一种污水处理用微米载体及污水处理系统和方法与流程

本发明属于污水处理技术领域，具体涉及一种污水处理用微米载体及污水处理系统和方法。

背景技术：

工业污水，如农药、化工、印染、制革、化纤、纺织等企业排放的污水，除了含有cod、ss(固体悬浮物)、nh4⁺-n(氨氮)等常规污染物之外，常含有氰化物、多环芳烃化合物、芳香胺类化合物、杂环化合物等难降解有机物，污染物种类多、组分复杂；cod高，污水可生化性较差，bod/cod≤0.3；含盐量高；生物毒性及生物抑制性；水质不稳定，因此具有高污染、难治理的特性。

目前，我国工业污水的处理工艺大多套用市政污水处理厂的工艺，一般包括一级处理、二级处理及三级处理等工艺流程。一级处理采用物理的方法，即用格栅、筛网、沉沙池、沉淀池、隔油池等构筑物，去除水中悬浮物、浮油。二级处理是采用生物处理方法来除去污水中的可降解有机物和部分胶体物质，常用的是活性污泥法，并且为了同时脱磷除氮，通常设置依次相连的厌氧池、缺氧池和好氧池，经一级处理后的污水与污泥进入厌氧池混合，经一定时间的厌氧分解，去除部分cod，提高可生化性；然后进入缺氧池，池中的反硝化菌以污水中未分解的含碳有机物为碳源，将硝酸根还原为n2而释放，同时去除部分bod；最后污水进入好氧池，让污泥进行有氧呼吸，进一步把有机物氧化分解成无机物，同时水中的氨氮进行硝化反应生成硝酸根(硝化作用)，去除氨氮等有机物，二级处理是主要部分，cod和氨氮等杂质的去除为70-80％。二级系统之后可以设置三级处理，例如化学除磷、活性炭吸附等，以进一步除去二级处理未能除去的难降解污染物，但成本提高。另外，上述常规活性污泥法会产生大量污泥，通常需设置污泥处理装置将污泥脱水外运处置，工业脱水污泥大多被归类为危废。

上述工艺中由于活性污泥在各单元中的停留时间非常短，基本为水力停留时间，导致微生物与污染物的接触时间不充分，而且微生物和污染物都分别漂浮在水中，彼此接触不充分，不仅无法处理高cod、高含盐量，可生化性差(b/c≤0.3)的难降解污水，出水中的cod、氨氮等指标难以达到《污水综合排放标准》(gb8978-1996)中第二类污染物最高允许排放浓度一级标准，需要预处理、后续需要三级处理和增设额外的生物或化学处理装置，占地大、设施尺寸大、单元多、投入多，而且产生大量污泥，另外微生物耐生物毒性和生物抑制性差，容易失活而活性降低。

技术实现要素：

为了解决现有污水处理技术中存在的微生物停留时间短、处理能力低、耐生物毒性及生物抑制性差等问题，本发明提供一种污水处理用微米载体及污水处理系统和方法。

本发明的技术方案：

一种污水处理用微米载体，由活性炭和活性矿石粉组成，重量份数为活性炭40-80份，活性矿石粉15-45份，所述活性矿石粉包括活性沸石、活性硅藻土、活性凹凸棒石、活性海泡石、活性白土中的一种或几种混合物，

所述活性炭的比表面积为500-1800m²/g，粒径范围为25-250微米；所述活性矿石粉的比表面积为100-500m²/g，粒径范围为25-250微米。

所述活性矿石粉中还包括重量份数1-5份的微量元素添加剂，所述微量元素添加剂包括铁盐、钴盐、镍盐、锌盐中的一种或几种。

所述活性炭的重量为60-80份，所述活性矿石粉的重量为20-40份。

一种污水处理系统，使用上述的微米载体，包括微米载体投加装置以及依次连接的厌氧载体流化床、第一固液分离区、缺氧好氧载体流化床、第二固液分离区和二沉池，所述微米载体投加装置至少连接所述缺氧好氧载体流化床，所述缺氧好氧载体流化床分为缺氧单元和好氧单元，

