用于污水深度处理的系统物化生物生态学方法

摘要

本发明公开一种广泛用于污水深度处理的系统物化生物生态学方法，属于水处理领域.将要处理的污水先通过格栅，清除较大的沙石、木块、塑料等大块杂物，进入预处理池；在预处理池中进行污水混合调节，科学合理添加絮凝剂，辅以微波处理，快速高效沉淀絮凝体；然后进入生物处理池，进行超声波协同曝气处理，生物反应，最后进入以植物、动物和微生物为主所构成的湿地生态系统，进行生态系统处理，排放或回用。经过该系统深度处理的污水出水水质优于GB18918-2002一级A的出水水质，达到回用标准地面3类水水质要求。该污水处理系统可以广泛用于生活污水、垃圾渗滤液、工业污水等的深度处理。

说明书

技术领域

本发明属于水处理领域，更具体涉及一种用于污水深度处理净化的系统物化生物生态学方法（PCBES），可广泛适用于生活污水、垃圾渗滤液、工业污水等的深度处理。

背景技术

我国为水资源比较短缺的国家，随着经济的发展，城市化进程的加快，城市缺水问题日趋严重。目前, 日益严重的水资源短缺和水环境污染困扰我国经济与社会的发展, 而且也已成为制约社会经济可持续发展的主要因素。我国的水量总体上不是很多, 并且存在着严重的分布不均。我国人均占有水资源为2700 m³ , 仅相当于世界平均值的1/4。由于80% 以上的污水未经处理就直接排入水环境, 已造成90% 以上的城市水域严重污染, 近50%的重点城镇水源不符合饮用水标准, 就连城市地下水都有50% 受到严重污染。近年来每年水污染造成直接的经济损失超过500 亿元, 间接的经济损失远远超过1000 亿元。污水处理是防治水环境污染的重要技术措施之一，污水处理工艺水平的高低将直接影响一个地区的水环境质量。

一个世纪以来在水处理领域产生了各种各样的技术，特别是70年代以来废水处理技术得到了迅速的发展。当前我国的水污染控制迫切需要大量的适用技术，针对不同地区不同水污染控制问题的特点。废水处理技术可以依据处理技术的原理分为物理法、化学法、生物法或这三种方法的不同结合。废水处理的物理法方法中最常用的是沉淀和过滤工艺，由于其运行费用低、技术成熟，被广泛应用于废水的初级处理和预处理。化学法中最常用的是化学沉淀和化学氧化法。化学沉淀法可包括用于去除微小颗粒物和胶体的混凝沉淀，利用絮凝剂的水解架桥作用与水中微颗粒和胶体形成絮体，通过沉淀实现对污染物的净化作用。生物法或称为生化法是以生物化学原理为基础利用微生物的代谢作用去除废水中的有机污染物。此类方法是目前废水处理中大量采用的工艺方法，包括各种不同的技术，主要应用于废水的二级处理和深度处理。

但是目前污水处理技术普遍存在一些问题，一方面，单一的污水处理技术难以满足不同水质、不同处理要求的需要，目前还没有一种污水处理技术能在时间和空间上同时除去污水中所有的污染物质；另外一方面，生化技术末端存在污泥处理复杂、费用高的问题；而且，还有很多污水含有难以降解处理的化学物质，一般的生物或化学方法难以去除。所以，多种技术工艺的科学组合与优化，去除难降解化学污染物质，减少污泥产量是解决这一问题的必然趋势。

微波污水处理法利用使微波场对投加有某种药剂的单相流和多相流流体发生物理化学反应，在微波能的作用下，提高流体的温度和压力，强烈促进水中物质的物理化学反应如催化作用、穿透作用、固体物之间的凝聚作用；选择性供能和物质的吸能，催化氧化作用（如发生铁氧体反应），它对水中的有毒重金属具有强烈的吸附、凝聚作用，对有机物具有强烈的氧化破坏作用、还原作用以及灭菌作用等等功能。实践证明该技术应用于水处理工程中可以克服常规污水处理法中存在的一些缺陷。但是，单一的微波法，对污水处理效果不佳，必须结合其它方法或技术协同处理。

超声波是指频率超过20 kHz的, 人耳听不到的声波。超声波在有机合成、电化学、清洗等行业的应用和研究已经有很长的历史, 但是超声波在生物工程中提高生物产量和活性以及在水处理中的应用研究则开始于80年代后期, 近年逐渐成为研究的热点, 并取得了一些研究成果。试验表明, 低强度的超声波对生物活性具有促进作用, 超声波的空化作用在降解水中的污染物, 尤其是难降解有机污染物上具有很强的优势, 但是对COD等去除效果不佳。

发明内容

本发明公开一种广泛用于污水深度处理的系统物化生物生态学方法（PCBES），该方法将微波处理、超声波协同曝气生物处理、生态系统净化等科学合理组合，实现污水的深度处理与高效净化，去除难降解化学污染物质，脱氮除磷效果好，污泥产量低，成本低，无二次污染。出水水质不仅优于GB18918-2002一级A的出水水质，而且可达到回用水质要求。

本发明用于污水深度处理的系统物化生物生态学方法，按照下述步骤进行：

（1）待处理的污水先通过格栅，清除较大的沙石、木块、塑料等大块杂物，进入预处理池（A）；

（2）在预处理池中进行污水混合，调节pH值在5-9之间；根据污水性质和特征，选择合适絮凝剂适量添加，辅以微波处理，快速高效沉淀絮凝体，微波频率500 M-200 G，微波处理时间5-20 min., 处理污水进入生物处理池（B）；

