申请日2015.02.25
公开(公告)日2015.06.03
IPC分类号C02F9/14
摘要
本发明公开了一种序流返送式污水处理方法，将污水输送至缺厌氧柜，再将污水输送至接触氧化柜并对接触氧化柜中的污水进行曝气充氧，将接触氧化柜中经沉淀所得的上清液输送至电絮凝沉淀柜;将经电絮凝的污水部分返送并混合，经电絮凝的另一部分污水输送至膜柜进行泥水分离而排出处理水。本发明处理装置的处理器柜体分隔有缺厌氧柜、接触氧化柜、电絮凝沉淀柜和膜柜，接触氧化柜通过上清液输送管与电絮凝沉淀柜相连通，在电絮凝沉淀柜上装有絮凝液返送管，所述电絮凝沉淀柜与膜柜相连通。本发明既能避免电絮凝和生物处理间的相互干扰和制约，又能使其效能最大化。本发明广泛适用于船舶、陆上生活污水、工业废水的处理中。
权利要求书
1.一种序流返送式污水处理方法，其特征是该处理方法包括以下步骤：将污水输送至缺厌氧柜，经缺厌氧处理后，再将污水输送至接触氧化柜并对接触氧化柜中的污水进行曝气充氧，曝气充氧一段时间后停止曝气并沉淀，将接触氧化柜中经沉淀所得的上清液输送至电絮凝沉淀柜;将经电絮凝的污水部分返送至缺厌氧柜或/和接触氧化柜并与缺厌氧柜或/和接触氧化柜中污水混合，经电絮凝的另一部分污水输送至膜柜进行泥水分离而排出处理水。
2.根据权利要求1所述的序流返送式污水处理方法，其特征在于：所述电絮凝污水的部分返送体积量为接触氧化柜中污水体积量的(1/4—1/2)。
3.根据权利要求1或2所述的序流返送式污水处理方法，其特征在于：所述接触氧化柜中的曝气充氧时间T1、停止曝气时间T2及电絮凝污水返送时间T3之比T1：T2：T3=(5—7)：1：(0.5—1);对接触氧化柜进行曝气充氧、停止曝气并沉淀与对膜柜进行曝气充氧、停止曝气并沉淀同步进行。
4.根据权利要求1或2所述的序流返送式污水处理方法，其特征在于：所述电絮凝中污水返送至缺厌氧柜中。
5.一种采用权利要求1所述污水处理方法的序流返送式污水处理装置，包括处理器柜体(1)，该处理器柜体(1)分隔有缺厌氧柜(2)、接触氧化柜(4)、电絮凝沉淀柜(13)和膜柜(20)，在接触氧化柜(4)内设置有接触氧化柜曝气器(32)和软性填料(33)，电絮凝沉淀柜(13)设置有正负絮凝电极(21)，滤膜组(24)设置于膜柜(20)内，在膜柜(20)内还设有膜柜曝气器(28)，其特征在于:所述缺厌氧柜(2)、接触氧化柜(4)、电絮凝沉淀柜(13)和膜柜(20)在污水处理路径上从前至后依次排列，所述缺厌氧柜(2)与接触氧化柜(4)相互连通，所述接触氧化柜(4)通过上清液输送管(11)与电絮凝沉淀柜(13)相连通，在电絮凝沉淀柜(13)与缺厌氧柜(2)或/和接触氧化柜(4)之间连通有絮凝液返送管(10)，所述电絮凝沉淀柜(13)与膜柜(20)相连通。
6.根据权利要求5所述的序流返送式污水处理装置，其特征在于：所述电絮凝沉淀柜(13)与缺厌氧柜(2)之间连通有絮凝液返送管(10)。
7.根据权利要求5所述的序流返送式污水处理装置，其特征在于：所述电絮凝沉淀柜(13)与接触氧化柜(4)之间连通有絮凝液返送管(10)。
8.根据权利要求5所述的序流返送式污水处理装置，其特征在于：所述电絮凝沉淀柜(13)通过絮凝液返送管(10)与缺厌氧柜(2)和接触氧化柜(4)连通。
9.根据权利要求6、7或8所述的序流返送式污水处理装置，其特征在于：所述絮凝液返送管(10)的进水端伸入电絮凝沉淀柜(13)的最低液位以下;絮凝液返送管(10)的出水端位于缺厌氧柜(2)或接触氧化柜(4)最高液位以上。
10.根据权利要求5所述的序流返送式污水处理装置，其特征在于：所述缺厌氧柜(2)和接触氧化柜(4)设置于一封闭柜体中，该缺厌氧柜(2)和接触氧化柜(4)通过生物反应柜隔板(3)两端间隙相连通。
