CN102249404A - 含有磁性载体的污水处理设备和污水处理方法 - Google Patents

Abstract

一种污水处理设备，所述污水处理设备包括生化反应池、用于分离污泥与磁性载体的磁分离机、污泥脱水设备和脱膜设备。通过所述污水处理设备实施的生物膜氧化沟的污水处理方法，所述方法按顺序包括：污水处理步骤和污泥处理步骤，其特征在于，在生化反应池中加入上述的磁性载体，在污泥处理步骤中包括使至少一部分污泥通过磁分离机的步骤。

Description

含有磁性载体的污水处理设备和污水处理方法

技术领域

本发明涉及一种污水处理设备，尤其是加入了磁性载体的污水处理设备。本发明还涉及了使用该设备处理污水的方法。

背景技术

活性污泥法和生物膜法是污水生物处理的两大工艺类型。活性污泥工艺具有处理能力大、效率高和出水水质好的优点，其各种变形工艺具有较好的脱氮除磷性能，在城市污水处理厂中得到了最广泛的应用。其缺点是运行不够稳定、易产生污泥膨胀和污泥产量大，其对低浓度污水的处理效果较差。生物膜工艺具有运行稳定、剩余污泥少、管理简单、对氨氮和难降解污染物去除能力强、能够适应较大水质范围变化等优点。其缺点是生物膜脱落产生的部分细小颗粒不易沉降造成出水浊度较高，总氮和总磷的去除能力较弱。生物膜工艺对填料的性能要求很高，这曾一度限制了它的大规模应用，近年来，随新型填料的开发和应用，生物膜工艺在城市污水处理中的应用有扩大趋势。

移动床生物膜反应器(MBBR)工艺即是通过向反应器中投加一定数量的悬浮载体，提高反应器中的生物量及生物种类，从而提高反应器的处理效率。但MBBR工艺也有其不足之处，如存在池内进气分布不均匀，从而导致局部填料堆积，出水口截留填料的格栅容易堵塞等问题。

在1996年的2(18)期的环境污染与防治第7-11页的文章(何大江、陈吕军、钱易等人)《生物膜氧化沟污水处理性能的研究》中提到了：通过生物膜氧化沟和普通氧化沟的清水试验得出第二型软性填料为最佳填料，与水流方向平行安装为最佳安装方式。试验得出生物膜氧化沟在水力停留时间为12小时和24小时，对TN的去除效果明显优于普通氧化沟，对COD，SS的去除效率基本相同。

在2006年的6(4)期的安全与环境学报第23-26页的文章(杨慧敏、张奎、李建政等人)《复合式氧化沟工艺处理城市污水》报道了：复合式氧化沟工艺是在氧化沟中投加填料作为微生物附着生长的载体，利用悬浮生长的污泥和附着生长的生物膜共同处理水中的有机物，从而提高污水处理效率。复合式氧化沟采用的是BCZ型软性组合填料，当HRT为10h，其COD去除率可以保持在86％以上，对NH₄ ⁺-N的去除率也在83％左右，在HRT为20h和室温的条件下，即使COD、BOD₅和NH₄ ⁺-N的质量浓度分别在125.30～492.00mg/L、56.26～249.44mg/L和20.00～32.91mg/L较大范围内波动，系统的去除率都能保持在90％以上，出水COD、BOD₅和NH₄ ⁺-N的质量浓度分别维持在3.74～47.01mg/L、0.93～11.45mg/L和0.28～3.26mg/L，达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)一级排放标准。能较好地适应水质水量的变化，抗冲击负荷能力强。

在2007年的12(33)期的水处理技术中的文章(张帆、陆少鸣、范平等人)《接触氧化沟工艺在珠江微污染源水处理中的应用》报道了：对四段式接触氧化沟中加入PWT型片状填料、YDT弹性立体填料和悬浮球填料等3类4种填料进行试验，其结果表明对氨氮有很高的去除率，本中试系统对氨氮平均去除率相对于原水在I、II、III段累计分别为50.89％、72.6％、91.63％，第IV段为93.16％，III段出水氨氮平均值已经达到0.41mg/L。系统对亚硝酸盐、COD_Mn和浊度也有显著的去除效果，第IV段出水没有出现亚硝酸盐累积现象，出水COD_Mn和浊度平均值分别为3.65mg/L和16.05NTU，平均去除率分别为44.86％和64.47％。

