CN117185465A - 一种改善活性污泥沉降性的复合粉末载体、污水处理系统和工艺 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种改善活性污泥沉降性的复合粉末载体、污水处理系统和工艺，涉及污水处理领域。该复合粉末载体的原料包括质量比为1：10～20的非金属矿物和改性粉末活性炭，改性粉末活性炭是由粉末活性炭依次经酸改性和碱改性得到的。将改性粉末活性炭与非金属矿物复配时，两者可以均匀吸附、紧密结合，同时比重较大的非金属矿物能够使得复合粉末载体在沉淀区较好地沉降，确保固液分离效果优良。两者复配同时保证了粉末活性炭在生物系统中的保留能力和与污泥絮凝体的结合能力，依靠复合粉末载体具有较大的孔隙率、比表面积和比重，以及较高的微生物亲和性，使其更易与活性污泥微生物絮体相结合，增加絮体的密度，实现对活性污泥沉降性能的改善。

Description

一种改善活性污泥沉降性的复合粉末载体、污水处理系统和 工艺

技术领域

本发明涉及污水处理领域，具体涉及一种改善活性污泥沉降性的复合粉末载体、污水处理系统和工艺。

背景技术

活性污泥法是目前城市污水厂最常用的污水生物处理技术，具有投资节省、处理效率高、适应性强的优点。但在实际运行过程中，活性污泥性能容易出现波动，导致污水厂运行效果受影响，出水水质变差，同时也大大降低污水厂运行效能。

随着污水处理厂出水排放标准和节能降耗要求日益严格，有必要增大生化污泥浓度增值，间接增大污水厂运行容积，提高污水厂活性污泥去除污染物效率和泥水分离效果，使污水厂在成本较低的情况下保证出水稳定达标。同时，解决污水厂应对日益增加的处理能力不足的问题刻不容缓。

在曝气池内利用活性污泥中微生物的新陈代谢将污水中污染物去除和在二沉池内实现快速的泥水分离是活性污泥法的两个核心问题，前者主要依赖高浓度污泥，后者则需要污泥沉降性较好。同时，活性污泥浓度上限在一定程度上由二沉池内污泥沉降性决定。因此，改善污泥沉降性是提升活性污泥法处理污水效果的有效途径。

在不对原有工艺进行更改的基础上，改善污泥沉降性的途径有降低内回流污泥浓度、投加药剂等方法。投加药剂改善污泥沉降性一般指向污泥中投加絮凝剂，使污泥中的悬浮颗粒和胶体颗粒在电解质的作用下，中和污泥表面电荷，降低或消除污泥之间的排斥力，使污泥颗粒结合在一起，达到污泥沉降性改善的目的。

粉末活性炭(PAC)是目前改善污泥沉降性能的一种常用絮凝剂，例如在粉末活性炭强化活性污泥(PAC-AS)工艺中，PAC可以间歇或连续地加入曝气池，在曝气池内与回流污泥充分混合曝气，PAC污泥在二沉池固液分离后回流入生化处理系统。一些研究者认为，颗粒活性炭(GAC)比PAC更适合作为微生物载体，因为GAC相比PAC更易保留在生物系统中，利用PAC作为微生物载体时需要更高的投加量，甚至还需增加PAC分离和回收操作。但是PAC相较于GAC能够与污泥絮凝体更紧密结合，尽管投加量和补加量较大，也还是得到了更加广泛的应用。

如何同时保证粉末活性炭在生物系统中的保留能力和与污泥絮凝体的结合能力，进一步综合改善活性污泥的沉降性能，成为本领域亟待解决的技术问题。

发明内容

因此，本发明的目的在于同时保证粉末活性炭在生物系统中的保留能力和与污泥絮凝体的结合能力，提升粉末活性炭对活性污泥沉降性能的改善作用，从而提供一种改善活性污泥沉降性的复合粉末载体及其制备方法，还提供了利用该复合粉末载体的污水处理系统和工艺。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

第一方面，本发明提供一种改善活性污泥沉降性的复合粉末载体，原料包括质量比为1：10～20的非金属矿物和改性粉末活性炭，所述改性粉末活性炭是由粉末活性炭依次经酸改性和碱改性得到的。

