种或多种；优选地，所述MBR膜的材料为PVDF。
在一些优选的实施方式中，所述MBR膜的平均孔径为20～500nm，膜丝内径为0.5～5mm，膜丝外径为1～10mm；优选地，所述MBR膜的平均孔径为50nm，膜丝内径为0.8mm，膜丝外径为2.3mm。
在一些优选的实施方式中，所述MBR膜的运行流量范围为10～40LMH，反洗流量范围为15～60LMH，运行跨膜压差为0～0.5MPa；优选地，所述MBR膜的运行流量范围为15～25LMH，反洗流量范围为25～50LMH，运行跨膜压差为0～0.03MPa。
在一些优选的实施方式中，所述(4)中微生物活性成分的制备原料包括：30～60重量份含碳物料、50～80总量份微生物组合物。
在一些优选的实施方式中，所述含碳物料选自活性炭、动物粪便、农作物秸秆、森林凋落物、草原残落物中的至少一种；优选地，所述含碳物料为活性炭和农作物秸秆。
在一些优选的实施方式中，所述活性炭和农作物秸秆的重量比为1：(0.2～1.2)；优选地，所述活性炭和农作物秸秆的重量比为1：0.4。
在一些优选的实施方式中，所述活性炭选自粉状活性炭、粒状活性炭中的至少一种；优选地，所述活性炭为粒状活性炭；进一步优选地，所述活性炭为柱状粒状活性炭。
在一些优选的实施方式中，所述柱状粒状活性炭的粒径范围为1～12mm，总孔容积＞0.5cm3/g，充填密度为0.2～0.75g/cm3；优选地，所述圆柱状粒状活性炭的粒径范围为1.5～8mm，总孔容积＞0.5cm3/g，充填密度为0.35～0.55g/cm3。
在一些优选的实施方式中，所述农作物秸秆的粒径范围为0.5～7mm；优选地，所述谷草秸秆的粒径范围为1～2mm。
在一些优选的实施方式中，所述微生物组合物中的菌种包括微生物光合菌、根瘤菌、枯草杆菌、固氮菌、纳豆菌。
在一些优选的实施方式中，所述微生物光合菌、根瘤菌、枯草杆菌、固氮菌、纳豆菌的重量比为1：(0.7～1.4)：(0.8～1.7)：(1～1.6)：(1.5～2.4)；优选地，所述微生物光合菌、醋杆菌、枯草杆菌、固氮菌、纳豆菌的重量比为1：0.8：1.3：1.4：2.1。
在一些优选的实施方式中，所述(4)中微生物活性成分的制备方法为：
S1.将含碳物料在70～100℃的高温下进行杀菌1～5h；
S2.将微生物组合物中的菌种接种于培养皿中进行培养，然后依次加入N-(膦酰基甲基)甘胺酸异丙胺盐，使其终浓度分别为80mg/L、150mg/L、300mg/L、600mg/L，并在培养箱中25℃振动培养36h～48h，最后在35℃下振动发酵48h，得到微生物组合物；
S3.将S1得到的物质和S2得到的物质混合搅拌即得。
在一些优选的实施方式中，所述(4)中加入微生物活性成分的反应时间为2～24h；优选地，所述(4)中加入微生物活性成分的反应时间为6h。
通过对小流域污水中的过滤还是会存在有机物降解能力弱的问题。本申请人发现在上述体系中加入特定的微生物活性成分能够增加对污泥中有机物的降解能力，特别是当微生物活性成分为一定重量份的含碳物料和微生物组合物时，通过将高温灭菌后的含碳物料与发酵的微生物组合物混合，能够协同作用，在无氧、厌氧环境中利用污泥中的有机物进行光合作用，固定空气中的氮，产生多种抑制致弧菌、大肠杆菌和杆状病毒等有害微生物的活性成分，进而提高小流域中的微生物的生存环境，增加其营养组分，达到降低污泥量、磷含量、氮含量的效果，同时还能够去除污水的臭味，减少了处理操作过程。
在一些优选的实施方式中，所述(5)中的消毒处理通过添加消毒试剂完成。
在一些优选的实施方式中，所述消毒试剂选自液氯、次氯酸钠、铝片、漂白粉、漂粉精中的至少一种；优选地，所述消毒试剂为次氯酸钠；进一步优选地，所述消毒试剂4～10mg/L。
本发明第二方面提供一种农村小流域水污染综合治理方法的应用，用于农村小流域污水综合治理。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
(1)本申请中通过将待处理的污水通过包括有水处理滤料的过滤池进行粗过滤、聚氨酯海绵填料过滤、MBR膜反应、加入微生物活性成分进行污泥降解、沉淀、消毒处理的操作，可以有效降低污水中的漂浮物，同时降低污水中的氮含量、磷含量、重金属离子含量，增加对污泥的降解能力，减少污泥量，降低VOC含量，达到很好的污水处理效果。
