申请日2019.08.30
公开日2019.12.20
IPC分类C02F9/14;B01J23/10
摘要
本发明公开了集中式农村生活污水生态环保处理方法，涉及污水处理技术领域，包括格栅分离‑光催化预氧化‑渗滤微生物处理‑消毒排放步骤，具体为将收集得到的农村生活污水先经过格栅分离后，再经过光催化、低温等离子体处理，最后在渗滤微生物处理池依次经过生物填料层、碎石层、细沙层、土壤层、活性炭吸附层、卵石层后，在沉淀池中进行沉淀，同时消毒达到排放标准后排出。本发明的集中式农村生活污水生态环保处理方法，通过光催化和低温等离子体处理相结合的方式，在进行微生物处理之前先将污水中的大分子有机物聚集体进行打散、分解，从而提高了污水的可生化性能，提高了污水的处理效果。
权利要求
1.集中式农村生活污水生态环保处理方法，其特征在于，包括以下步骤：
格栅分离：将收集的生活污水经过格栅处理之后，排入稳定调节池，加入絮凝剂，搅拌后静置4-6h，通过气浮法打捞出污水中的悬浮物，然后用泵转移至光催化池；
光催化预氧化：向光催化池内通入臭氧，保证污水在光催化池内的停留时间为6-8h，然后将光催化池内的污水打入预氧化池，对预氧化池中的污水进行低温等离子体处理；
渗滤微生物处理：将预氧化池中的污水转移至渗滤微生物处理池中，且在渗滤微生物处理池上方设置有布水管；
消毒排放：将经过渗滤微生物处理池处理的污水进行收集到沉淀池，在沉淀池中静置沉淀24h，同时经紫外光消毒后排出。
2.根据权利要求1所述的集中式农村生活污水生态环保处理方法，其特征在于，所述光催化预氧化步骤中，低温等离子处理时，所述低温等离子体为射流型大气低温等离子体，所述低温等离子体由高频高压电源产生，所述高频高压电源的功率为30-80W，放电频率为12-15KHz，电压为15-20KV。
3.根据权利要求2所述的集中式农村生活污水生态环保处理方法，其特征在于，所述渗滤微生物处理池从下往上依次设置有卵石层、活性炭吸附层、土壤层、细沙层、碎石层、生物填料层，所述碎石层中使用的碎石的粒径从上往下依次减小。
4.根据权利要求3所述的集中式农村生活污水生态环保处理方法，其特征在于，所述光催化池中固定设置有光催化网，所述光催化网是以多孔碳纳米纤维作为基材，在基材上负载镧掺杂的纳米二氧化钛后，再以石墨烯量子点进行修饰后编织而成。
5.根据权利要求4所述的集中式农村生活污水生态环保处理方法，其特征在于，所述光催化网的制备方法为：
负载：取镧掺杂的纳米二氧化钛加入去离子水中，搅拌2h后，超声2h，得到纳米二氧化钛溶胶，将经过预处理的碳纳米纤维束置于纳米二氧化钛溶胶中，超声30min后取出，于60℃温度下烘10min取出，再次浸入纳米二氧化钛溶胶中，同时超声30min后取出，于60℃温度下烘干10min，再以2℃/min的速率升温至140℃烘干2h，冷却至室温取出，得到负载有镧掺杂的纳米二氧化钛的碳纳米纤维束；
修饰：取石墨烯量子点溶液，加氨水调节pH值至8-9，搅拌混合均匀后，将负载有镧掺杂的纳米二氧化钛的碳纳米纤维束完全浸入其中，并升温至140℃，保温反应8h，反应期间，每间隔10min，以100-150r/min的速度搅拌1-2min，反应完成后用去离子水洗涤至洗涤液呈中性，晾干、备用；
编织：将经过修饰步骤处理的碳纳米纤维束编织形成光催化网，所述光催化网为100目平纹编织网，且每个单元格尺寸为260-300μm。
6.根据权利要求5所述的集中式农村生活污水生态环保处理方法，其特征在于，所述负载步骤中，碳纳米纤维束的预处理具体为：将改性多孔碳纳米纤维聚集形成碳纳米纤维束，将所述碳纳米纤维束浸泡在去离子水中，于-10-0℃条件下冷冻保存10-12h，然后取出，于常温下自然融化后，将碳纳米纤维束于通风阴凉处晾干后置于微波炉中进行微波处理。
