中水净化处理系统及净化处理方法
【专利摘要】本发明涉及一种中水净化处理系统和中水净化处理方法，利用“臭氧-牡蛎壳生物固定床-膜生物反应器”集成技术处理含难降解有机物的低浓度城市中水或微污染水体。首先利用臭氧破坏难降解有机物结构，使其转化为可生物降解的有机物；而填料采用含大量微孔及微量元素、具有大比表面积、微生物友好和生物化学稳定性高的牡蛎壳为填料，构建方便、净化高效；再利用具有强大截留能力并能够进一步降低水中COD和氨氮的膜生物反应器，有效地解决了低浓度城市中水或微污染水体难处理的问题，对COD、氨氮、浊度等具有极其显著处理效果，对中水回用具有重要意义。
【专利说明】中水净化处理系统及净化处理方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及环保水处理【技术领域】，尤其是涉及一种城市中水净化处理系统及净化 处理方法。
【背景技术】
[0002] 我国是世界上水资源十分贫乏的国家之一，人均水资源占有量约为2200m3,约为 世界人均占有量的1/4。在我国668座大中城市中有400座城市面临缺水问题，日缺水量 约1600万m 3,年缺水量约60亿m3,严重缺水的城市有110个，缺水已成为城市经济发展和 人民生活改善的制约因素。城市中水回用正是解决缺水问题的好办法，是实现城市污水资 源化的有效途径，运作得当可获得良好的社会效益、环境效益、经济效益和资源效益。城市 中水回用是以城市污水二级处理后的中水为原水，根据所需水体功能需要进行深度处理， 供给工业生产（例如作为锅炉补给水等）、城市绿化、市政用水等，既补给了水资源的短缺， 减少了城市自来水的消耗量，又减少了排向流域的污水量，防治了水体污染，保护了水体环 境。
[0003] 目前火力发电厂是我国工业和社会经济发展的主要动力源，同时也是耗水大户， 既是社会洁净能源的提供者，又是污水的排放大户。电厂水处理回用设施的建设，不仅可以 节约新鲜水量，提高资源的利用率，而且也可以减轻环境污染。目前，电厂中水深度处理工 艺主要采用石灰混凝澄清过滤法、膜生物反应处理法及曝气过滤微滤法等。城市中水回用 有着严格的标准，城镇污水处理厂二级生化出水必须进行深度处理去除氮磷和低浓度有机 物，根据《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB 18918- 2002)要求，城镇出水化学需氧量 (COD)控制在50mg/L以下，BOD控制在10mg/L以下，氨氮控制在5mg/L以下。二级生化处 理工艺尾水中常含有少量的氨氮、大量的硝态氮和少量残留下来难降解有机物，是属于一 种典型的高度硝化低C/N比的水体。而在目前常用到的中水深度处理工艺中，对此高度硝 化低C/N比水体的处理能力十分有限。
【发明内容】
[0004] 基于此，有必要提供一种能够针对高度硝化低C/N比的城市中水进行净化的中水 净化处理系统及净化处理方法。
[0005] -种中水净化处理系统，包括：
[0006] 生物固定床，包括池体以及设在所述池体内的填料；所述填料部分的高度小于所 述池体的高度；所述池体设有所述填料的部分开设有进气口和第一进水口，并在所述填料 的上方设有第一出水口；所述填料为牡蛎壳；
[0007] 臭氧发生装置，通过所述进气口与所述池体内部连通，用于向所述池体内通入臭 氧；
[0008] 膜生物反应器，包括反应器以及设在所述反应器内的膜分离组件；所述反应器在 所述膜分离组件的两侧分别设有第二进水口和第二出水口；所述第二进水口与所述第一出 水口连通；以及
[0009] 曝气装置，包括进气管以及设在所述反应器内的布气管，所述布气管设在所述膜 分离组件的下方，所述进气管与所述布气管连通。
[0010] 在其中一个实施例中，所述填料部分的高度为所述池体高度为1/3?1/2。
[0011] 在其中一个实施例中，所述填料的孔隙率为75?85%。
[0012] 一种中水净化处理方法，使用上述任一实施例所述的中水净化处理系统，所述中 水净化处理方法包括如下步骤：
[0013] 启动挂膜阶段：持续20?30天，向待净化的中水中添加葡萄糖配水，再按照水力 停留时间为20?30h的进水速率将该含有葡萄糖的中水持续通入至所述生物固定床及所 述膜生物反应器中，并向所述生物固定床及所述膜生物反应器中通入空气，控制溶解氧含 量不低于2mg/L，启动挂膜；
[0014] 提高负荷阶段：持续20?30天，向挂膜后的所述生物固定床及所述膜生物反应器 中持续通入待净化的中水，并向所述生物固定床中通入臭氧，臭氧的投加量逐步增大，中水 的水力停留时间控制在10?15h ;以及
