申请日2019.02.28
公开(公告)日2019.04.26
IPC分类号C02F9/14; C02F101/30; C02F101/34
摘要
本发明涉及污水处理领域，具体涉及一种高效转化污染物与回收能量的污水处理方法及系统。该方法通过高级氧化将难降解有机污染物分解为小分子有机物，然后通过微生物将小分子有机物以及污水中的氮磷无机盐吸收，进而促进微生物的生长，通过对高级氧化和微生物处理两种方式的有机结合直接实现了对污染物的高效转化和能量回收。本发明还提供一种基于上述方法的污水处理系统，该处理系统结构简单，能够有效处理难降解的有机废水。
权利要求书
1.一种高效转化污染物与回收能量的污水处理方法，包括下步骤：
(1)高级氧化：对污水进行高级氧化得到含有小分子有机物的一级出水，所述高级氧化是指臭氧氧化或/和光催化氧化，所述光催化氧化是紫外照射下，以二氧化钛为催化剂，通过氧气对污水中的有机物进行氧化;
(2)生物吸收：对步骤(1)得到的一级出水进行生物吸收得到二级出水，所述生物吸收是指微藻以含CO2的烟气为部分碳源的同时吸收一级出水中的小分子有机物并固定为生物油脂或糖类。
2.如权利要求1所述的污水处理方法，其特征在于，所述高级氧化是臭氧氧化，所述一级出水在生物吸收前，还经过分解耗散，所述分解耗散是采用紫外光照射一级出水，分解一级出水中未完全反应的臭氧。
3.如权利要求 2所述的污水处理方法，其特征在于，所述微藻选自小球藻和盐藻，优选的，所述含CO2的烟气为工业烟气或汽车尾气。
4.一种基于权利要求1-3所述方法的污水处理系统，其特征在于，所述污水处理系统依次包括高级氧化腔和与生物吸收腔，所述高级氧化腔内填有多孔介质填料，所述高级氧化腔的底部或下部设有污水进口和氧化剂进口，所述生物吸收腔是培养有微藻的透明生物反应器，所述透明生物反应器底部设有烟气进口和出水口，高级氧化腔的上部或顶部与透明生物反应器连通。
5.如权利要求4所述污水处理系统，其特征在于，所述高级氧化腔和生物吸收腔通过分解耗散段连通，所述分解耗散段是一根或多根透明玻璃管，所述污水处理系统还包括用于照射分解耗散段的紫外灯。
6.如权利要求5所述污水处理系统，其特征在于，所述高级氧化腔内设有一块或多块折流板。
7.如权利要求6所述污水处理系统，其特征在于，所述多孔介质填料是10目的活性炭颗粒，所述活性炭的空隙率为0.5。
8.如权利要求4所述污水处理系统，其特征在于，所述高级氧化腔是透明材质，所述多孔介质填料中混有光催化剂TiO2，所述污水处理系统还包括照射高级氧化腔的紫外灯。
9.如权利要求8所述污水处理系统，其特征在于，所述多孔介质填料是8目的活性炭颗粒，所述活性炭的空隙率为0。
10.如权利要求4-9所述污水处理系统，其特征在于，所述透明生物反应器为具有圆环盖板和底板的套筒结构，盖板、底板和套筒配合形成微藻培养腔，所述微藻培养腔与高级氧化腔相连通，所述出水口和烟气进口设置在微藻培养腔的底部或下部。
说明书
一种高效转化污染物与回收能量的污水处理方法及系统
技术领域
本发明涉及污水处理领域，具体涉及一种高效转化污染物与回收能量的污水处理方法及系统。
背景技术
近年来，随着工业化进程的不断加快，全世界对能源的需求持续增加，能源短缺日益成为困扰社会发展的首要问题。同时，在社会工业化和城市化的发展过程中，有机污染物及氮磷无机盐排放显著增加导致了水体和土壤环境污染日益严重，造成人类居住的生态环境严重破坏。因此，大力发展废水能源转化技术，在处理废水的同时回收环境友好和符合经济发展的清洁能源，是实现我国可持续发展的重大战略。
废水的大量排放对我国水资源系统造成了强烈的污染，而针对废水污染物，尤其是废水中难降解物的处理需要付出很高的经济成本。以垃圾渗滤液为例，垃圾渗滤液是垃圾填埋过程中产生的COD浓度高、成分复杂的有机废水，具有体量大、污染性强等特点。据统计，我国2016年垃圾渗透滤液产生量为9159.65万吨，并呈现快速上升趋势;同时，垃圾渗滤液中COD含量高达20000mg/L，氨氮浓度为3000~5000mg/L.研究检测，垃圾渗滤液成分中含有具有强烈的毒性和致癌性的芳香烃、苯酚类等70余种有机污染物;若直接排放，将会恶化水质、污染环境。传统的垃圾渗滤液处理技术，如土地处理法、物理化学处理法和厌氧/好氧等生物处理方法等一般是以污水处理为目的，而污水中的能量及营养物质回收效率较差。土地处理法，是利用土地生态工程处理污水，占地面积大，处理成本高;物理-化学法是指通过沉淀、过滤和吸附等手段将污水中的固体悬浮物进行除去这种方法主要是针对固体悬浮物颗粒进行的，而污水中的其他成分则无法除去，且具有基建和运行费用高、能耗大等特点。
