申请日2016.10.17
公开(公告)日2016.12.14
IPC分类号C02F3/12; C02F3/34
摘要
本发明公开了一种低温下联用氯化钙和磁场协同强化污水处理的装置及方法，属于生活污水净化技术领域。本发明的装置包括反应器，该反应器为氯化钙和磁场协同强化活性污泥反应器，反应器的上部设有进水口，进水总管的一端通过进水口伸入反应器内部，其另一端分别与污水输入管及CaCl2溶液输入管相连，通过污水输入管与CaCl2溶液输入管分别向反应器内引入生活污水及CaCl2溶液，且该反应器内还设有曝气装置和磁场强化装置。本发明可以有效解决现有低温生活污水处理中反应器有机物降解效率不高，剩余活性污泥产量较高的缺陷。
摘要附图
权利要求书
1.一种低温下联用氯化钙和磁场协同强化污水处理的装置，包括反应器(4)，其特征在于：所述的反应器(4)为氯化钙和磁场协同强化活性污泥反应器，该反应器(4)内部填充有活性污泥，反应器(4)的上部设有进水口，进水总管(16)的一端通过进水口伸入反应器(4)内部，其另一端分别与污水输入管(1)及CaCl2溶液输入管(2)相连，通过污水输入管(1)与CaCl2溶液输入管(2)分别向反应器(4)内引入生活污水及CaCl2溶液，且该反应器(4)内还设有曝气装置(8)和磁场强化装置。
2.根据权利要求1所述的一种低温下联用氯化钙和磁场协同强化污水处理的装置，其特征在于：所述的磁场强化装置包括电源(14)、变压器(13)和电磁线圈(6)，其中，所述的电磁线圈(6)与变压器(13)和电磁线圈(6)依次相连，且该电磁线圈(6)为螺旋线圈并环绕于进水总管(16)的外部。
3.根据权利要求2所述的一种低温下联用氯化钙和磁场协同强化污水处理的装置，其特征在于：所述电磁线圈(6)的内外两侧均设有支架(3)，该支架(3)由非金属耐热材料制成，且反应器(4)的外部设有铁板罩(7)。
4.根据权利要求2所述的一种低温下联用氯化钙和磁场协同强化污水处理的装置，其特征在于：所述的磁场强化装置还包括磁场测定仪(12)，该磁场测定仪(12)位于反应器(4)的内部。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的一种低温下联用氯化钙和磁场协同强化污水处理的装置，其特征在于：所述的污水输入管(1)上设有第一水泵(2)，CaCl2溶液输入管(2)上设有第二水泵(11)。
6.根据权利要求1-4中任一项所述的一种低温下联用氯化钙和磁场协同强化污水处理的装置，其特征在于：所述反应器(4)的内部还设有搅拌装置(9)，搅拌装置(9)的搅拌叶片位于曝气装置(8)的下方，且其搅拌轴穿过进水总管(16)进入反应器(4)内部。
7.根据权利要求6所述的一种低温下联用氯化钙和磁场协同强化污水处理的装置，其特征在于：所述反应器(4)的侧壁上设置有排水口(5)，该反应器(4)的底部设有排泥口(10)。
8.根据权利要求7所述的一种低温下联用氯化钙和磁场协同强化污水处理的装置，其特征在于：所述的进水总管(16)与磁场强化装置均沿反应器(4)的轴心纵向设置。
9.一种低温下联用氯化钙和磁场协同强化污水处理的方法，其特征在于，其步骤为：
步骤一、在4-15℃的低温条件下向反应器(4)内接种活性污泥，污泥浓度为3500-4500mg/L，通过污水进水管(1)向反应器(4)内进水有机负荷为0.2kg/(m3·d)的模拟生活污水，并进行曝气和搅拌处理，以使活性污泥达到完全混合的状态;
步骤二、活性污泥驯化18-22天后接通电源(14)，通过磁场强化装置在反应器内形成磁场，并通过CaCl2溶液输入管(15)向反应器(4)内投加CaCl2溶液，构建出氯化钙和磁场协同强化的活性污泥反应器，通过调节第二水泵(11)及变压器(13)来控制反应器(4)内钙离子的浓度及磁场的大小，同时提高进水有机负荷至0.4kg/(m3·d)，对反应器(4)中的污泥进行磁场强度和钙离子浓度的同步驯化;
步骤三、在活性污泥驯化35-45天后，加入实际的生活污水进行处理，逐步提高进水有机负荷至0.4-1kg/(m3·d)，并逐步减少模拟生活污水至不加入，在达到稳定状态以后，形成磁场-钙离子-微生物强化体系。
10.根据权利要求9所述的一种低温下联用氯化钙和磁场协同强化污水处理的方法，其特征在于：所述步骤二中氯化钙溶液与生活污水混合后钙离子的浓度为0.01-0.1mM，磁场的强度为10-30mT。
