一种靶向法水质提标工艺系统的制作方法

1.本发明涉及环境保护技术领域，尤其涉及一种靶向法水质提标工艺系统以及工艺流程。


背景技术：

2.水资源污染因人类的工农业和生活废水不断排入水中，使水资源受到严重污染，从而影响水资源的有效利用，并已成为严重影响国计民生的大问题。而工业废水已经成为某些水域的严重污染源。尤其是某些传统污染行业或乡镇企业排出的污水具有成分复杂、有害含量大、难以处理等特点，使许多工业废水中含有大量的codcr、bod5、氨氮、总氮、总磷等超标污染物。如化工、化肥、印染等工业生产产生含有大量氨氮的废水，经氧化或硝化后生成高浓度硝态氮。含有硝态氮的废水未经处理排放后会造成大范围的污染。而总氮、总磷是控制水污染的重要指标之－，在地表水环境质量标准ⅲ类标准中要求达到≤1.0mg/l和≤0.2mg/l，才能排到江河湖海中或回收再利用。
3.现有污水处理厂对于水中含有codcr(化学需氧量)、bod5(生化需氧量)、氨氮、总氮、总磷等多种污染物的处理大多只能达到《城镇污水处理厂污水物排放标准》一级a标准，因达不到附近地表水体的地表水环境质量标准而不能作为生态补水排入附近的地表水体。因此，需要在污水厂附近修建存放尾水的应急库塘，将这些处理过的尾水(也指污水或废水)先排放到应急库塘再进行深度处理。而应急库塘对于总氮和总磷的去除很有限，出水仅为劣
ⅴ
类，还是不能排入附近的江河湖泊，只能将这些污染废水输送到城市边远的允许排放并进行再处理的河流中去。而输送这些污染废水则需要修建长距离的输送管道。我国目前有成千上万个存放尾水的应急库塘。如我国云南大理洱海和滇池附近就有上百个尾水库塘因达不到地表水环境质量标准ⅲ类标准而不能排入洱海和滇池，需要修建专用管道将污水处理厂处理的不达标水或将应急库塘中的废水排放到远处的西洱河或其它允许排放的边远河流进行再处理。该方法虽然可减少进入洱海的污染物总量，但也减少了洱海和滇池的生态补水流量，同时还需要巨大的管网投资建设和运行维护费用，占用大量的农业用地，对于这些地区的财政和经济建设造成了很大影响。
4.现有污水处理厂对于尾水提标到地表ⅳ类、ⅲ类或以上的处理方法，大都采用“双膜工艺”，即超滤加反渗透。该方法对硝态氮等物质的去除率有限，因此，无法将总氮指标降下来，而且还要产生20％以上的浓水，但投资和运行的成本即很高。另一种处理方法是采用活性炭膜加树脂吸附，该方法对总磷的去除效果有限，加之活性炭再生较困难，运行成本仍然很高。


技术实现要素：

5.本发明为了解决污水处理厂排出的尾水中总氮、总磷等污染物超标的问题，以及针对现有“双膜工艺”和“活性炭膜加树脂吸附”技术处理废水存在的问题，而采用本发明自主创新设计的靶向法水质提标工艺系统和工作流程，通过本发明设置的靶向生物吸附降解
装置、靶向微电解反应装置、靶向吸附过滤装置，以及靶向吸附脱氮装置对尾水的靶向吸附降解和过滤，去除污水或废水中所含有的codcr、bod5、氨氮、总氮、总磷等目标污染物。尤其是利用本发明的靶向生物吸附降解装置中附着的微生物进行生物化学反应来降解去除废水中的污染物；以及采用靶向微电解反应装置和靶向吸附脱氮装置降低废水中的总氮和总磷指标，并去除总氮中的硝态氮，使出水达到地表水环境质量标准ⅳ类或ⅲ类标准并排放到江河湖海中。
6.本发明的技术方案为一种靶向法水质提标工艺系统，其特征在于，该工艺系统包括靶向生物吸附降解装置、靶向微电解反应装置、靶向吸附过滤装置，以及靶向吸附脱氮装置，上述装置通过水泵和管道依次连接；所述装置通过靶向吸附降解和过滤，去除尾水中所含有的目标污染物；