光合微生物(如微藻、蓝藻细菌等)可利用污水中的无机盐和有机物，并利用太阳能作为能量来源进行生长代谢产生糖和油脂等能源类物质，同步实现污染物治理与能源产出的功效，具有能耗低、环境友好等优点。然而，污水中高浓度的复杂大分子有机物会对微藻产生强烈的毒害作用，导致其生长较差。当生物直接在污水中进行接种培养时，生物几乎无法生长，导致其生物质能源产率及污水中污染物移除率几乎为 0。因此，利用微生物进行污水污染物治理方面还有许多亟待解决的技术瓶颈。
发明内容
为解决上述问题，第一方面，本发明提供一种高效转化污染物与回收能量的污水处理方法，该方法通过高级氧化将难降解有机污染物分解为小分子有机物，然后通过微生物将小分子有机物以及污水中的氮磷无机盐吸收，进而促进微生物的高效生长，通过对高级氧化和微生物处理两种方式的有机结合直接实现了对污染物的高效转化和能量回收。
本发明提供的污水处理方法包括下步骤：
(1)高级氧化：对污水进行高级氧化得到含有小分子有机物的一级出水，所述高级氧化是指臭氧氧化或/和光催化氧化，所述光催化氧化是紫外照射下，以二氧化钛为催化剂，通过氧气对污水中的有机物进行氧化;
(2)生物吸收：对步骤(1)得到的一级出水进行生物吸收得到二级出水，所述生物吸收是指微藻以含CO2的烟气为部分碳源,同时吸收一级出水中的小分子有机物并固定为为生物油脂或糖类，维持微生物的高效生长。
优选的，所述高级氧化是臭氧氧化，所述一级出水在生物吸收前，还经过分解耗散步骤，所述分解耗散是采用紫外光照射一级出水，分解一级出水中未完全反应的臭氧。
优选的，所述含CO2的烟气为工业烟气或汽车尾气。
优选的，所述微藻选自小球藻和盐藻。
第二方面，本发明还提供一种基于上述方法的污水处理系统，该处理系统结构简单，能够有效处理难降解的有机废水。
本发明提供的污水处理系统依次包括高级氧化腔和与生物吸收腔，所述高级氧化腔内填有多孔介质填料，所述高级氧化腔的底部或下部设有污水进口和氧化剂进口，所述生物吸收腔是培养有微藻的透明生物反应器，所述透明生物反应器底部设有烟气进口和出水口，高级氧化腔的上部或顶部与透明生物反应器连通。
优选的，所述高级氧化腔和生物吸收腔通过分解耗散段连通，所述分解耗散段是一根或多根透明玻璃管，所述污水处理系统还包括用于照射分解耗散段的紫外灯。
当使用臭氧作为氧化剂时，未完全被还原的臭氧通过分解耗散段时，在紫外光的照射下分解为氧气，避免未完全反应的臭氧直接进入生物吸收腔氧化毒害微藻。
优选的，所述高级氧化腔内设有一块或多块折流板。
优选的，所述微藻是盐藻或小球藻。
盐藻除了能够利用污水中的小分子醇和小分子酸等，其还能大量吸收高浓度盐污水中的氮、磷盐，能够使本污水处理系统处理含盐浓度高、含难降解有机物的污水。
优选的，所述多孔介质填料是10目的活性炭颗粒，所述活性炭的空隙率为0.5。
优选的，所述高级氧化腔是透明材质，所述多孔介质填料中混有光催化剂TiO2，所述污水处理系统还包括照射高级氧化腔的紫外灯。
优选的，所述多孔介质填料是8目的活性炭颗粒，所述活性炭的空隙率为0。
高级氧化腔采用透明材质，主要是利于接受紫外灯发出的紫外光，使用该系统时，在二氧化钛的催化下，将污水中难降解的有机物氧化分解为小分子的醇和酸等化合物，然后含有小分子醇和小分子酸的污水进入生物吸收腔，生物吸收腔中培养有小球藻等能够将吸收和固定小分子醇和酸的微藻，同时从烟气进口中通入烟气，烟气中的CO2可作为微藻的部分碳源，以进一步维持微藻生存，污水在生物吸收腔被转化一段时间后，其中的小分子有机物被吸收和固定，TOC达标，打开出水口，放出已达标的污水。
优选的，所述透明生物反应器为具有圆环盖板和底板的套筒结构，盖板、底板和套筒配合形成微藻培养腔，所述微藻培养腔与高级氧化腔相连通，所述出水口和烟气进口设置在微藻培养腔的底部或下部。
本发明的有益效果在于：
本发明的方法依次采用高级氧化和生物吸收处理难降解的污水，使得污水中的有机物首先被氧化分解为醇、酸等小分子有机物，然后采用微藻固定含有小分子有机物的污水中小分子有机物，使得污水中的有机物能够被彻底去除;同时，小分子有机物和含二氧化碳的烟气为微生物的生长提供能源，保证微生物数量的高效增长，促进微生物中油脂和糖类含量的提高，本发明的系统在处理污水的同时，还能有效保证微生物的生长、繁殖以及附加价值产品的增加(微生物油脂、糖类和蛋白质等)。本发明提供的污水处理系统还具备结构简单合理的特点，其能够处理大量的含盐、含难降解有机物的污水。