进一步地，所述复合粉末载体的粒径为30～75微米；所述非金属矿物包括硅藻土、膨润土、高岭土中的至少一种；所述非金属矿物和改性粉末活性炭的质量比为1：10。

进一步地，所述改性粉末活性炭的制备方法包括以下步骤：

将粉末活性炭和硝酸溶液混合，恒温振荡，过滤，洗涤沉淀至中性，烘干，得到酸改性粉末活性炭；

将所述酸改性粉末活性炭和氨水溶液混合，恒温振荡，过滤，洗涤沉淀至中性，烘干，得到二次改性的粉末活性炭。

进一步地，所述硝酸溶液的浓度为2.4mol/L；按照g/mL计，所述粉末活性炭和硝酸溶液的质量体积比为1：5；

所述氨水溶液的浓度为2.5mol/L；按照g/mL计，所述酸改性粉末活性炭和氨水溶液的质量体积比为1：5；

所述恒温振荡的条件为：在23℃下振荡10～12h；所述烘干的条件为：在103～110℃下烘干20～24h。

第二方面，本发明提供所述的改善活性污泥沉降性的复合粉末载体的制备方法，包括以下步骤：将所述非金属矿物和改性粉末活性炭按比例快速混合均匀，优选的，采用干式搅拌机进行快速搅拌，所述快速搅拌的条件为：搅拌速度50～100r/min，搅拌时间30～50min。

第三方面，本发明提供一种改善活性污泥性能的污水处理系统，包括：污水生化处理区，所述污水生化处理区设置复合粉末载体投加点，所述复合粉末载体投加点内设置所述的复合粉末载体或者所述的制备方法得到的复合粉末载体。

进一步地，所述的改善活性污泥性能的污水处理系统还包括：

沉淀区，与所述污水生化处理区的出水端相连；

污泥收集区，分别与所述沉淀区的排泥端和污水生化处理区相连；

剩余污泥筛选设备，分别与所述污泥收集区和污水生化处理区相连；

污泥沉降性在线监测设备，与所述污水生化处理区的出水端相连。

进一步地，所述污水生化处理区包括依次连接的厌氧区、缺氧区和好氧区，所述厌氧区、缺氧区和好氧区均设置所述复合粉末载体投加点，所述污泥收集区和剩余污泥筛选设备均与所述厌氧区相连，所述污泥沉降性在线监测设备与所述好氧区相连。

进一步地，所述剩余污泥筛选设备为一个旋流器或者至少两个并联的旋流器。

进一步地，所述污泥沉降性在线监测设备包括：黑箱，内部形成黑暗的容纳空间；沉降容器，设置于所述黑箱内，具有进样口和出样口；图像采集装置，设置于所述黑箱内；取样装置，包括与所述进样口连通的进样管路、与所述出样口连通的出样管路、设置在所述进样管路上的蠕动泵和进样电磁阀、设置在所述出样管路上的出样电磁阀，所述进样电磁阀位于所述蠕动泵与进样口之间；数据处理与控制装置，分别与所述图像采集装置、蠕动泵、进样电磁阀、出样电磁阀通信连接。

进一步地，所述污泥沉降性在线监测设备中：所述沉降容器上开设有溢流口，所述沉降容器位于所述溢流口下方的体积等于其取样体积；所述溢流口连接有溢流管，所述溢流管延伸至所述黑箱外；所述沉降容器选择透明无刻度的量筒，其顶部敞开形成进样口，底部开设有出样口；所述图像采集装置的镜头中轴线与所述沉降容器取样容积的二分之一处位于同一水平面上；所述数据处理与控制装置为工业计算机；所述图像采集装置为摄像头；所述进样电磁阀和/或出样电磁阀包括依次连接的数据采集卡、电磁继电器和阀门，所述数据采集卡和所述数据处理与控制装置通信连接。

进一步地，所述污泥沉降性在线监测设备还包括：废水收集槽，与所述出样管路连通；照明装置，设置于所述黑箱内。

第四方面，本发明提供一种改善活性污泥性能的污水处理工艺，包括：向污水生化处理区投加所述的复合粉末载体或者所述的制备方法得到的复合粉末载体。

进一步地，所述的改善活性污泥性能的污水处理工艺，采用所述的系统，所述工艺包括以下步骤：

将待处理污水通入所述污水生化处理区进行生化处理，通过所述复合粉末载体投加点向所述污水生化处理区内投加复合粉末载体，所述污泥沉降性在线监测设备对所述污水生化处理区内活性污泥的沉降性进行分析；