各流化床内具有活性污泥，所述二沉池的污泥回流管道和所述第二固液分离区的污泥回流管道分别连接所述缺氧好氧流化床的进入端，所述第一固液分离区的污泥回流管道连接所述厌氧载体流化床的进入端。

所述缺氧好氧流化床可以为位于同一流化床内的缺氧区和好氧区，或者位于不同流化床的依次连接的缺氧流化床和好氧流化床。

所述好氧单元的末端经充分硝化后的混合液以100-200％的回流比回流到所述缺氧单元。

所述第二固液分离区的污泥回流管道还连接所述厌氧载体流化床的进入端，所述微米载体投加装置还与所述厌氧载体流化床连接。

所述系统还包括调节池，所述调节池的进入端连接污水，出水端连接所述厌氧载体流化床，所述第一固液分离区的污泥回流管道还连接所述调节池的进入端。

一种污水处理方法，采用上述的污水处理系统，污水依次流经所述厌氧载体流化床、第一固液分离区、缺氧好氧载体流化床的缺氧单元、好氧单元和第二固液分离区，最后进入二沉池后外排，位于微米载体投加装置内的微米载体至少投加在所述缺氧好氧载体流化床，

污泥投加在各流化床中，污泥回流方向与所述污水流动方向相反：所述二沉池内沉降的活性污泥和所述第二固液分离区内的活性污泥分布回流至所述缺氧好氧流化床的所述缺氧单元，所述第一固液分离区内的活性污泥和载体回流至所述厌氧载体流化床，泥龄范围为10-100d。

所述微米载体在各流化床内的投加量为50-5000mg/l。

所述厌氧载体流化床内的活性污泥浓度为10000-50000mg/l，污泥停留时间40d-100d；所述缺氧好氧流化床内的活性污泥浓度为5000-10000mg/l，污泥停留时间10d-50d。

本发明的技术效果：

本发明的一种微米载体，由比表面积为100-500m²/g、粒径为25-250微米的各种活性矿石粉和比表面积为500-1800m²/g的煤、木材、椰壳或果壳制成的活性炭复合而成为高比表面积、高孔隙率、强吸附性物质，每个微米载体上都具有若干个粗孔径，孔径多，能够为微生物提供若干个适宜其生长的附着生长点，被形象比喻为“小房子”，微生物在“小房子”内附着、生长形成生物膜，受保护面积巨大，不易脱落，对有毒物质具有很强的耐受性、免遭毒性物质或抑制性物质伤害，微生物不易随出水流失，相对于传统活性污泥法中的细菌，抗冲击能力显著提高；由于控制活性炭40-80份，活性矿石粉15-45份，使得活性炭颗粒和矿石粉的孔径差异分布，全面吸附各种微生物，适应微生物的多样性，所能处理的污染物范围广，其中活性炭颗粒的孔径更大，每个活性炭微米载体上能够吸附的微生物的种类和数量更多，而活性矿石粉的孔径则对硝化菌和反硝化菌的吸附性能更好，从而利于微生物对污水降解时的硝化和反硝化反应的程度，脱氮效果更好，而且来源广泛、成本低，可以有效降低复合微米载体成本。更重要的是，这种复合微米载体不仅能够吸附各种微生物，还能在载体表面能够吸附各种难降解污染物，使原本分散分布的“敌对的双方”聚集在载体上，这样细菌可以“毫不费力的找到”污染物并“直接吃掉”，相对于现有技术靠分散颗粒的扩散作用而“碰到一起”的概率明显提高，污染物被高效的降解，而细菌则具有充足的“食物来源”，从而能够保持高活性，可保持数月甚至数年而无严重衰退，形成一个良性循环。总体而言，通过控制合适孔径和比表面积的活性矿石粉以及与活性炭的比例，使其与活性炭共同得到的复合载体的吸附性能相对于单独活性炭差别不大或仅略微降低，能够大幅提高微生物停留时间和处理能，能够处理高cod和高含盐量的更难降解污水或以更短的时间降解普通污水，但同时成本可大幅降低，降低20-30％。