说明书
一种低温下联用氯化钙和磁场协同强化污水处理的装置及方法
技术领域
本发明属于生活污水净化技术领域，更具体地说，涉及一种低温下联用氯化钙和磁场协同强化污水处理的装置及方法，它主要适用于低温条件下生活污水的生物强化处理。
背景技术
低温在污水处理系统中是指小于15℃的温度，我国北方地区冬季漫长，污水温度低于10℃的时间可长达6个月。中国环境统计年鉴数据显示2015年我国废水排放总量达到7161751万吨，其中北方地区废水排放总量2653582万吨，占总废水排放总量的37.05%。活性污泥法是当前应用最广泛的一种好氧生物污水处理技术，占城市污水处理工艺的90%以上和工业废水处理工艺的50%左右。但在低温条件下活性污泥微生物的活性明显下降，具体表现在出水水质下降、呼吸速率降低、细胞膜传质能力下降、脱氢酶活性降低、剩余活性污泥产量增加等。因此，解决我国北方地区环境水处理领域问题的关键就在于提高低温下活性污泥微生物的活性。
目前，低温条件下强化活性污泥法处理效果的方法主要有改变运行工艺、调节运行参数、调节进水水质、物理强化、投加添加剂、高效耐冷菌种等。但是，这些方法都有其自身局限性，大多数方法仅仅是以提高出水水质为目标，对于剩余活性污泥产量增加的问题却关注较少，因此不能够同时有效地解决活性污泥法在冬季遇到的出水水质下降和剩余活性污泥产量增加的问题。同时，低温条件下的污水处理工艺及工程设计参数也均与常温条件下差别较大。此外，随着污水处理标准的不断提高，上述方法对于低温条件下生活污水的处理效果已不能很好地满足标准要求。
基于以上问题，发明人也一直致力于提高低温条件下强化活性污泥法处理效果的研究，并取得了一定的成效。如，申请人于2012年11月22日申请的申请号为201210475425.9的发明专利公开了一种利用恒定磁场进行污水强化处理的装置及其污水处理方法，该申请案的污水处理方法包括如下步骤：(1)在充满磁粉的反应器内填充活性污泥，两侧设置铁板，外围设置铁板;(2)进行低温条件下污泥的驯化，逐步提高进水有机负荷，对活性污泥进行曝气和搅拌;(3)调转磁铁方向，驯化至COD去除率达到80%以上;(4)运行过程中持续调转磁铁方向，形成磁场-微生物强化体系。该申请案的方法操作简单，在一定程度上能够提高低温条件下活性污泥法的出水水质。
又如，申请人于2012年11月22日申请的申请号为201210475408.5的发明专利公开了一种利用变化磁场进行污水强化处理的装置及其污水处理方法，该申请案具体包括如下步骤：(1)在反应器外围安装磁场强化装置;(2)接种活性污泥，反应器内填充磁粉，对活性污泥进行曝气和搅拌，进行低浓度有机负荷的污泥驯化;(3)逐步提高进水有机负荷，不断变化磁场强度进行低温-磁场同步驯化;(4)达到稳定状态后，控制有机负荷，形成磁场-磁粉-微生物强化体系。该方法操作简单，能够提高有机物的去除速率和反应器内的传质速率，提高有机负荷，缩短污水停留时间，降低成本。
相对于厌氧活性污泥法，好氧活性污泥法是一种剩余活性污泥产量较高的工艺。污水处理厂冬季运行时保持悬浮固体浓度不变，污泥龄缩短;保持污泥龄不变，悬浮固体浓度增加。以上两个申请案虽然利用磁场提高了污水的降解性能，但是对于低温下剩余活性污泥产量增加的问题未能很好考虑，不能有效解决。
发明内容
1.发明要解决的技术问题
本发明的目的在于克服低温条件下采用现有活性污泥法处理污水时，其出水水质下降难以达标，且剩余活性污泥产量增加以及其处理效果难以满足标准要求的不足，提供了一种低温下联用氯化钙和磁场协同强化污水处理的装置及方法。本发明采用了磁场-钙离子-微生物强化体系，利用钙离子增强了活性污泥脱氢酶的活性，同时利用磁场增加了微生物细胞膜的传质效率，能够同时有效地解决现有低温生活污水处理中出水水质下降与剩余活性污泥产量增加的问题，保证了低温条件下活性污泥法的处理效果。
2.技术方案
本发明的原理：在磁场-钙离子-微生物强化体系中，磁场改变了活性污泥微生物细胞膜的磷脂脂肪酸的组成，不饱和脂肪酸的含量增加，提高了细胞膜的通透性，提高了传质速率，使小分子更易进入细胞内分解;钙离子通过改变酶催化强的电荷分布，提高了脱氢酶、蛋白酶、脂肪酶等酶的活性，增强了活性污泥微生物降解固体大分子有机物的能力，从而能够减少剩余活性污泥的产量。本发明通过两种技术在一个反应器内的联用，最优组合为10-30mT的磁场和0.01-0.1mM的钙离子浓度，使二者之间具有良好的协调作用，从而能够同时提高活性污泥在低温条件下对有机物的降解能力并降低剩余活性污泥的产量。