所述污水生化处理区的出水进入所述沉淀区进行泥水分离，底部污泥进入所述污泥收集区；

所述污泥收集区的部分污泥回流至所述污水生化处理区，部分作为剩余污泥外排，部分进入所述剩余污泥筛选设备；

所述剩余污泥筛选设备对污泥进行筛选，筛选出的活性污泥回流至所述污水生化处理区，其余污泥作为剩余污泥外排，

优选的，所述污泥收集区的污泥按照进水的5％～10％比例进入所述剩余污泥筛选设备；以所述污水生化处理区的污水处理量计，所述复合粉末载体的每次投加量为30～80mg/L。

优选的，在系统运行初期，待厌氧区、缺氧区、好氧区充满后，每天向厌氧区、缺氧区、好氧区投加复合粉末载体，投加量分别为30mg/L、20mg/L、20mg/L，连续投加至少一周。

本发明技术方案，具有如下优点：

1.本发明提供的改善活性污泥沉降性的复合粉末载体，原料包括非金属矿物和改性粉末活性炭，改性粉末活性炭是由粉末活性炭依次经酸改性和碱改性得到的。

粉末活性炭通过酸碱溶剂二次改性，可以改变其的孔道结构和表面化学性质：一方面，酸碱溶剂通过氧化和侵蚀作用去除活性炭灰分呈现更多孔道，到达造孔效果，进一步增大活性炭比表面积和吸附性能；另一方面，酸碱改性最主要目的是改变活性炭表面化学性质，先通过酸改性，改变活性炭表面官能团，增加含氧官能团，使其亲水性更好，能和生化处理区混合液更好地混合，再对酸改性后的粉末活性炭进行碱改性，目的是进一步丰富活性炭表面官能团，增加含氮官能团，使活性炭带正电荷，与带负电荷的微生物更好结合，同时碱改性可以弱化经过酸处理后的极性，与非极性的非金属矿物更易混合均匀。

改性粉末活性炭具有非常大的比表面积，赋予其强大的吸附性能，将改性粉末活性炭与非金属矿物复配时，两者可以均匀吸附、紧密结合，同时比重较大的非金属矿物能够使得复合粉末载体在沉淀区较好地沉降，确保固液分离效果优良。

也即，本发明采用非金属矿物和改性粉末活性炭复配，同时保证粉末活性炭在生物系统中的保留能力和与污泥絮凝体的结合能力，依靠复合粉末载体具有较大的孔隙率、比表面积和比重，以及较高的微生物亲和性，使其更易与活性污泥微生物絮体相结合，增加絮体的密度，进而实现其对活性污泥沉降性能的改善作用。

本发明提供的复合粉末载体原料易得，成本更低，且不产生二次污染，在污水厂运行初期应用，向含有泥和水的污水生化处理区内，间歇、少量、多次投加该复合粉末载体即可。并且该复合粉末载体回流性能好，可以随活性污泥一起回流到污水生化处理区继续发挥作用，无需设置单独的粉末载体回收设备。

2.本发明提供的改善活性污泥性能的污水处理系统/工艺，在污水生化处理区设置复合粉末载体投加点，在复合粉末载体投加点内设置本发明提供的复合粉末载体。相对于其他异位提标改造相关技术，复合粉末载体诱导改善活性污泥系统/工艺可以在不改变原有污水厂工艺的基础上进行，对污水厂的应用性较广，所有的城镇污水厂都适用。这也使得该系统/工艺对污水厂改造更小、成本更低，同时可以使水厂的污泥浓度增值、污水处理厂容积扩容处理，满足提标改造的需求。

3.本发明提供的改善活性污泥性能的污水处理系统/工艺，优选采用剩余污泥筛选设备(如旋流器)进一步强化污泥活性，使得活性较好的污泥回流至污水生化处理区，其余的作为剩余污泥外排。

4.本发明提供的改善活性污泥性能的污水处理系统/工艺，优选采用污泥沉降性在线监测设备实时自动化测量生物处理区的污泥沉降性，表征污泥沉降过程，反馈复合粉末载体的投加效果，指导复合粉末载体的投加操作。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式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，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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他的附图。

图1是本发明提供的改善活性污泥性能的污水处理系统的结构示意图；

图2是本发明实施例2提供的改善活性污泥性能的污水处理系统的结构示意图；

图3是本发明实施例2提供的改善活性污泥性能的污水处理系统中污泥沉降性在线监测设备的结构示意图；

图4是本发明实施例2提供的改善活性污泥性能的污水处理系统中剩余污泥筛选设备的结构示意图。

附图标记：

1-黑箱；2-沉降容器；3-图像采集装置；4-进样管路；5-出样管路；6-蠕动泵；7-进样电磁阀；8-出样电磁阀；9-数据处理与控制装置；10-溢流口；11-溢流管；12-废水收集槽；13-照明装置；14-旋流器；15-进料口；16-溢流口；17-底流口；18-阀门。