在2009年第2期的广东农业科学第148-157页的文章(刘雯、丘锦荣、卫泽斌等人)《投加生物球对植物-生物膜氧化沟净化污水的影响》报道了：在生活污水中投加自制生物球对植物-生物膜氧化沟净化污水的影响。此种生物球是用亚麻布或尼龙布剪成长35cm、宽25cm的布块，然后用其紧紧包裹乒乓球，并用细尼龙丝将包裹口扎紧，最后将乒乓球下剩余的布料剪成宽约1cm的长形布条制作而成。试验结果表明，生物球的投加促进了污水处理系统对COD、TP、TN和NH₄ ⁺-N的去除，其中投加20个生物球的去除率分别为69.95％、50.73％、37.78％、37.6％左右，投加10个生物球的去除率分别为58.7％、41.04％、31.95％、28.75％左右，而没有投加生物球去除率只有42.88％、23.9％、27.18％、21.97％左右。

在蔡松柏申请的实用新型专利CN94236665.4中，提到在膜法氧化沟污水处理系统中，采用的是辐射状的弹性立体填料，该系统可以实现单沟A/O工艺，无污泥回流系统，无鼓风机系统，节省停留时间，能稳定保证出水水质。

在公开号为CN101139127的文件中披露了一种功能化硅包覆介孔磁性载体(FSMMC)的制备及在城市污水处理中的应用：在pH＝7时，用固有活性菌的FSMMC处理城市生活污水24h时，COD去除率可达到82.7％。

在公开号为CN101139127的文件中披露了一种功能化硅包覆介孔磁性载体(FPMC)的制备及在重金属废水、印染废水处理中的应用：使用FPMC的化学吸附作用处理重金属废水及印染废水。

在公开号为CN1204625的文件中披露了一种磁性载体，在处理废水过程中，微生物固定在其生长所需的载体上，该用于废水处理的固定有大量微生物的微生物固定载体通过磁力控制而在处理室中运动。

在公开号为CN101254976的专利中披露了一种用于污水处理的磁性生物载体及其制备方法，该磁性生物载体包括：磁性颗粒7～21wt％；高分子聚合物79～93wt％；磁性颗粒包括四氧化三铁、金属铁粉、磁铁矿；高分子聚合物包括聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、粉末橡胶。选择高分子聚合物颗粒与磁性颗粒经过搅拌器充分混合后，投加到挤出机中，在挤出机的作用下，经过熔融使磁性颗粒与高分子聚合物颗粒充分混合，挤出、切断，形成含有磁性颗粒的高分子聚合物颗粒。然后将高分子聚合物颗粒研磨、过筛，最后把磁性载体浸入表面活性剂中，得到磁性生物载体。此种磁性载体是本发明使用的磁性载体的来源。

在公开号为CN101279792的专利中披露了一种用于污水处理的磁性生物载体的成型方法，该方法是将质量比为4～12∶1的高分子聚合物颗粒磁性颗粒使用搅拌机充分混合均匀以后，添加到双螺杆挤出机中，在高温下高分子聚合物颗粒成熔融状态后与磁性颗粒混合均匀，然后挤出切粒得到磁性生物载体母粒，制得的载体母粒密度1.0～1.4g/cm³；载体母粒经过研磨后成为磁性生物载体。此种成型方法是本发明中磁性载体成型方法的来源。

在公开号为CN101244884的专利中披露了一种采用磁性生物载体及磁分离技术的污水处理方法，其步骤包括：将密度1.0～1.4g/cm³；粒径为0.043～0.315mm的磁性生物载体投入曝气池中，产生剩余污泥可通过磁分离技术实现泥水分离，然后将其放入载体脱膜分离器内，实现污泥和磁性载体的分离，经磁选后，将磁性载体重新放入反应器中，实现磁性载体的回收和再利用。此种污水处理方法与本发明属于应用于不同工艺中的两种污水处理方法。