活性矿石粉中还可以包括重量份数1-5份的微量元素添加剂，微量元素添加剂为铁盐、钴盐、镍盐、锌盐等一种或几种，用于调节废水中的微量元素含量，适宜微生物生长。

随着微米载体中活性炭成分的提高，运行效果较好，同时运行费用提高了，而本发明优选的比例能够控制在一个经济的比例，不仅有效控制成本，使得微米载体的成本降低20％-30％，而且使得复合微米载体总体的脱cod和脱氮效果更好，优选的，活性炭的重量为60-80份，活性矿石粉的重量为20-40份。

本发明的污水处理系统，包括微米载体投加装置和依次连接的厌氧载体流化床、第一固液分离区、缺氧好氧载体流化床、第二固液分离区和二沉池，微米载体投加装置至少与流化床中的缺氧好氧载体流化床连接，流化床中具有活性污泥，利用生物流化床技术，将上述高比表面积、高孔隙率、强吸附性的微米载体悬浮在混合液中呈流化状态，载体与气相、液相、气液相之间的充分混合，充分发挥生物接触作用，由于微米载体对多菌群生物(包括厌氧微生物、兼氧微生物、好氧微生物以及其它所有的微生物)和污染物的附着作用，微米载体在污水处理过程中，一方面充当了混凝剂、助凝剂的角色，发挥了吸附、混凝等作用，并作为碳化、氨化、硝化及反硝化细菌等生物膜的高效载体，进行“大兵团多兵种联合作战”，大幅提高生物流化床内活性污泥浓度、丰富微生物菌种，使单位池容的载体上保持较高的微生物量，进一步强化了微米载体的吸附功能；另一方面难降解微生物被吸附在载体表面，为微生物提供养料。总之，通过使用上述微米载体和污泥回流方式，极大增加了污泥的停留时间，上限为接近该系统的固体停留时间，而不是普通活性污泥法的水力停留时间，这样高浓度的活性污泥可以充分降解污染物，原本难以生物降解的污染物就能被降解掉。

本发明的污水处理系统由于微米载体的使用，显著增强生化处理效果，对于高cod和高含盐的废水，cod和氨氮去除率高达86.6％以上。另外多样性生物菌群固定在载体上，可处理污染物浓度较高或较低污水。进水基质负荷较高时，污泥循环再生的生物量较小，不会因为生物量的累积而引起系统阻塞；进水基质负荷较低时，则有利于微生物的增殖并附着于载体上。

所述缺氧好氧流化床可以为位于同一流化床内的缺氧区和好氧区，共用一个池壁，中间间隔，以节省费用；或者也可以是分开设置的依次连接的缺氧流化床和好氧流化床。

优选的，将好氧单元内底部充分硝化的混合液以100～200％的回流比回流至所述缺氧单元，以保证兼养微生物的反硝化作用。

优选的，第二固液分离区的污泥也回流至厌氧载体流化床，微米载体投加装置与厌氧载体流化床连接，以进一步增加厌氧载体流化床内的污泥浓度。

优选的，包括调节池，厌氧载体流化床的剩余污泥可以回流至调节池，充分利用调节池的水解酸化功能，同时使调节池以及后续单元没有异味。

综上，本发明的污水处理系统省却了预处理、三级处理、臭气处理，二沉池的最终排水稳定可控达标，不仅占地少、投资小、成本低、处理效果好，而且适用性强、运行维护简单、操作方便、能连续处理，可用于多种工业污水，也可用于市政污水处理通，过简单实用的工艺为企业解决头痛的环保问题。

另外，由于污泥反复多级回流、截留，被充分消解，剩余污泥量显著减少，最终通过厌氧载体流化床排至污泥脱水系统，脱水外运处置，大幅降低运行费用。

本发明的一种污水处理方法，使用上述污水处理系统，污水首先进入调节池缓冲和调节ph，在回流污泥的作用下调节池具有水解酸化功能，使调节池以及后续单元没有异味；接着进入厌氧载体流化床进行厌氧处理，通过第一固液分离区的回流污泥提高厌氧载体流化床内的活性浓度，延长厌氧处理时间，大量富集的厌氧微生物发生充分的反硝化反应分解污染物，使长链杂环有机物开环断链，变成可以生化降解的短链有机物，提高污水可生化性，b/c比有较大幅度提高；然后污水进入缺氧好氧流化床，依次进行反硝化反应去除cod，硝化反应，脱除氨氮、cod和bod，通过二沉池和第二固液分离区的污泥回流提高缺氧好氧流化床内的污泥浓度，供缺氧微生物繁殖，同时降低二沉池的固体负荷，最后被充分降解的污水进入二沉池进行固液分离，出水达标且稳定，污泥回流。总之本方法使得污泥在流化床内的停留时间被大大延长，泥龄长达10-100d。