[0015] 稳定运行阶段：将待净化的中水通入所述生物固定床及所述膜生物反应器中，维 持所述生物固定床及所述膜生物反应器中的溶解氧在4?6mg/L范围内，臭氧通入量满足 臭氧/COD = 0. 5?1，并保持所述生物固定床中水力停留时间为4?8h，所述膜生物反应 器中的水力停留时间为2?4h。
[0016] 在其中一个实施例中，所述含葡萄糖的中水中葡萄糖的重量百分含量为1%。
[0017] 在其中一个实施例中，所述将臭氧的投加量逐步增大是按照每3?5天增加一次 的速率将臭氧的投加量由〇. 〇4g/L增加到0. 18g/L，增加时由所述臭氧发生装置的功率控 制，每次将功率提高10%。
[0018] 上述中水净化处理系统及净化处理方法，可广泛应用在城市中水的净化领域，尤 其是高度硝化低C/N比的中水，在中水的浊度、COD、氨氮等方面具有极大的去除效果，出水 水质优良，为城市中水回用提供了技术支持。该净化处理方法工艺流程较短、基建运行费用 低、易于操作管理，系统易挂膜、启动快，非常适合于城市中水残留难降解有机物和氨氮的 去除。
【专利附图】
【附图说明】
[0019] 图1为一实施方式的中水净化处理系统的模块示意图；
[0020] 图2为图1中生物固定床的结构示意图；
[0021] 图3为图1中膜生物反应器及曝气装置的结构示意图；
[0022] 图4为一实施方式的中水净化处理方法的流程示意图。
【具体实施方式】
[0023] 下面主要结合附图及具体实施例对本发明的中水净化处理系统及中水净化处理 方法作进一步详细的说明。
[0024] 如图1所示，一实施方式的中水净化处理系统10包括生物固定床100、臭氧发生 装置200、膜生物反应器300及曝气装置400。生物固定床100与膜生物反应器300直接连 通，形成连续运行反应系统。
[0025] 请结合图2,本实施方式的生物固定床100包括池体110以及填料120。填料120 设在池体110内，具体是设在池体110的下部，即填料120部分的高度小于池体110的高度。 在本实施方式中，填料120部分的高度为池体110高度的1/3?1/2,以提高池体110内的 污泥浓度。池体110上部裸露，并在设有填料120的部分开设有进气口 112和第一进水口 114,在填料120的上方设有第一出水口 116。
[0026] 进一步，在本实施方式中，填料120为牡蛎壳，可采集至餐饮行业丢弃的或沿海区 域渔民或自然废弃的牡蛎壳等，孔隙率可达到75?85%。牡蛎壳的结构包括角质层、棱柱 层和珍珠层，其中，主要部分为棱柱层的叶片状结构。牡蛎壳的棱柱层含有大量的微孔，孔 径在2?ΙΟμπι，具有很强的吸附能力。牡蛎壳的主要成分是氧化钙，具有一定的硬度，且 表面粗糙，微孔多，因而具有较大的比表面积。牡蛎壳虽非球形，但其孔隙率大，不易造成堵 塞，且生物、化学性能稳定。此外，牡蛎壳是在海水环境中形成的生物壳质，因而耐高盐腐 蚀，且具有适合生物栖息的粗糙表面，有利于高盐条件下固着微生物，是一种微生物友好型 填料。牡蛎壳作为一种废弃物，其来源广泛，价格低廉。因此，采用牡蛎壳作为填料120构 建生物固定床，操作方便、效果好、且成本低。
[0027] 臭氧发生装置200通过进气口 112与池体110内部连通，用于向池体110内通入 臭氧，并提供溶解氧来源。臭氧发生装置200可采用但不限于如放电电解空气的方式制备 臭氧。通过向池体110内通入臭氧，可以利用臭氧破坏难降解有机物，使其转化为可生物降 解的有机物，从而提高废水的可生化性，利用后续的处理工艺，如生物固定床120处理，可 以通过附着在填料120上的微生物（如固氮菌、硝化细菌等）的吸附、降解、氧化和合成作 用，可以对废水进行深度处理，深度去除有机物和氨氮。
[0028] 请参图3,膜生物反应器300采用浸没式膜生物反应器，包括反应器310以及设在 反应器310内的膜分离组件320。反应器310在膜分离组件320的两侧分别设有第二进水 口 312和第二出水口 314。第二进水口 312与第一出水口 114连通。膜生物反应器300具 有强大的截流能力，能够有效地截流为水中残留的胶体物质和微生物，并进一步降低水中 COD和氨氮，保护后续反渗透膜、减少管道及设备的微生物腐蚀。膜分离组件320可代替传 统的二次沉淀池进行固液分离，由于膜的高度机械截流作用，能将全部的生物量截流在反 应器内，可以获得长泥龄和高悬浮固体浓度，有利于生长缓慢的固氮菌和硝化细菌的增殖， 不需要进行延时曝气就能实现硝化和反硝化，从而强化了活性污泥的消化能力。膜分离组 件320还能够维持较低的有机负荷率（F/M)，使剩余污泥产率远小于活性污泥工艺，且系统 运"?丁更加灵活和稳定。
