公布日：2024.02.09
申请日：2023.12.20
分类号：C02F3/12(2023.01)I;C02F7/00(2006.01)I;C02F1/28(2023.01)I;B01J20/26(2006.01)I;B01J20/28(2006.01)I;C02F3/30(2023.01)I;B01J20/30(2006.01)I;C02F1/
00(2023.01)N;C02F101/30(2006.01)N;C02F101/20(2006.01)N;C02F101/16(2006.01)N
摘要
本发明提出了一种基于水凝胶球的SBR污水处理系统及工艺，涉及污水处理技术领域。处理系统包括SBR池体、滗水器、MBR沉淀池、曝气装置、排泥泵、搅拌装置和固化池；处理工艺包括使用水凝胶球的SBR污水处理工艺流程，以及水凝胶球回收再生和循环利用。水凝胶球应用在SBR污水处理工艺中，将活性污泥包埋进水凝胶球内，可以保持污泥的活性，水凝胶球表面也可以附着微生物，从外至内形成好氧区、缺氧区，有利于生物脱氮；水凝胶球包埋吸附剂，提升了水凝胶球的吸附性能，有利于提升污水净化效果；设置MBR沉淀池对SBR池出水进行MBR膜过滤，可将水凝胶球碎片和活性污泥滤出；设置搅拌装置和固化池对破碎的水凝胶球进行重新再造，提升了水凝胶球的利用率。
权利要求书
1.一种基于水凝胶球的SBR污水处理工艺，其特征在于：采用基于水凝胶球的SBR污水处理系统，所述基于水凝胶球的SBR污水处理系统包括SBR池体（1）、滗水器（2）、MBR沉淀池（3）、曝气装置（4）、排泥泵（5）、搅拌装置（6）和固化池（7），其中，所述SBR池体（1）上方一侧设有污水入口，所述SBR池体（1）内填充有水凝胶球；所述滗水器（2）位于所述SBR池体（1）上方与所述污水入口相对的另一侧，所述滗水器（2）的出水端连接所述MBR沉淀池（3）；所述MBR沉淀池（3），用于过滤水体并使水体中的水凝胶球碎片悬浮物和活性污泥沉淀下来；所述曝气装置（4），用于向所述SBR池体（1）和所述MBR沉淀池（3）提供生物降解所需的氧气；所述排泥泵（5），用于将所述MBR沉淀池（3）底部的水凝胶球碎片和活性污泥混合沉淀物排出；所述搅拌装置（6），用于将水凝胶球碎片和活性污泥混合沉淀物加热，并加水溶解得到均匀混合物；所述固化池（7），用于将溶解得到的均匀混合物制备成包埋活性污泥的水凝胶球，即再生水凝胶球；所述MBR沉淀池（3）包括膜生物反应器（31）和沉淀池（32），其中，所述膜生物反应器（31）位于所述MBR沉淀池（3）内，并位于所述沉淀池（32）的上方，所述膜生物反应器（31）用于对污水进行生物降解和过滤；所述沉淀池（32），用于容纳水体中的水凝胶球碎片和活性污泥混合沉淀物；所述基于水凝胶球的SBR污水处理工艺包括以下步骤：S1：污水进入SBR池体，并加入水凝胶球，开启曝气装置进行曝气；S2：污水达到预定水位时，停止进水，继续曝气；S3：关闭曝气装置停止曝气，让污泥沉降至SBR池体底部；S4：将SBR池体的上清液通过滗水器排到MBR沉淀池内，过滤后将清水排出，水体中的水凝胶球碎片和活性污泥沉淀到MBR沉淀池底部，完成一轮进水周期；S5：将沉淀池中的水凝胶球碎片和活性污泥经过排泥泵输送到搅拌装置，并加入去离子水，搅拌溶解得到混合物；S6：将得到的混合物输送到固化池，制备成包埋活性污泥的水凝胶球后再次投入到SBR池体；所述步骤S1中，水凝胶球的投入量为50～200g/每立方米污水；所述步骤S6中，固化池内装有质量分数为0.5%～4%的氯化钙溶液；所述步骤S5中，依据搅拌溶解前混合物质量的0.05~0.1倍补充聚合物单体，并依据搅拌溶解前混合物质量的20~40倍加入去离子水；所述水凝胶球由聚合物单体、吸附剂、活性污泥、交联剂为原料制备得到，所述聚合物单体、吸附剂、活性污泥、交联剂的质量比为1~1.5:1~2:5~15:1；所述聚合物单体为海藻酸钠；所述吸附剂包括SiO2纳米颗粒、氧化石墨烯纳米片、活性炭中的一种或多种。