为达到上述目的，本发明提供的技术方案为：
本发明的一种低温下联用氯化钙和磁场协同强化污水处理的装置，包括反应器，所述的反应器为氯化钙和磁场协同强化活性污泥反应器，该反应器内部填充有活性污泥，反应器的上部设有进水口，进水总管的一端通过进水口伸入反应器内部，其另一端分别与污水输入管及CaCl2溶液输入管相连，通过污水输入管与CaCl2溶液输入管分别向反应器内引入生活污水及CaCl2溶液，且该反应器内还设有曝气装置和磁场强化装置。
更进一步的，所述的磁场强化装置包括电源、变压器和电磁线圈，其中，所述的电磁线圈与变压器和电磁线圈依次相连，且该电磁线圈为螺旋线圈并环绕于进水总管的外部。
更进一步的，所述电磁线圈的内外两侧均设有支架，该支架由非金属耐热材料制成，且反应器的外部设有铁板罩。
更进一步的，所述的磁场强化装置还包括磁场测定仪，该磁场测定仪位于反应器的内部。
更进一步的，所述的污水输入管上设有第一水泵，CaCl2溶液输入管上设有第二水泵。
更进一步的，所述反应器的内部还设有搅拌装置，搅拌装置的搅拌叶片位于曝气装置的下方，且其搅拌轴穿过进水总管进入反应器内部。
更进一步的，所述反应器的侧壁上设置有排水口，该反应器的底部设有排泥口。
更进一步的，所述的进水总管与磁场强化装置均沿反应器的轴心纵向设置。
本发明的一种低温下联用氯化钙和磁场协同强化污水处理的方法，其步骤为：
步骤一、在4-15℃的低温条件下向反应器内接种活性污泥，污泥浓度为3500-4500mg/L，通过污水进水管向反应器内进水有机负荷为0.2kg/(m3·d)的模拟生活污水，并进行曝气和搅拌处理，以使活性污泥达到完全混合的状态;
步骤二、活性污泥驯化18-22天后接通电源，通过磁场强化装置在反应器内形成磁场，并通过CaCl2溶液输入管向反应器内投加CaCl2溶液，构建出氯化钙和磁场协同强化的活性污泥反应器，通过调节第二水泵及变压器来控制反应器内钙离子的浓度及磁场的大小，同时提高进水有机负荷至0.4kg/(m3·d)，对反应器中的污泥进行磁场强度和钙离子浓度的同步驯化;
步骤三、在活性污泥驯化35-45天后，加入实际的生活污水进行处理，逐步提高进水有机负荷至0.4-1kg/(m3·d)，并逐步减少模拟生活污水至不加入，在达到稳定状态以后(COD去除率>80%)，形成磁场-钙离子-微生物强化体系。
更进一步的，所述步骤二中氯化钙溶液与生活污水混合后钙离子的浓度为0.01-0.1mM，磁场的强度为10-30mT。
3.有益效果
采用本发明提供的技术方案，与现有技术相比，具有如下显著效果：
(1)本发明的一种低温下联用氯化钙和磁场协同强化污水处理的装置，通过CaCl2溶液输入管向反应器内引入CaCl2溶液，通过磁场强化装置使反应器内产生磁场，从而通过氯化钙与磁场的联用构建出氯化钙和磁场协同强化的好氧活性污泥反应体系，能够同时有效解决在低温条件下采用现有活性污泥法处理污水时其出水不达标以及剩余活性污泥产量增加的问题，有利于保证污水处理的效果使其满足标准要求。
(2)本发明的一种低温下联用氯化钙和磁场协同强化污水处理的装置，其磁场强化装置的电磁线圈为螺旋线圈并环绕于进水总管的外部，该磁场强化装置在为反应器提供磁场的同时，还可以有效利用磁感线圈产生的热量来加热冬季生活污水，对磁感线圈的利用更加充分，防止磁场电能的浪费，从而进一步提高微生物的生物活性，保证低温下的污水处理效果。
(3)本发明的一种低温下联用氯化钙和磁场协同强化污水处理的装置，其电磁线圈的内外两侧均设有支架，该支架由非金属耐热材料制成，从而可以对磁场强化装置与水进行隔离，有利于保证磁场的作用效果。上述反应器的外部设有铁板罩，从而可以有效防止反应器内的磁场对其他外部设备的影响。
(4)本发明的一种低温下联用氯化钙和磁场协同强化污水处理的方法，通过构建氯化钙与磁场协同强化的活性污泥反应体系，并控制反应器内钙离子的浓度为0.01-0.1mM，磁场的强度为10-30mT，从而可以使污水处理效果得到最大程度的改善，在显著提高活性污泥在低温条件下对有机物的降解能力的基础上能够有效降低剩余活性污泥的产量。