11.根据权利要求5所述的序流返送式污水处理装置，其特征在于：所述缺厌氧柜(2)中设置有加热器(36)。
12.根据权利要求5所述的序流返送式污水处理装置，其特征在于：所述电絮凝沉淀柜(13)和膜柜(20)设置于一封闭柜体中，该电絮凝沉淀柜(13)和膜柜(20)通过膜柜隔板(29)下端间隙相连通;在膜柜隔板(29)的下端间隙中倾斜地设置有膜柜底板(27)。
说明书
序流返送式污水处理方法及其处理装置
技术领域
本发明涉及污水处理技术领域，尤其涉及河泊海洋船舶、海上装备、城市乡镇等水上和陆上点源生活污水的处理方法。本发明还涉及应用该处理方法的污水处理装置。
背景技术
生活污水是人类生产过程中所产生的污水，是水体的主要污染源，它主要有粪便和洗涤污水。随着社会经济的快速发展以及人口的增加，生活污水的排放越来越大，已成为经济发展和人们生活质量提高的严重阻碍，人们面临着资源性和水质性双重缺水的严峻考验。城市、村镇等陆上居民生活污水的排放直接影响着人们的生存环境和水体污染程度;内河湖泊船舶生活污水的排放则会导致水源水质的恶化;海洋工程装备及船舶生活污水的排放则严重影响海洋环境。这些点源式生活污水具有面广量大、分布广泛不便集中处理的特点，给环境造成的危害更加直接、更加严重。为此，人们正以前所未有的决心寻求生活污水资源化的有效途经，并通过制定各种国际公约、排放标准来限制和提高生活污水的排放水质要求。
磷和氨氮是引起水源水质恶化的重要物质之一。生活污水中普遍存在一定含量的磷，磷是藻类繁殖所需各种成分中的限制性因素之一，水体中磷含量高低与水体富营养化程度有密切的关系。氨氮进入水体后，不但能作为生物营养物质诱发“富营养化”，使水味腥臭难闻，降低透明度，大量消耗溶解氧，并向水体排放毒素，造成水生生态系统紊乱。由于磷和氮素污染的种种危害，加上人们对水质和水量要求的提高，采用脱氧除磷净化的相应技术手段和措施改善水源水质已越来越受到社会的广泛关注。
我国建立有较为完善的污水处理排放方面法律法规和严格的污水处理排放标准。国家南水北调工程强调“先治污后通水、先环保后用水”的原则;制订出台更加严格的污水磷氮脱除标准，未按规定安装生活污水处理装置的船舶不得进入河道航行、停泊、作业。国际海事组织(IMD)制定的《国际防止船舶污染公约》中规定，海上生产生活设施必须装有生活污水处理装置，非特殊情况禁止直接向限制海域排放生活污水，IMO的MEPC.159(55)决议出台了严格的强行执行排放标准，MEPC.227(64)决议增加并提出苛刻的磷氮去除排放标准。
目前生活污水处理方法大致有 :生化处理、物理化学处理和电化学处理法。膜生物反应器(MBR)是近些年来发展起来的高效生活污水处理方法，它由膜分离技术与生物反应技术相结合而形成的一种生化反应系统，其实质是生物降解与膜分离相互影响、共同作用的过程，它利用微生物对水中生物降解有机污染物进行转化，使之生成对环境无害的二氧化碳和水，同时截留生化反应物，具有固液分离率高、有机污染物降解效率高、剩余污泥少等优势。虽然膜生物反应器是当前较为先进高效的污水处理方法，但仍然存在一些固有不足，首先由于膜生物反应器中有机物的消化降解依赖于对活性污泥进行充氧曝气，但脱氮除磷过程中的反硝化作用需要缺氧环境，而曝气作用对反硝化有着很大的影响，因此对于总氮的脱除处理效果不尽人意，也由于充氧曝气过程的存在，无法形成绝对的厌氧条件，这又对释磷过程十分不利，即使采用间隙式曝气方法，其磷的去除作用也不理想。再者膜生物反应器能有效截留反应器中的活性污泥，从而获得较高的污泥浓度，然而这种工艺方法也使得污泥龄过长，不可避免地引起污泥菌细胞活性的降低。还有膜生物反应器中膜污染是较难解决的问题，虽然现有技术中采用反冲洗，间隙曝气延长膜污染时间等方法，但并没有改变污水中微粒、胶体颗粒及溶质大分子的分散 自由状态，不能较好地阻止膜污染。
