本發明涉及污水處理技術領域，尤其涉及一種可持續高效污水處理系統。
背景技術：
近年來，我國城鎮污水處理行業發展很快，以北京市為例，北京市通過對城市中心區特大型污水處理廠、遠郊衛星城大型污水處理廠、鄉鎮中小型污水處理廠和村莊級小型分散式污水處理站的全覆蓋式污水收集和處理措施，北京市的污水處理率已接近100％，北京市城鎮污水廠處理后出水的回用率已達到80％左右(2015年數據)。隨著污水廠排放標準的不斷提高，原有以厭氧和好氧生物處理為主的污水處理工藝已經不能滿足污水處理需求，必須對污水處理廠增加后續深度處理環節。
現有技術中普遍應用于實際工程中的城鎮污水處理廠深度處理方法主要有化學氧化法、膜法、曝氣生物濾池法、生物轉盤法、磁分離法、人工濕地法等。化學氧化法主要包括臭氧氧化、臭氧催化氧化、零價鐵、氯氧化、芬頓試劑法、電化學、電絮凝等方法。化學氧化的優點是對污水中難降解有機物的去除效果較好，但存在運行費用高、易產生二次污染等難題。膜法主要有MBR法(膜生物反應器法)、超濾、納濾和反滲透法等。膜法的優點是對污水中SS(懸浮固體)和TP(總磷)的去除效果較好，但其脫氮效果欠佳，并且一次性投資和運行費用較高。曝氣生物濾池法的優點是脫氮效果較好，運行和維護費用低，但其除磷效果欠佳。生物轉盤法近年來在分散式生活污水和城鎮生活污水深度處理領域應用較廣，具有一次性投資小、運行維護管理方便等優點，但其脫氮除磷整體效果均欠佳。磁分離法是近年來發展起來的一項污水深度處理新技術。磁分離法的優點是對污水中SS(懸浮固體)和TP(總磷)的去除效果較好，但其脫氮效果欠佳。人工濕地法的優點是運行和維護費用低，但其整體脫氮和除磷效果均欠佳。
由此可見，現有應用于污水深度處理領域內的深度處理方法中，有些一次性投資和運行費用較高；有些僅具有脫氮或除磷功能，整體處理效果欠佳。而實際上，在污水深度處理中，氮和磷是水體富營養化和水體黑臭的關鍵致因，必須同時最大限度地得以去除。同時，污水中一些溶解性微污染物，雖然含量很低，但對人體健康的危害很大，也必須從污水中得以去除，然而現有污水深度處理工藝僅能實現對污水中溶解性微污染物的部分去除。
技術實現要素：
本發明的目的是提供一種可持續高效污水處理系統，該處理系統一次性投資，且運行費用較低，對水中氮、磷和溶解性有機物具有良好的去除作用。
一種可持續高效污水處理系統，所述系統包括進水單元、曝氣生物濾池單元、混凝反應單元和磁分離單元，其中：
所述進水單元用于儲存經常規污水廠處理后的出水，供給本系統的給水源；
所述曝氣生物濾池單元用于脫氮和去除水中的溶解性微污染物，該曝氣生物濾池單元進一步包括一級硝化池、二級反硝化池、硝化池反洗子單元和反硝化池反洗子單元，其中：
所述進水單元中貯存的污水廠處理后出水經提升泵提升后進入升流式一級硝化池；之后水自上而下進入降流式二級反硝化池，以完成脫氮過程；
所述硝化池反洗子單元和反硝化池反洗子單元均采用水反洗，反洗水導入所述進水單元后進行再處理，從而無污水外排；
所述混凝反應單元用于藥劑投加、磁種投加和混凝沉淀反應，該混凝反應單元進一步包括混凝反應子單元、混凝劑投加子單元、絮凝劑投加子單元和磁種投加子單元，其中：
所述混凝反應子單元采用水力自然攪拌；
所述混凝劑投加子單元、絮凝劑投加子單元和磁種投加子單元均由設在支架上依次連接的加藥罐、計量泵和加藥管構成；
所述磁分離單元用于除磷和去除水中溶解性微污染物，該磁分離單元進一步包括磁分離子單元、磁回收子單元和污泥處理子單元，其中：
在所述二級反硝化池中處理后的水經提升泵打入所述混凝反應子單元，所述混凝劑投加子單元、絮凝劑投加子單元和磁種投加子單元依次投加混凝劑、絮凝劑和磁種，在混凝劑、絮凝劑和磁種的共同作用下，水中的溶解性膠體污染物被磁種包裹、附著；之后水經提升泵進入磁分離子單元，吸附有污染物的磁種滑落至磁分離子單元的底部并滑落至磁回收子單元；
在所述磁回收子單元中實現磁種與附著污染物污泥的分離；
分離后的污泥導入所述污泥處理子單元中進行污泥處置。
所述一級硝化池和二級反硝化池中的濾料自下而上分別采用卵石、沸石、陶粒和活性炭作為濾池填料。
所述一級硝化池為升流式，通過控制曝氣量使溶解氧濃度控制在1.0-2.0mg/L；
所述二級反硝化池為降流式，通過控制曝氣量使溶解氧濃度控制在0-0.5mg/L。
