CN108341556A - 一种污水深度处理及树脂再生废液回用的系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种污水深度处理及树脂再生废液回用的系统及方法，系统包括生化池、沉淀池、粉末活性炭膜生物反应器、树脂罐、废液收集池、反硝化池、硝化池、污泥浓缩池；污水厂进水经预处理后进入生化池，通过活性污泥的作用降解CODcr，沉降后上清液流入粉末活性炭膜生物反应器，通过粉末活性炭进一步吸附污染物，利用膜组件的截留，去除色度、悬浮物、CODcr；膜出水送入树脂罐，通过专性硝酸根离子交换树脂的吸附作用，去除污水中的硝酸盐，净水直接排放；树脂再生废液流入废液收集池，送入反硝化池脱氮，反硝化出水流入硝化池进行硝化反应，降低氨氮并降解CODcr，硝化液回流至反硝化池，最终硝化池出水全部回流至前端生化池，实现了树脂再生废液的回用。

Description

一种污水深度处理及树脂再生废液回用的系统及方法

技术领域

本发明属于污水处理技术领域，涉及一种废液回用的系统及方法，具体涉及一种污水深度处理及树脂再生废液回用的系统及方法。

背景技术

随着城市建设和工业的发展，生活污水和工业废水产生量也在不断地增加。我国绝大部分污水处理厂常规采用生化工艺处理污水，虽然出水可达到一级A或一级B标准，然而尾水中残留的污染物如COD、BOD、SS、氨氮、总氮(TN)、总磷(TP)等微量污染物均对人体健康和周边环境产生较大隐患。为最大限度消除这些污染物质，同时为了响应国家出台的更加严格的污水排放政策，急需在寻求经济最优化的基础上，研究开发相应深度水处理工艺。

目前针对市政污水厂的深度处理工艺，去除COD主要有生化法：湿地、氧化塘，物理法：微滤、超滤、纳滤、反渗透、活性炭吸附；去除TN主要有生化法：反硝化，化学法：电解法、氧化还原；物理吸附法：大孔脱氮树脂；去除氨氮主要有生化法：接触氧化法、活性污泥法等。

生化法进行反硝化存在碳源不足的问题，且必须保证足够长的水力停留时间才能达到去除氨氮的效果，且生化处理法占地面积较大，不适用于现场有严格用地限制的系统；物理过滤法可有效去除SS，但仅依靠微滤、超滤工艺难以降低COD，纳滤或反渗透则成本较高；活性炭可有效吸附废水中的有机污染物，能满足COD的排放要求，但大规模使用将会面临再生及处置问题，氧化还原法脱氮会产生副产物，恐造成二次污染；电解脱氮存在脱氮效率低、能耗大等问题。

现阶段正逐渐发展起来的粉末活性炭膜生物反应器，在反应器中集活性炭吸附、生物活性炭、微生物生化降解、曝气增氧、膜分离多种功能为一体，可去除COD、氨氮、胶体及悬浮物。大孔脱氮树脂吸附法技术成熟、脱氮效率高、自动化运行程度高，但吸附饱和的树脂需定期再生，再生废液含有较高浓度的氯离子和硝酸根离子，如不及时处理将对环境造成二次污染。若无法有效地解决树脂再生废液的处置难题，大孔脱氮树脂吸附法就很难在污水脱氮领域推广及应用。

发明内容

为了解决上述的技术问题，本发明提供了一种污水深度处理及树脂再生废液回用的系统及方法。

本发明的系统所采用的技术方案是：一种污水深度处理及树脂再生废液回用的系统，其特征在于：包括生化池、沉淀池、粉末活性炭膜生物反应器、树脂罐、废液收集池、反硝化池、硝化池、污泥浓缩池；

污水厂进水经预处理后，首先进入所述生化池，通过活性污泥中微生物的作用降解污染物，泥水混合液通过沉淀池固液分离，污泥排至所述污泥浓缩池，出水进入所述粉末活性炭膜生物反应器，投加一定量的粉末活性炭，进一步吸附难降解的污染物及色度物质，活性炭浆在所述粉末活性炭膜生物反应器内循环累积，定期少量排至所述污泥浓缩池，出水流入所述树脂罐，通过专性硝酸根离子交换树脂的作用，脱除污水中的硝酸根，降低出水总氮，出水达标排放实现了污水深度处理；

