公布日：2023.12.08
申請日：2023.09.05
分類號：C02F3/00(2023.01)I
摘要
本發(fā)明提供一種改善活性污泥沉降性的復(fù)合粉末載體、污水處理系統(tǒng)和工藝，涉及污水處理領(lǐng)域。該復(fù)合粉末載體的原料包括質(zhì)量比為1：10～20的非金屬礦物和改性粉末活性炭，改性粉末活性炭是由粉末活性炭依次經(jīng)酸改性和堿改性得到的。將改性粉末活性炭與非金屬礦物復(fù)配時，兩者可以均勻吸附、緊密結(jié)合，同時比重較大的非金屬礦物能夠使得復(fù)合粉末載體在沉淀區(qū)較好地沉降，確保固液分離效果優(yōu)良。兩者復(fù)配同時保證了粉末活性炭在生物系統(tǒng)中的保留能力和與污泥絮凝體的結(jié)合能力，依靠復(fù)合粉末載體具有較大的孔隙率、比表面積和比重，以及較高的微生物親和性，使其更易與活性污泥微生物絮體相結(jié)合，增加絮體的密度，實現(xiàn)對活性污泥沉降性能的改善。
權(quán)利要求書
1.一種改善活性污泥沉降性的復(fù)合粉末載體，其特征在于，原料包括質(zhì)量比為1：10～20的非金屬礦物和改性粉末活性炭，所述改性粉末活性炭是由粉末活性炭依次經(jīng)酸改性和堿改性得到的。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的改善活性污泥沉降性的復(fù)合粉末載體，其特征在于，所述復(fù)合粉末載體的粒徑為30～75微米；所述非金屬礦物包括硅藻土、膨潤土、高嶺土中的至少一種；所述非金屬礦物和改性粉末活性炭的質(zhì)量比為1：10。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的改善活性污泥沉降性的復(fù)合粉末載體，其特征在于，所述改性粉末活性炭的制備方法包括以下步驟：將粉末活性炭和硝酸溶液混合，恒溫振蕩，過濾，洗滌沉淀至中性，烘干，得到酸改性粉末活性炭；將所述酸改性粉末活性炭和氨水溶液混合，恒溫振蕩，過濾，洗滌沉淀至中性，烘干，得到二次改性的粉末活性炭。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的改善活性污泥沉降性的復(fù)合粉末載體，其特征在于，所述硝酸溶液的濃度為2.4mol/L；按照g/mL計，所述粉末活性炭和硝酸溶液的質(zhì)量體積比為1：5；所述氨水溶液的濃度為2.5mol/L；按照g/mL計，所述酸改性粉末活性炭和氨水溶液的質(zhì)量體積比為1：
5；所述恒溫振蕩的條件為：在23℃下振蕩10～12h；所述烘干的條件為：在103～110℃下烘干20～24h。5.權(quán)利要求1～4任一項所述的改善活性污泥沉降性的復(fù)合粉末載體的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：將所述非金屬礦物和改性粉末活性炭按比例快速混合均勻，優(yōu)選的，采用干式攪拌機(jī)進(jìn)行快速攪拌，所述快速攪拌的條件為：攪拌速度50～100r/min，攪拌時間30～50min。