7.所述靶向生物吸附降解装置中装有生物吸附降解材料，由多个透水的所述靶向生物吸附降解装置间隔设置在所述尾水中或尾水的出水处，形成若干个透水坝；通过所述透水坝中所述生物吸附降解材料的靶向生物吸附和降解，去除尾水中的目标污染物；
8.所述靶向微电解反应装置中装有铁碳微电解填料和尾水，并且装有曝气装置，通过使铁和碳之间产生微电解反应，从而靶向去除尾水中的目标污染物；
9.所述靶向吸附过滤装置设置有多个通过管道相互连接的密闭滤箱或滤罐，所述密闭滤箱或滤罐中设置有多层相互压叠的吸附过滤材料和滤布，对尾水中的污染物和悬浮物进行吸附和过滤，靶向去除尾水中的目标污染物；
10.所述靶向吸附脱氮装置中装有大孔离子交换树脂和尾水，通过大孔离子交换树脂吸附尾水中的硝态氮，去除尾水中的目标污染物。
11.本发明的特征还在于，本发明的靶向生物吸附降解装置中装有生物吸附降解材料，所述生物吸附降解材料中附着有吸附污水中污染物的微生物，通过尾水不断进入或循环通过多个所述靶向生物吸附降解装置所形成的所述透水坝，使微生物与尾水中的污染物混合接触，利用微生物体内的生物化学作用吸附降解和靶向去除尾水中35％～50％质量百分比的codcr、bod5、氨氮、总氮、总磷等目标污染物。
12.所述靶向微电解反应装置中装有70％～85％质量百分比的铁，其余为碳的铁碳微电解填料；所述铁碳微电解填料与目标水的比例为1/1～1/3，向所述微电解反应装置中爆气0.15～3小时，通过使铁和碳之间产生微电解反应，可靶向去除50％～80％质量百分比的codcr、bod5、氨氮、总氮、总磷等目标污染物。
13.所述靶向吸附过滤装置中装有90％质量百分比的吸附过滤材料和10％质量百分比的滤布，通过所述吸附过滤材料和滤布，使尾水中的污染物固液分离，吸附过滤并靶向去除尾水中约10％左右质量百分比的氨氮、总氮和总磷以及悬浮物等目标污染物。
14.所述靶向吸附脱氮装置中装有1/1～1/3的靶向大孔离子交换树脂和尾水，通过靶向大孔离子交换树脂吸附尾水中的硝态氮，可去除尾水中80～95％左右质量百分比的硝态氮，使总氮降至1mg/l左右。
15.进一步的，本发明的特征还在于，所述靶向生物吸附降解装置在进行生物吸附降解过程中，采用空压机向所述尾水以及透水坝中爆气；吸附降解过程中沉淀的污泥通过与所述靶向生物吸附降解装置底部连接的排污管道排出；
16.所述靶向生物吸附降解装置处理后的出水通过水泵和管道输送到所述靶向微电
解反应装置中进行微电解，采用空压机向所述微电解反应装置中爆气，微电解后经过沉淀的沉淀物通过与所述靶向微电解反应装置底部连接的排污管道排出；
17.从所述靶向微电解反应装置中微电解后的出水通过水泵和管道输送到所述靶向吸附过滤装置中进行固液分离；固液分离后的沉淀物通过与所述靶向吸附过滤装置底部连接的排污管道排出；
18.从所述靶向吸附过滤装置固液分离后的出水通过水泵和管道输送到所述靶向吸附脱氮装置中进行脱氮处理，通过硝酸根大孔离子交换树脂吸附尾水中的硝态氮，当所述大孔离子交换树脂将污水中的硝态氮吸附饱和后，用8～15％的盐溶液冲洗所述大孔离子交换树脂20～40分钟，使所述大孔离子交换树脂再生再次回用；
