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含有磁性载体的污水处理设备和污水处理方法.pdf

  • 上传人:GAME****980
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  • 摘要
    申请专利号:

    CN201010174797.9

    申请日:

    2010.05.17

    公开号:

    CN102249404A

    公开日:

    2011.11.23

    当前法律状态:

    驳回

    有效性:

    无权

    法律详情:

    发明专利申请公布后的驳回IPC(主分类):C02F 3/12申请公布日:20111123|||实质审查的生效IPC(主分类):C02F 3/12申请日:20100517|||公开

    IPC分类号:

    C02F3/12

    主分类号:

    C02F3/12

    申请人:

    宜兴中北科大环境科技有限公司

    发明人:

    王化军; 何秋慧; 张扬; 付雷; 王珊; 龙能; 李博; 王禹丹

    地址:

    214226 江苏省宜兴市经济开发区锦程大道11号

    优先权:

    专利代理机构:

    北京亿腾知识产权代理事务所 11309

    代理人:

    陈霁

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    内容摘要

    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。

    权利要求书

    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。

    说明书

    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、CODMn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CODMn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1.0-1.1
    g/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%。

    关 键  词:
    含有 磁性 载体 污水处理 设备 方法
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    本文标题:含有磁性载体的污水处理设备和污水处理方法.pdf
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