申請(qǐng)日2015.06.22
公開(kāi)(公告)日2015.09.09
IPC分類號(hào)C02F11/04; C02F9/14
摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種污水資源化處理方法，該方法包括以下步驟：多級(jí)沉淀;生化處理;曝氣催化;和污泥資源化處理。在該處理方法中，曝氣催化步驟使用對(duì)城市生活污水具有較高選擇性的光催化劑，光催化降解效率高，另外通過(guò)將污泥進(jìn)行處理來(lái)制造建筑用路基材料，提高了生活污水的資源化利用率。
權(quán)利要求書
1.一種污水資源化處理方法，其特征在于：該方法包括以下步驟：
(1)多級(jí)沉淀;(2)生化處理;(3)曝氣催化;和(4)污泥資源化處 理，
所述污泥資源化處理包括：(a)將污泥風(fēng)干至水分含量低于15重量%， 然后向污泥中加入粉煤灰和石英砂，粉煤灰和石英砂的量基于所述污泥的 重量計(jì)分別為1-5重量%和1-3重量%，攪拌5-20小時(shí);(b)然后向其中 加入基于所述污泥的重量計(jì)0.01-0.08重量%的聚丙烯酰胺和0.02-0.08重 量%的羥丙基甲基纖維素，攪拌1-8小時(shí);和(c)將步驟(2)的物料在 環(huán)境條件下風(fēng)干至水含量低于8重量%，然后破碎至粒徑為20mm以下。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述多級(jí)沉淀步驟包括一級(jí)平流沉淀、 二級(jí)平流沉淀、絮凝反應(yīng)和絮凝沉淀，所述平流沉淀的污水流向與污染物顆 粒沉降方向垂直。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2的方法，其中一級(jí)平流沉淀在一級(jí)平流沉淀池中 進(jìn)行，二級(jí)平流沉淀在二級(jí)平流沉淀池中進(jìn)行，絮凝反應(yīng)在絮凝反應(yīng)池中進(jìn) 行，絮凝沉淀在絮凝沉淀池中進(jìn)行。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)的方法，其中在生化處理步驟中，包括好 氧處理和厭氧處理;好氧處理主要進(jìn)行硝化作用和有機(jī)物的去除，好氧處理 區(qū)的底部設(shè)有曝氣砂管以在曝氣充氧的同時(shí)起攪拌作用，在好氧處理區(qū)上部 設(shè)有三相分離器;厭氧處理區(qū)主要進(jìn)行反硝化和污泥儲(chǔ)存。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)的方法，其中在生化處理步驟中，將經(jīng)沉 淀處理的污水均勻地穿過(guò)預(yù)置的帶有好氧菌種的好氧濾料和帶有厭氧菌 種的厭氧濾料。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)的方法，其中在曝氣催化步驟中，向加入 催化劑的水體進(jìn)行鼓泡，進(jìn)行曝氣催化處理。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的方法，其中在曝氣催化步驟中，使用基于TiO2的光 催化劑進(jìn)行曝氣催化。
8.根據(jù)權(quán)利要求6或7的方法，其中在曝氣催化步驟中，將經(jīng)步驟(2) 生化處理的水經(jīng)硅藻土過(guò)濾處理后，再進(jìn)行曝氣催化。
說(shuō)明書
污水資源化處理方法
