申请日：2017.01.11
公开(公告)日：2017.03.22
IPC分类号：C02F9/14
摘要
本发明涉及一种高效生活垃圾污水系统，特别是指一种高效生活垃圾污水系统及其工艺，由原水槽、调节槽、高压溶氧电絮凝设备、高级氧化罐、再次氧化罐、固液分离装置、多相耦合电化学设备、固液分离装置二、厌氧罐、生物催化氧化罐和滴滤塔等构成;本发明的设备采用大多为常用设备，整个系统的建造成本低，同时还可直接以旧的污水处理系统的基础上进行改造，利用原水酸性的情况下进行的多相耦合电化学技术，将原水在初步处理时，就做好充分催化氧化絮凝，且能耗基本就集中在了水泵、供气和电解方面，而从整套系统中也可以看出，整套系统中水泵、供气和电解所占比例极低，能耗极低;基本可以达到每吨水处理在两毛左右，极大的提高了本系统的适用性。
说明书
高效生活垃圾污水系统及其工艺
技术领域
本发明涉及一种污水处理技术，特别是指一种高效生活垃圾污水系统及其工艺。
背景技术
水是人类赖以生存的宝贵资源,没有水生命就不存在。随着世界人口不断的增加和工农业生产的发展,用水量的逐年增加。地球上水的总量不少,但能供人类利用的水量却不多,仅占总水量的0.0092%。对于我国来说是属于世界上13个最贫水的国家之一,人均占有水量仅为世界人均量的1/4,因此珍惜水资源,节约用水,充分利用各种水就显得更加重要。
由于社会经济的发展,人类对洁净水的需求量不断增加,合理利用现有水源,保护现有水源不受污染,治理生活和工业废水以及污水回用,不仅是我国城乡面临的当务之急,而且是当今世界性问题。由于我国城市化进程的快速发展,城镇人口急剧增加,加上我国过去过多地把环境污染防治的重点放在工业污水污染防治上,城市生活污水的污染防治相对滞后。随着城市污水排放量增加,环境基础设施建设又跟不上城市化发展速度,致使城市生活污水成为水污染的一个重要来源。因此,如何处理城市生活污水是一个值得关注的大问题。
生活污水主要来自家庭、商业、机关学校、旅游服务业及其他城市公用设施。城市生活污水污染物含量主要是有机物,如淀粉、脂肪、蛋白质、纤维素、糖类、矿物油等,其中COD(化学需氧量)、BOD(生物需氧量)、TKN(凯氏氮)、TN(总氮)、TP(总磷)也较高。生活污水经一级物理处理、二级生化处理后COD、BOD、TKN、NH3-N等大幅度降低,但TN、TP仍较高,排入水体后易造成水体的富营养化,使藻类大量生长繁殖,造成赤潮和水华。藻类生物原生质的组成是C106H263N16P,可知水中含少量的氮、磷就能促使藻类大量生长,而当藻类代谢大量死亡时,就使水域水体腐败发臭水质恶化。
目前，城市废水处理通常采用物理、化学和生物处理法,将城市废水中所含各种形态的污染物质加以分离去除或转化为无害和稳定的物质,从而使废水得到净化的处理系统称为城市废水无害化处理系统,在处理深度上分为一、二、三级处理。由格栅、沉沙池和沉淀池等处理设备组成的物理处理系统,可去除废水中的可沉杂质,称为城市废水一级处理,一级处理出水中,还含有较多溶解性有机污染物,不能直接排放;以活性污泥法或生物膜法等生物处理技术为主体的二级处理,可大幅度地去除废水中呈胶体和溶解状态的有机污染物,BOD去除率达85%～95%,处理后出水COD可降至15～30mg/L;废水无害化处理系统还包括污泥处理,主要处理由沉淀池排出的沉淀污泥和从生物处理系统排出的生物污泥。城市废水一级处理较为简单,有较大的局限性,一般只作为二级处理的预处理,以减轻二级处理负荷,保证二级处理系统正常工作。目前,城市废水二级处理系统通常有以下几种方式：