2.如权利要求1所述的基于水凝胶球的SBR污水处理工艺，其特征在于：所述曝气装置（4）包括风机（41）、曝气管（42）和曝气盘（43），其中，所述风机（41），用于提供生物降解所需的氧气；所述曝气管（42）包括两根，两根所述曝气管（42）的进气端与所述风机（41）的出风口连接，两根所述曝气管（42）的出气端分别设于所述SBR池体（1）的底部和所述膜生物反应器（31）的下方；所述曝气盘（43）设于所述曝气管（42）的出气端上方，用于输出气体。
3.如权利要求1所述的基于水凝胶球的SBR污水处理工艺，其特征在于：所述活性污泥含有假单胞菌、不动杆菌、芽孢杆菌中的一种或多种。
发明内容
有鉴于此，本发明提出了一种基于水凝胶球的SBR污水处理系统及工艺，利用水凝胶提升SBR污水处理工艺的处理效果，并对破碎的水凝胶球碎片回收再生后重复使用，提高了水凝胶球的利用率。
本发明的技术方案是这样实现的：一方面，本发明提供了一种基于水凝胶球的SBR污水处理系统，包括SBR池体、滗水器、MBR沉淀池、曝气装置、排泥泵、搅拌装置和固化池，其中，
所述SBR池体上方一侧设有污水入口，所述SBR池体内填充有水凝胶球；
所述滗水器位于所述SBR池体上方与所述污水入口相对的另一侧，所述滗水器的出水端连接所述MBR沉淀池；
所述MBR沉淀池，用于过滤水体并使水体中的水凝胶球碎片悬浮物和活性污泥沉淀下来；
所述曝气装置，用于向所述SBR池体和所述MBR沉淀池提供生物降解所需的氧气；
所述排泥泵，用于将所述MBR沉淀池底部的水凝胶球碎片和活性污泥混合沉淀物排出；
所述搅拌装置，用于将水凝胶球碎片和活性污泥混合沉淀物加热，并加水溶解得到均匀混合物；
所述固化池，用于将溶解得到的均匀混合物制备成包埋活性污泥的水凝胶球，即再生水凝胶球。
SBR池体内填充有水凝胶球，主要是为了增强污水处理的效果。水凝胶球是一种高分子材料，能够吸收和释放水分。在SBR池体中，水凝胶球可以起到以下几个作用：1、增加微生物附着面积：水凝胶球的表面提供了大量的附着点，有利于微生物在其表面生长和繁殖，从而增加池体内的生物量，提高污水处理效率；2、提高传质效率：水凝胶球的多孔结构有利于污水中的有机物和氧气等物质的传质过程，从而促进微生物对有机物的降解，提高污水处理的效率；3、缓冲水质波动：水凝胶球可以吸收和释放水分，对于进水水质的波动起到一定的缓冲作用，有助于维持池体内的微生物生态系统的稳定，提高污水处理效果；4、减少污泥产量：水凝胶球可以提供更多的附着点，使得部分微生物在其表面形成生物膜，从而减少污泥的产量，这可以降低污泥处理成本，减轻后续处理的负担。总之，SBR池体内填充水凝胶球，可以增强污水处理的效果，提高处理效率，降低处理成本。
在以上技术方案的基础上，优选的，所述MBR沉淀池包括膜生物反应器和沉淀池，其中，
所述膜生物反应器位于所述MBR沉淀池内，并位于所述沉淀池的上方，所述膜生物反应器用于对污水进行生物降解和过滤；
所述沉淀池，用于容纳水体中的水凝胶球碎片和活性污泥混合沉淀物。
