申请日2016.08.05
公开(公告)日2016.12.21
IPC分类号C02F9/06; C02F101/30; C02F101/16
本发明公开一种市政污水处理厂排放水由一级B到一级A的提标方法，包括如下步骤：(1)电解;(2)絮凝沉淀或气浮;(3)过滤。本发明采用电解、絮凝沉淀或气浮与过滤的组合工艺作为市政污水处理厂排放水从一级B标准十二项指标全面提标到一级A的方法。通过电解去除COD、BOD、色度、氨氮和总氮;通过絮凝沉淀或气浮去除COD、石油类、植物油，同时去除磷、部分有机物和总氮;通过过滤去除固体颗粒物质(SS)。一级B出水进入电解机，电解后出水进入絮凝沉淀池或气浮池，絮凝沉淀池或气浮池出水进入过滤装置，过滤出水达到一级A标准。
权利要求书
1.一种市政污水处理厂排放水由一级B到一级A的提标方法，其特征在于，以现有污水厂的一级B处理工艺为基础，在原工艺二沉池后的一级B排放水后，增加电解、絮凝沉淀、过滤或气浮步骤，即增加如下步骤：
(1)电解：将原工艺二沉池达一级B标准的出水泵入电解机中电解，电解过程中，阳极产生的Cl·和O·与有机物、氨氮反应，生成CO2、H2O、N2和NO3﹣，除去有机物，降低COD、BOD以及氨氮;阴极产生的“H·” 和“OH·”与“NO3﹣”、有机物及氨氮反应，生成CO2、H2O、N2;
(2)絮凝沉淀或气浮：步骤(1)电解后污水进入絮凝反应池，向絮凝反应池中加入1～20g/ m3硫酸亚铁絮凝剂溶液和1～5mg/ m3助凝剂进行絮凝反应，Fe2+与电解未反应完全的Cl·、O·、OH·或Cl2反应生成Fe3+，Fe3+与PO43﹣反应生成磷酸铁沉淀除去污水的磷，与OH-反应生成Fe(OH)3沉淀进行絮凝反应，通过吸附作用除去石油类、动植物油等有机物，进入沉淀池或气浮机进行沉淀或气浮分离进，污泥进入污泥处理系统脱水成泥块，清液进入步骤(3)过滤;
(3)过滤：步骤(2)絮凝沉淀或气浮后的清液进入过滤装置过滤，滤液即为达到一级A排放标准的污水，污泥浆进入污泥处理系统脱水成泥块。
2.如权利要求1所述的一种市政污水处理厂排放水由一级B到一级A的提标方法，其特征在于：所述电解机的工作电压为1～500V，两电极间的电压为1～15V，电流密度为5～500mA/cm2, 步骤(2)中清液在电解机中的停留时间为5s～10min。
3.如权利要求1所述的一种市政污水处理厂排放水由一级B到一级A的提标方法，其特征在于：所述电解机设有电源和电解槽，所述电解槽内的电极为石墨、钛、铁、铝、锌、铜、铅、镍、钼、铬、合金、有贵金属氧化物涂层的钛电极或纳米催化惰性电极中的一种。
4.如权利要求3所述的一种市政污水处理厂排放水由一级B到一级A的提标方法，其特征在于：所述纳米催化惰性电极的表层涂覆有晶粒为10～35nm的贵金属氧化物惰性催化涂层，所述纳米催化惰性电极的基板为钛板、其他金属板或塑料板。
5.如权利要求1所述的一种市政污水处理厂排放水由一级B到一级A的提标方法，其特征在于：步骤(1)所述电解是直接电解或间接电解。
6.如权利要求1所述的一种市政污水处理厂排放水由一级B到一级A的提标方法，其特征在于：步骤(2)中所述絮凝剂为铁盐、铝盐、聚铝、聚铁的一种或任意两种以上组合;所述铁盐为硫酸铁或硫酸亚铁;所述铝盐为硫酸铝或氯化铝;所述聚铝为聚合氯化铝、聚合硫酸铝或聚合硅酸铝;所述聚铁为聚合氯化铁、聚合硫酸铁或聚合硅酸铁;用量为1～20g/m3。
7.如权利要求1所述的一种市政污水处理厂排放水由一级B到一级A的提标方法，其特征在于：步骤(2)中所述助凝剂为PAM，用量为1～3g/m3。
8.如权利要求1所述的一种市政污水处理厂排放水由一级B到一级A的提标方法，其特征在于：步骤(2)絮凝沉淀时如果污水的pH小于8，还包括一个加入氢氧化钠或碳酸钠调节污水的pH至8～9的步骤。