6.一種改善活性污泥性能的污水處理系統(tǒng)，其特征在于，包括：污水生化處理區(qū)，所述污水生化處理區(qū)設(shè)置復(fù)合粉末載體投加點，所述復(fù)合粉末載體投加點內(nèi)設(shè)置權(quán)利要求1～4任一項所述的復(fù)合粉末載體或者權(quán)利要求5所述的制備方法得到的復(fù)合粉末載體。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的改善活性污泥性能的污水處理系統(tǒng)，其特征在于，還包括：沉淀區(qū)，與所述污水生化處理區(qū)的出水端相連；污泥收集區(qū)，分別與所述沉淀區(qū)的排泥端和污水生化處理區(qū)相連；剩余污泥篩選設(shè)備，分別與所述污泥收集區(qū)和污水生化處理區(qū)相連；污泥沉降性在線監(jiān)測設(shè)備，與所述污水生化處理區(qū)的出水端相連。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的改善活性污泥性能的污水處理系統(tǒng)，其特征在于，所述污水生化處理區(qū)包括依次連接的厭氧區(qū)、缺氧區(qū)和好氧區(qū)，所述厭氧區(qū)、缺氧區(qū)和好氧區(qū)均設(shè)置所述復(fù)合粉末載體投加點，所述污泥收集區(qū)和剩余污泥篩選設(shè)備均與所述厭氧區(qū)相連，所述污泥沉降性在線監(jiān)測設(shè)備與所述好氧區(qū)相連；所述剩余污泥篩選設(shè)備為一個旋流器或者至少兩個并聯(lián)的旋流器；所述污泥沉降性在線監(jiān)測設(shè)備包括：黑箱，內(nèi)部形成黑暗的容納空間；沉降容器，設(shè)置于所述黑箱內(nèi)，具有進(jìn)樣口和出樣口；圖像采集裝置，設(shè)置于所述黑箱內(nèi)；取樣裝置，包括與所述進(jìn)樣口連通的進(jìn)樣管路、與所述出樣口連通的出樣管路、設(shè)置在所述進(jìn)樣管路上的蠕動泵和進(jìn)樣電磁閥、設(shè)置在所述出樣管路上的出樣電磁閥，所述進(jìn)樣電磁閥位于所述蠕動泵與進(jìn)樣口之間；數(shù)據(jù)處理與控制裝置，分別與所述圖像采集裝置、蠕動泵、進(jìn)樣電磁閥、出樣電磁閥通信連接。
9.一種改善活性污泥性能的污水處理工藝，其特征在于，包括：向污水生化處理區(qū)投加權(quán)利要求1～4任一項所述的復(fù)合粉末載體或者權(quán)利要求5所述的制備方法得到的復(fù)合粉末載體。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的改善活性污泥性能的污水處理工藝，其特征在于，采用權(quán)利要求7或8所述的系統(tǒng)，所述工藝包括以下步驟：將待處理污水通入所述污水生化處理區(qū)進(jìn)行生化處理，通過所述復(fù)合粉末載體投加點向所述污水生化處理區(qū)內(nèi)投加復(fù)合粉末載體，所述污泥沉降性在線監(jiān)測設(shè)備對所述污水生化處理區(qū)內(nèi)活性污泥的沉降性進(jìn)行分析；所述污水生化處理區(qū)的出水進(jìn)入所述沉淀區(qū)進(jìn)行泥水分離，底部污泥進(jìn)入所述污泥收集區(qū)；所述污泥收集區(qū)的部分污泥回流至所述污水生化處理區(qū)，部分作為剩余污泥外排，部分進(jìn)入所述剩余污泥篩選設(shè)備；所述剩余污泥篩選設(shè)備對污泥進(jìn)行篩選，篩選出的活性污泥回流至所述污水生化處理區(qū)，其余污泥作為剩余污泥外排，優(yōu)選的，所述污泥收集區(qū)的污泥按照進(jìn)水的5％～10％比例進(jìn)入所述剩余污泥篩選設(shè)備；以所述污水生化處理區(qū)的污水處理量計，所述復(fù)合粉末載體的每次投加量為30～80mg/L，更優(yōu)選的，在系統(tǒng)運(yùn)行初期，待厭氧區(qū)、缺氧區(qū)、好氧區(qū)充滿后，每天向厭氧區(qū)、缺氧區(qū)、好氧區(qū)投加復(fù)合粉末載體，投加量分別為30mg/L、20mg/L、20mg/L，連續(xù)投加至少一周。