19.本发明所述的工艺系统设置有自动控制装置，在每个装置的每个工艺流程中，均设置有自动传感测量仪器，在每个工艺流程处理后进行自动检测和数据传输，实时监测和检测数据的变化并及时对工艺流程中出现的问题进行调整。
20.本发明所述的生物吸附降解材料包括非金属矿物质、碳源和微生物；所述非金属矿物质为火山岩石、沸石、硅藻土、玄武岩、石英石、膨润土、凝灰岩、陶粒、陶球或陶块；所述碳源为常规碳源；所述微生物为尾水中繁殖生长的微生物。
21.本发明所述的尾水是指污水处理厂排出的超标尾水；所述目标污染物是指尾水中所含有的codcr、bod5、氨氮、总氮、总磷等目标污染物。
22.本发明的系统还可以包括膜生物反应装置(mbr)，该装置通过膜分离对尾水中所含有的codcr、bod5、氨氮、总氮、总磷等目标污染物进行深度固液分离。
23.本发明解决了修建专用管网需要巨大投资建设的问题，可直接将本发明安装在污水处理厂的出水处，或安装在污水处理厂的尾水应急库塘处，本发明处理后的达标水可直接输送到附近的江河湖海，既解决了水污染问题，又解决了江湖需要补充水量的生态流量，还可解决修建应急废水库塘占用农业用地的问题。本发明的工艺系统结构简单，工作流程操作方便，制造安装方便，大幅降低了制备成本和治污成本，为污水处理技术带来了新思路，是对环境保护技术进步的进一步提升。
附图说明
24.图1是本发明靶向法水质提标工艺系统的结构示意图；
25.图2是本发明靶向法水质提标工艺系统的工作流程示意图。
具体实施方式
26.以下为本发明的示例性实施例，以及对本发明具体实施方式的详细说明。为了清楚地说明本发明，附图中的结构尺寸和区域范围可能被放大或夸张，或者有些图形结构在文字说明清楚明了的情况下没有示出。但这些优选实施例和结构的大小并不用来限定本发明。本发明所述的尾水是指污水处理厂排出的存放在尾水库塘中的超标尾水，即污水或废水。
27.本发明的设计方案是为了解决现有污水处理厂对于水中含有codcr(化学需氧量)、bod5(生化需氧量)、氨氮、总氮(tn)、总磷(tp)等多种污染物的处理达不到地表水环境质量标准ⅲ类标准而不能排入附近的江河湖泊的问题，以及需要在污水厂附近占用大量农
业用地修建存放废水的应急库塘进行深度处理的问题，而应急库塘对于总氮和总磷的去除很有限，出水仅为劣
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类，还是无法排入附近的江河湖泊，只能将这些不达标废水输送到城市边远的并且允许排放并进行再处理的河流中。而输送这些废水则需要修建长距离的专用管网，需要投入巨大的投资建设和运行维护费用。申请人在进行了认真分析和研究后，创造性地设计了本发明的靶向法水质提标工艺系统和工作流程。本发明可大幅减少修建输送废水的专用管网，直接将本发明设置在污水处理厂的出水处、或者安装在超标尾水库塘处，使处理后的达标水可直接输送到附近的江河湖海，既解决了水体污染的问题，又解决了需要补充水量的江河湖海的生态流量，更重要的是解决了现有污水处理所产生的巨大成本问题。
28.参照图1和图2，本发明的工艺系统包括靶向生物吸附降解装置1、靶向微电解反应装置2、靶向吸附过滤装置3，膜生物反应装置4以及靶向吸附脱氮装置5。其连接方式为：靶向生物吸附降解装置1处理后的出水通过水泵和管道输送到靶向微电解反应装置2中并与之连接，靶向微电解反应装置通过微电解处理后的出水通过水泵和管道输送到靶向吸附过滤装置3中并与之连接，靶向吸附过滤装置3吸附过滤后的出水通过水泵和管道输送到膜生物反应装置4中，进一步深度固液分离后的出水通过管道输送到靶向吸附脱氮装置5中。上述各个装置通过靶向吸附、降解、过滤及脱氮工艺，去除尾水中所含有的codcr、bod5、氨氮、总氮、总磷等目标污染物，尤其是降低了尾水中的总氮和总磷，使处理后的出水达到地表水环境质量标准ⅲ类标准或更高，可以排放到江河湖海中。
