專利名稱：一種工業和生活廢水生態資源化處理方法
技術領域：
本發明涉及一種工業廢水和生活廢水的生態資源化處理方法。
在現有的工業廢水和生活廢水處理中，所適用的技術主要是兩大類第一是已被廣泛應用的生化法，它的主要特點是靠微生物降解廢水中的水污染物，借此達到治理污水之目的；第二是已被一些國家和地區及行業推廣應用的物化法，其主要處理機理是通過一定的物理條件，加入化學藥品，使得廢水變為潔水，其主要作用為化學物理作用。
物化法處理廢水的工藝流程為廢水→調節池→加入混凝劑→混凝攪拌池→絮凝攪拌池→澄清池→出水，同時對澄清池中的污泥到污泥濃縮池進行脫水。該處理工藝的工程投資少、占地面積小、設備簡單，操作方便；但混凝劑的用量較高，達0.08％-0.2％，一般0.05％-0.1％，由于受到混凝劑性能的限制，CODcr和BOD5去除率僅60％左右，NH3去除率僅40％左右，出水往往達不到國家《污水綜合排放標準》(GB8978-1996)城鎮二級污水處理廠出水一級標準，處理污泥時需大量的藥品費達0.4-0.5元/m3，運行費用高，且污泥難處理，存在二次污染的問題。
常用的生化處理方法有活性污泥法、氧化溝法、生物吸附和氧化法等。
活性污泥法工藝流程為廢水→調節池→好氧池→澄清池→出水，同對澄清池中的污泥到污泥濃縮池進行脫水。性污泥法設計參數和參考值如下BOD負荷(N5)0.2～0.6kg BOD5/(kg MLSS.d)，容積負荷(Nv)0.8～2.0kg BOD5/(m3.d)，污泥齡(生物固體平均停留時間)5～15d；混合液懸浮固體(MLSS):3000～6000mg/L:混合液揮發性懸浮固體(MLVSS)2400～4800mg/L污泥回流比(R)；25％～100％；曝氣時間(t)3～5h；BOD5去除率85％～90％。從活性污泥法工藝流程和設計參數可以看出，該方法處理工藝成熟，BOD5去除率高；但停留時間長，占地面積大，污泥量大，需回流，且易發生污泥膨脹，能耗較高，耐沖擊負荷差，不易操作管理等。
氧化溝法的工藝流程圖為污水→集水井→氧化溝→澄清池→出水，同對澄清池中的污泥進行脫水。氧化溝法設計參數如下BOD負荷(N5):0.03～0.05kg BOD5/(kg MLSS.d)，容積負荷(Nv)0.1～0.2kg BOD5/(m3.d)，混合液懸浮固體(MLSS):3000～4000mg/L，污泥齡(生物固體平均停留時間)為15～30d，污泥回流比(R):50％～150％,I水力停留時間(t):8～36h,BOD5去除率75％～90％。從氧化溝法工藝流程和設計參數可以看出，該處理工藝成熟，BOD5去除率高，可實現脫氧反硝化，氮的去除率較高，耐沖擊負荷較大，可實現無設施的污泥回流，不易發生污泥膨脹；但停留時間長，占地面積大，能耗較高等。
生物吸附和氧化法的工藝流程為污水→格柵→沉沙池→吸附池→二次沉淀池→出水，同對二次沉淀池中的污泥進行脫水處理。該方法設計參數如下BOD負荷(N5):0.2～0.6kg BOD5/(kg MLSS.d)，容積負荷(Nv)1.0～1.2kg BOD5/(m3.d)，混合液懸浮固體(MLSS):1000～3000mg/L，污泥再生池4000～10000mg/L；混合液揮發性懸浮固體濃度(MLVSS)，吸附池800～2400mg/L，污泥再生池3200～8000mg/L，污泥齡(生物固體平均停留時間)為5～15d，反應時間吸附池0.5h～1.0h污泥再生池3h～6h，污泥回流比(R):25％～100％,BOD5去除率85％～90％。從其工藝流程和設計參數可以看出，該方法處理工藝成熟，污泥不易發生膨脹，耐沖擊負荷較活性污泥法高；缺點是A段對氮的去除率很低，占地面積大，能耗較高，構筑物多、流程長、需回流、污泥量大、水頭損失大、不易操作管理等。