（3）处理污水在生物处理池进行超声波协同曝气生物处理，生物反应2-12 h.；其中超声波采用低强度超声波，每轮曝气超声波协同处理3-5次，超声波频率20-1000 kHz、强度0.01-10.0 W/cm²，每次处理5-20 min.；然后处理污水进入湿地生态系统（C）；

（4）湿地生态系统以植物、动物和微生物为主所构成的，后处理污水在湿地生态系统中进行生态系统处理；构成湿地生态系统的植物、动物和微生物基于生态学原理根据不同气候区和污水性质与特征科学合理选择和组合；湿地生态系统可由下行池和上行池构成，底部为粗砾石（Φ=20-50 mm），中层为选择填料(Φ=5-20 mm)，上层为细河沙或小粒径填料(Φ=0.5-5 mm)，中间设置隔墙，底部连通，上行池上层设置集水管，排放会或用出水。

其中步骤（2）中所述的絮凝剂为聚丙烯酰胺、纤维素、壳聚糖等有机絮凝剂或硫酸铝、氯化铝、硫酸铁、氯化铁等无机絮凝剂。

其中步骤（3）中生物处理池中所述的填料主要为火山岩、石灰岩、陶粒、浮石、珍珠岩等无机填料和聚氯乙烯球/管、聚丙烯球/管等有机填料。

本发明的优点：可以实现污水的深度处理与高效净化，去除难降解化学污染物质，脱氮除磷效果好，污泥产量低，成本低，无二次污染。出水水质不仅优于GB18918-2002一级A的出水水质，而且可达到回用水质要求；另外还可以实现污水处理场所景观美化。

附图说明： 图1为本发明用于污水深度处理的系统物化生物生态学方法（PCBES）的流程示意图。

具体实施方式

实施实例1：

待处理的污水先通过格栅，清除较大的沙石、木块、塑料等大块杂物，进入预处理池（A）。然后在预处理池（B）中进行污水混合，用盐酸调节pH值约7；添加絮凝剂阳离子聚丙烯酰胺（CPAM）适量，辅以微波处理，微波频率500 M，微波处理时间20 min., 快速高效沉淀絮凝体。然后处理污水在生物处理池（以陶粒为填料）进行超声波协同曝气生物处理，生物反应2 h.；其中超声波频率20 kHz、强度0.05 W/cm²，每次处理20 min.；每轮曝气超声波协同处理5次，然后处理污水进入湿地生态系统（C）生态处理，排放或回用出水。

实施实例2：

待处理的污水先通过格栅，清除较大的沙石、木块、塑料等大块杂物，进入预处理池（A）。然后在预处理池（B）中进行污水混合，用盐酸调节pH值约7；添加絮凝剂阳离子聚丙烯酰胺（CPAM）适量，辅以微波处理，微波频率100 G，微波处理时间10 min., 快速高效沉淀絮凝体。然后处理污水在生物处理池（以火山岩为填料）进行超声波协同曝气生物处理，生物反应3 h.；其中超声波频率500 kHz、强度1 W/cm²，每次处理10 min.；每轮曝气超声波协同处理4次，然后处理污水进入湿地生态系统（C）生态处理，排放或回用出水。

实施实例3：

待处理的污水先通过格栅，清除较大的沙石、木块、塑料等大块杂物，进入预处理池（A）。然后在预处理池（B）中进行污水混合，用盐酸调节pH值约7；添加絮凝剂阳离子聚丙烯酰胺（CPAM）适量，辅以微波处理，微波频率200 G，微波处理时间5 min., 快速高效沉淀絮凝体。然后处理污水在生物处理池（以石灰岩为填料）进行超声波协同曝气生物处理，生物反应4 h.；其中超声波频率1000 kHz、强度10 W/cm²，每次处理5 min.；每轮曝气超声波协同处理3次，然后处理污水进入湿地生态系统（C）生态处理，排放或回用出水。

试验例1：本发明实施实例1污水处理效果

将实施实例1进行污水处理，检测其污水处理效果（表1）。

试验例2：本发明实施实例2污水处理效果

将实施实例1进行污水处理，检测其污水处理效果（表1）。

试验例3：本发明实施实例3污水处理效果

将实施实例1进行污水处理，检测其污水处理效果（表1）。

试验装置包括预处理池（A）（2 m×2 m×2 m），生物处理池(B)（2 m×2 m×2 m），生态系统处理池(C) （两个相连的3 m×3 m×3 m湿地生态系统池，分别为下行池和上行池构成，底部为80 mm粗砾石（Φ=20-50 mm），中层为100 mm选择填料(Φ=5-20 mm)，上层为80 mm细河沙或小粒径填料(Φ=0.5-5 mm)，植物主要为美人蕉、菖蒲、芦苇等。）COD、BOD5、TP等指标的测定均按标准方法进行, 采样频率为每个稳定状态至少取样3次。 SS因测定比较繁琐, 且在低质量浓度时准确性差, 故采用浊度表征。

表1 用于污水深度处理的系统物化生物生态学方法（PCBES）对生活污水处理效能

以上试验结果表明，本发明的用于污水深度处理的系统物化生物生态学方法（PCBES）对生活污水处理效能很好，经过该系统深度处理的污水出水水质优于达到或超过GB18918-2002一级A的出水水质，达到回用标准地面3类水水质要求。

以上所述的仅是本发明的优选实施方式。应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干变型和改进，这也应视为属于本发明的保护范围。