本申请人于2008年10月7日申请并获授权的发明专利“多级生化生活污水处理方法及其处理装置”(专利号2008101966589)。该发明主要包括接触氧化柜、沉淀柜和膜生物反应柜，其污水经多级反复消解，有机物得到较为充分的降解，有机物去除率高，剩余污泥量极少。但在实际使用中，该发明中滤膜仍存在易污染问题，污水的处理效率不高，且脱氮除磷效果并不理想和稳定。针对该发明的不足，本申请人又于2012年11月30日申请并获得授权的发明专利“连续循环式膜生物反应器”(专利号2012105020267)，本发明采用管式膜作为截留分离元件，并合理选择管式膜的管内流量、流速、以及管内流量与透出量之间的关系等，提高了管膜组的截留作用和柜内污泥浓度，减少了管膜的污染机率，提高了污水处理效率，但脱氮除磷效果仍然不稳定。2013年11月13日本申请人申请并获得授权的发明专利“一种污水处理方法及其电絮凝膜生物反应器”(专利号：201310566552.4)，本发明在接触氧化、缺厌氧沉淀和膜生物反应的处理流程主线上增设了电絮凝，从而形成生物处理、电絮凝、膜分离技术的综合运用，电絮凝技术的引入通过对污染物的吸附聚集、压缩絮凝、以及污染物与水的分离沉淀，实现对水体污染物的净化去除效果。尤其电絮凝在污水处理器系统中产生独特的絮凝环境，使污水中的污染物从自由分布状态变成聚集状态，在一定程度上阻止和抑制了污染物附着和渗透，减轻了污染物在膜表面上的沉淀积累，具有较好的防止膜污染作用。
这种电絮凝膜生物反应系统是通过生物处理、电絮凝及膜分离技术的叠加来加强整个处理系统脱氮除磷效果，并重点通过生物处理和电絮凝作用来减轻膜污染。理论上这样的处理系统能提高污水处理能力，但实际运行后则出现处理效果不稳定，排放水的氨氮及总磷等检测值波动很大。由于这种处理工艺及其实际产品局限于多重处理技术的叠加运用，未能对各处理技术间的相互影响以及各处理工艺间的依赖和流程顺序及其相互间的影响进行分析研究，故而存在一些固有一些不足：首先在电絮凝与生物处理共存的反应系统中，电絮凝的外加电场会抑制或减弱微生物的生长增殖，影响微生物的代谢强度，使微生物出现“中毒”现象;电场对微生物种群抑制作用的积累还使污泥活性有所减弱而容易出现老化，运行工况难以长时间维持。第二，电流密度的增强能提高对污水中污染物的絮凝沉淀作用，但电流密度的增强也会增强对污水中微生物絮凝沉淀作用，使污水中微生物数量减少，降解作用变弱，污泥运转呈恶化征状，污泥由良好向恶化过渡;当微生物增殖生长速度低于被絮凝沉淀速度时，生物处理效能就会丧失，成为单纯的电絮凝系统。因此在电絮凝叠加生物处理系统中运行电场不易控制，难以维持高污泥浓度，导致处理系统的稳定性差，阻碍了电絮凝生物反应系统的实际运用。第三，电絮凝中金属阳极产生电子形成“微絮凝剂”的金属氮氧化物，“絮凝剂”通过对污染物的吸附聚集、压缩絮凝，以及污染物与水的分离沉淀，使污水中胶态杂质和悬浮杂质凝聚沉淀，实现对水体中污染物的净化去除，但电絮凝作用产生过量的“絮凝剂”在增强对污染物凝聚沉淀作用的同时，也大量凝聚沉淀微生物，使微生物数量和种群减少，而微生物数量和种群的减少又使得微生物降解功能减弱。第四，电“絮凝剂”的凝聚作用还改变生物反应系统中微生物营养物质、PH条件等微生物生长增殖环境。因此如何避免电絮凝电场以及过量电“絮凝剂”对生物反应系统的负面影响是高效污水处理系统必须深入研究的课题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种污水处理方法，它既能避免电絮凝和污水生物处理系统间的相互干扰和制约的负面影响，又能加快生物处理污染物的凝聚沉降，使电絮凝和生物处理效能最大化。本发明另一要解决的技术问题是提供一种实现该处理方法的污水处理装置。