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明涉及水處理方法，特別是涉及生活污水的處理方法，更特別涉及 城市生活污水的資源化處理方法。
背景技術(shù)
生活垃圾污染產(chǎn)生的污水主要是人們?nèi)粘Ｉ钪信欧懦鰜?lái)的。它是從住 戶、飯店、賓館、機(jī)關(guān)、學(xué)校、工廠等生活設(shè)施中，廚房、衛(wèi)生間或者浴室 正常使用所產(chǎn)生的生活污水。生活污水中主要含有泥沙、油脂、皂液、果核、 紙屑和事物屑、病菌、雜物和糞便排泄物等。按照物質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)，這些污 水成分主要可以分成有機(jī)物和無(wú)機(jī)物兩類，通常有機(jī)物的比例相對(duì)較大，大 概在百分之六十左右，其余為無(wú)機(jī)物。按照物理性質(zhì)進(jìn)行分類，可分為膠體 物質(zhì)、可溶性物質(zhì)和不溶性物質(zhì)。相對(duì)于工業(yè)排出的廢水而言水質(zhì)一般比較 穩(wěn)定，在使用生物/化學(xué)方法的情況下，處理效果比較顯著。
CN104649503A公開(kāi)了一種生活污水處理系統(tǒng)，其特征在于：包括格柵、 調(diào)節(jié)池、缺氧池、好氧池、沉淀池、消毒池，格柵的輸入端與調(diào)節(jié)池的輸入 端連接，調(diào)節(jié)池的輸出端與缺氧池的輸入端連接，缺氧池的輸出端也好氧池 的輸入端連接，好氧池的輸出端與沉淀池的輸入端連接，沉淀池的輸出端與 消毒池的輸入端連接。
CN104261635A公開(kāi)了一種生活污水的環(huán)保凈化方法，其特征在于，步 驟包括：將生活污水暫時(shí)存儲(chǔ)在集水池中，利用粗格柵打撈出體積大的渣滓， 然后利用污水泵提升污水的高度后，再利用細(xì)格柵打撈體積小的渣滓;將集 水池中的污水排入隔油池中，并用氣浮法去除污水中的油脂;將去油后的污 水排入沉砂池中，分離出污水中的無(wú)機(jī)顆粒;將沉砂池中的污水排入到調(diào)節(jié) 池中，均化水質(zhì);通過(guò)污水提升泵進(jìn)入缺氧池，利用缺氧微生物的降解能力 將污水中有機(jī)高分子污染物分解成有機(jī)低分子污染物;將缺氧池中的污水排 入生化池，利用生物膜法對(duì)污水進(jìn)行處理;在人工濕地的進(jìn)水區(qū)、處理區(qū)、 出水區(qū)內(nèi)鋪設(shè)防滲薄膜。
CN103508576A公開(kāi)了一種城市生活污水的處理辦法，在建設(shè)新城市時(shí)， 將城市生活用水的排水管道與生產(chǎn)用水的排水管道分別布置，同時(shí)，在城市 周邊開(kāi)展農(nóng)業(yè)大開(kāi)發(fā)，將城市生活污水經(jīng)過(guò)處理引入農(nóng)田或水網(wǎng)，而不是直 接排放到江河中去，作為種植農(nóng)作物用的肥料，將城區(qū)中的生活污水通過(guò)獨(dú) 立的管道集中收集在生活污水處理站，在城郊建立多個(gè)沉淀(糞便池)池和 凈化池，利用管道，將城市生活污水從生活污水處理站輸送到這些沉淀池和 凈化池里，經(jīng)過(guò)多級(jí)沉淀和凈化后的水，另行處理，沉淀所得的糞便等，可 以作為肥料供農(nóng)業(yè)種植用。
CN103265152A公開(kāi)了一種生活污水處理方法，屬于污水處理領(lǐng)域，其 工藝流程是生活污水收集-格柵粗過(guò)濾-泥砂沉淀及砂水分離-隔油沉淀-生物 處理-細(xì)過(guò)濾-反洗，其特征是所述格柵粗過(guò)濾，包括粗格柵過(guò)濾和細(xì)格柵過(guò)濾， 粗格柵的柵條間距為20mm;細(xì)格柵的柵條間距為5mm。