發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的在于同時保證粉末活性炭在生物系統(tǒng)中的保留能力和與污泥絮凝體的結(jié)合能力，提升粉末活性炭對活性污泥沉降性能的改善作用，從而提供一種改善活性污泥沉降性的復(fù)合粉末載體及其制備方法，還提供了利用該復(fù)合粉末載體的污水處理系統(tǒng)和工藝。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：
第一方面，本發(fā)明提供一種改善活性污泥沉降性的復(fù)合粉末載體，原料包括質(zhì)量比為1：10～20的非金屬礦物和改性粉末活性炭，所述改性粉末活性炭是由粉末活性炭依次經(jīng)酸改性和堿改性得到的。
進(jìn)一步地，所述復(fù)合粉末載體的粒徑為30～75微米；所述非金屬礦物包括硅藻土、膨潤土、高嶺土中的至少一種；所述非金屬礦物和改性粉末活性炭的質(zhì)量比為1：10。
進(jìn)一步地，所述改性粉末活性炭的制備方法包括以下步驟：
將粉末活性炭和硝酸溶液混合，恒溫振蕩，過濾，洗滌沉淀至中性，烘干，得到酸改性粉末活性炭；
將所述酸改性粉末活性炭和氨水溶液混合，恒溫振蕩，過濾，洗滌沉淀至中性，烘干，得到二次改性的粉末活性炭。
進(jìn)一步地，所述硝酸溶液的濃度為2.4mol/L；按照g/mL計，所述粉末活性炭和硝酸溶液的質(zhì)量體積比為1：5；
所述氨水溶液的濃度為2.5mol/L；按照g/mL計，所述酸改性粉末活性炭和氨水溶液的質(zhì)量體積比為1：5；
所述恒溫振蕩的條件為：在23℃下振蕩10～12h；所述烘干的條件為：在103～110℃下烘干20～24h。
第二方面，本發(fā)明提供所述的改善活性污泥沉降性的復(fù)合粉末載體的制備方法，包括以下步驟：將所述非金屬礦物和改性粉末活性炭按比例快速混合均勻，優(yōu)選的，采用干式攪拌機(jī)進(jìn)行快速攪拌，所述快速攪拌的條件為：攪拌速度50～100r/min，攪拌時間30～50min。
第三方面，本發(fā)明提供一種改善活性污泥性能的污水處理系統(tǒng)，包括：污水生化處理區(qū)，所述污水生化處理區(qū)設(shè)置復(fù)合粉末載體投加點，所述復(fù)合粉末載體投加點內(nèi)設(shè)置所述的復(fù)合粉末載體或者所述的制備方法得到的復(fù)合粉末載體。
進(jìn)一步地，所述的改善活性污泥性能的污水處理系統(tǒng)還包括：
沉淀區(qū)，與所述污水生化處理區(qū)的出水端相連；
污泥收集區(qū)，分別與所述沉淀區(qū)的排泥端和污水生化處理區(qū)相連；
剩余污泥篩選設(shè)備，分別與所述污泥收集區(qū)和污水生化處理區(qū)相連；
污泥沉降性在線監(jiān)測設(shè)備，與所述污水生化處理區(qū)的出水端相連。
進(jìn)一步地，所述污水生化處理區(qū)包括依次連接的厭氧區(qū)、缺氧區(qū)和好氧區(qū)，所述厭氧區(qū)、缺氧區(qū)和好氧區(qū)均設(shè)置所述復(fù)合粉末載體投加點，所述污泥收集區(qū)和剩余污泥篩選設(shè)備均與所述厭氧區(qū)相連，所述污泥沉降性在線監(jiān)測設(shè)備與所述好氧區(qū)相連。
進(jìn)一步地，所述剩余污泥篩選設(shè)備為一個旋流器或者至少兩個并聯(lián)的旋流器。