所述树脂罐内树脂吸附饱和后需用氯化钠溶液再生，形成的废液集中收集至所述废液收集池，之后进入所述反硝化池进行反硝化，在缺氧条件下通过反硝化细菌作用去除废液中的硝态氮，出水进入所述硝化池，在好氧条件下通过硝化细菌作用发生硝化反应，进一步降低氨氮、CODcr含量，所述硝化池出水混合液首先回流至所述反硝化池，所述硝化池最终流出的泥水混合液全部回流至所述生化池，实现了树脂再生废液的回用。

所述方法所采用的技术方案是：一种污水深度处理及树脂再生废液回用的方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：以污水厂预处理出水为系统进水，首先进入生化池，通过活性污泥中微生物的作用降解污染物，泥水混合液通过沉淀池固液分离，污泥排至污泥浓缩池，出水进入粉末活性炭膜生物反应器；

步骤2：向粉末活性炭膜生物反应器内投加一定比例的粉末活性炭，进一步吸附难降解的污染物及色度物质，活性炭浆在粉末活性炭膜生物反应器内循环累积，定期少量排至污泥浓缩池，出水流入树脂罐；

步骤3：污水流经树脂罐，通过专性硝酸根离子交换树脂的作用，脱除污水中的硝酸根，降低出水总氮，出水达标排放；

步骤4：吸附饱和的树脂采用4.0％～5.0％的NaCl溶液进行脱附再生，再生形成的废液收集至废液收集池，之后进入反硝化池进行反硝化，在缺氧条件下投加碳源，通过反硝化细菌作用去除废液中的硝态氮，将其转化为N₂脱除，出水进入硝化池；

步骤5：在硝化池内，在好氧条件下通过硝化细菌作用发生硝化反应，进一步降低氨氮、CODcr含量，硝化池出水混合液首先回流至反硝化池，硝化池最终流出的泥水混合液全部回流至原生化池，实现了树脂再生废液的回用。

本发明方法具有以下特点和有益效果：采用“生化法”、“粉末活性炭”、“超滤膜法”、“树脂吸附法”相结合的方式进行污水深度处理，在粉末活性炭膜生物反应器内，通过大量曝气，粉末活性炭可有效吸附难降解的有机污染物和色度物质，并降低氨氮，通过浸没式超滤膜组件过滤，将活性炭粉、悬浮物、胶体等全部截留，对于出水COD、氨氮、色度、浊度去除效果显著；同时由于一部分微生物可进入活性炭内部微孔中，内部孔洞中溶解氧不足形成缺氧环境，具有一定的反硝化效果，因此粉末活性炭膜生物反应器也具有一定的硝酸盐氮脱除功能；树脂吸附离子交换脱氮法具有技术成熟、设备简单、运行管理方便、硝酸盐去除程度高、运行费用低等优点，与现有技术相比，本发明所采用的硝酸根选择性离子交换树脂，为专性硝酸根树脂，性能稳定，可以减少硫酸根离子的竞争吸附，耐有机物的污染，脱氮效率高,采用普通食盐水即可脱附再生并重复使用；采用“反硝化法—硝化法—回流至原生化池”的方式进行再生废液的处理及回用，反硝化池和硝化池内均投加高盐度下成功培养驯化的活性污泥，即使流入的再生废液中氯化钠含量较高，在一定盐度范围(氯化钠含量不超过5％)内反硝化菌和硝化菌仍可保证较高的生物活性，对硝酸盐氮、氨氮、CODcr等指标去除效果显著，硝酸盐氮反硝化的转化产物N₂直接排放至大气，出水回流至原生化池使之得到了充分回用，整个树脂再生废液处理过程中不产生任何污染物的外排。整个系统具有出水水质稳定、占地面积小、脱氮效率高、出水悬浮物低、污泥量少等优点，出水可稳定达到《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)Ⅲ类至Ⅳ类标准。

附图说明

图1：本发明实施例的系统结构图；

图2：本发明实施例的方法流程图。

图中，1.生化池，2.沉淀池，3.粉末活性炭膜生物反应器，4.树脂罐，5.废液收集池，6.反硝化池，7.硝化池，8.污泥浓缩池，9.碳源罐，10.粉末活性炭投加装置，11.微孔曝气装置，12.风机。

具体实施方式

为了便于本领域普通技术人员理解和实施本发明，下面结合附图对本发明作进一步的详细描述，应当理解，此处所描述的实施示例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

请见图1，本发明提供的一种污水深度处理及树脂再生废液回用的系统，包括生化池1、沉淀池2、粉末活性炭膜生物反应器3、树脂罐4、废液收集池5、反硝化池6、硝化池7、污泥浓缩池8；