所投加的混凝劑為聚合氯化鋁，投藥濃度為10-50mg/L；
所投加的絮凝劑為非離子聚丙烯酰胺，投藥濃度為1-5mg/L；
所投加的磁種為賦磁(Fe3O4)煤基顆粒活性炭，投加濃度為100-200mg/L，煤基顆粒活性炭粒徑1-3mm。
所述磁分離子單元內設有磁筒，磁筒表面的磁感應強度約為4000Gs，磁筒轉速20r/min。
在所述磁回收子單元回收的磁種能導入所述磁種投加子單元中繼續循環使用。
由上述本發明提供的技術方案可以看出，上述處理系統一次性投資，且運行費用較低，對水中氮、磷和溶解性有機物具有良好的去除作用。
附圖說明
為了更清楚地說明本發明實施例的技術方案，下面將對實施例描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對于本領域的普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他附圖。
圖1為本發明實施例所提供的可持續高效污水處理系統的結構示意圖。
具體實施方式
下面結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發明的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發明的保護范圍。
下面將結合附圖對本發明實施例作進一步地詳細描述，如圖1所示為本發明實施例所提供的可持續高效污水處理系統的結構示意圖，所述系統主要包括進水單元、曝氣生物濾池單元、混凝反應單元和磁分離單元四個部分，下面結合圖1對各部分所包含的具體部件和工作關系進行詳細說明：
所述進水單元用于儲存經常規污水廠處理后的出水，供給本系統的給水源；
所述曝氣生物濾池單元用于脫氮和去除水中的溶解性微污染物，該曝氣生物濾池單元進一步包括一級硝化池3、二級反硝化池4、硝化池反洗子單元22和反硝化池反洗子單元23，其中：
所述進水單元中貯存的污水廠處理后出水1經提升泵2提升后進入升流式一級硝化池3，在一級硝化池3中，水中的有機氮、氨氮在亞硝化菌作用下，先轉化為亞硝化氮，之后在硝化菌作用下，轉化為硝化氮，完成硝化過程；之后水自上而下進入降流式二級反硝化池4，在二級反硝化池4中，硝化氮在反硝化菌作用下，轉化為氣態氮，從而最終完成脫氮過程；
所述硝化池反洗子單元22和反硝化池反洗子單元23均采用水反洗，反洗水導入所述進水單元后進行再處理，從而無污水外排；
具體實現中，所述一級硝化池3和二級反硝化池4中的濾料自下而上分別采用卵石、沸石、陶粒和活性炭作為濾池填料(如圖1中的卵石層5、沸石層6、陶粒層7和活性炭層8)。以直徑為1.00m，高度為2.50m的圓柱形硝化池和反硝化池為例，卵石層濾料高度20cm，卵石粒徑10-20mm，沸石層濾料高度50cm，沸石粒徑5-10mm，陶粒層濾料高度50cm，陶粒粒徑3-5mm，活性炭層濾料高度50cm，顆粒活性炭粒徑1-3mm。卵石填料用作承托層；沸石屬于弱極性材料，用于吸附水中的強極性污染物質；陶粒用于去除水中的懸浮固體(SS)和磷；活性炭采用煤基活性炭，屬于強極性材料，用于吸附水中的弱極性和非極性污染物質，四種濾料同時具有過濾分離功能，均能部分去除水中的懸浮固體(SS)和磷。
上述一級硝化池3為升流式，通過控制曝氣量使溶解氧濃度控制在1.0-2.0mg/L；二級反硝化池4為降流式，通過控制曝氣量使溶解氧濃度控制在0-0.5mg/L。由空壓機提供曝氣。
所述混凝反應單元用于藥劑投加、磁種投加和混凝沉淀反應，該混凝反應單元進一步包括混凝反應子單元11、混凝劑投加子單元13、絮凝劑投加子單元14和磁種投加子單元15，其中：
所述混凝反應子單元11采用水力自然攪拌，無需額外設置氣動或機械攪拌裝置；
所述混凝劑投加子單元13、絮凝劑投加子單元14和磁種投加子單元15均由設在支架上依次連接的加藥罐、計量泵和加藥管構成；
所述磁分離單元用于除磷和去除水中溶解性微污染物，該磁分離單元進一步包括磁分離子單元17、磁回收子單元18和污泥處理子單元19，其中：
在所述二級反硝化池4中處理后的水經提升泵10打入所述混凝反應子單元11，所述混凝劑投加子單元13、絮凝劑投加子單元14和磁種投加子單元15依次投加混凝劑、絮凝劑和磁種，在混凝劑、絮凝劑和磁種的共同作用下，水中的溶解性膠體污染物被磁種包裹、附著；之后水經提升泵12進入磁分離子單元17，吸附有污染物的磁種滑落至磁分離子單元17的底部并滑落至磁回收子單元18；