水凝胶球在长期使用过程中，会受到微生物、化学物质和物理作用等影响，水凝胶球的结构会逐渐受到破坏，从而导致破裂，破碎后的凝胶球碎片会进一步解体为细小悬浮物并释放活性污泥，影响出水水质。MBR沉淀池的工作原理是使用超滤膜截留破碎后的凝胶球碎片及污泥等，从而提高出水水质，水体经过膜生物反应器过滤之后排放，而凝胶球碎片及污泥则沉淀于沉淀池底部。
在以上技术方案的基础上，优选的，所述曝气装置包括风机、曝气管和曝气盘，其中，
所述风机，用于提供生物降解所需的氧气；
所述曝气管包括两根，两根所述曝气管的进气端与所述风机的出风口连接，两根所述曝气管的出气端分别设于所述SBR池体的底部和所述膜生物反应器的下方；
所述曝气盘设于所述曝气管的出气端上方，用于输出气体。
在以上技术方案的基础上，优选的，还包括搅拌装置，所述排泥泵设于所述排泥泵和所述固化池之间，用于将水凝胶球碎片和活性污泥混合沉淀物加热溶解，使其混合均匀。
加热可以促进水凝胶球碎片分子链的重新排列和交联，从而使其恢复原有的性质和形状，促进水凝胶的再生。
另一方面，本发明还提供了一种基于水凝胶球的SBR污水处理工艺，采用上述基于水凝胶球的SBR污水处理系统，包括以下步骤：
S1：污水进入SBR池体，并加入水凝胶球，开启曝气装置进行曝气；
S2：污水达到预定水位时，停止进水，继续曝气；
S3：关闭曝气装置停止曝气，让污泥沉降至SBR池体底部；
S4：将SBR池体的上清液通过滗水器排到MBR沉淀池内，经过膜生物反应器过滤后将清水排出，水体中的水凝胶球碎片和活性污泥等沉淀到沉淀池底部，完成一轮进水周期；
S5：将沉淀池中的水凝胶球碎片和活性污泥经过排泥泵输送到搅拌装置，并加入去离子水，搅拌溶解得到混合物；
S6：将得到的混合物输送到固化池，制备成包埋活性污泥的水凝胶球后再次投入到SBR池体。
本申请的基于水凝胶球的SBR污水处理工艺包括了水凝胶球的使用及回收再生，水凝胶球的使用，从而提高净化效率和净化效果，将水凝胶球从污水中分离出来，进行回收再生并再次投入使用，从而降低成本和资源浪费。
在以上技术方案的基础上，优选的，所述步骤4中，水凝胶球的投入量为50～200g/每立方米污水。
水凝胶球的用量过少或过多都可能对SBR污水处理的效果产生影响。如果水凝胶球的用量过少，无法充分吸附污水中的污染物，导致处理效果不佳，这是因为水凝胶球的吸附能力有限，如果用量不足，就无法充分利用其吸附性能，导致污水中的污染物无法被有效去除，导致处理后的水质不达标，或者需要更长的处理时间才能达到预期的处理效果；相反，如果水凝胶球的用量过多，过多的水凝胶球可能会阻碍污水的流动，增加污水的处理时间，甚至可能影响污水的处理效果，甚至可能导致处理设备的堵塞或故障，此外，过多的水凝胶球也可能会增加污水的处理成本，因为需要更多的材料和资源来处理这些水凝胶球。
在以上技术方案的基础上，优选的，所述步骤S5中，固化池内装有质量分数为0.5％～4％的氯化钙溶液。
在固化池中，无机盐可作为交联剂与水凝胶中的聚合物分子发生反应，形成三维网络结构，使水凝胶球具有较好的机械性能和稳定性，无机盐溶液的浓度影响水凝胶球的性能，浓度过高会导致水凝胶的交联点过多，使水凝胶变得过于紧密，影响其吸水性、溶胀性和机械性能；相反，浓度过低会导致水凝胶的交联点不足，使水凝胶的结构不够稳定，容易发生变形和破裂，也可能导致水凝胶的吸水性能下降，使其无法有效吸附和固定水分。
在以上技术方案的基础上，优选的，所述水凝胶球由聚合物单体、吸附剂、活性污泥、交联剂为原料制备得到，所述聚合物单体、吸附剂、活性污泥、交联剂的质量比为1～1.5:1～2:5～15:1。