9.如权利要求1所述的一种市政污水处理厂排放水由一级B到一级A的提标方法，其特征在于：步骤(2)所述的气浮是溶气气浮或浅层气浮。
10.如权利要求1所述的一种市政污水处理厂排放水由一级B到一级A的提标方法，其特征在于：步骤(3)所述的过滤是砂滤、多介质过滤或滤布滤池过滤的一种。
说明书
一种市政污水处理厂排放水由一级B到一级A的提标方法
技术领域
本发明属于环境工程的水污染治理领域，更为具体地说是指将市政污水处理厂排放水由《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)一级B标准全面提高到一级A标准的方法。
背景技术
为了加强污水处理管理，控制水污染，2002年国家颁布了《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)。2006年，原国家环境保护总局对《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)中一级A标准和一级B标准的执行对象进行调整，要求：城镇污水处理厂出水排入国家和省确定的重点流域及湖泊、水库等封闭、半封闭水域时，执行一级标准的A标准，排入《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)中Ⅲ类功能水域(划定的饮用水水源保护区和游泳区除外)、《海水水质标准》(GB3097-1982)中海水二类功能水域时，执行一级标准的B标准。
当前的市政污水处理厂比较常用的A2/O及其改良工艺(如UCT工艺)、各种氧化沟工艺、SBR类及其变型工艺(CAST工艺等)等，但不外乎活性污泥法工艺和生物膜法工艺两种。目前活性污泥法占有绝对优势，仅有少数污水厂采用生物膜法工艺。采用这些工艺的出水如不加深度处理多数只能达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)一级B标准出水指标，其指标如表1：
表1基本控制项目最高允许排放浓度(日均值)序号基本控制项目一级B标准(mg/L)1COD602BOD203SS204动植物油35石油类36阴离子表面活性剂17总氮(以N计)208氨氮(以N计)8(15)9总磷(以P计)110色度(稀释倍数)3011pH6-912粪大肠菌群数(个/L)10<sup>4</sup>
为了改善水环境，国务院关于印发水污染防治行动计划的通知(国发〔2015〕17号)要求，“敏感区域(重点湖泊、重点水库、近岸海域汇水区域)城镇污水处理设施应于2017年底前全面达到一级A排放标准。建成区水体水质达不到地表水Ⅳ类标准的城市，新建城镇污水处理设施要执行一级A排放标准”。但是，现有市政污水处理厂的污水处理工艺的出水只能达到一级B的标准，不能一级A标准的出水水质，无法满足国发〔2015〕17号“水污染防治行动计划”的一级A标准要求,其原因是：
1、现有污水处理厂没有絮凝工艺，现有沉池工艺只能沉淀除去较大颗粒的沉淀，一些密度与水接近，粒径为1～100µm的小颗粒县浮物沉淀不彻底，不仅导致SS较高，同时导致COD、BOD、总氮、氨氮等指标都较高;
2、现有污水处理厂没有专门的除磷工艺，主要利用生化工艺的噬磷菌将污水中的磷富集到污泥中，以剩余污泥的形式去除。随着进水水质波动，除磷效果不稳定，无法满足0.5mg/L的出水指标;
3、现有一级B污水处理厂只经过一级生化处理，没有深度脱氮设施，总氮达不到一级A的出水指标。
此外，动植物油和石油类也大多不能满足一级A的标准。