在所述磁回收子單元18中實現磁種與附著污染物污泥的分離；
分離后的污泥導入所述污泥處理子單元19中進行污泥處置，得到剩余污泥21。
具體實現中，上述所投加的混凝劑為聚合氯化鋁，投藥濃度為10-50mg/L；所投加的絮凝劑為非離子聚丙烯酰胺，投藥濃度為1-5mg/L；所投加的磁種為賦磁(Fe3O4)煤基顆粒活性炭，投加濃度為100-200mg/L，煤基顆粒活性炭粒徑1-3mm。
Fe3O4粉末、活性炭粉末與加入分散劑(乙烯基雙硬脂酰胺，用量為1.0％)的水按體積比1:20:5的體積比均勻混凝，不斷攪拌使其混合物料均勻。之后再烘箱中升溫至200度后保持10min，完成Fe3O4在活性炭表面上的負載。最后，把制成的賦磁(Fe3O4)煤基顆粒活性炭自然冷卻后備用。經檢測可知，賦磁(Fe3O4)煤基顆粒活性炭的比磁化系數在2～6×10-5m3/kg以上，比飽和磁化強度達6.8emu/g，滿足磁選要求。
另外，所述磁分離子單元17內設有磁筒16，磁筒16表面的磁感應強度約為4000Gs，磁筒轉速20r/min，在磁筒16上端運轉中，吸附有污染物的磁種被磁筒16吸住。具體來說：
混凝反應子單元進水中的污染物主要以溶解態膠體物質為主，不易沉降分離，在投加混凝劑和絮凝劑的條件下，混凝沉淀效果依然不明顯。同時加入賦磁煤基顆粒活性炭磁種后，水中的溶解性膠體污染物被磁種包裹、附著，在混凝劑和絮凝劑作用下，污染物繼續加大團聚作用，從而使水中難去除的溶解性膠體污染物被磁種完全附著、吸附。之后，水流過旋轉的磁筒，在磁筒上端運轉中，吸附有污染物的磁種被磁筒吸住；當磁筒旋轉至下端時，吸附有污染物的磁種被磁筒滑落至磁分離子單元底部并滑落至磁回收子單元。
本系統磁種的磁回收大于99.6％，同時由于磁種的基體是活性炭材料，又同時兼具吸附水中溶解性膠體有機污染物的特性。在所述磁回收子單元18回收的磁種能導入所述磁種投加子單元15中繼續循環使用。
下面以具體的實例對上述系統的處理過程及效果進行說明：
實驗用水取自北京市密云區某污水廠經處理后的出水，水量為20t/d。進水的各污染物濃度為：氨氮值8.2mg/L，總氮值23.3mg/L，COD值46.7mg/L，懸浮物(SS)值42.8mg/L，總磷值3.8mg/L，代表溶解性有機物的DOC值8.6mg/L。
經過上述本發明實施例處理系統處理后，出水中各項濃度值為：氨氮值0.69mg/L，總氮值6.56mg/L，COD值21.3mg/L，懸浮物(SS)值7.6mg/L，總磷值0.16mg/L，代表溶解性有機物的DOC值2.3mg/L；去除率分別為：氨氮去除率91.58％，總氮去除率71.85％，COD去除率54.38％，SS去除率82.2％，總磷去除率95.78％，溶解性有機物(DOC)去除率73.25％，可滿足北京市水污染物綜合排放標準DB 11/307-2013中排入地表水體中的A標準限值。
綜上所述，本發明實施例所述系統具有如下優點：
1、該系統作為一個有機整體，在污水深度處理領域，可同時去除氮、磷和水中溶解性有機物，且效果顯著。
2、該系統在曝氣生物濾池中創造性地同時使用活性炭和沸石做填料，活性炭是強極性材料，對水中弱極性和非極性有機物具有很好的去除作用；沸石是弱極性材料，對水中強極性有機物具有很好的去除作用。
3、該系統對城鎮污水廠處理后出水中氮、磷、COD、SS和多種溶解性有機物(DOC)的去除效果明顯。其中，氨氮去除率可達88.2-93.6％，總氮去除率可達86.8-92.5％，COD去除率可達92.3-96.4％，SS去除率可達95.5-98.6％，總磷去除率可達92.0-95.8％，溶解性有機物(DOC)去除率可達80.0-87.8％，去除效果良好。
以上所述，僅為本發明較佳的具體實施方式，但本發明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本技術領域的技術人員在本發明披露的技術范圍內，可輕易想到的變化或替換，都應涵蓋在本發明的保護范圍之內。因此，本發明的保護范圍應該以權利要求書的保護范圍為準。