优选的，微米载体的投加量为50-5000mg/l，污水处理方法可以根据水质、水量灵活的调整微米载体投加量，具有可控达标的特点，不用考虑太多安全系数，避免了许多为了达标而采取的尝试性投资。

由于厌氧载体流化床中没有氧的转移，混合液悬浮固体浓度可以达到好氧的5-10倍之多，使厌氧载体流化床内的活性污泥浓度达10000-50000mg/l，污泥停留时间长达40d-100d，cod负荷比普通活性污法高数倍，对一般污水在短时间内即能去除大量污染物，厌氧生物体的活性可保持数月甚至数年而无严重衰退，厌氧生物可以大为降低内源代谢强度这一特性使厌氧生物在饥饿状态下可以存活，抵抗饥饿的能力较好氧生物强的多，这个特征使厌氧载体流化床适用于阶段性或季节性生产的企业。缺氧好氧流化床的活性污泥浓度达5000-10000mg/l，污泥停留时间长10d-50d，硝化菌能在好氧池中存活并维持一定数量，保证了硝化效果，对nh4⁺-n的去除效果相当好。

附图说明

图1是本发明的污水处理系统的实施例的流程示意图。

附图标记：100-水解调节池，200-厌氧载体流化床，300-第一固液分离区，301-污泥回流管道，302-污泥回流管道，303-污泥管道，400-缺氧好氧载体流化床，410-缺氧区，420-好氧区，500-第二固液分离区，501-污泥回流管道，502-污泥回流管道，600-二沉池，601-污泥回流管道，700-微米载体投加装置。

具体实施方式

实施例1

本实施例的污水处理系统，用于处理农药污水，污水性质见表1。

如图1所示，本实施例的污水处理系统，包括依次连接的水解调节池100、厌氧载体流化床200、第一固液分离区300、缺氧好氧载体流化床400、第二固液分离区500和二沉池600，所述缺氧好氧载体流化床400包括位于共用一个池壁、相互连接的缺氧区410和好氧区420。本实施例的污水处理系统还包括微米载体投加装置700，分别与厌氧载体流化床200和缺氧好氧载体流化床400的缺氧区410和好氧区420连接以投加载体。其中厌氧载体流化床200、缺氧区410采用潜水搅拌器，利用机械搅拌形成厌氧、缺氧环境；好氧区420则采用微孔曝气器，利用其空气及水力搅拌作用，使微米载体随水流在流化床内循环翻滚、流动，同时通过控制溶解氧来控制曝气量，微米载体在流化床内呈流化状态，实现微米载体与水中污染物、微生物之间的充分混合，微米载体始终悬浮于水中并剧烈运动，具有流化床的显著特征。

微米载体的组成为：活性炭粉末60份，活性矿石粉40份，均为重量份数，活性矿石粉中含有微量元素添加剂铁钴镍锌盐2份，均为重量份数。活性炭粒径范围为25-250微米，比表面积为500-1800m²/g，活性矿石粉的粒径范围为25-250微米，比表面积为100-500m²/g，所述活性矿石粉的采购、验收标准参考《hg/t2569-2007》。

污水流经方向是从水解调节池100至二沉池600，污泥回流方向与污水流动方向相反。上述污水处理系统采取接种市政新鲜脱水污泥或工业剩余污泥方式启动，污水处理系统的流程为：