授权公告号为CN 103848542B的发明专利公开了一种污水处理提标改造污水深度处理工艺，该工艺在原工艺的二沉池与消毒池之间增加一段高效沉淀池和竖片纤维布滤池的组合工艺。该专利虽然可解决原工艺中除磷和除悬浮物量大难题。但是，不能满足一级A标准的COD、BOD、总氮、氨氮、动植油、石油类、阴离子表面活性剂、色度(稀释倍数)和粪大肠菌群数等指标。因此，目前，将现有一级B污水处理厂改造到一级A的代表工艺有：
(1)“生物脱氮+化学除磷+过滤”工艺;
(2)“化学除磷+MBR”工艺。
如果采用“生物脱氮(脱COD、BOD)+沉淀除磷+过滤”改造工艺，万吨污水提标改造工程的投资约600～800万元标准，万吨污水提标改造工程占地约1300～1700平方米。BOT模式下，一级B的运行服务费约为0.8～1.0元;提标后吨水运行成本将增加0.4～0.5元，合计约为1.2～1.5元/m3。
如果采用“化学除磷+MBR”工艺，万吨污水提标改造工程的投资约800～1000万元标准，万吨污水提标改造工程占地约约700～800平方米。一级B的运行服务费约为0.8～1.0元，处理每吨水的综合运行成本将增加0.6～同时0.9元，合计约为1.4～1.9元/m3。
以上两种工艺，不仅新增投资大，运行费用增加多，而且还占用比较大面积的场地。但是，增加投资和运行费用不说，关键是现有很多污水处理厂多处于城市中心，没有扩建改造工程需要的场地。
发明内容
本发明提供一种市政污水处理厂排放水从一级B到一级A的提标方法，其主要目的在于克服现有的一级B标准出水的提标工艺或是需要新增大面积场地、投资及运行费用，或是只能提高某些指标，出水不能全面达到一级A的缺点。
本发明采用如下技术方案：
一种市政污水处理厂排放水由一级B到一级A的提标方法，以现有污水厂的一级B处理工艺为基础，在原工艺二沉池后的一级B排放水后，增加电解、絮凝沉淀、过滤或气浮步骤，即增加如下步骤：
(1)电解：将原工艺二沉池达一级B标准的出水泵入电解机中电解，电解过程中，阳极产生的Cl·和O·与有机物(COD和BOD)、氨氮等反应，生成CO2、H2O、N2和NO3﹣，除去有机物，降低COD、BOD以及氨氮;阴极产生的“H·”和“OH·”与“NO3﹣”、有机物(COD和BOD)及氨氮等反应，生成CO2、H2O、N2;
(2)絮凝沉淀或气浮：步骤(1)电解后污水进入絮凝反应池，向絮凝反应池中加入1～20g/ m3硫酸亚铁絮凝剂溶液和1～5mg/ m3助凝剂进行絮凝反应，Fe2+与电解未反应完全的Cl·、O·、OH·或Cl2反应生成Fe3+，Fe3+与PO43﹣反应生成磷酸铁沉淀除去污水的磷，与OH-反应生成Fe(OH)3沉淀进行絮凝反应，通过吸附作用除去石油类、动植物油等有机物，进入沉淀池或气浮机进行沉淀或气浮分离进，污泥进入污泥处理系统脱水成泥块，清液进入步骤(3)过滤;
(3)过滤：步骤(2)絮凝沉淀或气浮后的清液进入过滤装置过滤，滤液即为达到一级A排放标准的污水，污泥浆进入污泥处理系统脱水成泥块。
步骤(1)中所述电解机的工作电压为1～500V，两电极间的电压为1～15V，电流密度为5～500mA/cm2, 步骤(2)中清液在电解机中的停留时间为5s～10min。
所述电解机设有电源和电解槽，所述电解槽内的电极为石墨、钛、铁、铝、锌、铜、铅、镍、钼、铬、合金、有贵金属氧化物涂层的钛电极或纳米催化惰性电极中的一种。
所述纳米催化惰性电极的表层涂覆有晶粒为10～35nm的贵金属氧化物惰性催化涂层，所述纳米催化惰性电极的基板为钛板、其它金属板或塑料板。
步骤(1)所述电解是直接电解或间接电解。
步骤(2)中所述絮凝剂为铁盐、铝盐、聚铝、聚铁的一种或任意两种以上组合;所述铁盐为硫酸铁或硫酸亚铁;所述铝盐为硫酸铝或氯化铝;所述聚铝为聚合氯化铝、聚合硫酸铝或聚合硅酸铝;所述聚铁为聚合氯化铁、聚合硫酸铁或聚合硅酸铁;用量为1～20g/m3。