29.本发明具有创造性的靶向生物吸附降解装置1中装有生物吸附降解材料，而生物吸附降解材料是由非金属矿物质、碳源和微生物所构成。本发明的非金属矿物质选自疏松、多孔，具有较强吸附能力的火山岩石、沸石、硅藻土、玄武岩、石英石、膨润土、凝灰岩、陶粒、陶球或陶块；所述碳源为常规碳源作为微生物繁殖的营养物；所述微生物取自尾水中繁殖生长的微生物；所述生物吸附降解材料中充满了碳源营养物，在碳源营养物上附着有足够数量的吸附污水中污染物的微生物。
30.本发明将多个具有透水外壳的靶向生物吸附降解装置1设置在所述尾水中或尾水的出水处，形成若干个具有一定间隔的透水坝。当尾水不断进入或循环通过多个靶向生物吸附降解装置1所形成的透水坝时，靶向生物吸附降解装置1中的微生物与尾水中的污染物混合接触，并利用微生物体内的生物化学作用，吸附、降解和靶向去除尾水中的目标污染物。通过中试运行和检测，本发明的靶向生物吸附降解装置1在吸附降解大约6小时后，可吸附、降解和靶向去除35％～50％质量百分比的codcr、bod5、氨氮、总氮、总磷等污染物。
31.本发明靶向生物吸附降解装置1处理后的出水通过水泵和管道输送到靶向微电解反应装置2中并与之相连接，靶向微电解反应装置2中装有铁碳微电解填料和废水以及曝气装置。靶向微电解反应装置2中装有70％～85％质量百分比的铁，其余为碳的铁碳微电解填料，铁碳微电解填料与废水的比例为1/1～1/3；在运行过程中，采用空压机向微电解反应装置2中爆气充氧0.15～3小时，通过铁和碳之间产生微电解反应，可靶向去除50％～80％质量百分比的codcr、bod5、氨氮、总氮、总磷等污染物。微电解后经过沉淀的污泥通过与所述靶向微电解反应装置2底部连接的排污管道排出。
32.本发明靶向微电解反应装置2处理后的出水通过水泵和管道输送到靶向吸附过滤装置3中并与之连接；靶向吸附过滤装置3中设置有多个通过管道相互连接的密闭滤箱或滤
罐，在密闭滤箱或滤罐中设置有90％质量百分比的多层相互压叠的吸附过滤材料，和10％质量百分比的滤布，对尾水中的污染物和悬浮物进行吸附和过滤。通过吸附过滤材料和滤布，使尾水中的污染物固液分离。固液分离后的污泥通过与靶向吸附过滤装置3底部连接的排污管道排出。靶向吸附过滤装置3中的吸附过滤材料为非金属矿物质，选自疏松、多孔的火山岩石、沸石、硅藻土、玄武岩、石英石、膨润土、凝灰岩、陶粒、陶球或陶块等多孔矿物质。本发明利用非金属矿物质具有较强的吸附过滤特点，在吸附过滤30分钟后，吸附过滤并靶向去除尾水中约10％左右质量百分比的氨氮、总氮和总磷以及悬浮物等污染物。
33.本发明靶向吸附过滤装置3处理后的出水通过水泵和管道输送到膜生物反应装置4中进行深度过滤15分钟，使残留物质进一步固液分离。固液分离后的污泥通过与膜生物反应装置4底部连接的排污管道排出，固液分离后的出水通过管道输送到靶向吸附脱氮装置5中。需要说明的是，膜生物反应装置4是作为备选装置设置在本发明的工艺系统中。根据检测结果，在靶向吸附过滤装置3能够过滤彻底的情况下，可直接将靶向吸附过滤装置3处理后的出水通过水泵和管道输送到靶向吸附脱氮装置5中，而节省膜生物反应装置4的运行成本。
