一种污水处理系统及污水处理方法与流程

1.本发明涉及污水处理技术领域，特别是涉及一种污水处理系统及污水处理方法。


背景技术：

2.厌氧生物处理(anaerobic process)是在厌氧条件下,形成厌氧微生物所需要的营养条件和环境条件,通过厌氧菌和兼性菌代谢作用，对有机物进行生化降解的过程。厌氧生物处理反应器(uasb)是在厌氧条件下利用厌氧微生物将废水中有机物转化为沼气的装置，厌氧生物处理反应器具有低能耗，高效能的优点，在各行业废水处理中有着广泛的应用。但是在厌氧生物处理过程中，产甲烷代谢缓慢，易成为限速阶段，这容易导致水解酸化和甲烷化失衡。
3.曝气生物滤池，简称baf，是80年代末在欧美发展起来的一种新型生物膜法污水处理工艺，于90年代初得到较大发展，最大规模达几十万吨每天，并发展为可以脱氮除磷。baf基本原理在于以颗粒填料为介质，通过附着在填料上生物膜及胞外聚合物吸附截留作用、微生物氧化分解作用及沿水流方向形成的食物链分级捕食作用，实现去除水中污染物的目的，同时利用反应器内好氧、缺氧区域的存在，实现脱氮除磷的功能。在曝气生物滤池中，填料是核心组成部分，其对曝气生物滤池处理效果和运行控制极为重要。曝气生物滤池所用填料，根据其采用原料的不同，可分为无机填料、有机高分子填料，目前国内使用最广泛的填料为陶粒无机填料。然而陶粒无机填料在使用过程中，有着微生物附着能力及挂膜率有限等缺点，降低了曝气生物滤池的出水效果。
4.如何进一步提升污水处理效果和处理速率，是污水处理领域需要攻克的一个技术难题。