污水厂进水经预处理后，首先进入生化池1，通过活性污泥中微生物的作用降解污染物，泥水混合液通过沉淀池固液分离，污泥排至污泥浓缩池8，出水进入粉末活性炭膜生物反应器3，投加30～50mg/L的粉末活性炭，进一步吸附难降解的污染物及色度物质，活性炭浆在粉末活性炭膜生物反应器3内循环累积，定期少量排至污泥浓缩池8，出水流入树脂罐4，通过专性硝酸根离子交换树脂的作用，脱除污水中的硝酸根，降低出水总氮，出水达标排放实现了污水深度处理；

粉末活性炭膜生物反应器3需定期反洗、化学清洗，反洗频率为每10～15min一次，化学清洗频率为1～2个月一次；

树脂罐4内树脂吸附饱和后需用氯化钠溶液再生，树脂再生形成的废液中氯化钠含量为1.5％～2.5％，硝态氮含量为650～800mg/L，废液集中收集至废液收集池5，之后进入反硝化池6进行反硝化，并投加碳源，碳源折算COD用量为反硝化池7内硝酸根浓度的3～4倍，溶解氧的含量控制为0.5～1.0mg/L，污泥浓度为3000～5000mg/L，在缺氧条件下通过来源于在一定盐度下经过成功驯化的活性污泥菌群中的反硝化细菌作用去除废液中的硝态氮，出水进入硝化池7，溶解氧的含量控制为2.0～4.0mg/L，污泥浓度为3000～5000mg/L，在好氧条件下通过来源于在一定盐度下经过成功驯化的活性污泥菌群中的硝化细菌作用发生硝化反应，进一步降低氨氮、CODcr含量，硝化池7出水混合液首先回流至反硝化池6，硝化池7最终流出的泥水混合液全部回流至生化池1，实现了树脂再生废液的回用。

本实施例的粉末活性炭膜生物反应器3内设有浸没式超滤膜组件，膜材质为PVC中空纤维膜，过滤精度：0.001～0.02μm，过滤方式：内压式，产水浊度＜0.1NTU，最大进水压力：0.45MPa，粉末活性炭膜生物反应器3内投加一定量的粉末活性炭，吸附难降解的污染物及色度物质，采用浸没式超滤膜组件对活性炭粉进行拦截，降低出水CODcr、色度、悬浮物及胶体。

本实施例的树脂罐4中填充的专性硝酸根离子交换树脂，为大孔阴离子硝酸根离子树脂，外观形态为球状颗粒，骨架为聚乙烯-二乙烯基苯，官能团为季胺基，粒度范围为300～1200μm，全交换容量大于900mol/m3，含水量为50-56％，装载密度为675-720g/l。

本实施例还配有碳源罐9和粉末活性炭投加装置10，用于向反硝化池6内投加碳源和向粉末活性炭膜生物反应器3内投加粉末活性炭；反硝化池6和硝化池7内均设有微孔曝气装置11，通过风机12供氧，并投放经过高盐度成功驯化的活性污泥。

生化池1和粉末活性炭膜生物反应器3内均设有曝气装置，通过风机曝气。

本实施例的系统可实现PLC全自动控制。

本发明采用了“生化法”、“粉末活性炭”、“超滤膜法”、“树脂吸附法”相结合的方式进行污水深度处理，采用“反硝化法—硝化法—回流至原生化池”相结合的方式进行树脂再生废液的处理及回用，具体技术原理如下：

污水厂进水经预处理后，首先进入生化池，通过池内活性污泥中微生物的作用降解污染物，并通过沉淀池泥水分离，降低出水CODcr、氨氮含量，流入粉末活性炭膜生物反应器，投加粉末活性炭，通过大量曝气，粉末炭可有效吸附难降解的有机污染物和色度物质，并降低氨氮，通过浸没式超滤膜组件过滤，将活性炭粉、悬浮物、胶体等全部截留，对于出水COD、氨氮、色度、浊度去除效果显著；同时由于一部分微生物可进入活性炭内部微孔中，内部孔洞中溶解氧不足形成缺氧环境，具有一定的反硝化效果，因此粉末活性炭膜生物反应器也具有一定的硝酸盐氮脱除功能；树脂罐内填充专性硝酸根树脂，通过离子交换法来吸附进水中的硝酸根离子，专性硝酸根树脂能减少硫酸根离子的竞争吸附，耐有机物的污染，脱氮效率高，出水硝酸盐氮的含量小于1mg/L，树脂吸附饱和后采用普通食盐水对其进行脱附再生，将树脂所吸附的硝酸根离子和其他杂质洗脱除去，使之恢复原来的组成和性能。