7.根据权利要求6所述的集中式农村生活污水生态环保处理方法，其特征在于，所述微波处理时，微波功率600-650W，处理时间为15-20min。
8.根据权利要求7所述的集中式农村生活污水生态环保处理方法，其特征在于，所述改性多孔碳纳米纤维的制备方法为：取β-环糊精加入去离子水配制形成β-环糊精溶液，将多孔碳纳米纤维浸入β-环糊精溶液中，搅拌取出，于阴凉处晾至含水率低于60％，再浸入β-环糊精溶液，超声2-3h，取出，于90℃温度下烘干3-5min，再升温至190℃烘培4min，冷却至室温取出，得到改性多孔碳纳米纤维。
9.根据权利要求7所述的集中式农村生活污水生态环保处理方法，其特征在于，所述多孔碳纳米纤维的直径为200-300nm。
说明书
集中式农村生活污水生态环保处理方法
技术领域
本发明涉及污水处理技术领域，尤其涉及集中式农村生活污水生态环保处理方法。
背景技术
目前，农村经济发展迅速，农民生活水平大为提高，但是农村环境建设与经济发展不同步，其中水环境污染问题尤为严重。现如今大多散居农户一般将生活污水、人畜粪便引入半开放式的蓄污池中进行简单的厌氧处理，然后利用自然地形和开放式排污渠汇入低洼地带。这种处理及排放方式往往导致污水漫流，沟渠、池塘的水质发黑变臭，蚊虫滋生，影响农村人居住环境及威胁居民的身体健康，如遇大雨，雨水还会进入开放式的蓄污池和开放式的排污渠，增加污水排放量，同时极有可能会造成饮用水水源污染以及湖泊、水库的富营养化。
农村生活污水，一般来说，是指农村居民在日常生活过程中产生的污水，主要来自于厕所冲洗、餐厨洗涤水、衣物洗涤水、沐浴排放水等，其中所含的污染物主要是有机物和大量病原微生物。目前，农村生活污水以分散式生活污水处理为主，使用小型的污水处理设施实现生活污水的就近处理与利用，该处理方式机动灵活，但是，农村地区环境保护机构不健全，人们的环保意识相对较弱，知识水平相对较低，在污水处理设施建成以后，要长期达到持续处理的目的，需要大量的专业人员进行监管，否则污水处理的效果无法得到保证，因此，对农村生活污水实现集中式处理已经成为当务之急。
目前，农村生活污水的处理方式，一般是先将各用户的生活污水集中到污水收集池进行过滤，然后将过滤后的污水通入厌氧池进行分解，分解后的污水进入沉淀池内沉淀，将沉淀后的污水进一步进行生态净化处理；在进行处理的过程中，往往需要先在厌氧阶段，由异养菌将污水中的碳氢化合物等悬浮污染物和可溶性有机物水解为有机酸，使大分子有机物进一步分解为小分子有机物，然后才能进行接下来的微生物分解作用，但是，污水中的大分子有机污染物之间，往往会以弱氢键自组织形成复杂超分子结构的聚集体，由于弱氢键数量众多，因此聚集体的结合力相对强大，并不容易被分解，因此会导致异养菌对大分子有机物的处理效率降低，从而降低污水的处理效果。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的在于设计提供集中式农村生活污水生态环保处理方法，通过光催化和低温等离子体处理相结合的方式，在进行微生物处理之前先将污水中的大分子有机物聚集体进行打散、分解，从而提高了污水的可生化性能，提高了污水的处理效果。
本发明通过以下技术手段解决上述技术问题：
集中式农村生活污水生态环保处理方法，包括以下步骤：格栅分离：将收集的生活污水经过格栅处理之后，排入稳定调节池，加入絮凝剂，搅拌后静置4-6h，通过气浮法打捞出污水中的悬浮物，然后用泵转移至光催化池；光催化预氧化：向光催化池内通入臭氧，保证污水在光催化池内的停留时间为6-8h，然后将光催化池内的污水打入预氧化池，对预氧化池中的污水进行低温等离子体处理；渗滤微生物处理：将预氧化池中的污水转移至渗滤微生物处理池中，且在渗滤微生物处理池上方设置有布水管；消毒排放：将经过渗滤微生物处理池处理的污水进行收集到沉淀池，在沉淀池中静置沉淀24h，同时经紫外光消毒后排出。