技术实现要素：

5.本发明的目的是提供一种污水处理系统及污水处理方法，以解决上述现有技术存在的问题，使污水处理效果和处理速率同时得到提升。
6.为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
7.本发明目的之一是提供一种污水处理系统，包括厌氧反应区和微氧反应区；
8.所述微氧反应区在厌氧反应区的上部；
9.所述厌氧反应区和微氧反应区之间设有三相分离器；
10.所述微氧反应区的上部设有反冲洗装置；
11.所述微氧反应区底部设有微孔曝气头；
12.所述厌氧反应区内部填充填料磁选粉煤灰；
13.所述微氧反应区内部填充填料磁性污泥炭。
14.进一步地，所述污水处理系统还包括进水泵和反冲洗出水口。
15.进一步地，所述厌氧反应区为厌氧生物处理反应器。
16.进一步地，所述微氧反应区为曝气生物滤池。
17.进一步地，所述微孔曝气头的设置数目为6个。
18.进一步地，所述磁选粉煤灰的制备方法包括以下步骤：
19.取粒径≤10μm、铁品位介于30
‑
50％之间的中磁性高铁粉煤灰，置于盐酸中超声处理，之后干燥，得到所述磁选粉煤灰。
20.进一步地，所述磁性污泥炭的制备方法包括以下步骤：
21.步骤1，将fenton污泥在3000
‑
6000r/min的条件下离心5
‑
10分钟去除水分，之后在10℃以下条件冻干得到污泥炭前驱体；
22.步骤2，将污泥炭前驱体在惰性气体氛围中加热至500
‑
800℃，恒温1
‑
4h，冷却后得到磁性污泥炭。
23.本发明目的之二是提供一种利用上述污水处理系统处理污水的方法，包括以下步骤：
24.步骤1，污水进入所述污水处理系统的厌氧反应区进行厌氧消化处理；
25.步骤2，步骤1进行厌氧消化处理后的污水经三相分离器进入到微氧反应区进行反应。
26.进一步地，步骤2微氧反应过程中采取间歇式曝气，间歇时间为12小时。
27.本发明技术构思：
28.(1)直接种间电子传递是近年来发现的一种微生物电子传递方式，其在厌氧生物处理技术中起着重要作用，本发明采用微米级磁选粉煤灰作为优化厌氧生物处理的材料，可以提高直接种间电子传递，促进有机物厌氧产甲烷，优化厌氧生物处理技术工艺性能并降低成本。
29.(2)生物炭是由生物质材料在缺氧条件下高温热解得到的产物，生物炭具有高比表面积、孔隙结构丰富等优点，对各种污染物具有较强的吸附能力，本发明以磁性污泥炭作为曝气生物滤池的填料，利用磁性污泥炭丰富的孔隙结构使生物滤池中的微生物大量聚集，同时利用污泥炭上负载磁性材料促进微生物直接种间电子传递，强化微生物处理。磁性污泥炭还可以作为吸附剂吸附污水中有机污染物，从吸附和降解两个方面去除污染物。
30.(3)fenton污泥是fenton反应出水后产生的污泥，含有大量三价铁及有机污染物，fenton污泥中的三价铁在高温条件下能转化为fe3o4或fec3，有机物在热解过程中可能转化为多孔碳材料，本发明采用fenton污泥为原料制备磁性污泥炭，为fenton污泥的处理提供了新思路。
31.本发明公开了以下技术效果：
32.本发明在厌氧生物处理器中投入了高导电率的微米级磁选粉煤灰，可以提高厌氧系统的有机酸转化过程以及甲烷产量，从而强化厌氧系统的降解速率。
33.本发明在曝气生物滤池中填入磁性污泥炭作为新型滤料，磁性污泥炭表面粗糙多孔，有利于生物挂膜附着，同时有助于微生物的生长，磁性污泥炭材料还可以作为吸附剂吸附污水中有机污染物，从吸附和降解两个方面去除污染物。本发明的曝气生物滤池为微氧条件，介于厌氧和好氧之间。在微氧条件下，微生物菌群丰富，能够同时存在好氧微生物、兼性微生物、厌氧微生物，使多种污染物作为基质被微生物利用。微氧技术既能减少能耗，又能提高去污能力，达到高效节能的效果。
34.本发明通过将厌氧生物反应器与曝气生物滤池相结合，厌氧生物反应器中产生的
甲烷进一步进入曝气生物滤池中，对其有推流式搅动作用，还可以进一步调节曝气生物滤池中溶解氧浓度，使滤池处于微氧条件，同时在厌氧生物反应器及曝气生物滤池中分别加入不同的强化材料(磁选粉煤灰和磁性污泥炭)，提高出水品质，使污水处理效果达到最优。
附图说明
35.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单的介绍，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他的附图。
36.图1为磁选粉煤灰的电镜图(9000倍)；
37.图2为磁性污泥炭的电镜图(4000倍)；
38.图3为本发明的污水处理系统；其中，1为进水泵，2为厌氧反应区，3为三相分离器，4为微孔曝气头，5为微氧反应区，6为出水泵，7为反冲洗装置，8为反冲洗出水口；
39.图4为对比例1和对比例2的出水cod浓度图；
40.图5为对比例3和实施例4的出水cod浓度图。
具体实施方式
41.现详细说明本发明的多种示例性实施方式，该详细说明不应认为是对本发明的限制，而应理解为是对本发明的某些方面、特性和实施方案的更详细的描述。
42.应理解本发明中所述的术语仅仅是为描述特别的实施方式，并非用于限制本发明。另外，对于本发明中的数值范围，应理解为还具体公开了该范围的上限和下限之间的每个中间值。在任何陈述值或陈述范围内的中间值以及任何其他陈述值或在所述范围内的中间值之间的每个较小的范围也包括在本发明内。这些较小范围的上限和下限可独立地包括或排除在范围内。