進(jìn)一步地，所述污泥沉降性在線監(jiān)測設(shè)備包括：黑箱，內(nèi)部形成黑暗的容納空間；沉降容器，設(shè)置于所述黑箱內(nèi)，具有進(jìn)樣口和出樣口；圖像采集裝置，設(shè)置于所述黑箱內(nèi)；取樣裝置，包括與所述進(jìn)樣口連通的進(jìn)樣管路、與所述出樣口連通的出樣管路、設(shè)置在所述進(jìn)樣管路上的蠕動泵和進(jìn)樣電磁閥、設(shè)置在所述出樣管路上的出樣電磁閥，所述進(jìn)樣電磁閥位于所述蠕動泵與進(jìn)樣口之間；數(shù)據(jù)處理與控制裝置，分別與所述圖像采集裝置、蠕動泵、進(jìn)樣電磁閥、出樣電磁閥通信連接。
進(jìn)一步地，所述污泥沉降性在線監(jiān)測設(shè)備中：所述沉降容器上開設(shè)有溢流口，所述沉降容器位于所述溢流口下方的體積等于其取樣體積；所述溢流口連接有溢流管，所述溢流管延伸至所述黑箱外；所述沉降容器選擇透明無刻度的量筒，其頂部敞開形成進(jìn)樣口，底部開設(shè)有出樣口；所述圖像采集裝置的鏡頭中軸線與所述沉降容器取樣容積的二分之一處位于同一水平面上；所述數(shù)據(jù)處理與控制裝置為工業(yè)計算機(jī)；所述圖像采集裝置為攝像頭；所述進(jìn)樣電磁閥和/或出樣電磁閥包括依次連接的數(shù)據(jù)采集卡、電磁繼電器和閥門，所述數(shù)據(jù)采集卡和所述數(shù)據(jù)處理與控制裝置通信連接。
進(jìn)一步地，所述污泥沉降性在線監(jiān)測設(shè)備還包括：廢水收集槽，與所述出樣管路連通；照明裝置，設(shè)置于所述黑箱內(nèi)。
第四方面，本發(fā)明提供一種改善活性污泥性能的污水處理工藝，包括：向污水生化處理區(qū)投加所述的復(fù)合粉末載體或者所述的制備方法得到的復(fù)合粉末載體。
進(jìn)一步地，所述的改善活性污泥性能的污水處理工藝，采用所述的系統(tǒng)，所述工藝包括以下步驟：
將待處理污水通入所述污水生化處理區(qū)進(jìn)行生化處理，通過所述復(fù)合粉末載體投加點向所述污水生化處理區(qū)內(nèi)投加復(fù)合粉末載體，所述污泥沉降性在線監(jiān)測設(shè)備對所述污水生化處理區(qū)內(nèi)活性污泥的沉降性進(jìn)行分析；
所述污水生化處理區(qū)的出水進(jìn)入所述沉淀區(qū)進(jìn)行泥水分離，底部污泥進(jìn)入所述污泥收集區(qū)；
所述污泥收集區(qū)的部分污泥回流至所述污水生化處理區(qū)，部分作為剩余污泥外排，部分進(jìn)入所述剩余污泥篩選設(shè)備；
所述剩余污泥篩選設(shè)備對污泥進(jìn)行篩選，篩選出的活性污泥回流至所述污水生化處理區(qū)，其余污泥作為剩余污泥外排，
優(yōu)選的，所述污泥收集區(qū)的污泥按照進(jìn)水的5％～10％比例進(jìn)入所述剩余污泥篩選設(shè)備；以所述污水生化處理區(qū)的污水處理量計，所述復(fù)合粉末載體的每次投加量為30～80mg/L。
優(yōu)選的，在系統(tǒng)運(yùn)行初期，待厭氧區(qū)、缺氧區(qū)、好氧區(qū)充滿后，每天向厭氧區(qū)、缺氧區(qū)、好氧區(qū)投加復(fù)合粉末載體，投加量分別為30mg/L、20mg/L、20mg/L，連續(xù)投加至少一周。
本發(fā)明技術(shù)方案，具有如下優(yōu)點：
1.本發(fā)明提供的改善活性污泥沉降性的復(fù)合粉末載體，原料包括非金屬礦物和改性粉末活性炭，改性粉末活性炭是由粉末活性炭依次經(jīng)酸改性和堿改性得到的。