本发明的集中式农村生活污水生态环保处理方法，将光催化和微生物处理方法相结合，在进行微生物处理之前，先采用光催化将污水中的大分子聚集体拆散、分解，同时在光催化的过程中通入臭氧，一方面臭氧的存在能够增加光催化的作用效果，另一方面臭氧能够增加污水中的含氧量，然后再预氧化池中进行低温等离子体处理时，由于低温等离子中存在大量的能量，一方面能够对污水中大分子有机物的化学键进行打断，另一方面能够刺激污水中因臭氧分解产生的氧气和氢氧根，使其变得活化，同时低温等离子体中本身也存在大量的含氧自由基，能够和污水中的有机物进行结合，对污水进行预氧化，提高水体的可生化性能，然后再经过渗滤微生物处理步骤，使得污水中的有机物能够更好的被微生物所降解，增加了微生物处理效率，提高了整体的污水处理效果。
另外，本发明的方法在使用的过程中可以和风光互补技术相结合，将太阳能和风能转换为泵等电子设备的所需要的电能，以此提高本发明的可持续处理性能。
进一步，所述光催化预氧化步骤中，低温等离子处理时，所述低温等离子体为射流型大气低温等离子体，所述低温等离子体由高频高压电源产生，所述高频高压电源的功率为30-80W，放电频率为12-15KHz，电压为15-20KV。
进一步，所述渗滤微生物处理池从下往上依次设置有卵石层、活性炭吸附层、土壤层、细沙层、碎石层、生物填料层，所述碎石层中使用的碎石的粒径从上往下依次减小。
其中，生物填料层采用常规的生物填料铺设而成，厚度为10-12cm，生物填料优选粒径为5mm的生物陶粒(萍乡市宏力环保科技有限公司，人工粘土挂膜生物陶粒)，碎石层的厚度为18-20cm，优选的碎石的粒径为2-4cm，细沙层的厚度为15-18cm，细沙的粒径为0.5-1mm，土壤层的厚度为25-28cm，活性炭吸附层的厚度为3-5cm，活性炭的比表面积为900㎡/g，卵石层的厚度为15-18cm。
在生物填料池中，位于表层的生物填料层形成富氧区，污水中的微生物附着在生物填料上形成生物膜，生物膜生成后，通过污水、空气、生物膜三相接触传质，对污水中的有机物进行分解、去除，然后经过碎石层、细沙层、土壤层，一方面，所使用的碎石的粒径逐渐变小，使得氧气含量逐渐降低，从而使得生物填料池中的环境逐渐从富氧区转变为缺氧区再转变为厌氧区，由此通过不同的微生物逐渐对污水中的不同有机物进行去除，另一方面该结构的设计有利于生物填料池内部厌氧降解的有机物对长污泥停留时间的需要，有利于剩余污泥降解；然后再进过活性炭吸附层进一步吸附污水中的污染物，最终经卵石层过滤掉污水中的颗粒杂质。
进一步，所述光催化池中固定设置有光催化网，所述光催化网是以多孔碳纳米纤维作为基材，在基材上负载镧掺杂的纳米二氧化钛后，再以石墨烯量子点进行修饰后编织而成。
光催化网是采用多孔碳纳米纤维作为基材，多孔碳纳米纤维具有较强的吸附性能，能够对污水中的有机物进行吸引，然后再经过其上负载的光催化材料进行光催化降解，而石墨烯量子点的修饰提高了纳米二氧化钛的电化学性能，金属镧的掺杂扩宽了二氧化钛的吸收边界，可以显著的减小二氧化钛的禁带宽度，延长吸收边界，提高二氧化钛对可见光的利用率，同时抑制光生电子与空穴的复合，提高二氧化钛的光催化活性，从而提高光催化网对污水的处理效果。
进一步，所述光催化网的制备方法为：