CN102020396A公開(kāi)了一種生活污水處理方法，該方法是將生活污水先 進(jìn)行固液分離，然后對(duì)分離后的污水進(jìn)行二段式生化處理，處理后得到的清 水循環(huán)回用。
CN101108752A公開(kāi)了一種生活污水處理方法，它是將生活污水與氧化 鋁廠含堿廢水充分混合后，進(jìn)入氧化鋁廠污水處理系統(tǒng)進(jìn)行常規(guī)處理，其特 征在于：按體積百分比，生活污水10-50%，氧化鋁廠含堿廢水50-90%。
CN104291520A公開(kāi)了一種生活污水處理及回用方法，其特征在于：將 生活污水進(jìn)行分類排放，按照污水性質(zhì)與來(lái)源的不同分為高濃度的黑水和低 濃度的灰水，黑水排離后，依次通過(guò)厭氧處理池、曝氣接觸氧化池、曝氣高 耐污生態(tài)池、曝氣低耐污生態(tài)池和生態(tài)沉淀處理池，處理后的黑水與灰水合 并后進(jìn)入調(diào)節(jié)池，經(jīng)過(guò)調(diào)節(jié)池調(diào)節(jié)后送入地下滲濾裝置處理，該地下滲濾裝 置處理的水經(jīng)過(guò)消毒后回用于沖廁或達(dá)標(biāo)排放。
CN103113007A公開(kāi)了一種生活污水處理工藝，以生物膜法為核心，第 一級(jí)采用折板厭氧水解池，第二級(jí)采用曝氣生物濾池，其中所述折板厭氧水 解池內(nèi)部設(shè)置有折板，該折板厭氧水解池在厭氧條件下能夠吸收磷。
CN103058312A公開(kāi)了一種生活污水的處理方法，屬于環(huán)境保護(hù)領(lǐng)域。 本發(fā)明向來(lái)自生化處理工序的生活污水中加入硅酸鈣，加入量為 0.1-1.0g/100mL生活污水，并調(diào)節(jié)pH為2-12，使硅酸鈣在水中分散均勻，并 維持15-90分鐘;過(guò)濾收集處理后的水。
US2013213796A1公開(kāi)了一種污水處理方法，其中涉及用于改性待經(jīng)受 脫水和/或干燥的有機(jī)污泥的結(jié)構(gòu)的方法，其包含所述有機(jī)污泥在其中暴露于 電場(chǎng)的作用的步驟，其中所述電場(chǎng)由直流電生成，所述有機(jī)污泥為濕固體形 式，具有按照重量計(jì)高于污泥總重量的10%的干物質(zhì)含量。
“我國(guó)城市污水處理面臨的問(wèn)題及解決對(duì)策”，環(huán)境保護(hù)與循環(huán)經(jīng)濟(jì)， 2011年04期，綜述了我國(guó)城市污水處理發(fā)展面臨的問(wèn)題，指出污水處理技 術(shù)落后城市污水處理技術(shù)是城市污水處理設(shè)施能否高效運(yùn)轉(zhuǎn)的關(guān)鍵，長(zhǎng)期以 來(lái)，我國(guó)的污水處理技術(shù)都是沿襲了歐美國(guó)家近百年來(lái)的路線和處理技術(shù)， 在吸收、消化國(guó)外技術(shù)的同時(shí)也形成了自己的技術(shù)，城市污水處理技術(shù)有了 很大的發(fā)展，但是我國(guó)現(xiàn)階段采用的污水處理技術(shù)與同期國(guó)外的技術(shù)水平相 比依然還很落后，始終存在效率低、能耗高、維修率高、自動(dòng)化程度低等缺 點(diǎn)。