粉末活性炭通過酸堿溶劑二次改性，可以改變其的孔道結(jié)構(gòu)和表面化學(xué)性質(zhì)：一方面，酸堿溶劑通過氧化和侵蝕作用去除活性炭灰分呈現(xiàn)更多孔道，到達(dá)造孔效果，進(jìn)一步增大活性炭比表面積和吸附性能；另一方面，酸堿改性最主要目的是改變活性炭表面化學(xué)性質(zhì)，先通過酸改性，改變活性炭表面官能團(tuán)，增加含氧官能團(tuán)，使其親水性更好，能和生化處理區(qū)混合液更好地混合，再對酸改性后的粉末活性炭進(jìn)行堿改性，目的是進(jìn)一步豐富活性炭表面官能團(tuán)，增加含氮官能團(tuán)，使活性炭帶正電荷，與帶負(fù)電荷的微生物更好結(jié)合，同時堿改性可以弱化經(jīng)過酸處理后的極性，與非極性的非金屬礦物更易混合均勻。
改性粉末活性炭具有非常大的比表面積，賦予其強(qiáng)大的吸附性能，將改性粉末活性炭與非金屬礦物復(fù)配時，兩者可以均勻吸附、緊密結(jié)合，同時比重較大的非金屬礦物能夠使得復(fù)合粉末載體在沉淀區(qū)較好地沉降，確保固液分離效果優(yōu)良。
也即，本發(fā)明采用非金屬礦物和改性粉末活性炭復(fù)配，同時保證粉末活性炭在生物系統(tǒng)中的保留能力和與污泥絮凝體的結(jié)合能力，依靠復(fù)合粉末載體具有較大的孔隙率、比表面積和比重，以及較高的微生物親和性，使其更易與活性污泥微生物絮體相結(jié)合，增加絮體的密度，進(jìn)而實現(xiàn)其對活性污泥沉降性能的改善作用。
本發(fā)明提供的復(fù)合粉末載體原料易得，成本更低，且不產(chǎn)生二次污染，在污水廠運(yùn)行初期應(yīng)用，向含有泥和水的污水生化處理區(qū)內(nèi)，間歇、少量、多次投加該復(fù)合粉末載體即可。并且該復(fù)合粉末載體回流性能好，可以隨活性污泥一起回流到污水生化處理區(qū)繼續(xù)發(fā)揮作用，無需設(shè)置單獨(dú)的粉末載體回收設(shè)備。
2.本發(fā)明提供的改善活性污泥性能的污水處理系統(tǒng)/工藝，在污水生化處理區(qū)設(shè)置復(fù)合粉末載體投加點，在復(fù)合粉末載體投加點內(nèi)設(shè)置本發(fā)明提供的復(fù)合粉末載體。相對于其他異位提標(biāo)改造相關(guān)技術(shù)，復(fù)合粉末載體誘導(dǎo)改善活性污泥系統(tǒng)/工藝可以在不改變原有污水廠工藝的基礎(chǔ)上進(jìn)行，對污水廠的應(yīng)用性較廣，所有的城鎮(zhèn)污水廠都適用。這也使得該系統(tǒng)/工藝對污水廠改造更小、成本更低，同時可以使水廠的污泥濃度增值、污水處理廠容積擴(kuò)容處理，滿足提標(biāo)改造的需求。
3.本發(fā)明提供的改善活性污泥性能的污水處理系統(tǒng)/工藝，優(yōu)選采用剩余污泥篩選設(shè)備(如旋流器)進(jìn)一步強(qiáng)化污泥活性，使得活性較好的污泥回流至污水生化處理區(qū)，其余的作為剩余污泥外排。
4.本發(fā)明提供的改善活性污泥性能的污水處理系統(tǒng)/工藝，優(yōu)選采用污泥沉降性在線監(jiān)測設(shè)備實時自動化測量生物處理區(qū)的污泥沉降性，表征污泥沉降過程，反饋復(fù)合粉末載體的投加效果，指導(dǎo)復(fù)合粉末載體的投加操作。
（發(fā)明人：嚴(yán)夏;宋英豪;崔志峰;禹金玲;榮玉;王敏;張猛）