(2)本申请中的滤料失效后能够作为其他物质的原料二次利用，降低了环境污染，而且降低了污水处理的经济成本，而且处理工艺简单，尤其适用于农村小流域污水综合处理。
具体实施方式
实施例1
1、一种农村小流域水污染综合治理方法，包括如下步骤：
(1)将待处理的污水通过包括有水处理滤料的过滤池进行粗过滤；
(2)将步骤(1)处理后的小流域污水进行聚氨酯海绵填料过滤；
(3)将步骤(2)处理后的小流域污水进行MBR膜反应；
(4)将步骤(3)处理后的小流域污水，加入微生物活性成分进行污泥降解、沉淀，并收集污泥；
(5)将步骤(5)处理后的的小流域污水进行消毒处理，即可。
所述(1)中的过滤池还包括不同粗细的栅格。
所述栅格的厚度为30～50mm，栅格间的间隙为25×25mm。
所述(1)中的水处理滤料为石英砂、火山岩、粉煤灰和谷草秸秆。
所述石英砂、火山岩、粉煤灰和农作物秸秆的重量比为1：0.9：2.4：1.7。
所述石英砂的粒径范围为1～2mm，孔隙率为43～47％，磨损率为0.03％(购自河南弘之源净水材料有限公司)。
所述火山岩的粒径范围为2～20mm，孔隙率为40％，吸附率为96％(购自河南百源环保科技有限公司)。
所述粉煤灰的保水率为4％，密度为2.1g/cm3(购自灵寿县鼎旺矿产品加工厂)。
所述谷草秸秆为小麦秸秆、玉米秸秆、水稻秸秆(均购自灵寿县信德农产品有限公司)。
所述小麦秸秆、玉米秸秆、水稻秸秆的重量比为1：1：1。
所述谷草秸秆的粒径范围为2～3mm。
所述(2)中聚氨酯海绵填料的堆积比重为10～25kg/m3，比表面积为30000～40000m2/m3(购自江苏艾勤环保科技有限公司，型号DK-40)。
所述MBR膜的材料为PVDF。
所述MBR膜的平均孔径为50nm，膜丝内径为0.8mm，膜丝外径为2.3mm。
所述MBR膜的运行流量范围为15～25LMH，反洗流量范围为25～50LMH，运行跨膜压差为0～0.03MPa(杭州瑞滤膜科技有限公司，RENO-RF20)。
所述(4)中微生物活性成分的制备原料包括：45重量份含碳物料、65重量份微生物组合物。
所述含碳物料为活性炭和农作物秸秆。
所述活性炭和农作物秸秆的重量比为1：0.4。
所述活性炭为柱状粒状活性炭。
所述圆柱状粒状活性炭的粒径范围为1.5～8mm，总孔容积＞0.5cm3/g，充填密度为0.35～0.55g/cm3(购自江苏志胜炭业科技有限公司)。
所述谷草秸秆的粒径范围为1～2mm。
所述微生物组合物中的菌种包括微生物光合菌、根瘤菌、枯草杆菌、固氮菌、纳豆菌。
所述微生物光合菌购自武汉丰甜生物科技有限公司，根瘤菌购自宁波明舟生物科技有限公司，枯草杆菌购自山东益昊生物科技有限公司，固氮菌购自保罗蒂姆汉(潍坊)生物科技有限公司，纳豆菌购自中山市纳豆微生物制品有限公司。
所述微生物光合菌、醋杆菌、枯草杆菌、固氮菌、纳豆菌的重量比为1：0.8：1.3：1.4：2.1。
所述(4)中微生物活性成分的制备方法为：
S1.将含碳物料在80℃的高温下进行杀菌2h；
S2.将微生物组合物中的菌种接种于培养皿中进行培养，然后依次加入N-(膦酰基甲基)甘胺酸异丙胺盐，使其终浓度分别为80mg/L、150mg/L、300mg/L、600mg/L，当其浓度为80mg/L时在培养箱中25℃振动培养36h，其余每个浓度加入后分别培养48h，最后在35℃下振动发酵48h，得到微生物组合物；
S3.将S1得到的物质和S2得到的物质混合搅拌即得。
所述(4)中加入微生物活性成分的反应时间为6h。
所述(5)中的消毒处理通过添加消毒试剂完成。
所述消毒试剂为次氯酸钠；所述消毒试剂5mg/L。
2、一种农村小流域水污染综合治理方法的应用，用于农村小流域污水综合治理。
实施例2
1、一种农村小流域水污染综合治理方法，与实施例1的不同之处在于：
所述(4)中微生物活性成分的制备原料包括：50重量份含碳物料、60微生物组合物。
2、一种农村小流域水污染综合治理方法的应用，用于农村小流域污水综合治理。
对比例1
1、一种农村小流域水污染综合治理方法，与实施例1的不同之处在于：
所述石英砂、火山岩、粉煤灰和农作物秸秆的重量比为1：0.9：1.5：1.7。