活性污泥法，长期以来,城市生活污水多采用活性污泥法,它是世界各国应用最广的一种生物处理流程,具有处理能力高,出水水质好的优点。该方法主要由曝气池、沉淀池、污泥回流和剩余污泥排放系统组成。废水和回流的活性污泥一起进入曝气池形成混合液。曝气池是一个生物反应器,通过曝气设备充入空气,空气中的氧溶入混合液,产生好氧代谢反应,且使混合液得到足够的搅拌而呈悬浮状态,这样,废水中的有机物、氧气同微生物能充分接触反应。随后混合液进入沉淀池,混合液中的悬浮固体在沉淀池中沉下来和水分离,流出沉淀池的就是净化水。沉淀池中的污泥大部分回流,称为回流污泥,回流污泥的目的是使曝气池内保持一定的悬浮固体浓度,也就是保持一定的微生物浓度。曝气池中的生化反应引起微生物的增殖,增殖的微生物量通常从沉淀池中排除,以维持活性污泥系统的稳定运行,这部分污泥叫剩余污泥。活性污泥除了有氧化和分解有机物的能力外,还要有良好的凝聚和沉聚和沉降性能,以使活性污泥能从混合液中分离出来,得到澄清的出水。
由于污水处理是一项侧重于环境效益和社会效益的工程,因此在建设和实际运行过程中常受到资金的限制,使得治理技术与资金问题成为我国水污染治理的“瓶颈”。归纳起来,目前在城市生活污水处理研究和应用领域,普遍存在的问题有:(1)采用传统的活性污泥法,往往基建费、运行费高,能耗大,管理复杂,易出现污泥膨胀现象;设备不能满足高效低耗的要求;(2)随着污水排放标准的不断严格,对污水中氮、磷等营养物质的排放要求较高,传统的具有脱氮除磷功能的污水处理工艺多以活性污泥法为主,往往需要将多个厌氧和好氧反应池串联,形成多级反应池,通过增加内循环来达到脱氮除磷的目的,这势必增加基建投资的费用及能耗,并且使运行管理较为复杂;(3)目前城市污水的处理多以集中处理为主,庞大的污水收集系统的投资远远超过污水处理厂本身的投资,因此建设大型的污水处理厂,集中处理生活污水,从污水再生回用的角度来说不一定是唯一可取的方案。
因此,如何使城市污水处理工艺朝着低能耗、高效率、少剩余污泥量、最方便的操作管理,以及实现磷回收和处理水回用等可持续的方向发展,已成为目前水处理技术研究和应用领域共同关注的问题。这要求污水处理不应仅仅满足单一的水质改善,同时也需要一并考虑污水及所含污染物的资源化和能源化问题,且所采用的技术必须以低能耗和少资源损耗为前提。
生物膜法在污水生物处理的发展和应用中,活性污泥和生物膜法一直占据主导地位。生物膜法主要用于从废水中去除溶解性有机污染物,主要特点是微生物附着在介质“滤料”表面,形成生物膜,污水同生物膜接触后,溶解的有机污染物被微生物吸附转化为H2O、CO2、NH3和微生物细胞物质,污水得到净化,所需氧化一般直接来自大气。生物膜法处理系统适用于处理中小规模的城市废水,采用的处理构筑物有高负荷生物滤池和生物转盘,生物滤池在我国南方更为适用。随着新型填料的开发和配套技术的不断完善,与活性污泥法平行发展起来的生物膜法处理工艺在近年来得以快速发展。由于生物膜法具有处理效率高、耐冲击负荷性能好、产泥量低、占地面积少、便于运行管理等优点,在处理中极具竞争力;但膜处理存在的极大问题是需要定时更换膜组件，否则容易因为膜组件表面的附着物而使得膜组件破裂。
污水中有机污染物质种类繁多,成分复杂。但对于生活污水来说,其有机成分归纳起来主要包括:蛋白质(40%-60%),碳水化合物(25%-50%)和油脂(10%),此外还含有一定量的尿素。生物膜法依靠固定于载体表面上的微生物膜来降解有机物,由于微生物细胞几乎能在水环境中的任何适宜的载体表面牢固地附着、生长和繁殖,由细胞内向外伸展的胞外多聚物使微生物细胞形成纤维状的缠结结构,因此生物膜通常具有孔状结构,并具有很强的吸附性能。生物膜附着在载体的表面,是高度亲水的物质,在污水不断流动的条件下,其外侧总是存在着一层附着水层。生物膜又是微生物高度密集的物质,在膜的表面上和这一深度的内部生长繁殖着大量的微生物及微型动物,形成由有机污染物→细菌→原生动物(后生动物)组成的食物链。生物膜是由细菌、真菌、藻类、原生动物、后生动物和其他一些肉眼可见的生物群落组成。其中细菌一般有:假单苞菌属、芽苞菌属、产碱杆菌属和动胶菌属以及球衣菌属,原生动物多为钟虫、独缩虫、等枝虫、盖纤虫等。后生动物只有在溶解氧非常充足的条件下才出现,且主要为线虫。污水在流过载体表面时,污水中的有机污染物被生物膜中的微生物吸附,并通过氧向生物膜内部扩散,在膜中发生生物氧化等作用,从而完成对有机物的降解。生物膜表层生长的是好氧和兼氧微生物,而在生物膜的内层微生物则往往处于厌氧状态,当生物膜逐渐增厚,厌氧层的厚度超过好氧层时,会导致生物膜的脱落,而新的生物膜又会在载体表面重新生成,通过生物膜的周期更新,以维持生物膜反应器的正常运行。