发明内容

在背景技术中，现有技术有以下几个缺点：

(1)目前现有工艺运行过程中，填料对水流的阻力大，容易引起污泥堆积；

(2)使用悬挂式填料时，前期投入需要制作悬挂框架，工作量大；

(3)选用软式或者组合式填料时，填料易结垢且无法再生；运行一段时间后，因失去活性的菌种无法从填料上脱落，处理效果降低，需要清理；

(4)当选用悬浮填料时，容易产生填料堆积；

另外在文件CN1204625中披露的技术方案需要磁力控制磁性载体运动，因而增大了能耗和该处理室的结构复杂性。

针对上述问题，申请人提出将磁性载体和磁分离技术应用到生化反应池中形成一种新的污水处理工艺，并且构成了新的污水处理方法，其中，附着有生物膜的磁性载体和污水完全混合，不仅提高了氧化沟等污水处理构筑物中的污泥浓度，避免了污泥上浮和污泥膨胀，提高了处理效率和出水水质，而且这种磁性载体在污水中呈流态化，流体阻力很小，不会产生污泥堆积和磁性载体堆积，只需在沉淀池排泥口设置一台磁分离机将磁性载体选出，然后经过脱膜机脱膜处理，最后再回流到氧化沟即可。

本发明包括如下技术方案：

一种污水处理设备，所述污水处理设备包括生化反应池、用于分离污泥与磁性载体的磁分离机、污泥脱水设备和磁性载体脱膜设备，其特征在于，该生化反应池中设有磁性载体，该磁性载体在所述污水中处于流态化。

所述方案避免了使用外部磁场来驱动该磁性载体，从而更加方便节能地实现污水处理。其中流态化是指使得磁性载体能够随着污水一起流动。

所述方案还提高了生化反应池的容积负荷，提高了污水处理效率和出水水质，有效抑制了污泥膨胀上浮，对COD，NH₄ ⁺-N的去除率高。

本发明所使用的磁性载体可以与污水完全混合，悬浮在水中，随污水流动，流态化好，动力消耗少，不会产生污泥堆积和磁性载体堆积，磁性载体可重复使用。

通过使用所述磁性载体，从而减少基建投资，便于在现有技术上进行改造，运行费用低，操作简单，维护方便。

优选地，所述磁性载体可附着生物膜。

优选地，所述磁性载体附着生物膜后，在水中与污水完全混合，悬浮于水中，提高活性污泥浓度，提高去除污水中的有机物的能力。

最好，所述磁性载体为磁性颗粒、高分子聚合物的组合物。

最好，所述组合物具有：粒度为0.043-0.245mm；密度为1.0-1.1g/cm³；各组分重量比为：磁性颗粒10-20wt％，高分子聚合物80-90wt％。

最好，所述磁性颗粒为含铁的磁性物质中的一种或者一种以上的混合物。

最好，所述高分子聚合物包括高分子树脂中的一种或者一种以上的混合物。

最好，所述磁分离设备为湿式永磁磁分离机。

优选地，当生化反应池为氧化沟时，在氧化沟的弯道处设置水下推进器。

本发明还涉及一种使用污水处理设备实施的生物膜氧化沟的污水处理方法，所述污水处理设备包括生化反应池、用于分离污泥与磁性载体的磁分离机、污泥脱水设备和脱膜设备，所述方法按顺序包括：污水处理步骤和污泥处理步骤，其特征在于，在生化反应池中加入磁性载体，使所述磁性载体流态化，在污泥处理步骤中包括使至少一部分污泥通过磁分离机的步骤。

优选地，所述污水处理步骤包括如下步骤：生化处理步骤，其中经过预处理后的污水进入污水处理设备；沉淀步骤和沉淀澄清步骤。

优选地，所述污泥处理步骤包括：在经沉淀步骤之后，使一部分污泥回流到生化反应池，另一部分污泥进入磁分离机。

优选地，所述方法还包括使被磁分离机分离的所述磁性载体直接回流到生化反应池，同时排除剩余污泥。

附图说明

图1是本发明的第一实施例的示意图；和

图2是本发明的另一个实施例的附图。

具体实施方式

在本发明中，污水进入到本发明的具有磁性载体的生化处理池，如氧化沟、SRB池等中。如图1所示，对于氧化沟而言，形成中间出水，进入到沉淀池中，形成最终出水和两部分污泥，一部分污泥回流到氧化沟，另一部分污泥进入到磁分离机中，分离成剩余污泥和磁性载体，所述磁性载体直接回流到氧化沟中，产生的剩余污泥经过脱水处理，得到含水70-80wt％的剩余污泥后另行处理。