在以上技术方案的基础上，优选的，所述活性污泥含有假单胞菌、不动杆菌、芽孢杆菌中的一种或多种。
本申请的基于水凝胶球的SBR污水处理工艺选取的水凝胶球制备方法简单，便于回收再生，包埋吸附剂能够增强水凝胶球的吸附性能，从而提升其净化污水的能力。吸附剂通常是一种具有高比表面积和多孔结构的物质，能够有效地吸附和去除污水中的污染物质。将吸附剂包埋在水凝胶球中，可以充分利用水凝胶球的吸附性能和吸附剂的吸附性能，从而提高对污染物的去除效率。一方面，水凝胶球的多孔结构和交联网络可以提供良好的吸附性能。另一方面，包埋的吸附剂可以进一步增强水凝胶球的吸附能力，特别是对于那些具有高分子量、大分子尺寸或疏水性的污染物。通过包埋吸附剂，可以提供更多的吸附位点和活性中心，促进对污染物的吸附和固定。将活性污泥包埋进水凝胶球内，可以保持污泥的活性，水凝胶球表面也可以附着微生物，从外至内形成好氧区、缺氧区，有利于生物脱氮，提升污水处理效果。
在以上技术方案的基础上，优选的，所述聚合物单体为海藻酸钠。
聚乙二醇(PEG)是一种常用的生物相容性高分子材料，可以通过聚合反应制备成水凝胶球，它具有较好的化学稳定性和生物相容性，可以用于制备温度敏感型水凝胶球；海藻酸钠是一种天然多糖，可以通过与钙离子交联制备生物相容性水凝胶球，它具有较好的生物相容性和吸附性能，可以作为污水处理中的吸附材料；丙烯酸酯类单体可以用于制备聚合物刷子，这些聚合物刷子可以与其他单体进行共聚反应，制备出具有特定性能和功能的水凝胶球。
在以上技术方案的基础上，优选的，所述吸附剂包括SiO2纳米颗粒、氧化石墨烯纳米片、活性炭中的至少一种。
在污水处理中，ZnO2纳米颗粒、SiO2纳米颗粒、氧化石墨烯纳米片和活性炭等吸附剂可以用于增强水凝胶球的吸附性能。ZnO2纳米颗粒具有较高的比表面积和吸附性能，可以有效地吸附污水中的重金属离子和有机物。SiO2纳米颗粒则具有较好的生物相容性和稳定性，可以用于制备具有较好吸附性能和稳定性的水凝胶球。氧化石墨烯纳米片具有优异的吸附性能和导电性，可以用于吸附污水中的有机物和重金属离子。活性炭则具有高比表面积、多孔结构和较好的吸附性能，可以用于吸附污水中的有机物和异味等。
在以上技术方案的基础上，优选的，所述步骤6中，依据搅拌溶解前混合物质量的0.05～0.1倍补充聚合物单体，并依据搅拌溶解前混合物质量的20～40倍加入去离子水。
在再生过程中，水凝胶球的碎片需要重新连接起来，形成一个完整的球体，聚合物单体是水凝胶球的主要成分之一，通过补充聚合物单体，可以保持水凝胶球的形态和稳定性，使其在再生过程中能够保持均匀的分布和一致的厚度。。
本发明的基于水凝胶球的SBR污水处理系统及工艺相对于现有技术具有以下有益效果：
(1)将水凝胶球应用在SBR污水处理工艺中，将活性污泥包埋进水凝胶球内，可以保持污泥的活性，水凝胶球表面也可以附着微生物，从外至内形成好氧区、缺氧区，有利于生物脱氮；
(2)设置MBR沉淀池对SBR池出水进行MBR膜过滤，将水体中的水凝胶球碎片和活性污泥滤出，保证出水达标排放；
(3)设置搅拌装置和固化池对破碎的水凝胶球进行重新再造成包埋活性污泥的水凝胶球，提升了水凝胶球的利用率：
(4)制备水凝胶的原料中添加ZnO2纳米颗粒、SiO2纳米颗粒、氧化石墨烯纳米片、活性炭中的至少一种，提升了水凝胶球的吸附性能，有利于加强对污水的净化效果。
（发明人：冯均宇;任攀;孙臣;褚波）