生物膜法通过将微生物细胞固定于反应器内的载体上,实现了微生物停留时间和水力停留时间的分离,载体填料的存在,对水流起到强制紊动的作用,同时可促进水中污染物质与微生物细胞的充分接触,从实质上强化了传质过程。生物膜法克服了活性污泥法中易出现的污泥膨胀和污泥上浮等问题,在许多情况下不仅能代替活性污泥法用于城市污水的二级生物处理,而且还具有运行稳定、抗冲击负荷强、更为经济节能、具有一定的硝化反硝化功能、可实现封闭运转防止臭味等优点。
通过人工强化作用将生物膜引入到污水处理反应器中,便形成了生物膜反应器。近年来,生物膜反应器发展迅速,由单一到复合,有好氧也有厌氧,逐步形成了一套较完整的生物处理系统。填料是生物膜技术的核心之一,它的性能对废水处理工艺过程的效率、能耗、稳定性以及可靠性均有直接关系。生物膜法处理生活污水主要分为了复杂物料厌氧降解阶段、厌氧生物膜法处理工艺确定、好氧生物膜法—生物接触氧化技术确定等几个过程。
但生物膜法处理技术的缺点是:(1)设计、运行经验不足;(2)膜组件的使用寿命短,能耗大,运行费用高;(3)膜的化学清洗过程、清洗效果和自动化等尚需要优化;(4)对水力冲击负荷的适应能力较差。
氧化法是目前广泛采用并极具发展潜力的城市生活污水预处理方法之一。根据氧化剂的种类及反应器的类型,氧化法可分为化学氧化法、催化氧化法、(催化)湿式氧化法,光催化氧化法、超临界氧化法等。化学氧化法虽然操作简单,但由于其处理效果并非十分理想,而且由于其运行成本较高,因此,在城市生活污水处理应用中使用并不很多。为了达到提高处理效果,同时降低运行成本的目的,人们开发了一些其他的氧化技术。光催化氧化法设备简单、运行条件温和、氧化能力强、杀菌作用强、处理彻底,因此,在水的深度处理及对难生物降解的有机废水的处理具有极好的应用前景,目前已成为国内外非常活跃的研究课题,有专家预测,氧化法将成为21世纪废水处理中重要的方法之一。微波辐射可促进有机化学反应,在国外已于1986年发现和利用。近年微波已应用于化学学科的各个分支,由于微波辐射具有快速加热、快速达到反应温度、分子水平意义下的搅拌、反应收率高、产物容易分离、污染小等优点,越来越受到重视。微波工业化设备(上海微波设备厂)的出现,使得它的使用日益广泛。目前已应用于氧化反应、烷基化、酰化、酯化、细合成(药物、染料、香料等)、纳米材料、无机化学、催化剂材料及改性等。已有研究表明:(1)活性炭在微波辐射的条件下,对生活废水处理的最好条件是,微波炉功率为800w,反应时间6.5min加入入活性炭2g,处理50mL的生活废水,在紫外分光光度计上测量220nm处的透过率达到或超过91.1%;(2)对处理以后的生活废水,按照国家对于生活杂用水标准中的规定,在最好条件下,微波炉功率为800W,反应时间6.5min加入活性炭2g,处理50mL生活废水,可以将COD为367mg/L的原水处理为COD<50mg;(3)处理后的废水已达到生活杂用水的标准无色无味COD<50mg透过率达到或超过91.1%接近生活杂用水的标准,完全能满足冲厕和绿化的要求。本方法至今只局限于实验室小样,并未中试,因此不适用于大规模处理城市生活污水,其工艺有待进一步研究。
通过以上描述可以看出，目前现有技术的活性污泥法、生物膜法等物理、化学和生物法的污水处理方法都既存在优点但也存在较难以克服的缺陷。
发明内容