具体实施方式

第一方面，本发明提供一种改善活性污泥沉降性的复合粉末载体，原料包括质量比为1：10～20的非金属矿物和改性粉末活性炭，改性粉末活性炭是由粉末活性炭依次经酸改性和碱改性得到的。

作为本发明的可选实施方式，复合粉末载体的粒径为30～75微米。

作为本发明的可选实施方式，非金属矿物包括硅藻土、膨润土、高岭土中的至少一种。

优选的，非金属矿物和改性粉末活性炭的质量比为1：10。

作为本发明的可选实施方式，改性粉末活性炭的制备方法包括以下步骤：将粉末活性炭和硝酸溶液混合，恒温振荡，过滤，洗涤沉淀至中性，烘干，得到酸改性粉末活性炭；将酸改性粉末活性炭和氨水溶液混合，恒温振荡，过滤，洗涤沉淀至中性，烘干，得到二次改性的粉末活性炭。

优选的，改性粉末活性炭的制备方法步骤如下：将粉末活性炭和浓度2.4mol/L的硝酸溶液按照质量体积比为1：5(g/mL)混合，在23℃下振荡10～12h，过滤，洗涤沉淀至中性，在103～110℃下烘干20～24h，得到酸改性粉末活性炭；将酸改性粉末活性炭和浓度2.5mol/L的氨水溶液按照质量体积比为1：5(g/mL)混合，在23℃下振荡10～12h，过滤，洗涤沉淀至中性，在103～110℃下烘干20～24h，得到二次改性的粉末活性炭。

第二方面，本发明还提供改善活性污泥沉降性的复合粉末载体的制备方法，包括以下步骤：将非金属矿物和改性粉末活性炭按比例快速混合均匀。优选的，采用干式搅拌机进行快速搅拌，快速搅拌的条件为：搅拌速度50～100r/min，搅拌时间30～50min。

第三方面，本发明提供一种改善活性污泥性能的污水处理系统，包括：污水生化处理区，污水生化处理区设置复合粉末载体投加点，复合粉末载体投加点内设置本发明提供的复合粉末载体或者由本发明提供的制备方法得到的复合粉末载体。

作为本发明的可选实施方式，如图1所示，改善活性污泥性能的污水处理系统，包括：

污水生化处理区，设置复合粉末载体投加点；

沉淀区，与污水生化处理区的出水端相连；

污泥收集区，分别与沉淀区的排泥端和污水生化处理区相连；

剩余污泥筛选设备，分别与污泥收集区和污水生化处理区相连；

污泥沉降性在线监测设备，与污水生化处理区的出水端相连。

作为本发明的优选实施方式，如图2所示，污水生化处理区包括依次连接的厌氧区、缺氧区和好氧区，厌氧区、缺氧区和好氧区均设置复合粉末载体投加点，沉淀区即为二沉池，二沉池出水连接砂滤池，污泥收集区和剩余污泥筛选设备均与厌氧区相连，污泥沉降性在线监测设备与好氧区相连。

作为本发明的可选实施方式，如图3所示，污泥沉降性在线监测设备包括：黑箱1；沉降容器2，设置于黑箱1内，具有进样口和出样口；图像采集装置3，设置于黑箱1内；取样装置，包括与进样口连通的进样管路4、与出样口连通的出样管路5、设置在进样管路4上的蠕动泵6和进样电磁阀7、设置在出样管路5上的出样电磁阀8，进样电磁阀7位于蠕动泵6与进样口之间；数据处理与控制装置9，分别与图像采集装置3、蠕动泵6、进样电磁阀7、出样电磁阀8通信连接。