2、一种农村小流域水污染综合治理方法的应用，用于农村小流域污水综合治理。
对比例2
1、一种农村小流域水污染综合治理方法，与实施例1的不同之处在于：
所述聚氨酯海绵填料购自河南双欣环保科技有限公司。
2、一种农村小流域水污染综合治理方法的应用，用于农村小流域污水综合治理。
对比例3
1、一种农村小流域水污染综合治理方法，与实施例1的不同之处在于：
所述微生物光合菌、醋杆菌、枯草杆菌、固氮菌、纳豆菌的重量比为1：0.8：1.3：1.4：1。
2、一种农村小流域水污染综合治理方法的应用，用于农村小流域污水综合治理。
性能测试
1、除磷率：根据标准《GB11893-1989-水质总磷的测定钼酸铵分光光度法》测定采用实施例及对比例的方法对常州农村小流域进行处理后的除磷率。
2、总氮去除率：根据标准《HJ 636-2012-水质总氮的测定碱性过硫酸钾消解紫外分光光度法》测定采用实施例及对比例的方法对常州农村小流域进行处理后的总氮去除率。
3、污泥去除率：试验时称量700克污泥和700ml淤泥，分别加入常州农村小流域污水1800mL混合均匀后装入有刻度的3000mL的圆柱玻璃筒内，静置1小时，记录污泥沉淀后的高度均为700mL刻度处，观察采用实施例及对比例的方法对其进行处理后的污泥高度，处理时间为3天，并计算污泥去除率。
表1实施例及对比例性能测试结果
实施例1 实施例2 对比例1 对比例2 对比例3
除磷率(％) 98.4 98.1 94.1 95.2 92.8
总氮去除率(％) 92.7 92.5 87.7 86.6 88.6
污泥去除率(％) 42.5 42.4 38.8 39.7 29.5

Claims (10)

1.一种农村小流域水污染综合治理方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)将待处理的污水通过包括有水处理滤料的过滤池进行粗过滤；
(2)将步骤(1)处理后的小流域污水进行聚氨酯海绵填料过滤；
(3)将步骤(2)处理后的小流域污水进行MBR膜反应；
(4)将步骤(3)处理后的小流域污水，加入微生物活性成分进行污泥降解、沉淀，并收集污泥；
(5)将步骤(5)处理后的的小流域污水进行消毒处理，即可。
2.根据权利要求1所述的一种农村小流域水污染综合治理方法，其特征在于，所述(1)中的水处理滤料选自石英砂、陶粒、石灰石、火山岩、粉煤灰、炉渣、高碳量物质、农作物秸秆中的至少一种。
3.根据权利要求1或2所述的一种农村小流域水污染综合治理方法，其特征在于，所述(1)中的水处理滤料为石英砂、火山岩、粉煤灰和谷草秸秆；
所述石英砂、火山岩、粉煤灰和农作物秸秆的重量比为1：(0.7～1.8)：(2～3)：(1～2.5)。
4.根据权利要求1所述的一种农村小流域水污染综合治理方法，其特征在于，所述(2)中聚氨酯海绵填料的堆积比重为10～25kg/m3，比表面积为30000～40000m2/m3。
5.根据权利要求1所述的一种农村小流域水污染综合治理方法，其特征在于，所述MBR膜的材料选自陶瓷膜、聚乙烯(PE)、聚偏氟乙烯(PVDF)、聚苯乙烯(PS)中的一种或多种。
6.根据权利要求1所述的一种农村小流域水污染综合治理方法，其特征在于，所述(4)中微生物活性成分的制备原料包括：30～60重量份含碳物料、50～80总量份微生物组合物。
7.根据权利要求6所述的一种农村小流域水污染综合治理方法，其特征在于，所述含碳物料选自活性炭、动物粪便、农作物秸秆、森林凋落物、草原残落物中的至少一种。
8.根据权利要求6所述的一种农村小流域水污染综合治理方法，其特征在于，所述微生物组合物中的菌种包括微生物光合菌、根瘤菌、枯草杆菌、固氮菌、纳豆菌。
9.根据权利要求8所述的一种农村小流域水污染综合治理方法，其特征在于，所述微生物光合菌、根瘤菌、枯草杆菌、固氮菌、纳豆菌的重量比为1：(0.7～1.4)：(0.8～1.7)：(1～1.6)：(1.5～2.4)。
10.一种根据权利要求1-9任一项所述的农村小流域水污染综合治理方法的应用，其特征在于，用于农村小流域污水综合治理。
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