34.本发明靶向吸附过滤装置3或膜生物反应装置4固液分离后的出水通过水泵和管道输送到靶向吸附脱氮装置5中进行脱氮处理；靶向吸附脱氮装置5中装有1/1～1/3的硝酸根靶向大孔离子交换树脂和尾水，通过硝酸根大孔离子交换树脂吸附尾水中的硝态氮，从而降低污水中的总氮。在进行30分钟的脱氮处理后，可去除尾水中80～95％左右质量百分比的硝态氮，使总氮降至1mg/l左右。
35.为了节约制造和运行成本，当大孔离子交换树脂将污水中的硝态氮吸附饱和后，用8～15％的盐溶液冲洗大孔离子交换树脂20～40分钟，可使大孔离子交换树脂再生而再次使用。从所述靶向吸附脱氮装置脱氮处理后的出水，可以达到地表水环境质量标准iv类、ⅲ类标准或更高，并且可直接排放到江河湖海中或回收再利用。
36.本发明的整个工艺系统中，设置有自动控制装置。在每个装置的每个工艺流程中，均设置有自动传感测量仪器，每个工艺流程处理后将进行自动检测和数据传输，实时监测和检测数据的变化并自动对工艺流程中出现的数据进行调整。
37.本发明的靶向法水质提标工艺系统，有效的解决了如硝态氮这样高含量，难以处理的污染物污水，使处理后的出水能够排放到湖泊、河流、湿地中去。大大节省了修建专用管网的建设成本。采用本发明自主设计的靶向生物吸附降解装置、靶向微电解反应装置、靶向吸附过滤装置、膜生物反应装置4以及靶向吸附脱氮装置5组成的靶向法水质提标工艺系统，大幅降低了污水中的codcr、bod5、氨氮、总氮、总磷等污染物的含量指标，使总氮降至1mg/l左右，总磷降低至0.05mg/l左右，甚至降低了废水总氮中难以处理的硝态氮。因此，采用本发明的工艺系统，对于处理一般的生活污水处理将会更加容易和快捷。本发明脱氮后经过水质在线监测设备检测，出水达到地表水环境质量标准ⅲ类标准，完全可排放到江河湖海中或回收再利用。
38.实施例1
39.参照图1和图2，本实施例是在云南喜洲某污水处理厂排出的尾水库塘中进行的尾水处理中试实验。该尾水库塘的长宽深约80m
×
8m
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2m，共有5个尾水库塘，日处理量2000m3，流量80m3/h。该尾水库塘尾水中的污染物含量为：化学需氧量(cod)：50mg/l，生化需
氧量(bod5)：10mg/l，总氮：15mg/l，总磷：0.5mg/l，氨氮：5mg/l，ph值6-9。要求处理后的尾水水质提升，各项指标达到地表水环境质量标准ⅲ类标准。
40.目前，该污水厂处理后的尾水中总氮以硝态氮为主，占总氮含量的95％以上，去除难度很大。该尾水库塘的出水为地表水环境质量标准劣
ⅴ
类水。因此，尽管其距离洱海很近，但却因达不到排放指标而不能排入洱海中，还需要建设专门的尾水收集管道排放到下游的西洱海。既减少了洱海的生态补水流量，同时还需要建设长距离的输送管网，投资和运行维护费用巨大。
41.本实施例选用两个尾水库塘作为连续进水进行生物吸附降解的互备库塘，首先根据尾水库塘的体积制作16个2m长宽高的靶向生物吸附降解装置1，在靶向生物吸附降解装置1中装入预先制作好，已经培养繁殖有足够微生物的生物吸附降解材料。在尾水库塘的宽度范围放置4个靶向生物吸附降解装置，在80m的长度上设置两排并形成具有约25m间隔的透水坝。每个生物吸附降解库塘经过12小时不间断的生物吸附和降解。经过检测，本发明的靶向生物吸附降解装置1在吸附降解大约12小时小时左右时，可吸附、降解和靶向去除各项污染物指标30％～50％质量百分比的各项污染物，如表1第三方检测数据所示。