步骤(2)中所述助凝剂为PAM，用量为1～3g/m3。
步骤(2)絮凝沉淀时如果污水的pH小于8，还包括一个加入氢氧化钠或碳酸钠调节污水的pH至8～9的步骤。
步骤(2)所述的气浮是溶气气浮或浅层气浮。
步骤(3)所述的过滤是砂滤、多介质过滤或滤布滤池过滤的一种。
步骤(1)电解发生如下电极反应：
1、阳极
主要的电极反应是：2Cl﹣-2e →2 Cl·→Cl2↑
3H2O+ 2e → O·+ 2H3O﹢
由于H3O﹢的生成，在阳极附近，碱性降低，酸性上升。
、阴极
阴极采用纯金属钛(或不锈钢板)，在水的电解中，阴极在净化水中也起到重要的作用：降低重金属离子和活性磷等的浓度，水质得到极大地改善，能达到超一类水的标准。
在阴极上，主要的化学反应是：H2O→H++OH-
主要的电极反应是：2H++2e→2H·→ H2↑
2H3O++2e→2H·+2H2O → H2↑+2H2O
由于H2的析出，在阴极附近，酸性降低，碱性上升。
阴极的电极过程的其他效应：
①浓差极化
在通电的时候，阴极上有大量的电子，这时由于电场力的作用，水中的阳离子如H3O+、Na+、Ca2+、Mg2+、Pb2+、Cu2+……就会向阴极迁移，形成浓差极化。
②多电层效应
在阴极表面阳离子的浓度就会显著上升，而形成双电层，在双电层外层就会有阴离子存在(如HPO42-、HCO3-、Cl-……电荷相反的阴离子，这一层的离子称为“反离子”)，因而生成“三电层”，如图6所示：
③沉淀反应
由于酸碱效应，致使HPO42-↔H++PO43-的平衡向右移动。又由于双电层效应，在阴极附近的[Ca2+]、[PO43-]显著增大，因此发生沉淀反应：
3Ca2++2PO43-→Ca3(PO4)2↓
同理，将有可能发生如下沉淀反应：
生成的物质就沉积在阴极表面，从而形成阴极垢。
电极反应产生的自由基活性很强，“O·、OH·”能与其相近的有机物分子反应生成水和二氧化碳;“O·”与“NH3”反应生成水和“NO3﹣”;“Cl·和H·”与相近的“NO3﹣”和“氨氮)反应生成N2和H2O。
由于在低电压、大电流的情况下，在电极表面喷射成电子雾，因此，电极反应不仅发生在电极表面上，而是整个电解机的立体空间里。
电解去COD、氨氮、总氮和色度、臭味的原理：
电解过程中，电极反应生成Cl·、O·、OH·、H·等自由基;未及时反应的则生成OCl- 。
(1)脱COD、BOD原理
R H(R表示有机物基团)+ O·—→CO2↑ + H2O
(2)脱色(除臭味)原理
R -R'(R'表示有机物发色基团)+O·—→CO2↑ + H2O
(3)脱氨氮原理(主反应1)：
NH3 + HOCl —→ NH2Cl + H2O (一氯胺)
NH2Cl + HOCl —→ NHCl2 + H2O (二氯胺)
2NH2Cl + HOCl—→ N2↑+ 3HCl + H2O (脱氮主反应一)
(4)脱硝态氮原理(主反应2)：
NH3 + O·—→ NO3- + H2O
NO3- + H·—→ NO2- + H2O
NO2- + H·—→ N2↑ + H2O (脱氮主反应二)
电解具有如下效应并实现以下目标：
(1)、电击效应
在低电压，大电流作用下，电流直接击穿中水中微生物的细胞壁，导致微生物的死亡。
(2)、夺取电子作用
活的微生物都带有电荷，在低电压，大电流作用下，夺取中水中的微生物本身自带的电子，使微生物失去电子而死亡。
(3)、自由基杀灭作用
电解能产生化学活性很强的自由基：如·Cl、·H、·O、·OH等，能有效杀灭病毒、细菌及藻类的孢子起到消毒的目的。