所述氧化沟1中含有磁性载体，该磁性载体是由磁性颗粒、高分子聚合物混合制备的带有磁性的微小颗粒。其表面粗糙，比表面积大，易挂膜，密度与水相近，可以很好地与污水混合并流态化，从而节省能耗。

在氧化沟的进水口处将粒径为0.043-0.245mm、密度为1.0-1.1g/cm³的磁性载体颗粒以4-13g/L的量(优选10g/L)投加到氧化沟当中，磁性载体经过一段时间(优选20天左右)的挂膜过程后，即可正常运行。

所述磁性载体为一个组合物，包括磁性颗粒、高分子聚合物，粒度为0.043-0.245mm；密度为1.0-1.1g/cm³；各组分重量比为：磁性颗粒10-20wt％，高分子聚合物80-90wt％。所述磁性颗粒可以为磁性物质中的一种或者一种以上的组合，例如可以是该磁性物质为含铁的磁性物质。

为了防止污泥在氧化沟内堆积，最好所述氧化沟的弯道处设置有至少一个水下推进器。

本发明的原理是，当污水经过预处理后，进入氧化沟，与悬浮在氧化沟中的磁性载体充分接触，磁性载体上附着生物膜，生物膜中的微生物以污水中的有机物作为营养源，从而达到降解污水中有机物的目的。如上所述，然后中间出水进入沉淀池澄清后作为最终出水，沉淀池中的污泥一部分回流到氧化沟，另一部分通过磁分离机将磁性载体与剩余污泥分开，磁性载体直接回流到氧化沟，产生的剩余污泥经过浓缩和压滤脱水处理后另行处置。

下面对本发明的工作原理进行描述：

参见附图1，在正常运行过程中，磁性载体与污水完全混合，随水流动，磁性载体上的生物膜与活性污泥共同作用分解水中的有机物，从而提高了污水处理效率。

从生化反应池(包括推流式曝气池、完全混合式曝气池、氧化沟等生化反应构筑物)，在图1中从氧化沟1出来的中间出水进入沉淀池2，通过连接装置12，例如管道，进入沉淀池2，进行沉降，如靠重力进行沉降，清水可以作为一级出水经消毒处理后外排，沉淀池中的污泥则通过连接装置21一部分回流进入氧化沟1，另一部分经过连接装置23进入脱膜机3，再经由连接装置34进入磁分离设备4中，将剩余污泥中的磁性载体分选出来，然后经由连接装置41回流到氧化沟1中以便循环使用，污泥则经由连接装置45进入污泥浓缩池5，污泥浓缩池5中的上清液经过回流管51溢流回流至生化反应池1，浓缩污泥进入压滤机6，得到含水70-80wt％的剩余污泥以便另行处置，滤液则经过回流管61回流至生化反应池1中。

在图2中可以看到，从SBR及其变形工艺等生化反应构筑物1进行生化反应及沉降作用，如靠重力进行沉降，清水可以作为一级出水经消毒处理后外排，含磁性载体的剩余污泥则通过连接装置13进入脱膜机3，再经由连接装置34进入磁分离设备4中，将剩余污泥中的磁性载体分选出来，然后经由连接装置41回流到SBR池1中以便循环使用，剩余污泥则经由连接装置45进入污泥浓缩池5，污泥浓缩池5中的上清液经过回流管51溢流回流至SBR池1，浓缩污泥进入压滤机6，得到含水70-80wt％的剩余污泥以便另行处置，滤液则经过回流管61回流至SBR池1中。

所述连接装置12，23，21，34，45，41可以分别称为第一连接装置12，第二连接装置23，第三连接装置21，第四连接装置34，第五连接装置45和第六连接装置41。这些连接装置可以为本领域已知的实现流体连通的任何装置，例如管道，各种泵等。

试验证实：COD、BOD₅、NH₄ ⁺-N去除率最高都可达到96％以上。磁分离设备的磁感应强度为0.06-0.35T。

实施例1，

在一个污水处理厂中采用了Orbal氧化沟处理城市污水，进水COD平均为563mg/L，进水NH₄ ⁺-N平均为26.3mg/L，将密度1.0g/cm³、粒径0.076-0.16mm的磁性载体以10g/L投加到氧化沟混合液中，运行一段时间稳定后，出水COD平均达到41.7mg/L，去除率为92.6％，出水NH₄ ⁺-N平均达到0.82mg/L，去除率为96.9％。