作为本发明的优选实施方式，如图3所示，污泥沉降性在线监测设备由以下部分组成：黑箱1，内部形成黑暗的容纳空间，为长方体结构，由箱体和箱盖组成，箱体和箱盖均采用不透光的乳白色有机玻璃制成；沉降容器2，设置于黑箱1内靠近右侧壁中央的位置，选择有机玻璃材质的透明无刻度的圆柱形量筒，容积为100mL，量筒上端敞口形成进样口，下端底面上开设出样口，量筒靠近进样口的一端侧壁上开设有溢流口10，溢流口10连接有溢流管11，溢流管11穿出箱体的侧壁并延伸至黑箱1外；照明装置13，设置于黑箱1的箱盖上，位于箱盖的正中央；图像采集装置3，选择摄像头，设置于黑箱1的左侧壁上，摄像头的镜头中轴线与量筒取样容积的二分之一处位于同一水平面上，摄像头正对量筒的位置；取样装置，包括与进样口连通的进样管路4、与出样口连通的出样管路5、设置在进样管路4上的蠕动泵6和进样电磁阀7、设置在出样管路5上的出样电磁阀8，进样电磁阀7位于蠕动泵6与进样口之间，具体而言，进样管路4的一端连接曝气池/清水池，另一端位于量筒开口的正上方，箱盖上相应位置开设开口，出样管路5穿出箱体的底面；废水收集槽12，设置于黑箱1下方，位于出样管路5和溢流管11的下方；数据处理与控制装置9，选择工业计算机，分别与摄像头、蠕动泵6、进样电磁阀7、出样电磁阀8通信连接，其中，摄像头通过USB接口与工业计算机通信连接，蠕动泵6与工业计算机通过RS485通讯，采用串口的方式连接，进样电磁阀7和出样电磁阀8均由依次连接的数据采集卡、电磁继电器、阀门组成，数据采集卡与工业计算机通信连接。

该污泥沉降性在线监测设备进行污泥沉降比测量的步骤如下：S1、接收开始测量污泥沉降比的指令，控制出样电磁阀8关闭，控制蠕动泵6和进样电磁阀7开启，以使待测污泥样品经由进样管路4进入到沉降容器2中，此时进样管路4通入曝气池中；S2、判断进样完成后，控制蠕动泵6和进样电磁阀7关闭，控制图像采集装置3开启，以拍摄进样完成i分钟时沉降容器2中污泥样品的图像，进样完成时即可拍摄一张图像，此后每分钟各拍摄一张，直至进样完成30分钟；S3、获取进样完成i分钟时拍摄得到的图像，对获取的图像进行机器视觉识别，得到i分钟时污泥所在区域的投影面积S_i；S4、按照SV_i＝S_i/S₀计算i分钟时的污泥沉降比；S40、以时间为横坐标，以相应时刻的污泥所在区域的投影面积和计算得出的污泥沉降比为纵坐标，形成污泥沉降曲线；S5、判断测量完成后，控制出样电磁阀8开启，以使沉降容器2内的污泥样品排出；S6、判断污泥样品排尽后，控制出样电磁阀8关闭，控制蠕动泵6和进样电磁阀7开启，以向沉降容器2中通入清水进行清洗，此时进样管路4通入清水池中；S7、判断清洗完毕后，控制出样电磁阀8开启，控制蠕动泵6和进样电磁阀7关闭，以将沉降容器2内清洗后的废水排出。以上步骤由工业计算机执行基于Python设计的程序来完成。

污泥沉降性在线监测设备设置在污水生化处理区好氧区或曝气池附近，通过程序控制蠕动泵的转速和进样时间，完成定量的进样过程，另外，使用摄像头抓拍沉降过程中每分钟的图片，利用机器视觉技术对图片进行分析，这样不仅得到了最后的污泥沉降比，而且也定量的记录了污泥的沉降过程，可以用于污泥沉降性能的分析。

作为本发明的可选实施方式，剩余污泥筛选设备为一个旋流器或者至少两个并联的旋流器。优选的，如图4所示，剩余污泥筛选设备由2个旋流器14组成，旋流器14的柱体中上部开设进料口，两个旋流器的进料口通过直管、弯头、三通等汇合为一个进料口15，顶部开设溢流口，两个旋流器的溢流口通过直管、弯头、三通等汇合为一个溢流口16，底部开设底流口，两个旋流器的底流口通过直管、弯头、三通等汇合为一个底流口17，每个旋流器的进料口、低流口和溢流口都设置阀门18，控制进出口流速，旋流器的具体规格按处理规模选择，通过流速计算选择管道口径。

污泥收集区的泥水混合物通过高扬程进料泵提供动力，从进料口15高速切线进入旋流器14，在旋流器14内剪切力的作用下，使得紧密性、沉淀性和活性更好的絮体更易贴近于旋流器14的器壁向下运动，从底流口17排出，进而回流至污水生化处理区；细小絮体会沿旋流器14向上运动，从溢流口16溢出，和其他外排的剩余污泥一起外排。