總之現有技術中生化法占地大，細菌培植與管理復雜，一次性工程投資大，運行費用高，耗能高，而且污泥也難處理、存在二次污染的問題。
本發明目的在于提供一種對工業廢水和生活廢水的處理方法，不僅能降低廢水治理的運行成本，減少廢水處理設備的一次性投資，而且對廢水中的各種污染物去除率高，對污泥的處理不造成二次污染，使污泥變為資源加以利用。
為實現上述目的，本發明依次包括以下工藝步驟a、加入天然復合材料水處理劑在水泵的吸水口加入天然復合材料水處理劑，將廢水和天然復合材料水處理劑一起泵出；b、加壓增氧處理泵出的廢水進入加壓增氧設備，在設備中先經噴嘴形成射流后，然后在液氣混合室液氣混合，壓力溶解室壓力溶氧，再經噴嘴形成射流，重復多次；c、混凝后再絮凝加壓增氧后的廢水在混凝絮凝設備中先經混凝室充分混凝，然后在第一、二循環絮凝室絮凝，再在用天然復合材料制成的絮凝網篩過濾后，到靜態澄清室出清水；d、澄清室流出的清水流入生物好氧曝氣池進行生物降解后，再次澄清出可利用的潔水；e、把c、d步驟中沉積的污泥在污泥生化處理池進行生化降解、脫水處理；f、將脫水的污泥投入高速擦洗機進行擦洗，分離、回收天然復合材料水處理劑。
本發明所述的天然復合材料水處理劑由沸石、伊利石、海泡石組成，它們的重量百分數配比為沸石20～45％，伊利石30～50％，海泡石25～35％。
本發明與現有技術相比有以下的優點(1)、處理方法完全不同，生化法是靠細菌、厭氧、好氧等方法治理廢水，化學法、物化法是靠化學反應而達到污水治理，其他方法是某一礦物的直接使用達到對廢水的治理，而本發明是靠加入天然復合無限再生材料治理廢水，天然復合材料具有巨大的比表面積、空腔比、離子交換、分子過濾等性能，通過與污水充分的混凝，迅速使污水中的重金屬、磷、SS、CODcr、BOD5、NH3等污染物被強大的比表面積和電荷吸附、離子交換、分子過濾等機理，使得各種污染物得到有效去除，其中重金屬、磷、SS去除率達96％以上，CODcr、BOD5去除率達75％左右，NH3-N去除率達50％左右。
(2)、本發明具有比現有工藝節省一次性投資，現有技術日處理一立方米需投資800元至1500元，而本發明的全部設備配齊只需580元，節約36％至75％，節省土地90％左右，可模塊化設計從日處理幾十立方米到幾十萬立方米，水處理效果優于國家規定排放標準，水處理運行費用降低，現有技術每處理一立方污水需0.33至1.20元，而本發明只需0.16元，節約51％至86％。
(3)、現有技術對污泥的處理利用和水處理劑的再生未有詳細設計，很多污水處理廠的污泥處理基本上是靠填埋等方法處理，這就有可能造成二次污染問題的出現。而本發明對污泥處理完全做到了無害化、資源化處理，在現有技術的污泥處理中，污泥的處理費高達整個污水處理廠費用的40％左右，而本發明技術的污泥處理不但沒有高昂的費用，反而會有正效益。生化法的細菌死了要重新繁殖，化學法的藥品加入到水中就完全反應了，也絕不可能再生。而本工藝的天然礦物復合材料是可以無數次的再生應用，得到了資源充分利用，節約了資源，也節約了成本。
下面結合實施例和附圖對本發明作進一步的說明。
圖1為本發明的工藝流程方框圖；圖2為本發明中加壓增氧設備的結構示意圖；圖3為本發明中混凝絮凝設備的結構示意圖。
污水經沉沙池、格柵、到集水井，集水井的水深大約在3米以上，用普通的水泵抽水，在水泵的吸水口加入天然復合材料水處理劑，將廢水和天然復合材料水處理劑一起泵入高于集水井頂面約10米的加壓增氧設備，該設備如圖2所示，由液體進入口22、引水管連接法蘭23、空氣通道24、設備殼體25、液體管道26、第一噴嘴27、定位環28、液氣混合室29、第一壓力溶解室30、第二噴嘴31、第二定位環32、第二混合室33、第二壓力溶解室34、輸送管35、輸送管連接法蘭36構成，它們每個部件中的連接用絲扣或焊接連接。該定位環28作用是固定噴嘴和液氣混合室的間距和定位，并保證空氣進入液氣混合室；由混合室、壓力溶解室、噴嘴、定位環等組成一個曝氣裝置，可根據需要串連加裝多級壓力曝氣裝置，也可根據需要，并連多組串連壓力曝氣裝置，以達到曝氣之目的。