在包括上述文獻(xiàn)在內(nèi)的現(xiàn)有技術(shù)中，污泥通常被堆積廢棄，未得到較好 利用，另外在曝氣催化過(guò)程中使用的催化劑對(duì)城市生物污水缺乏針對(duì)性，導(dǎo) 致曝氣催化效率不高。
發(fā)明內(nèi)容
為解決上述問(wèn)題，本發(fā)明人經(jīng)過(guò)深入研究和大量實(shí)驗(yàn)，提出了如下技術(shù) 方案。
在一方面，提供了一種生活污水處理方法，其特征在于：該方法包括以 下步驟：(1)多級(jí)沉淀;(2)生化處理;(3)曝氣催化;和(4)污泥資源化 處理，
所述污泥資源化處理包括：(a)將污泥風(fēng)干至水分含量低于15重量%， 然后向污泥中加入粉煤灰和石英砂，粉煤灰和石英砂的量基于所述污泥的 重量計(jì)分別為1-5重量%和1-3重量%，攪拌5-20小時(shí);(b)然后向其中 加入基于所述污泥的重量計(jì)0.01-0.08重量%的聚丙烯酰胺和0.02-0.08重 量%的羥丙基甲基纖維素，攪拌1-8小時(shí);和(c)將步驟(2)的物料在 環(huán)境條件下風(fēng)干至水含量低于8重量%，然后破碎至粒徑為20mm以下。
來(lái)自生活污水的污泥由于長(zhǎng)期處于水下，結(jié)構(gòu)松散，孔隙比很大，其 含水率非常高，達(dá)120%-180%，遠(yuǎn)大于污泥的液限，加之污泥天然結(jié)構(gòu) 強(qiáng)度非常低，所以污泥常處于流塑和流動(dòng)狀態(tài)，因此如果要用在道路鋪筑 中，應(yīng)對(duì)其進(jìn)行改性處理。污泥經(jīng)過(guò)本發(fā)明的方法處理后，含水率大幅降 低，孔隙比減小，飽和度也相應(yīng)降低，液性指數(shù)和壓縮系數(shù)顯著降低，使 污泥土由流塑變?yōu)榭伤芑驁?jiān)硬狀態(tài)，壓縮性大大減小，黏聚力增強(qiáng)、內(nèi)摩 擦角增大，從而使其抗剪強(qiáng)度得以提高，并且使土體顆粒間排列形式發(fā)生 變化，污泥結(jié)構(gòu)得以重組，固化后的土體具有強(qiáng)度高、壓縮性低的特性， 滿足作為路基材料的功能要求，例如可以使土體強(qiáng)度提高約22%。
優(yōu)選地，所述多級(jí)沉淀步驟包括一級(jí)平流沉淀、二級(jí)平流沉淀、絮凝反 應(yīng)和絮凝沉淀，所述平流沉淀的污水流向與污染物顆粒沉降方向垂直。
一級(jí)平流沉淀可以在一級(jí)平流沉淀池中進(jìn)行，二級(jí)平流沉淀可以在二級(jí) 平流沉淀池中進(jìn)行，絮凝反應(yīng)可以在絮凝反應(yīng)池中進(jìn)行，絮凝沉淀可以在絮 凝沉淀池中進(jìn)行。
優(yōu)選地，在所述生化處理步驟中，包括好氧處理和厭氧處理;其中好氧 處理主要進(jìn)行硝化作用和有機(jī)物的去除，好氧處理區(qū)的底部設(shè)有曝氣砂管以 在曝氣充氧的同時(shí)起攪拌作用，在好氧區(qū)上部可設(shè)有三相分離器;厭氧區(qū)主 要進(jìn)行反硝化和污泥儲(chǔ)存。
優(yōu)選地，在生化處理步驟中，經(jīng)沉淀處理的污水均勻地穿過(guò)預(yù)置的帶 有好氧菌種的好氧濾料和帶有厭氧菌種的厭氧濾料。在所述處理過(guò)程中， 污水中的懸浮性微小污染物可被處理菌種吸附、濾料攔截，有機(jī)污染物被缺 氧、厭氧生化處理，生化處理的污水再經(jīng)氣水分離，將沼氣排出利用。
在曝氣催化步驟中，可以向加入催化劑的水體進(jìn)行鼓泡，進(jìn)行曝氣催化 處理，使污水中的氨、氮析出。所述曝氣可在自然光下進(jìn)行。催化劑的用量 可以為0.01-0.2g/L(污水)，優(yōu)選為0.05-0.1g/L(污水)。