第四方面，本发明提供一种改善活性污泥性能的污水处理工艺，包括：向污水生化处理区投加本发明提供的复合粉末载体或者由本发明提供的制备方法得到的复合粉末载体。

作为本发明的优选实施方式，改善活性污泥性能的污水处理工艺采用如图1所示的系统，工艺步骤如下：

生活污水首先进入污水生化处理区，在生化运行初期，通过复合粉末载体投加点向污水生化处理区多次少量投加复合粉末载体(每次投加量为30～80mg/L)，污泥沉降性在线监测设备对污水生化处理区内活性污泥的沉降性进行分析；

泥水混合物进入沉淀区后，混合物沉淀在沉淀区底部，上清液作为出水，或进入到后续生化处理流程中，沉淀区底部污泥进入污泥收集区，污泥收集区的污泥按照进水的5％～10％比例进入剩余污泥筛选设备，部分按照污泥回流比进入污水生化处理区(厌氧池)，其余作为剩余污泥外排；

剩余污泥筛选设备(旋流器)对污泥进行筛选，筛选出的活性污泥(经底流口流出)回流至污水生化处理区，其余污泥(经溢流口溢出)作为剩余污泥外排。

下文将结合具体实施例对本发明提供的技术方案做出进一步详细说明。提供下述实施例是为了更好地进一步理解本发明，并不局限于所述最佳实施方式，不对本发明的内容和保护范围构成限制，任何人在本发明的启示下或是将本发明与其他现有技术的特征进行组合而得出的任何与本发明相同或相近似的产品，均落在本发明的保护范围之内。

以下实施例中所采用的原料来源：

硅藻土，粒径200目，堆积密度0.4g/cm³，实密度1.9g/cm³，市售；

粉末活性炭，粒径200目，煤质，堆积密度0.4g/cm³，实密度，1.8g/cm³，市售。

实施例中未注明具体实验步骤或条件者，按照本领域内的文献所描述的常规实验步骤的操作或条件即可进行。所用原料或仪器，均为可以通过市购获得的常规产品，包括但不限于本申请实施例中采用的原料或仪器。

实施例1

本实施例提供一种复合粉末载体，制备原料为质量比为1：10的硅藻土和改性粉末活性炭。

改性粉末活性炭的制备方法步骤如下：将粉末活性炭和浓度2.4mol/L的硝酸溶液按照质量体积比为1：5(g/mL)混合，在23℃下恒温振荡12h，过滤，洗涤沉淀至中性，在105℃下烘干24h，得到酸改性粉末活性炭；将酸改性粉末活性炭和浓度2.5mol/L的氨水溶液按照质量体积比为1：5(g/mL)混合，在23℃下恒温振荡12h，过滤，洗涤沉淀至中性，在105℃下烘干24h，得到二次改性的粉末活性炭。

本实施例提供的复合粉末载体制备方法如下：将硅藻土和改性粉末活性炭采用干式搅拌机在搅拌速度为70r/min下快速搅拌40min，即得。

本实施例制得的复合粉末载体的粒径为40～55微米。

实施例2

本实施例提供一种复合粉末载体，制备原料为质量比为1：20的硅藻土和改性粉末活性炭。

改性粉末活性炭的制备方法步骤如下：将粉末活性炭和浓度2.4mol/L的硝酸溶液按照质量体积比为1：5(g/mL)混合，在23℃下恒温振荡12h，过滤，洗涤沉淀至中性，在108℃下烘干24h，得到酸改性粉末活性炭；将酸改性粉末活性炭和浓度2.5mol/L的氨水溶液按照质量体积比为1：5(g/mL)混合，在23℃下恒温振荡12h，过滤，洗涤沉淀至中性，在108℃下烘干24h，得到二次改性的粉末活性炭。

