專利名稱：一種處理高濃度污水的方法
技術領域：
本發明涉及一種處理高濃度污水的方法。
背景技術：
近年來，隨著工農業的迅速發展和人口增長，污水的排放量急劇增加，致使許多江、河、湖、水庫甚至地下水都遭受不同程度的污染。如何高效、經濟地處理污水是關系環境保護和エ農業生產可持續發展的重要問題。
目前，國內外利用微藻凈化污水雖然有很多研究，但是，從已有的文獻資料中綜合分析，用微藻生物法處理的污水多局限于城市污水處理廠的ニ級出水，這種污水中污染物濃度較低。微藻所能去除的污染物局限于水中生物易降解(或生物可降解)的物質，對生物難降解物質則幾乎無去除效果。此外污水中的有些有機物對微藻具有毒性，導致微藻生長活力低、浄化效果差。因此，采用單獨微藻生物處理畜禽養殖場污水、沼液或食品加工廠等產生的高濃度污水是不合適的。通常用于污水生物處理進水的預處理方法主要是化學氧化法、化學絮凝法、微波輻射法、吸附法、過濾法等，但是這些方法往往存在以下問題預處理去除污染物效率低，運行エ藝需要投加化學試劑而對污水造成二次污染，受エ藝影響出水不穩定，運行成本高。經檢索，現有對污水處理方法的專利申請有I)馬軍等人申請的專利《利用高級氧化對污水進行預處理培養工程微藻進行污水深度處理和ニ氧化碳減排的方法》(申請號200910072898. 2)公開了ー種利用高級氧化對污水預處理，然后利用微藻對污水進行深度處理。但是該發明采用在污水中投加H202、Fenton試劑、O3等化學氧化劑進行氧化預處理，運行成本高、操作復雜、易造成二次環境污染。2)陳亦カ等人申請的專利《一種污水的深度處理方法》(申請號201010607549. 9)公開了ー種通過低電壓電化學分離過程和較高電壓電化學降解處理污水的方法。該方法存在電能消耗大、處理成本高等問題。3)朱同德申請的專利《一種復合式污水處理方法及裝置》(申請號201010601056. 4)公開了ー種通過投加磁種、混凝劑、助凝劑對污水進行預處理，然后采用電化學氧化進一歩凈化污水。該方法需要添加四氧化三鐵、氫氧化鐵等磁性物質和絮凝劑，處理過程中磁種和絮凝劑需要回收，存在使用時エ藝復雜、操作繁瑣，處理成本高等問題。通過分析，現有相關污水處理技術具有以下不足(I)傳統的生物處理方法成本低廉，但所能去除的污染物局限于水中生物易降解(或生物可降解)的物質，對于生物難降解物質則幾乎無去除效果。污水中的有些有機物對污水處理微生物具有毒性，導致微生物生長活力低、浄化效果差，且處理時間長，污染物去除效率低；(2)采用化學方法處理污水需要污水中投加氧化劑或是絮凝劑，操作復雜、易造成二次環境污染，并且受エ藝影響出水不穩定，運行成本高；(3)采用電化學方法處理污水，存在電能消耗大、處理成本高等問題。
發明內容
本發明的目的是提供ー種適用范圍廣的電化學氧化與微藻生物處理相結合的污水處理方法。本發明所提供的處理污水的方法，包括下述步驟I)采用電化學氧化法對所述污水進行預處理，得到預處理后的污水；2)將預處理后的污水的pH值調節至7. 0 9. 0，然后向其中接種微藻，對污水進行微藻生物處理，從而實現對污水的凈化。 上述方法，步驟I)中所述電化學氧化法中所采用的電解質可選自下述任意ー種氯化鈉、碳酸氫鈉和硫酸鈉。其加入濃度可以根據污水濃度進行調節。