廢水經噴嘴27形成射流(壓力大小與增氧效率成正比)，由于廢水射流作用，使液氣混合室29周圍產生巨大的負壓，空氣被負壓吸入液氣混合室，達到液氣混合，經混和的氣液混合體被強大的射流沖擊推動力，壓入壓力溶解室30，使空氣在壓力溶解室內充分溶入液體中，迅速提高液體的溶解氧，然后，液體又經噴嘴31，形成新的射流，再經液氣混合，壓入壓力溶解室，又再經噴嘴形成射流，這樣反復進行，使得液體反復曝氣，溶解氧快速增高，在5-20秒鐘內液體(清水)溶解氧可從零升到三至六毫克/升(與液體質量、壓力、設備型號有關)。比常規增氧效率高1-2.5倍，節約能耗，使污水處于富氧狀態，讓好氧菌群迅速生長，使CODcr、BOD5、SS等污染物得到降解。
廢水靠重力從加壓增氧設備流入第二級混凝絮凝設備進行處理，該設備高于集水井頂面約2米，本級設備如圖3所示，包括進水管1、噴嘴2、混凝室及混凝導流板3、第一循環絮凝室4、第二循環絮凝室5、單向絮凝室6、絮凝管7、進水口8、絮凝網篩9、絮凝桶10、污泥沉降穩定板11、斜管12、靜態澄清室13、清水出口14、沉砂池15、污泥室16、排砂管17、污泥管18、混凝處理池體19、靜態澄清池體20、溢流口21，每個部件間的組合連接是靠螺栓、電焊連接、混凝土澆注來完成。污水通過噴嘴噴入混凝室，在混凝室四周產生高于新噴入原水2-4倍的負壓，讓其反復而充分混凝，再經混凝室出口處的逆向導流，使進入第一循環絮凝的水體更充分的接觸，增加處理效果，再經系統式的多個絮凝室絮凝，絮凝時間為290-500秒之間，達到泥、水和水處理劑循環促進接觸混凝、絮凝，再經網篩絮凝室、靜態澄清室，在澄清室里經混凝、絮凝處理后的廢水，經污泥層和污泥沉降穩定板時，使污染物與水迅速分離，少部份未飽和懸浮物仍被上升水流浮力帶出污泥濾層，由于斜管作用而增大接觸面積，使清水向上流速降至每秒0.3-1.0毫米，泥渣向下的重力大于水上升的速度之浮力，所以，未飽和的懸浮物和少量泥渣就會沉降，清水從溢流口流出，達到了水凈化之目的。
本級處理設備在混凝室加裝混凝導流板，讓水處理劑、污泥、原水充分接觸混凝，降低了水處理劑的用量，也降低了能耗；加裝了絮凝管，增加網篩絮凝室，提高了絮凝效果，使其從動態變為靜態；增加污泥沉降穩定板和斜管裝置，提高了水處理澄清效率、出水水質和穩定性，增大單池處理能力，減小池體的體積。
上述處理設備中所用的天然復合材料水處理劑由沸石、伊利石、海泡石組成，它們的重量百分數配比為沸石20～45％，伊利石30～50％，海泡石25～35％。
按比例選取沸石、伊利石和海泡石混合，在溫度為150至300℃條件下研磨至200至400目后攪拌均勻即可制得。
污水經上述處理設備停留一個小時，流入第三級高效生物處理設備---生物好氧曝氣池，該池高于集水井頂面約1.5米，設備正常設計容積負荷為1.5～3.0kg/m3.d，為保證本設計出水的COD長期達到(GB8978-1996)一級標準并留有充分余地，容積負荷取0.5kg/m3.d，水力停留時間t=2h，處理1公斤BOD5需氧量按1.5kgO2設計，并在池中投放高效特殊填料和優勢菌群，采用節能加壓曝氣機進行曝氣。由于污水在進入生物好氧曝氣池之前已曝氣，污水到第三級生物好氧曝氣池時，污水已缺氧消化處理1小時，再經曝氣、污水在高濃度配比的優勢生物菌群體附著的填料中充分混合，使得優勢菌種群與污水混合比濃度很高，在氧氣充足環境下，微生物迅速繁殖，并快速降解水中污染物，在此級生物降解處理中，可降解CODcr、BOD5、NH3-N等污染物，降解率可視污水源而設計，降解去除率可達95％以上。經澄清，使污水變為可再利用的潔水并排放。