再生废液首先进入反硝化池进行反硝化处理，池内投放经过高盐度成功驯化的活性污泥，可承受不高于5％的盐度，在此条件下反硝化菌仍保持较高的活性，将污水中硝酸根转化为N₂直接排放至大气，出水进入硝化池，经过高盐度下成功驯化的硝化细菌作用，将氨氮转化为硝态氮，混合液回流至反硝化池，进一步去除氨氮、硝酸盐氮，硝化池最终流出的泥水混合液无需分离，全部回流至原生化池，实现了再生废液的处理及回用，整个树脂再生废液处理过程不产生任何污染物的外排。

请见图2，本发明提供的一种污水深度处理及树脂再生废液回用的方法，包括以下步骤：

步骤1：以污水厂预处理出水为系统进水，首先进入生化池1，通过活性污泥中微生物的作用降解污染物，泥水混合液通过沉淀池2固液分离，污泥排至污泥浓缩池8，出水进入粉末活性炭膜生物反应器3；

步骤2：向粉末活性炭膜生物反应器3内投加一定比例的粉末活性炭，粉末活性炭的投加量为30～50mg/L，进一步吸附难降解的污染物及色度物质，活性炭浆在粉末活性炭膜生物反应器3内循环累积，定期少量排至污泥浓缩池，出水流入树脂罐4；粉末活性炭膜生物反应器3需定期反洗、化学清洗，反洗频率为每10～15min一次，化学清洗频率为1～2个月一次；

步骤3：污水流经树脂罐4，通过专性硝酸根离子交换树脂的作用，脱除污水中的硝酸根，降低出水总氮，出水达标排放；

步骤4：吸附饱和的树脂采用4.0％～5.0％的NaCl溶液进行脱附再生，树脂再生形成的废液中氯化钠含量为1.5％～2.5％，硝态氮含量为650～800mg/L，废液先收集至废液收集池5，之后进入反硝化池6进行反硝化，溶解氧的含量控制为0.5～1.0mg/L，污泥浓度为3000～5000mg/L，并在缺氧条件下投加碳源，碳源折算COD用量为反硝化池6内硝酸根浓度的3～4倍，通过来源于在一定盐度下经过成功驯化活性污泥菌群中的反硝化细菌作用去除废液中的硝态氮，将其转化为N₂脱除，出水进入硝化池7；

步骤5：在硝化池7内，溶解氧的含量控制为2.0～4.0mg/L，污泥浓度为3000～5000mg/L，在好氧条件下通过来源于在一定盐度下经过成功驯化活性污泥菌群中的硝化细菌作用发生硝化反应，进一步降低氨氮、CODcr含量，硝化池7出水混合液首先回流至反硝化池6，硝化池7最终流出的泥水混合液全部回流至生化池1，实现了树脂再生废液的回用。

应当理解的是，本说明书未详细阐述的部分均属于现有技术。

应当理解的是，上述针对较佳实施例的描述较为详细，并不能因此而认为是对本发明专利保护范围的限制，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明权利要求所保护的范围情况下，还可以做出替换或变形，均落入本发明的保护范围之内，本发明的请求保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种污水深度处理及树脂再生废液回用的系统，其特征在于：包括生化池(1)、沉淀池(2)、粉末活性炭膜生物反应器(3)、树脂罐(4)、废液收集池(5)、反硝化池(6)、硝化池(7)、污泥浓缩池(8)；

污水厂进水经预处理后，首先送入所述生化池(1)，通过活性污泥中微生物的作用降解污染物，泥水混合液送入所述沉淀池(2)固液分离；所述沉淀池(2)内污泥排至所述污泥浓缩池(8)，出水送入所述粉末活性炭膜生物反应器(3)；所述粉末活性炭膜生物反应器(3)内投加有一定量的粉末活性炭，进一步吸附难降解的污染物及色度物质；所述粉末活性炭膜生物反应器(3)内活性炭浆在所述粉末活性炭膜生物反应器(3)内循环累积，定期少量排至所述污泥浓缩池(8)；所述粉末活性炭膜生物反应器(3)出水送入所述树脂罐(4)，通过专性硝酸根离子交换树脂的作用，脱除污水中的硝酸根，降低出水总氮，出水达标排放实现了污水深度处理；

所述树脂罐(4)内树脂吸附饱和通过氯化钠溶液再生，形成的废液集中收集至所述废液收集池(5)，之后送入所述反硝化池(6)进行反硝化；在缺氧条件下通过反硝化细菌作用去除废液中的硝态氮，出水送入所述硝化池(7)，在好氧条件下通过硝化细菌作用发生硝化反应，进一步降低氨氮、CODcr含量；所述硝化池(7)出水混合液先回流至所述反硝化池(6)，所述硝化池(7)最终流出的泥水混合液全部回流至所述生化池(1)，实现了树脂再生废液的回用。