本实施例提供的复合粉末载体制备方法如下：将硅藻土和改性粉末活性炭采用干式搅拌机在搅拌速度为80r/min下快速搅拌50min，即得。

本实施例制得的复合粉末载体的粒径为60～75微米。

实施例3

本实施例提供一种改善活性污泥性能的污水处理系统，如图2所示，各组成部分如下：

厌氧区、缺氧区和好氧区，分别设置复合粉末载体投加点1、复合粉末载体投加点2、复合粉末载体投加点3，三个投加点中都设置实施例1或实施例2制备的复合粉末载体；

二沉池，与好氧区的出水端相连；

砂滤池，与二沉池的排水端相连；

污泥收集区，分别与二沉池的排泥端和厌氧区相连；

剩余污泥筛选设备，分别与污泥收集区和厌氧区相连；

污泥沉降性在线监测设备，与好氧区的出水端相连。

污泥沉降性在线监测设备的结构如图3所示，剩余污泥筛选设备的结构如图4所示，具体说明参见前文。

实施例4

本实施例提供一种改善活性污泥性能的污水处理工艺，采用实施例3提供的系统，如图2所示，工艺步骤如下：

城镇污水厂处理规模为2万m³/d，首先向该污水厂的厌氧区、缺氧区、好氧区接种活性污泥，好氧区污泥浓度为5000mg/L，城镇污水依次进入厌氧区、缺氧区、好氧区，好氧区泥水混合物回流至缺氧区，待厌氧区、缺氧区、好氧区充满后，每天分别通过复合粉末载体投加点1～3向厌氧区、缺氧区、好氧区投加复合粉末载体，投加量分别为30mg/L、20mg/L、20mg/L，总共投加量为70mg/L，初期连续投加一周，后续根据污泥沉降变化情况补投，如沉降变化不明显需按此投加量向每个池内再补投一周；好氧区泥水混合物进入二沉池后，比重大的沉淀在二沉池底部，并进入污泥收集区，上清液经过砂滤池处理后，出水达标排放；污泥收集区中的污泥一部分回流至厌氧池，补充生化段污泥，一部分通过剩余污泥筛选设备处理后，底流回流至厌氧池，溢流污泥和污泥收集区中的另一部分污泥共同作为剩余污泥一起外排处理，直接回流厌氧池流量为1.6万m³/d，剩余污泥筛选设备处理的污泥流量为0.1万m³/d；污泥沉降性在线监测设备实时从好氧区取样测污泥沉降比SV30，记录污泥沉降过程。

为了验证复合粉末载体的作用，以上述处理工艺中投加实施例1制备的复合粉末载体作为实验组1，以投加实施例2制备的复合粉末载体作为实验组2，同时设置以下几组对照实验：

对照组1：不向厌氧区、缺氧区和好氧区投加复合粉末载体；

对照组2：向厌氧区、缺氧区和好氧区投加硅藻土，投加量不变；

对照组3：向厌氧区、缺氧区和好氧区投加实施例1中制备的改性粉末活性炭，投加量不变；

对照组4：向厌氧区、缺氧区和好氧区投加复合粉末载体(硅藻土和未改性的粉末活性炭按照质量比1：10混合)，投加量不变；

对照组5：向厌氧区、缺氧区和好氧区投加复合粉末载体(硅藻土和未改性的粉末活性炭按照质量比1：20混合)，投加量不变。

以上各组投加量、补炭量和次数一样，连续运行2个月后，记录其污泥沉降比SV30，结果如表1所示。

表1实验组和对照组的污泥沉降比SV30结果

组别

实验组1

实验组2

对照组1

对照组2

对照组3

对照组4

对照组5

SV30

27％

25％

55％

32％

35％

31％

30％

如表1所示，投加本发明实施例1和实施例2提供的复合粉末载体相较于不加复合粉末载体(对照组1)而言，可以使污泥沉降比由55％降至25％～27％，其中以硅藻土和改性粉末活性炭质量比为1：20时效果更佳。由实验组1和对照组2、对照组3的污泥沉降比结果可以看出，单独采用复合粉末载体的一种组分都无法实现较低的污泥沉降比，换言之，两种粉末载体组合而成的复合粉末载体能够明显降低污泥沉降比。由实验组1和对照组4、实验组2和对照组5的污泥沉降比结果可以看出，制备复合粉末载体时采用酸碱二次改性的粉末活性炭比未改性粉末活性炭对于污泥沉降比的改善作用更显著。

经过连续半年运行后，由于复合粉末载体对沉降性改善的作用以及复合粉末载体的微生物亲和性，二沉池可承受的固体通量增加，好氧区污泥浓度由5000mg/L提升至12000mg/L左右，这使得污泥浓度增加，达到污泥浓度增值、污水处理厂容积扩容处理的目的。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种改善活性污泥沉降性的复合粉末载体，其特征在于，原料包括质量比为1：10～20的非金属矿物和改性粉末活性炭，所述改性粉末活性炭是由粉末活性炭依次经酸改性和碱改性得到的。

2.根据权利要求1所述的改善活性污泥沉降性的复合粉末载体，其特征在于，所述复合粉末载体的粒径为30～75微米；所述非金属矿物包括硅藻土、膨润土、高岭土中的至少一种；所述非金属矿物和改性粉末活性炭的质量比为1：10。