把上述處理過程中排放的污泥進入高效污泥生化處理池。由于污泥的特性，可使高濃度的污泥懸浮在反應池中，經過高效復合微生物的作用，污泥中的大分子有機物，可快速分解成小分子的有機物，進而分解成CH4、CO2和水，每立方米可產可燃氣體3立方米。處理20000t/d的城市污水處理廠，如果進水SS、CODcr分別為350和250mg/L，水處理劑用量為50mg/L，每天可產燃氣6000立方，出水達到國家《污水綜合排放標準》城鎮二級污水處理廠出水一級標準(GB8978-1996)，經過處理后產生的污泥干重約為5噸，如將一噸水處理劑回收后只剩4噸污泥(含水量為65％)，而傳統生化法產生的污泥量為8噸。
由于本水處理劑是天然礦物經復合改性而來的，所以，可反復使用，本水處理劑進入污水中，是靠其巨大的比表面積對污染物通過吸附，離子交換等原理進行水處理，因此，在水處理全過程中，水處理劑物質不變，所以，水處理劑可進行回收經再處理進行反復使用。其回收的方法如下將經生化處理后的污泥投入高速擦洗機(每分2900-3500轉)進行擦洗，加入選礦液，使水處理劑與其它物質迅速分離，沉降、結餅在回收池里，將其送入360-650度的回轉爐中進行處理，進一步去除有機污染物，經高溫活化，進入改性設備，加入改性劑，在80-150度溫度下進行充分攪拌3-15分鐘，經冷卻、包裝后，成為回收水處理劑，可重新使用。
在水處理過程中，污泥與天然礦物水處理劑吸附了大量的有機物質、N、P、K和植物必需的微量營養元素，而且易于脫水，可直接用于土壤改良劑，也可制作有機、無機復合肥；產生的剩于污泥，經過無害化處理后，也可加工成高強度的輕質保溫磚，具有極高的市場價值，并且具有廣闊的市場。而傳統的物化法和生化法產生的污泥，脫水困難，為此而加入聚丙烯酰胺，使污泥脫水變得較為容易，但要進一步降低水分含量時，則變得極為困難；當其風干后，則比較堅硬，對土壤產生板結作用，因此，污泥的再利用空間變窄，很難農業利用，只能填埋或焚燒，而且費用不低，往往會造成二次污染。
權利要求
1.一種工業和生活廢水的生態資源化處理方法，依次包括以下工藝步驟a、加入天然復合材料水處理劑在水泵的吸水口加入天然復合材料水處理劑，將廢水和天然復合材料水處理劑一起泵出；b、加壓增氧處理泵出的廢水進入加壓增氧設備，在設備中先經噴嘴形成射流后，然后在液氣混合室液氣混合，壓力溶解室壓力溶氧，再經噴嘴形成射流，重復多次；c、混凝后再絮凝加壓增氧后的廢水在混凝絮凝設備中先經混凝室充分混凝，然后在第一、二循環絮凝室絮凝，再在用天然復合材料制成的絮凝網篩過濾后，到靜態澄清室出清水；d、澄清室流出的清水流入生物好氧曝氣池進行生物降解后，再次澄清出可利用的潔水；e、把c、d步驟中沉積的污泥在污泥生化處理池進行生化降解、脫水處理；f、將脫水的污泥投入高速擦洗機進行擦洗，分離、回收天然復合材料水處理劑。
2.根據權利要求1所述的工業和生活廢水的生態資源化處理方法，其特征在于所述的天然復合材料水處理劑由沸石、伊利石、海泡石組成，它們的重量百分數配比為沸石20～45％，伊利石30～50％，海泡石25～35％。
全文摘要
本發明公開了一種廢水處理方法,其工藝流程依次包括以下步驟:a、加入天然復合材料水處理劑;b、加壓增氧處理;c、混凝、絮凝;d、好氧曝氣池生物降解;e、污泥脫水處理;f、脫水的污泥分離、回收天然復合材料水處理劑。本發明不僅能降低廢水治理的運行成本,減少廢水處理設備的一次性投資,而且對廢水中的各種污染物去除率高,對污泥的處理不造成二次污染,使污泥變為資源加以利用,并能回收天然復合材料水處理劑,非常適用工業廢水和生活廢水的凈化處理。
文檔編號C02F9/02GK1308030SQ0110763
公開日2001年8月15日 申請日期2001年3月14日 優先權日2001年3月14日
發明者蒲重良 申請人:蒲重良