42.将已经去除了约30％～50％污染物的出水通过水泵和管道打入设置为两级并联的靶向微电解反应装置2中，靶向微电解反应装置2的总容积为250m3，其中填充有1/2比例的铁碳微电解填料与尾水，在运行过程中，采用空压机向微电解反应装置2中爆气充氧1.5小时，使铁碳之间产生微电解反应，通过化学沉淀和氧化还原反应去除总氮、codcr等各项污染物质。经检测，通过两级串联运行的微电解反应装置2可靶向去除40％～70％质量百分比的codcr、bod5、氨氮、总氮、总磷等污染物，如表1第三方检测数据所示。微电解后经过沉淀的污泥通过与靶向微电解反应装置2底部连接的排污管道排出。
43.将靶向微电解反应装置2已经去除了约40％～70％污染物的出水通过水泵和管道打入靶向吸附过滤装置3进行吸附过滤。通过3台相互连接的密闭滤箱中的多层相互压叠在一起的吸附过滤材料和滤布，对进入的污水中的污染物和悬浮物进行吸附和过滤，使污水中的污染物质得到了有效的固液分离。在吸附过滤15分钟后，吸附过滤并靶向去除尾水中约20％左右各项污染物质，如表1的第三方检测数据所示。固液分离后的污泥通过与靶向吸附过滤装置3底部连接的排污管道排出。至此，尾水中的氨氮、总氮和磷等指标已经大幅下降，主要指标总磷下降到0.025mg/l，氨氮下降到0.5mg/l、总氮下降到1.5mg/l，已基本达到了地表水环境质量标准ⅳ类标准，如表1第三方检测数据所示。
44.将靶向吸附过滤装置3吸附过滤后的出水通过水泵和管道输送到1台膜生物反应装置4中进行深度吸附和过滤，进一步去除尾水中的残留物质，进行固液分离。
45.最后，经过设置有3套并联形式的靶向吸附脱氮装置5进行脱氮处理。靶向吸附脱氮装置5通过0.3～1.2mm的硝酸根大孔离子交换树脂吸附尾水中的硝态氮，从而降低污水中的总氮。在进行30分钟的脱氮处理后，可去除尾水中80～95％左右质量百分比的硝态氮，使总氮降至0.3mg/l，总磷降低至0.02mg/l。并且其它各项指标均达到了地表水环境质量标准ⅲ类标准。为了节约制造和运行成本，当硝酸根大孔离子交换树脂将污水中的硝态氮吸附饱和后，用8～15％的盐溶液冲洗大孔离子交换树脂20～40分钟，使大孔离子交换树脂再生而再次回用。
46.至此，本发明的靶向生物吸附降解装置、靶向微电解反应装置、靶向吸附过滤装
置、膜生物反应装置4以及靶向吸附脱氮装置5组成的靶向法水质提标工艺系统所处理的库塘尾水，完全达到了地表水环境质量标准ⅲ类标准或更高，可以安全地直接排放到江河湖海中或回收再利用。
47.本发明对于云南喜洲地区排出的尾水库塘进行水质提升处理的整个过程，经过第三方环保检测机构的检测，结果如表1所示：
[0048][0049]
申请人在进行了市场调查和检索后，目前在国内还没有发现本发明这样的污水处理工艺系统和处理方法，本发明具有创新性的技术改进，为环保技术进步提供了意想不到的新技术方案和新思路。
[0050]
以上仅是本发明的优选实施方式，而并非对本发明的限制，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明设计原理的前提下才还可以做出各种改进，这些改进也应该视为本发明的保护范围。