步驟I)中所述電化學氧化法中所采用的極板可由下述任意ー種材料制成石墨極板、鐵極板、鋁極板、鉬極板、鍍鉬鈦合金極板、ニ氧化鉛極板、鈦基IrO2極板、鈦基RuO2極板、鈦基SnO2極板和鈦基PtO2極板。在對污水進行電化學氧化時，其氧化條件如極板間電壓、電極間距及電解時間等可根據污水水質進行調節，以獲得最佳的處理效果。通常極板間電壓10-20V ;極板間距5-20mm ；電解時間0. 5h_5h。具體運行參數視污水中各污染物濃度水平而定。污水中各營養物質的濃度以達到適宜微藻生長的水平為最佳，最適宜的微藻生長水質條件由于微藻的種類不同而有差異，具體的適宜范圍為氨氮50-350mg/L ;總磷5_20mg/L ;總碳50_300mg/L。上述方法，步驟2)中所述微藻具體可選自下述至少一種小球藻、螺旋藻、鹽藻、柵藻及硅藻。步驟2)中微藻生物處理的運行條件為溫度25 30°C ;光暗周期為9_15h光反應/15-9h暗反應，所述光反應中的光照強度為40001UX 60001UX之間；微藻接種量0. 1-0. 2g干重/L ;曝氣和/或機械攪拌，連續培養10 20天。本發明所述污水氨氮彡200mg/L或總磷彡25mg/L或總碳彡500mg/L (三個污水指標中有一個指標含量過高即可)，具體可以是來自于畜禽養殖場廢水、沼液、食品加工廠污水或垃圾滲濾液的高濃度污水。本發明對污水進行處理的方法，具體可在圖I所示裝置中進行。操作步驟如下I)利用電化學氧化的方法對污水進行預處理，處理方法污水I經污水泵2通入貯水槽3，在貯水槽3的污水中加入適量的電解質，攪拌至完全溶解，然后通過控制閥4將污水通入電解槽8中，根據污水水質調節極板間電壓5、電解時間6和電極間距7進行相應的電解預處理；2)將預處理后的污水9采用NaOH或HCl調節pH值至7. 0 9. 0，再將調節后的污水通入微藻生物污水處理系統10中對污水進行進一步處理；3)通過離心裝置11或過濾方法收獲微藻13，同時污水得到浄化，出水12達標排放或回用，微藻可以作為生物質資源化利用也可以作為飼料添加剤。本發明在污水進行微藻生物處理之前采用電化學預處理工藝，可以一定程度上降低微藻生物污水處理系統進水的污染物濃度，特別是進水中的細菌數和懸浮顆粒物的濃度。該組合エ藝可以有效的提高后續微藻生物處理系統進水的污水的可生化性能。本發明的電化學預處理是利用電解過程的電化學反應，使污水中各種污染物質通過電解氧化、電解沉降、電解氣浮和電解絮凝等綜合作用去除。在電解過程中，進水中的氨氮、磷和有機物可以通過直接氧化和間接氧化的作用得到去除，反應過程中的氣浮作用可以去除污水中懸浮顆粒，另外，反應過程中產生的具有強氧化能力的羥基自由基( 0H)、臭氧(O3)、過氧化氫(H2O2)等氧化劑不僅可以氧化污水中的污染物，還可以殺滅污水中的細菌，為后續微藻生物處理污水創造良好的條件。微藻生物處理污水技術是利用微藻這類自養型生物，以光能作為能源，可以富集水體中的氮、磷等營養物質 ，并以有機物的形式將其儲存在藻細胞中，將太陽能轉化為生物質。藻類在污水凈化過程中產生大量的氧氣，可減少水體因缺氧而形成的惡臭氣味。藻類細胞還具有富集金屬的能力，并且由于其生長速度快，代謝迅速，吸附作用快而凈化效率高。與其他物理、化學方法相比，微藻處理污水技術具有系統建造運行費用低、能耗小、凈化效率高、環境污染小等優點。在污水得到浄化的同時，收獲的微藻具有經濟價值，可以用于生物餌料、生物肥料以及可持續利用能源生產等方面。