43.除非另有说明，否则本文使用的所有技术和科学术语具有本发明所述领域的常规技术人员通常理解的相同含义。虽然本发明仅描述了优选的方法和材料，但是在本发明的实施或测试中也可以使用与本文所述相似或等同的任何方法和材料。本说明书中提到的所有文献通过引用并入，用以公开和描述与所述文献相关的方法和/或材料。在与任何并入的文献冲突时，以本说明书的内容为准。
44.在不背离本发明的范围或精神的情况下，可对本发明说明书的具体实施方式做多种改进和变化，这对本领域技术人员而言是显而易见的。由本发明的说明书得到的其他实施方式对技术人员而言是显而易见的。本发明说明书和实施例仅是示例性的。
45.关于本文中所使用的“包含”、“包括”、“具有”、“含有”等等，均为开放性的用语，即意指包含但不限于。
46.实施例1微米级磁选粉煤灰的制备
47.用磁选机对粉煤灰进行筛选，筛选出高铁粉煤灰，之后将高铁粉煤灰球磨、筛分和再磁选，获得粒径≤10μm、铁品位介于30
‑
50％之间的中磁性高铁粉煤灰；将中磁性高铁粉煤灰置于0.1mol/l的稀盐酸中超声处理4分钟，放入烘箱中110℃干燥24小时，制得微米级磁选粉煤灰。
48.所制备的微米级磁选粉煤灰的电镜图(9000倍)如图1所示。图1数据表明，所制备的微米级磁选粉煤灰呈椭圆形，直径为80
‑
100um，比表面积为9.7m2/g，铁元素含量达到53.2％，主要价态形式为fe3o4。
49.实施例2磁性污泥炭的制备
50.步骤1，将fenton污泥在4000r/min的条件下离心8分钟去除多余水分，再将离心过的污泥在8℃条件冻干，得到污泥炭前驱体；
51.步骤2，将污泥炭前驱体置于管式炉中，以n2作为保护气，加热至600℃，恒温3h，冷却后得到磁性污泥炭。
52.所制备的磁性污泥炭的电镜图(4000倍)如图2所示。由图2能够看出，磁性污泥炭表面粗糙，具有多级的孔隙均匀分布，铁氧化物嵌入炭材料内部，铁元素含量达到15.2％，结构稳定，比表面积达到109.7m2/g，有利于微生物与污染物的高度吸附浓缩。
53.实施例3污水处理系统
54.污水处理系统如图3所示,具体包括：进水泵1，厌氧反应区2，三相分离器3，微孔曝气头4，微氧反应区5，出水泵6，反冲洗装置7，反冲洗出水口8；其中，厌氧反应区2为厌氧反应处理器(uasb)，微氧反应区5为爆气生物滤池，曝气生物滤池设有6个曝气头；厌氧反应区填料为实施例1制备的微米级磁选粉煤灰，微氧反应区填料为实施例2制备的磁性污泥炭。
55.实施例4处理含酚有机废水
56.以典型难降解工业废水
‑
含酚有机废水作为处理对象，用实施例3中的污水处理系统处理含酚有机废水，具体步骤如下：
57.含酚有机废水(cod浓度为2500mg/l左右)由进水泵泵入系统内，先进入系统底部的厌氧反应区
‑
厌氧生物处理反应器，在此阶段，酚类有机物被厌氧微生物分解产生甲烷，其中微米级磁选粉煤灰(添加量为5.0g/l)通过种间电子传递效应加强产甲烷过程，产生的甲烷进入上部微曝气生物滤池；经过厌氧消化处理后的废水经三相分离器进入到反应器上部的微氧反应区
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爆气生物滤池。
58.曝气生物滤池采取间歇式曝气，间歇时间为12小时，保证曝气生物滤池中溶解氧为0.8mg/l。曝气生物滤池中的填料
‑
磁性污泥炭，填充率为50
‑
60％，磁性污泥炭表面附着的厌氧、兼氧微生物继续消化经过厌氧消化处理后的废水，同时磁性污泥炭的多孔结构吸附废水中的有机污染物，经曝气生物滤池处理后的废水由出水泵泵出。
59.待反应装置稳定运行一周后，每隔两天监测水质指标，测定相关数据并取平均值，结果如图5所示，处理后出水cod浓度维持在400mg/l左右。
60.对比例1
61.与实施例4不同之处在于，污水处理系统仅由厌氧反应处理器(uasb)组成，活性污泥添加量为5.0g/l。
62.水力停留时间24小时，实验稳定运行60天，结果如图4所示，处理后出水cod浓度维持在1500mg/l左右。
63.对比例2
64.与实施例4不同之处在于，污水处理系统仅由厌氧反应处理器(uasb)组成，填料为本发明实施例1制备的微米级磁选粉煤灰，添加量为5.0g/l。
65.水力停留时间24小时，实验稳定运行60天，结果如图4所示，处理后出水cod浓度维
持在850mg/l左右。
66.由图4能够看出，添加微米级磁选粉煤灰的uasb的cod去除率提高了26％，能够显著促进厌氧生物处理技术的效能。
67.对比例3
68.与实施例4不同之处在于，污水处理系统中微氧区域的填料为轻质陶粒无机填料。
69.水力停留时间12小时，实验稳定运行20天，结果如图5所示，处理后出水cod浓度维持在580mg/l左右。
70.由图5能够看出添加磁性污泥炭的爆气生物滤池cod去除率提高了21.2％，能够显著促进好氧生物处理技术的效能。
71.普通曝气生物滤池一般12天需要进行反冲洗，而本发明污水处理系统中的曝气生物滤池20天才需要进行反冲洗。本发明将厌氧微氧一体化设计，厌氧反应处理器出水直接进入曝气生物滤池，普通组合工艺处理后出水cod去除率一般为60％，而本发明添加了磁选粉煤灰和磁性污泥炭的组合工艺处理后cod去除率达到了84％，本发明研发的功能性材料
‑‑
磁选粉煤灰和磁性污泥炭显著提高了组合工艺性能，本发明还利用厌氧产生的气体来促进曝气生物滤池的接触效率，降低了污水处理系统堵塞的几率。
72.以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。