针对现有技术中的上述不足，本发明提供一种成本极低、处理效率高且结合多种污水处理优势在一起的高效生活垃圾污水系统及其工艺。
为实现以上技术目的,本发明的技术方案是：一种高效生活垃圾污水系统，包括原水槽、调节槽、高压溶氧电絮凝设备、高级氧化罐、再次氧化罐、固液分离装置、多相耦合电化学设备、固液分离装置二、厌氧罐、生物催化氧化罐和滴滤塔，所述原水槽与调节槽通过水泵连通，所述调节槽与高压溶氧电絮凝设备连通，所述高级氧化罐、再次氧化罐、固液分离装置、多相耦合电化学设备、固液分离装置二、厌氧罐、生物催化氧化罐和滴滤塔依次连通，高压溶氧电絮凝设备包括设备本体、槽体、电双极性板四块、电单极性板两块、污泥沉渣抽吸管、臭氧吹渣管、泄压阀、压力表、进水口和出水口，所述槽体设在设备本体内，两块所述电单极性板分别位于槽体两侧，四块所述电双极性板位于两块电单极性板中间，所述泄压阀、压力表安装在设备本体的上部且与槽体连通，所述进水口设在设备本体底部，所述出水口设在设备本体顶部，所述进水口和出水口分别与槽体连通，所述污泥沉渣抽吸管和臭氧吹渣管设在设备本体侧壁上且与槽体连通;所述高级氧化罐包括高级氧化罐本体，所述再次氧化罐也包括再次氧化罐体，所述固液分离装置包括装置本体、曝气管和生物膜组件，所述生物膜组件设在装置本体内，所述曝气管设在装置本体底部;所述多相耦合电化学设备包括多相耦合电化学包括罐体和催化填料，所述催化填料设在罐体内;所述固液分离装置二的结构与固液分离装置的结构相同，所述厌氧罐包括厌氧罐本体;所述生物氧化罐包括生物氧化罐体、生物氧化填料和曝气管，所述生物氧化填料填充在生物氧化罐体内，所述曝气管安装在生物氧化罐体底部，所述滴滤塔包括滴滤塔本体、喷淋管、填料层和出水管，所述喷淋管设在滴滤塔本体上部，所述填料层设在滴滤塔本体内部，所述出水管设在滴滤塔本体下部且与滴滤塔本体连通。
作为优选，所述催化填料为二价铁氧化物或铜、镍、锰、铂、钌、铌、钯制成的贵金属及其氧化物。
作为优选，填料层内为石英砂填料和活性炭填料。
一种生活垃圾污水处理工艺，包括如下步骤：
步骤一：先将原水槽内的原水经过沉淀后的上清液通过水泵泵入调节槽;
步骤二：将调节槽内原水进行酸化处理，加入%的HCl和%的HO,将调节槽的原水PH调节至-.;
步骤三：将调节槽内进行酸化后的污水加‰HO泵入高压溶氧电絮凝设备进行电解和絮凝操作并停留分钟;
步骤四;将经过高压溶氧电絮凝设备后的污水依次泵入高级氧化罐停留分钟接着再泵入再次氧化罐进行催化氧化操作并停留分钟;
步骤五：将再次氧化罐体内的污水通过水泵泵入固液分离装置中，通过曝气管的曝气并将污水通过生物膜组件进而实现固液分离;
步骤六：将经过固液分离后的上清液泵入多相耦合电化学设备并加.‰HO，通入再次氧化后加.‰HCl，通入多相耦合电化学设备后的含絮凝物的污水通过二价铁氧化物或铜、镍、锰、铂、钌、铌、钯制成的贵金离子进一步的将污水内的有机物进一步催化;
步骤四：将经过多相耦合电化学设备进行催化氧化处理后的污水再次进入固液分离装置二进行固液分离;
步骤五：将经过固液分离装置二后的污水排入厌氧罐中进行厌氧和兼氧处理;
步骤六：对经过厌氧兼氧处理后的污水泵入生物催化氧化罐内并停留至少小时并通过生物填料层和曝气管对污水进行曝气和生物氧化处理;
步骤七：最后将经过曝气和生物氧化处理的污水送入滴滤塔，通过填料层对污水进行过滤。
从以上描述可以看出，本发明具备以下优点：本发明的优势在于设备采用大多为常用设备，整个系统的建造成本低，不需要采购国外的一些内含技术诀窍的高价污水处理设备，同时还可以直接以旧的生产型企业的污水处理系统的基础上进行改造，利用在原水酸性的情况下进行的多相耦合电化学的技术，将原水在初步处理时，就做好了充分的催化氧化絮凝，并且整套系统中的能耗基本就集中在了水泵、供气和电解方面，而从整套系统中也可以看出，整套系统中水泵、供气和电解所占比例极低，能耗也极低;基本可以达到每吨水处理在两毛左右，极大的提高了本系统的适用性。