实施例2，

在一个污水处理厂中采用了Carrousel 2000氧化沟处理城市污水，进水COD平均为461mg/L，进水BOD₅平均为135mg/L，进水NH₄ ⁺-N平均为24.9mg/L，将密度1.1g/cm³、粒径0.076-0.16mm的磁性载体以5g/L投加到氧化沟混合液中，运行一段时间稳定后，出水COD平均达到44.9mg/L，去除率为90.3％，出水BOD₅平均达到8.07mg/L，去除率为94.0％，出水NH₄ ⁺-N平均达到0.91mg/L，去除率为96.3％。

实施例3，

在一个污水处理厂中采用了SBR工艺处理酿酒废水，进水COD平均为2700mg/L，进水BOD₅平均为2000mg/L，进水SS平均为310mg/L，该废水经过细格栅和纤维过滤器等一级强化污水处理工艺后进入SBR反应池。将密度1.1g/cm³、粒径0.076-0.16mm的磁性载体以5g/L投加到SBR池混合液中，运行一段时间稳定后，出水COD平均达到89.9mg/L，去除率为96.7％，出水BOD₅平均达到26.7mg/L，去除率为98.7％，出水SS平均达到24.1mg/L，去除率为92.2％。

Claims (15)

1.一种污水处理设备，所述污水处理设备包括生化反应池、用于分离污泥与磁性载体的磁分离机、污泥脱水设备和脱膜设备，其特征在于，该生化反应池中设有磁性载体，该磁性载体在所述污水中处于流态化。

2.根据权利要求1所述的污水处理设备，其特征在于，所述磁性载体可附着生物膜。

3.根据权利要求1所述的污水处理设备，其特征在于，所述磁性载体附着生物膜后，在水中与污水完全混合，悬浮于水中，与原有活性污泥共同作用去除污水中的有机物。

4.根据权利要求3所述的污水处理设备，其特征在于，所述磁性载体为磁性颗粒、高分子聚合物的组合物。

5.根据权利要求3所述的污水处理设备，其特征在于，所述组合物具有：粒度为0.043-0.245mm；密度为1.0-1.1g/cm³；各组分重量比为：磁性颗粒10-20wt％，高分子聚合物80-90wt％。

6.根据权利要求3所述的污水处理设备，其特征在于，所述磁性颗粒为含铁的磁性物质中的一种或者一种以上的混合物。

7.根据权利要求3所述的污水处理设备，其特征在于，所述高分子聚合物包括高分子树脂中的一种或者一种以上的混合物。

8.根据权利要求1-7中任一项所述的污水处理设备，其特征在于，所述磁分离设备为湿式永磁磁分离机。

9.根据权利要求1-7中任一项所述的污水处理设备，其特征在于，当生化反应池包括氧化沟时，在氧化沟的弯道处设置水下推进器。

10.根据权利要求1-7中任一项所述的污水处理设备，其特征在于，所述生化反应池包括推流式曝气池、完全混合式曝气池、氧化沟、SBR池。

11.一种使用污水处理设备实施的污水处理方法，所述污水处理设备包括生化反应池、用于分离污泥与磁性载体的磁分离机、污泥脱水设备和脱膜设备，所述方法按顺序包括：污水处理步骤和污泥处理步骤，其特征在于，在生化反应池中加入磁性载体，使所述磁性载体流态化，在污泥处理步骤中包括使至少一部分污泥通过磁分离机的步骤。

12.根据权利要求11所述的污水处理方法，其特征在于，所述污水处理步骤包括如下步骤：生化反应池步骤，其中经过预处理后的污水进入生化反应池设备；沉淀澄清步骤。

13.根据权利要求12所述的污水处理方法，其特征在于，所述污泥处理步骤包括：在经沉淀步骤之后，使一部分污泥回流到生化反应池，另一部分污泥进入磁分离机。

14.根据权利要求13所述的污水处理方法，其特征在于，所述方法还包括使被磁分离机分离的所述磁性载体直接回流到生化反应池，同时排除剩余污泥。

15.根据权利要求11-14中任一项所述的污水处理方法，其特征在于，所述生化反应池包括推流式曝气池、完全混合式曝气池、氧化沟、SBR池。

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