3.根据权利要求1所述的改善活性污泥沉降性的复合粉末载体，其特征在于，所述改性粉末活性炭的制备方法包括以下步骤：

将粉末活性炭和硝酸溶液混合，恒温振荡，过滤，洗涤沉淀至中性，烘干，得到酸改性粉末活性炭；

将所述酸改性粉末活性炭和氨水溶液混合，恒温振荡，过滤，洗涤沉淀至中性，烘干，得到二次改性的粉末活性炭。

4.根据权利要求3所述的改善活性污泥沉降性的复合粉末载体，其特征在于，

所述硝酸溶液的浓度为2.4mol/L；按照g/mL计，所述粉末活性炭和硝酸溶液的质量体积比为1：5；

所述氨水溶液的浓度为2.5mol/L；按照g/mL计，所述酸改性粉末活性炭和氨水溶液的质量体积比为1：5；

所述恒温振荡的条件为：在23℃下振荡10～12h；所述烘干的条件为：在103～110℃下烘干20～24h。

5.权利要求1～4任一项所述的改善活性污泥沉降性的复合粉末载体的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将所述非金属矿物和改性粉末活性炭按比例快速混合均匀，优选的，采用干式搅拌机进行快速搅拌，所述快速搅拌的条件为：搅拌速度50～100r/min，搅拌时间30～50min。

6.一种改善活性污泥性能的污水处理系统，其特征在于，包括：污水生化处理区，所述污水生化处理区设置复合粉末载体投加点，所述复合粉末载体投加点内设置权利要求1～4任一项所述的复合粉末载体或者权利要求5所述的制备方法得到的复合粉末载体。

7.根据权利要求6所述的改善活性污泥性能的污水处理系统，其特征在于，还包括：

沉淀区，与所述污水生化处理区的出水端相连；

污泥收集区，分别与所述沉淀区的排泥端和污水生化处理区相连；

剩余污泥筛选设备，分别与所述污泥收集区和污水生化处理区相连；

污泥沉降性在线监测设备，与所述污水生化处理区的出水端相连。

8.根据权利要求7所述的改善活性污泥性能的污水处理系统，其特征在于，所述污水生化处理区包括依次连接的厌氧区、缺氧区和好氧区，所述厌氧区、缺氧区和好氧区均设置所述复合粉末载体投加点，所述污泥收集区和剩余污泥筛选设备均与所述厌氧区相连，所述污泥沉降性在线监测设备与所述好氧区相连；

所述剩余污泥筛选设备为一个旋流器或者至少两个并联的旋流器；

所述污泥沉降性在线监测设备包括：黑箱，内部形成黑暗的容纳空间；沉降容器，设置于所述黑箱内，具有进样口和出样口；图像采集装置，设置于所述黑箱内；取样装置，包括与所述进样口连通的进样管路、与所述出样口连通的出样管路、设置在所述进样管路上的蠕动泵和进样电磁阀、设置在所述出样管路上的出样电磁阀，所述进样电磁阀位于所述蠕动泵与进样口之间；数据处理与控制装置，分别与所述图像采集装置、蠕动泵、进样电磁阀、出样电磁阀通信连接。

9.一种改善活性污泥性能的污水处理工艺，其特征在于，包括：向污水生化处理区投加权利要求1～4任一项所述的复合粉末载体或者权利要求5所述的制备方法得到的复合粉末载体。

10.根据权利要求9所述的改善活性污泥性能的污水处理工艺，其特征在于，采用权利要求7或8所述的系统，所述工艺包括以下步骤：

将待处理污水通入所述污水生化处理区进行生化处理，通过所述复合粉末载体投加点向所述污水生化处理区内投加复合粉末载体，所述污泥沉降性在线监测设备对所述污水生化处理区内活性污泥的沉降性进行分析；

所述污水生化处理区的出水进入所述沉淀区进行泥水分离，底部污泥进入所述污泥收集区；

所述污泥收集区的部分污泥回流至所述污水生化处理区，部分作为剩余污泥外排，部分进入所述剩余污泥筛选设备；

所述剩余污泥筛选设备对污泥进行筛选，筛选出的活性污泥回流至所述污水生化处理区，其余污泥作为剩余污泥外排，

优选的，所述污泥收集区的污泥按照进水的5％～10％比例进入所述剩余污泥筛选设备；以所述污水生化处理区的污水处理量计，所述复合粉末载体的每次投加量为30～80mg/L，更优选的，在系统运行初期，待厌氧区、缺氧区、好氧区充满后，每天向厌氧区、缺氧区、好氧区投加复合粉末载体，投加量分别为30mg/L、20mg/L、20mg/L，连续投加至少一周。