2.根据权利要求1所述的污水深度处理及树脂再生废液回用的系统，其特征在于：所述粉末活性炭膜生物反应器(3)内设有浸没式超滤膜组件，膜材质为PVC中空纤维膜，过滤精度为0.001～0.02μm，过滤方式为内压式，产水浊度＜0.1NTU，最大进水压力为0.45MPa；所述粉末活性炭膜生物反应器(3)内投加一定量的粉末活性炭，吸附难降解的污染物及色度物质，采用浸没式超滤膜组件对活性炭粉进行拦截，降低出水CODcr、色度、氨氮、硝态氮、悬浮物及胶体。

3.根据权利要求1所述的污水深度处理及树脂再生废液回用的系统，其特征在于：所述专性硝酸根离子交换树脂，为大孔阴离子硝酸根离子树脂，外观形态为球状颗粒，骨架为聚乙烯-二乙烯基苯，官能团为季胺基，粒度范围为300～1200μm，全交换容量大于900mol/m3，含水量为50-56％，装载密度为675-720g/l。

4.根据权利要求1所述的污水深度处理及树脂再生废液回用的系统，其特征在于：所述反硝化池(6)和所述硝化池(7)内均设有微孔曝气装置(11)，通过风机(12)供氧，并投放有经过高盐度成功驯化的活性污泥。

5.根据权利要求1-4任意一项所述的污水深度处理及树脂再生废液回用的系统，其特征在于：所述系统还配有碳源罐(9)和粉末活性炭投加装置(10)；所述碳源罐(9)用于向所述反硝化池(6)内投加碳源，所述粉末活性炭投加装置(10)用于向所述粉末活性炭膜生物反应器(3)内投加粉末活性炭。

6.一种污水深度处理及树脂再生废液回用的方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：以污水厂预处理出水为系统进水，首先进入生化池(1)，通过活性污泥中微生物的作用降解污染物，泥水混合液通过沉淀池(2)固液分离，污泥排至污泥浓缩池(8)，出水进入粉末活性炭膜生物反应器(3)；

步骤2：向粉末活性炭膜生物反应器(3)内投加一定比例的粉末活性炭，进一步吸附难降解的污染物及色度物质，活性炭浆在粉末活性炭膜生物反应器(3)内循环累积，定期少量排至污泥浓缩池(8)，出水流入树脂罐(4)；

步骤3：污水流经树脂罐(4)，通过专性硝酸根离子交换树脂的作用，脱除污水中的硝酸根，降低出水总氮，出水达标排放；

步骤4：树脂罐(4)内吸附饱和的树脂采用4.0％～5.0％的NaCl溶液进行脱附再生，再生形成的废液收集至废液收集池(5)，之后进入反硝化池(6)进行反硝化，在缺氧条件下投加碳源，通过反硝化细菌作用去除废液中的硝态氮，将其转化为N₂脱除，出水进入硝化池(7)；

步骤5：在硝化池(7)内，在好氧条件下通过硝化细菌作用发生硝化反应，进一步降低氨氮、CODcr含量，硝化池(7)出水混合液首先回流至反硝化池(6)，硝化池(7)最终排出的泥水混合液全部回流至生化池(1)，实现了树脂再生废液的回用。

7.根据权利要求6所述的污水深度处理及树脂再生废液回用的方法，其特征在于：步骤2中，粉末活性炭的投加量为30～50mg/L；所述粉末活性炭膜生物反应器(3)定期反洗、化学清洗，反洗频率为每10～15min一次，化学清洗频率为1～2个月一次。

8.根据权利要求6所述的污水深度处理及树脂再生废液回用的方法，其特征在于：步骤4中，树脂再生形成的废液中氯化钠含量为1.5％～2.5％，硝态氮含量为650～800mg/L。

9.根据权利要求6所述的污水深度处理及树脂再生废液回用的方法，其特征在于：步骤4中，所述反硝化池(6)内碳源折算COD用量为反硝化池内硝酸根浓度的3～4倍；步骤4和步骤5中，所述反硝化池(6)与所述硝化池(7)内的反硝化细菌和硝化细菌均来源于在一定盐度下经过成功驯化的活性污泥菌群。

10.根据权利要求6-9任意一项所述的污水深度处理及树脂再生废液回用的方法，其特征在于：步骤4中，溶解氧的含量控制为0.5～1.0mg/L，污泥浓度为3000～5000mg/L；步骤5中，溶解氧的含量控制为2.0～4.0mg/L，污泥浓度为3000～5000mg/L。