本發明采用電化學處理與微藻相結合的方法處理高濃度污水，電解過程中產生具有強氧化能力的羥基自由基(*011)、臭氧(03)、過氧化氫(H2O2)等氧化劑，使污水中難降解的大分子有機物氧化降解成低毒或無毒的小分子物質，初歩降低氮、磷以及有機物含量，減輕污染物負荷，同時有效殺滅污水中的病原微生物，提高污水的可生化性，這種預處理方法不受污水成分、濃度及PH值的影響，各類污水均適用；后續采用微藻生物處理技術進一歩凈化污水，出水可以達標排放或回用，同時收獲的藻類可以通過熱水解轉化成原油或作為飼料添加剤。該方法在凈化污水的同時收獲微藻生物質，是ー套重要的生態和能源自循環系統，可以達到環境能源增值的目的，對環境保護和エ農業生產可持續發展具有重要意義。本發明方法與現有技術相比具有如下優點(I)降低了污水處理的成本，提高了污染物去除效率。采用單ー的電化學氧化技術處理污水存在電能消耗大、處理成本高的問題，本發明將電化學氧化作為污水處理的預處理，使污染物在較低強度電解作用下初歩去除，為后續微藻培養創造良好的生長條件，可以大大降低污水處理的運行成本。(2)污水處理范圍廣。傳統的生物處理方法成本低廉，但是受所處理污水水質情況的限制，主要應用于濃度較低的生活污水的處理，而對于生物難降解污水或高濃度污水處理效果很差。將電化學氧化技術作為污水預處理方法，主要是通過電解氧化、電解絮凝、電解氣浮、電解沉降等的復合作用去除污水中的污染物，該方法不受污水成分、濃度及PH值的影響，各類污水均適用。(3)無二次污染。電化學預處理過程中電解產生的具有強氧化能力的自由基直接與污水中的污染物反應，使難降解的大分子有機物氧化降解，產物主要是水、ニ氧化碳、氮氣和簡單有機物，很少或沒有二次污染。(4)運行方式靈活、可控。可以根據污水水質情況或者處理過程中污水水質的變化情況隨時調節電化學預處理的反應條件改變外加電流、電壓、極板間距、極板數量、電解質的種類或濃度等。(5)實現環境增值能源。藻類生長過程中利用污水中氮、磷等營養物質，以光能作為能源，以有機物的形式將營養物質儲存在藻細胞中。該方法在凈化污水的同時收獲微藻生物質，是ー套重要的生態和能源自循環系統，收獲的藻類可以通過熱水解轉化成原油或作為飼料添加剤、生物餌料、生物肥料以及可再生能源生產等方面的利用，實現環境增值能源。
圖I為本發明電解預處理與微藻組合處理高濃度污水所用裝置的結構示意圖；其中，I污水進水口，2污水泵，3貯水槽，4控制閥，5電源，6自動控制系統，7電極，8電解槽，9電解出水pH值調節，10微藻生物處理系統，11藻水分離裝置，12出水ロ，13微藻生物質收集器。
具體實施例方式下面通過具體實施例對本發明的方法進行說明，但本發明并不局限于此。下述實施例中所述實驗方法，如無特殊說明，均為常規方法；所述試劑和材料，如無特殊說明，均可從商業途徑獲得。實施例中所使用的小球藻為普通小球藻1067 (Chlorella vulgaris 1067)由中國科學院典型培養物保藏委員會淡水藻種庫FACHB提供。實施例I :本發明方法對合成生活污水處理的效果試驗污水處理在圖I所示的裝置中進行。將生活污水作為試驗用污水，生活污水I經污水泵2通入貯水槽3，在貯水槽3的生活污水(2L)中加入2g/L氯化鈉的電解質，攪拌至完全溶解，然后通過控制閥4將混合液通入電解槽8中。采用鍍鉬鈦合金極板電極，設置電解運行條件為極板間電壓15V，極板間距20mm，電解時間2h。