[0029] 曝气装置400包括进气管410以及设在反应器310内的布气管420。布气管420 设在膜分离组件320的下方。进气管410与布气管420连通。曝气装置400为反应器310 提供氧气来源，保持膜分离组件320处于有氧环境中。
[0030] 此外，本实施方式还提供了一种中水净化处理方法，如图4所示，该中水净化处理 方法使用上述中水净化处理系统10,包括如下步骤：
[0031] 步骤S810 :启动挂膜阶段：持续20?30天，向待净化的中水中添加葡萄糖配水， 再按照水力停留时间为20?30h (如25h等）的进水速率将该含有葡萄糖的中水持续通入 至生物固定床及膜生物反应器中，并向生物固定床及膜生物反应器中通入空气，控制溶解 氧含量不低于2mg/L，启动挂膜。
[0032] 在本阶段，向待净化的中水中添加葡萄糖，使得到的含葡萄糖的中水中葡萄糖的 重量百分含量达到1%即可。
[0033] 步骤S820 :提高负荷阶段：持续20?30天，向挂膜后的生物固定床及膜生物反应 器中持续通入待净化的中水，并向生物固定床中通入臭氧，臭氧的投加量逐步增大，中水的 水力停留时间控制在10?15h，如12h等。
[0034] 在本实施方式中，所述将臭氧的投加量逐步增大是按照每3?5天增加一次的速 率将臭氧的投加量由〇. 〇4g/L增加到0. 18g/L，增加时由臭氧发生装置200的功率控制，每 次将功率提高10%。
[0035] 步骤S830 :稳定运行阶段：将待净化的中水通入生物固定床及膜生物反应器中， 维持生物固定床及膜生物反应器中的溶解氧在4?6mg/L范围内，臭氧通入量满足臭氧/ COD = 0. 5?1，并保持生物固定床中水力停留时间为4?8h，膜生物反应器中的水力停留 时间为2?4h。
[0036] 在一具体实施例中，通过使用本发明的中水净化处理系统和中水净化处理方法， 对湛江市赤坎区市政污水厂出水进行净化处理，连续运行4个月，经检测，结果如下表1所 不O
[0037] 表 1
[0038]
【权利要求】
1. 一种中水净化处理系统，其特征在于，包括： 生物固定床，包括池体以及设在所述池体内的填料；所述填料部分的高度小于所述池 体的高度；所述池体设有所述填料的部分开设有进气口和第一进水口，并在所述填料的上 方设有第一出水口；所述填料为牡蛎壳； 臭氧发生装置，通过所述进气口与所述池体内部连通，用于向所述池体内通入臭氧； 膜生物反应器，包括反应器以及设在所述反应器内的膜分离组件；所述反应器在所述 膜分离组件的两侧分别设有第二进水口和第二出水口；所述第二进水口与所述第一出水口 连通；以及 曝气装置，包括进气管以及设在所述反应器内的布气管，所述布气管设在所述膜分离 组件的下方，所述进气管与所述布气管连通。
2. 如权利要求1所述的中水净化处理系统，其特征在于，所述填料部分的高度为所述 池体高度为1/3?1/2。
3. 如权利要求1或2所述的中水净化处理系统，其特征在于，所述填料的孔隙率为 75 ?85%。
4. 一种中水净化处理方法，其特征在于，使用如权利要求1?3中任一项所述的中水净 化处理系统，所述中水净化处理方法包括如下步骤： 启动挂膜阶段：持续20?30天，向待净化的中水中添加葡萄糖配水，再按照水力停留 时间为20?30h的进水速率将该含有葡萄糖的中水持续通入至所述生物固定床及所述膜 生物反应器中，并向所述生物固定床及所述膜生物反应器中通入空气，控制溶解氧含量不 低于2mg/L，启动挂膜； 提高负荷阶段：持续20?30天，向挂膜后的所述生物固定床及所述膜生物反应器中持 续通入待净化的中水，并向所述生物固定床中通入臭氧，臭氧的投加量逐步增大，中水的水 力停留时间控制在10?15h ;以及 稳定运行阶段：将待净化的中水通入所述生物固定床及所述膜生物反应器中，维持所 述生物固定床及所述膜生物反应器中的溶解氧在4?6mg/L范围内，臭氧通入量满足臭氧/ COD = 0. 5?1，并保持所述生物固定床中水力停留时间为4?8h，所述膜生物反应器中的 水力停留时间为2?4h。
5. 如权利要求4所述的中水净化处理方法，其特征在于，所述含葡萄糖的中水中葡萄 糖的重量百分含量为1%。
6. 如权利要求4所述的中水净化处理方法，其特征在于，所述臭氧的投加量逐步增大， 是按照每3?5天增加一次的速率将臭氧的投加量由0. 04g/L增加到0. 18g/L，增加时由所 述臭氧发生装置的功率控制，每次提高10%。
【文档编号】C02F9/14GK104496124SQ201410814793
【公开日】2015年4月8日 申请日期:2014年12月23日 优先权日:2014年12月23日
【发明者】刘世念, 阎佳, 魏增福, 胡勇有, 李欣, 陈峻峰, 洪添, 吕旺燕 申请人:广东电网有限责任公司电力科学研究院, 华南理工大学