通过以上三个效应，确保出水的微生物指标合格。
(4)、氧化作用
电解时产生化学活性很强的自由基：如·Cl、·H、·O、·OH等，能迅速地与污水中的有机物，如有机物、有色物质、氨氮、总氮等起电催化反应从而达到降低其COD、BOD、总氮、氨氮、动植油、石油类、阴离子表面活性剂浓度和色度的目的。
(5)、沉淀作用
电解过程中产生的OH可以与一些金属离子作用(如Fe3+)产生沉淀沉降下来，这些沉淀小颗粒可起助凝剂的作用，促进溶液中的悬浮物质聚集沉降。另外电解过程中，电场可以迅速破坏水体中的胶体结构，使水体脱稳，促使存在于废水中的固体悬浮物、水中杀灭的微生物、细菌、藻类和浮游生物尸体、被溶解在水中的胶体长产生絮凝沉淀，极大限度降低投加的絮凝剂的用量。
(6)、气浮作用
电解过程中阴极产生的·H未及时与硝态氮反应的，就生成氢气，形成大量的微气泡，随着气体的上浮，会带出大量的固体悬浮物，达到固液分离的效果，形成气浮作用，进一步降低废水中的COD、色度、浊度等污染指数。
(7)、协同作用
电解除了产生自由基外还能产生显著的协同效应，如酸碱效应、多电层效应、气浮效应、诱导效应和吸附效应等因此能大大提高NCE的效率。
(8)、除臭作用
电解除了产生的自由基与污水中的发嗅物质作用，能消除嗅味外，电解过程的电磁振荡能使发臭物质的化学键发生开环断链作用，从而消除臭味。因此，电解有难以让人致信的消除臭味效果。
通过以上作用确保出水的COD、BOD、总氮、氨氮、动植油、石油类、阴离子表面活性剂浓度和色度指标合格。
步骤(2)絮凝沉淀所述的除磷原理：
Fe2+ +Cl·—→ Fe3++Cl﹣
Fe2+ +OH·—→ Fe3++OH﹣
Fe3++PO43﹢—→FePO4↓(除磷主反应)
Fe3++ 3OH﹣—→Fe(HO)3
此外，还会产生多电层效应：
同时，通过絮凝，可以消耗电解产生的多余的自由基。
本发明和现有技术相比，具有如下优点：
1、解决现有污水厂提标没有场所或场所不够的困境
本发明不需要改动现有污水厂整个工艺流程，在提标改造工程中只需要在现有污水厂的二沉池后增加的占地很小的电解池、絮凝沉淀池和过滤池，可以充分利用现有污水处理厂的间隙，不需要增加用地面积。即采用：一级B污水→电解→絮凝沉淀或气浮→过滤→一级A排放的组合工艺。整个改造工程不改变原有生产工艺布局，新增用地面积为350～450m2/万吨，既解决现有污水厂提标没有场所或场所不够的现实困境，又节省了大量投资。
2、原有设施和设备基本全部利用，不会造成原有投资浪费。
3、在原工艺和设备的基础上，仅增加电解、絮凝沉淀和过滤工艺和设备，新增加投资450～550万元/万吨。
4、二沉池后的消毒改为电解可以通过调整电流、电压控制消毒、C0D、BOD、动植油、石油类、阴离子表面活性剂、色度、氨氮和总氮等指标，确保处理后的排放水可以完全达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)中一级A类标准，使用机动灵活。
5、在一级B运行费用基础上，新增加污水的处理费用增加0.1～0.3/m3元，运行费用低。
6、抗COD、BOD、总氮负荷冲击强在电解工序通过适当预留电流负荷，当污水中的COD、BOD、总氮等负荷变化大时，通过调整用电量，就可以满足抗负荷冲击。
三种提标改造工艺的主要经济技术指标对比表2。
表2、三种提标改造工艺的主要经济技术指标对比表对比项目1、生物脱氮+化学除磷+过滤2、化学除磷+MBR3、电解+絮凝+过滤万吨占地(m<sup>2</sup>)1300～1700700～900400～450投资(万元)600～800800～1000450～550增加运行费用0.4～0.50.6～0.90.1～0.3