電解結束后，冷卻混合液至室溫，調節pH值至7. 0 9. O。再在調節PH值后的混合液中接種小球藻，接種濃度為100mL/L (接種液/污水)，小球藻接種量0. Ig干重/L,將培養液放入光照培養箱中，培養條件為溫度28°C,光照強度45001ux,光周期12h光反應/12h暗反應,在此條件下培養10天,在4500rpm轉速下離心分離15min,取上清液進行測量。以無電解預處理的污水培養小球藻為對照樣，試驗結果如表I所示。試驗結果表明，相比于單ー的微藻生物處理污水，該種電解預處理、微藻生物污水處理組合エ藝對污染物去除有明顯的促進作用。表I電解和微藻組合處理合成生活污水的試驗結果
權利要求
1.一種處理污水的方法，包括下述步驟 1)采用電化學氧化法對所述污水進行預處理，得到預處理后的污水； 2)將預處理后的污水的pH值調節至7.O 9. O，然后向其中接種微藻，對污水進行微藻生物處理，從而實現對污水的凈化。
2.根據權利要求I所述的方法，其特征在于步驟2)中所述微藻選自下述至少ー種小球藻、螺旋藻、鹽藻、柵藻及硅藻。
3.根據權利要求I或2所述的方法，其特征在在干步驟2)中所述微藻生物處理的運行條件為溫度25 30°C;光暗周期為9-15h光反應/15-9h暗反應，所述光反應中的光照強度為40001ux 60001ux之間；微藻接種量0. 1-0. 2g干重/L ;曝氣和/或機械攪拌，連續處理10 20天。
4.根據權利要求1-3中任一項所述的方法，其特征在干步驟I)中所述電化學氧化法中所采用的電解質選自下述任意ー種氯化鈉、碳酸氫鈉和硫酸鈉。
5.根據權利要求1-4中任一項所述的方法，其特征在干步驟I)中所述電化學氧化法中所采用的極板由下述任意ー種材料制成石墨極板、鐵極板、鋁極板、鉬極板、鍍鉬鈦合金極板、ニ氧化鉛極板、鈦基IrO2極板、鈦基RuO2極板、鈦基SnO2極板和鈦基PtO2極板。
6.根據權利要求1-5中任一項所述的方法，其特征在干步驟I)中所述電化學氧化法的氧化條件如下極板間電壓10-20V ;極板間距5-20mm ;電解時間0. 5h_5h。
7.根據權利要求1-6中任一項所述的方法，其特征在于所述污水為符合下述至少一個指標的污水氨氮≥200mg/L、總磷≥25mg/L、總碳≥500mg/L。
8.根據權利要求7所述的方法，其特征在于所述污水是來自于畜禽養殖場廢水、沼液、食品加工廠污水或垃圾滲濾液。
全文摘要
本發明公開了一種對高濃度污水進行深度處理的方法。本發明的方法包括下述步驟1)采用電化學氧化法對所述污水進行預處理，得到預處理后的污水；2)將預處理后的污水的pH值調節至7.0～9.0，然后向其中接種微藻，對污水進行微藻生物處理，從而實現對污水的凈化；微藻生物處理運行條件溫度25～30℃；光暗周期為12∶12，光照強度4000lux～6000lux之間，曝氣或機械攪拌，連續培養10～20天。該方法降低了污水處理的成本，提高了污染物去除效率；且污水處理范圍廣、無二次污染、運行方式靈活、可控，實現環境增值能源。
文檔編號C02F1/66GK102642987SQ20121012396
公開日2012年8月22日 申請日期2012年4月25日 優先權日2012年4月25日
發明者吳娛, 曹薇, 李保明, 王朝元, 王夢梓 申請人:中國農業大學