负载：取镧掺杂的纳米二氧化钛加入去离子水中，搅拌2h后，超声2h，得到纳米二氧化钛溶胶，将经过预处理的碳纳米纤维束置于纳米二氧化钛溶胶中，超声30min后取出，于60℃温度下烘10min取出，再次浸入纳米二氧化钛溶胶中，同时超声30min后取出，于60℃温度下烘干10min，再以2℃/min的速率升温至140℃烘干2h，冷却至室温取出，得到负载有镧掺杂的纳米二氧化钛的碳纳米纤维束；
修饰：取石墨烯量子点溶液，加氨水调节pH值至8-9，搅拌混合均匀后，将负载有镧掺杂的纳米二氧化钛的碳纳米纤维束完全浸入其中，并升温至140℃，保温反应8h，反应期间，每间隔10min，以100-150r/min的速度搅拌1-2min，反应完成后用去离子水洗涤至洗涤液呈中性，晾干、备用；
编织：将经过修饰步骤处理的碳纳米纤维束编织形成光催化网，所述光催化网为100目平纹编织网，且每个单元格尺寸为260-300μm。
由碳纳米纤维束编织形成的光催化网，能够对污水中的不溶的有机物团聚体进行拦截，从而在一定程度上保证污水中的有机物团聚体在光催化预氧化步骤被尽可能的打散、拆分，从而增加污水处理效果；而该光催化网的每个单元格尺寸设置，如果太大则会对有机物团聚体起不到拦截的作用，如果太小会使得光催化网容易被堵塞。
进一步，所述负载步骤中，碳纳米纤维束的预处理具体为：将改性多孔碳纳米纤维聚集形成碳纳米纤维束，将所述碳纳米纤维束浸泡在去离子水中，于-10-0℃条件下冷冻保存10-12h，然后取出，于常温下自然融化后，将碳纳米纤维束于通风阴凉处晾干后置于微波炉中进行微波处理。
将碳纳米纤维束经过冷冻步骤处理后，在一定程度上增加了碳纳米纤维之间的距离，提高了碳纳米纤维束的松散性，再经过微波处理，碳纳米纤维能够吸收微波中的能量，使得碳纳米纤维束进一步变得蓬松，从而增加碳纳米纤维束的比表面积，使得镧掺杂的纳米二氧化钛和石墨烯量子点能够更多的进行附着，从而提高光催化网的光催化性能。
进一步，所述微波处理时，微波功率600-650W，处理时间为15-20min。
微波功率过小，或者处理时间较短时，微波处理达不到使得碳纳米纤维束变得蓬松的目的，但是如果微波功率过大，处理时间过长，微波处理会对碳纳米纤维造成不可逆的损伤，从而降低碳纳米纤维束的抗拉伸性能，降低光催化网的抗拉性能。
进一步，所述改性多孔碳纳米纤维的制备方法为：取β-环糊精加入去离子水配制形成β-环糊精溶液，将多孔碳纳米纤维浸入β-环糊精溶液中，搅拌取出，于阴凉处晾至含水率低于60％，再浸入β-环糊精溶液，超声2-3h，取出，于90℃温度下烘干3-5min，再升温至190℃烘培4min，冷却至室温取出，得到改性多孔碳纳米纤维。
通过β-环糊精对多孔碳纳米纤维进行改性，由于β-环糊精分子空腔的外部具有大量的亲水性含氧基团，因此将其对附着到多孔碳纳米纤维上，能够增加多孔碳纳米纤维表面的亲水性基团的含量，从而增加了多孔碳纳米纤维的亲水性，一方面使得镧掺杂的纳米二氧化钛能够更好进行附着，另一方面能够使得光催化网能够更好的和污水进行接触。
进一步，所述多孔碳纳米纤维的直径为200-300nm。
本发明的有益效果：
本发明的集中式农村生活污水生态环保处理方法，将光催化和微生物处理方法相结合，在进行微生物处理之前，先采用光催化将污水中的大分子聚集体拆散、分解，同时在光催化的过程中通入臭氧，一方面臭氧的存在能够增加光催化的作用效果，另一方面臭氧能够增加污水中的含氧量，然后再预氧化池中进行低温等离子体处理时，由于低温等离子中存在大量的能量，一方面能够对污水中大分子有机物的化学键进行打断，另一方面能够刺激污水中因臭氧分解产生的氧气和氢氧根，使其变得活化，同时低温等离子体中本身也存在大量的含氧自由基，能够和污水中的有机物进行结合，对污水进行预氧化，提高水体的可生化性能，然后再经过渗滤微生物处理步骤，使得污水中的有机物能够更好的被微生物所降解，增加了微生物处理效率，提高了整体的污水处理效果。