在厌氧载体流化床200、缺氧区410和好氧区420内投加活性污泥，污泥投加量为5000-10000mg/l，微米载体投加量为100-500mg/l；

污水原水进入水解调节池100调节ph，第一固液分离区300内的污泥通过污泥回流管道302进入水解调节池100进行水解酸化处理；

接着流入厌氧载体流化床200进行厌氧处理，并通过第一固液分离区300的污泥回流管道301将厌氧活性污泥及微米载体返回至厌氧载体流化床200内，同时第二固液分离区500的污泥回流管道502也连接厌氧载体流化床200的进入端，使得厌氧载体流化床200内的活性污泥浓度为10000-50000mg/l，污泥停留时间为40d-100d，厌氧处理时间延长，将部分cod降解，长链、杂环有机物断链、开环，大分子有机物转化为小分子有机物，废水的可生化性显著提升，减轻后续生化单元压力；

厌氧处理后污水流入第一固液分离区300，将厌氧污泥和载体沉降与污水分离，污泥按上述方式回流；

第一固液分离区300内的污水则进入缺氧好氧流化床的缺氧区410和好氧区420，依次进行缺氧和好氧处理。二沉池600底部的低浓度微米载体的污泥通过污泥回流管道601以50-100％的回流比回流到缺氧区410作为高效生物载体，第二固液分离区的污泥回流管道501将活性污泥及微米载体返回至缺氧区410内，优选的，好氧区420的末端经充分硝化后的混合液以100-200％的回流比回流到缺氧区410，提高为缺氧微生物提供养料，提高了污泥停留时间，使得缺氧好氧流化床内的活性污泥浓度为5000-10000mg/l，污泥停留时间长10d-50d，有机物被充分降解，并脱除氨氮；

接着污水流入第二固液分离区500，将好氧污泥和载体沉降与污水分离，污泥按上述方式回流，污水则流入二沉池600；

在二沉池600的进水口投加铁盐、pam等微量元素添加剂，用于调节废水中的微量元素含量，适宜微生物生长，污水进入二沉池600进行进一步固液分离，沉淀后的污泥按上述方式回流，出水经消毒后根据要求或排入收纳水体，或作为回用水源；

最终剩余的污泥间歇地通过污泥管道303排至污泥脱水系统，脱水外运处置。污泥在系统中停留时间相当长，根据原水水质不同，泥龄可长达100d，污泥在系统内充分消解，最终剩余污泥量非常少，大幅降低了运行费。

经过上述流程，整个污水处理系统对cod、bod、ss、nh4⁺-n、tn、tp等去除情况良好，出水性质见表1。

实施例2

本实施例的污水处理系统，与实施例1不同的在于微米载体比例：

活性炭粉末40份，活性矿石粉45份，其中活性矿石分中的微量元素添加剂铁钴镍锌盐为2份，均为重量份数。

出水指标见表1。

实施例3

本实施例的污水处理系统，与实施例1不同的在于微米载体比例：

活性炭粉末80份，活性矿石粉15份，其中活性矿石分中的微量元素添加剂铁钴镍锌盐2份，均为重量份数。

实施例4-5与实施例1中不同的是活性矿石粉的组成，具体组成和污水处理效果见表2。

实施例6-10表示的是使用实施例5微米载体处理不同污水的处理效果，污水性质、处理量和出水指标见表1。

表1.矿石粉组成、污水性质和出水指标

实施例1-3可以看出，在污水处理用微米载体随着活性炭与活性矿石粉的比例的增加，污水处理效果更好，同时该比例增加至60/40后，处理效果差异不大，cod去除率大于86.6％；实施例1、4和5可以看出，污水处理用微米载体可以选用不同种类的活性矿石粉，与和合适比例的活性炭配合均能实现较好的污水处理效果，cod去除率高达91.6％；实施例6-10可以看出微米载体的适用性强，处理不同性质的污水均具有较好的效果。

综上，实施例1-10的污水处理系统广泛适用于高盐、高cod、难生化工业污水，适用性强、处理效果好、占地少、成本低、运行维护简单、操作方便、能连续处理。

以上所述仅为本发明的优选实施方式。对于本领域的技术人员而言，依据本发明依然可以对本创造进行修改或者等同替换，例如其它微量元素、污泥回流方式均应涵盖在本专利的保护范围当中。