为了解决上述技术问题，本发明的序流返送式污水处理方法，其特征是该处理方法包括以下步骤：将污水输送至缺厌氧柜，经缺厌氧处理后，再将污水输送至接触氧化柜并对接触氧化柜中的污水进行曝气充氧，曝气充氧一段时间后停止曝气并沉淀，将接触氧化柜中经沉淀所得的上清液输送至电絮凝沉淀柜;将经电絮凝的污水部分返送至缺厌氧柜或/和接触氧化柜并与缺厌氧柜或/和接触氧化柜中污水混合，经电絮凝的另一部分污水输送至膜柜进行泥水分离而排出处理水。
采用本发明污水处理方法的序流返送式污水处理装置，包括处理器柜体，该处理器柜体分隔有缺厌氧柜、接触氧化柜、电絮凝沉淀柜和膜柜，在接触氧化柜内设置有接触氧化柜曝气器和软性填料，电絮凝沉淀柜设置有正负絮凝电极，滤膜组设置于膜柜内，在膜柜内还设有膜柜曝气器，所述缺厌氧柜、接触氧化柜、电絮凝沉淀柜和膜柜在污水处理路径上从前至后依次排列，所述缺厌氧柜与接触氧化柜相互连通，所述接触氧化柜通过上清液输送管与电絮凝沉淀柜相连通，在电絮凝沉淀柜与缺厌氧柜或/和接触氧化柜之间连通有絮凝液返送管，所述电絮凝沉淀柜与膜柜相连通。
采用上述技术方案后，本发明具有如下优点：
首先，本发明在污水处理路径上依次排列布置有缺厌氧处理、接触氧化处理、电絮凝沉淀和膜分离处理步骤。将缺厌氧处理置于污水处理流程的前端，厌氧生物处理将复杂的有机化合物被降解、转化为简单的化合物，不仅强化了反硝化除磷细菌在缺氧环境下利用硝酸氮充当电子受体进行聚磷沉淀，而且废水中的有机物厌氧水解酸化后，可生化性得到了提高，利于发挥后续好氧工艺的生物降解性能，使整个工艺能高效运行并使之出水优良。同时经缺厌氧处理后再经好氧过程，形成了厌氧、好氧过程，利用缺氧反硝化作用和好氧硝化作用实现脱氮除磷。接触氧化处理后再经电絮凝沉淀，强化了生物反应后对污水中污染物的吸附聚集、压缩絮凝、以及污染物与水的分离沉淀。
第二，本发明中生物处理与电絮凝相互独立设置而不直接连通，且电絮凝位于生物处理的后端。这样电絮凝的外加电场既不会影响微生物的代谢强度，又不会抑制和减弱微生物的生长增殖，隔断了电絮凝的外加电场对生物处理系统的负面影响;生物处理系统更能发挥其高效降解有机物，高效脱氮除磷的作用。电絮凝又可根据处理对象和工艺的需要自由地选择电流密度等运行参数而无需顾及对生物处理系统的不良影响，电絮凝得以充分发挥其吸附聚集、压缩絮凝及分离沉淀的作用。同时在前的生物降解反应减轻了后续电絮凝脱氮除磷负担，而且后续的电絮凝又强化整个处理系统的脱氮除磷作用，两者形成相互协调，相互强化，既具有叠加效果，又避免两者间的相互干扰。
第三，本发明将在后的电絮凝所形成的“絮凝剂”部分地向在前的生物处理系统返送，由处理系统自身产生的“絮凝剂”进入到生物反应系统，有效促进和强化活性污泥的絮凝沉降性能，使处理水更容易地与污泥分离，加速废水净化。而且还可以根据系统运行情况有控制地向前返送“絮凝剂”，使微生物数量、种群和微生物生长增殖环境优化。因此，本发明不仅阻断了电絮凝外电场对生物反应系统的负面影响，而且又能通过返送使生物反应系统的絮凝沉降性能得到加强。
第四，本发明通过强化的生物降解、絮凝沉降和电絮凝的聚集压缩、分离沉淀，使大部分有机物已经得消解和固液分离，从而给后道的膜生物反应柜中的膜组件创造一个“清水”运行环境，使膜虽参加生化反应，但其分离机理占主导地位，膜的污染机率大大减少，确保了膜通量的长期稳定。
优选地，所述电絮凝污水的部分返送体积量为接触氧化柜中污水体积量的(1/4—1/2)。所述接触氧化柜中的曝气充氧时间T1、停止曝气时间T2及电絮凝污水返送时间T3之比T1：T2：T3=(5—7)：1：(0.5—1);对接触氧化柜进行曝气充氧、停止曝气并沉淀与对膜柜进行曝气充氧、停止曝气并沉淀同步进行。本发明电絮凝污水返送量能促进和强化微生物反应系统的絮凝沉降，又不至产生负面影响。合理的曝气、停曝时间既使生物降解充分，又有足够的沉降时间，从而较好地实现固液分离。