在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式中，在曝氣催化步驟中，使用基于TiO2的 光催化劑進(jìn)行曝氣催化。
所述基于TiO2的光催化劑優(yōu)選為釩酸鉍和Fe3+共摻雜的TiO2催化劑，其 可以標(biāo)記為BiVO4-Fe3+/TiO2�；谒龃呋瘎┑目傊亓坑�(jì)，BiVO4的含量可 以為5-15%重量，F(xiàn)e3+的含量可以為1-5%重量。
所述催化劑可以通過(guò)如下方法制得：(1)在攪拌下將10-20mL的鈦酸丁 酯緩慢加入20-60mL無(wú)水乙醇中，然后加入5-10mL冰乙酸，同時(shí)按規(guī)定 摻雜比例稱取一定量的BiVO4和Fe2(SO4)3分別加入至20-60mL無(wú)水乙醇 中，然后將兩種溶液混合，繼續(xù)攪拌至凝膠狀態(tài)后將其放入恒溫干燥箱，以 60-100℃的溫度恒溫干燥5-10h后將樣品研磨成粉末;(2)將BiVO4、Fe3+共摻雜的TiO2干凝膠粉加入蒸餾水并以超聲振蕩使其均勻分散后進(jìn)行反復(fù) 抽濾，除去樣品中游離狀態(tài)的Fe3+后再將其進(jìn)行恒溫干燥;(3)將干燥后的 產(chǎn)物放入馬弗爐中以300-500℃的溫度進(jìn)行熱處理1-5h后再經(jīng)過(guò)研磨，制得 BiVO4-Fe3+/TiO2催化劑。
特別優(yōu)選地，所述TiO2為二氧化鈦納米管。二氧化鈦納米管的管孔徑優(yōu) 選為50-70nm，BET比表面積優(yōu)選為5-7m2/g。研究發(fā)現(xiàn)，這樣的孔徑和比表 面積的二氧化鈦納米管，更容易吸附溶液中的有機(jī)物，由于光催化反應(yīng)是在 催化劑表面進(jìn)行的，因此所述TiO2納米管的光催化過(guò)程中能得到更多的光照 輻射，更高的光量子效率，使得光催化活性將高于TiO2粉末或薄膜。所述二 氧化鈦納米管可通過(guò)模板法或陽(yáng)極氧化法制得。
在一個(gè)更優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述催化劑還包含有磷(P)，P元素含量 為催化劑總重量的0.1-1%重量。研究發(fā)現(xiàn)，P摻雜能提高TiO2納米管的比表 面積，減小其晶粒尺寸，抑制銳鈦礦型TiO2向金紅石相轉(zhuǎn)化，并且在可見(jiàn)光 區(qū)存在吸收尾，從而有效地提高TiO2的可見(jiàn)光催化性能。在一個(gè)更優(yōu)選的實(shí) 施方案中，P的前體是NaH2PO4，發(fā)現(xiàn)通過(guò)該前體獲得P摻雜能夠更夠更好 地使P嵌入到二氧化鈦納米管中。
優(yōu)選地，在曝氣催化步驟中，將經(jīng)步驟(2)處理的水經(jīng)硅藻土過(guò)濾處理 后，再進(jìn)行曝氣催化。
所述污泥資源化處理步驟還可以包括將污泥進(jìn)行厭氧發(fā)酵處理。
在曝氣催化中，向加入催化劑的水體進(jìn)行鼓泡，進(jìn)行曝氣催化處理，該 處理可以使污水中的氨、氮析出，再經(jīng)浮雜收集去除浮雜物，使污水得到深 度凈化成為清水。然后，再將凈化后的清水，經(jīng)親水復(fù)合砂濾過(guò)濾，降低水 分子表面張力，進(jìn)一步凈化處理后的清水存儲(chǔ)蓄水池，以備回用。
在污泥資源化處理中，將沉淀、生化處理、曝氣催化處理過(guò)程中產(chǎn)生的 活性污泥進(jìn)行匯集，例如可通過(guò)污泥重力通道匯集到沉淀區(qū)。
