CN112939205B - 采用具有蜂窝填料的三相流化床对城市污水脱氮除磷的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供采用具有蜂窝填料的三相流化床对城市污水脱氮除磷的方法，包括以下步骤：城市污水进入至漏斗状固液分离池，污泥附着于其内的蜂窝填料上，并沉降至漏斗状固液分离池下部，通过第一沉降管进入至漏斗状气固液分离池，通过向漏斗状气固液分离池内通入气体或不通入气体，进行三相流化或两相流化，以实现硝酸盐的脱氮；漏斗状气固液分离池底部的可蜂窝填料颗粒被再次导入污泥提升管循环到漏斗状固液分离池底部。本发明采用的蜂窝填料由于采用了亲水性聚合物和具有生物亲和能力的海藻酸钙和琼脂糖进行改性，进而可以提高与城市污水中的污泥的微生物进行亲和使其附着于上的几率，进而提高了反硝化除磷脱氮的能力。

Description

采用具有蜂窝填料的三相流化床对城市污水脱氮除磷的方法

技术领域

本发明属于城市污水处理技术领域，具体涉及采用具有蜂窝填料的三相流化床对城市污水脱氮除磷的方法。

背景技术

在社会经济全球化快速发展的过程当中，我国的经济发展速度日益加快，带动着人们的生活条件和质量也有了很大的提高。与此同时，环境污染问题也逐渐加剧，对我国可持续发展战略的实施造成了极大的影响和阻碍。在这其中，水污染情况最为严重，如果不能得到及时有效的处理和控制，势必会给生态带来巨大的灾难，不仅影响人们的正常用水，同时也会对人们的身心健康造成极大的危害。

自20世纪90年代以来，中国在城市排水与污水处理基础设施建设方面取得了显著进步。截至2019年12月底，城镇污水处理厂设计处理能力2.107亿m3/d，年度处理水量656.31亿m³，覆盖94.5％以上的城市地区。氮磷营养物去除已经在全国范围内依法实施。然而，下水道渗漏(地表入流与地下水入渗、化粪池设置等)导致的中国城市污水的独特水质特征，是城市污水处理厂效率相对低下的根本，许多城市污水处理厂面临很少能量回收、营养物去除成本昂贵和高污泥产量，污泥中脱磷除氮效率低下等瓶颈问题，效率和可持续性仍有待提高。

发明内容

本发明针对上述缺陷，提供一种采用自制备的蜂窝填料能够强化脱磷除氮的采用具有蜂窝填料的三相流化床对城市污水脱氮除磷的方法。

本发明提供如下技术方案：采用具有蜂窝填料的三相流化床对城市污水脱氮除磷的方法，包括以下步骤：

S1：通过蠕动泵将城市污水泵入污水进水口；

S2：，城市污水进入至漏斗状固液分离池，城市污水中的污泥附着于漏斗状固液分离池内的蜂窝填料上，并沉降至漏斗状固液分离池下部，城市污水中的污水位于沉降污泥的上部；

S3：沉降至漏斗状固液分离池下部的污泥通过第一沉降管进入至漏斗状气固液分离池，城市污水中的附着于漏斗状固液分离池内的蜂窝填料上的污泥进一步进入漏斗状气固液分离池，通过向漏斗状气固液分离池内通入气体，进行三相流化，可以提高附着于漏斗状固液分离池内的蜂窝填料上的污泥与漏斗状气固液分离池的蜂窝填料接触，从漏斗状固液分离池转移到漏斗状气固液分离池的富含城市污水污泥中的生物膜的蜂窝填料颗粒将由于颗粒相互碰撞时的剪切和磨损而失去其生物膜；当不通入空气时，漏斗状气固液分离池在缺氧条件下运行，进行两相流化，以实现硝酸盐的脱氮；

S4：漏斗状气固液分离池底部的富含生物膜的城市污水污泥附着蜂窝填料颗粒被通过第二沉降管再次导入污泥提升管循环到漏斗状固液分离池底部，再次开始循环，进而实现城市污水的脱磷除氮。

进一步地，所述三相流化床包括污水进水口、漏斗状固液分离池、漏斗状气固液分离池、污泥提升管、连接漏斗状固液分离池和漏斗状固液分离池的第一沉降管、连接漏斗状气固液分离池和污泥提升管的第二沉降管，所述污泥提升管与所述都漏装固液分离池相连通；所述污水进水口设置于所述污泥提升管的底端下部，并带有蠕动泵；漏斗状固液分离池和漏斗状气固液分离池内填充有蜂窝填料。

进一步地，所述漏斗状气固液分离池上部侧面设置有上浮污泥排出口和污水排出口。

进一步地，所述漏斗状气固液分离池下部侧面设置有加气口。

进一步地，所述蜂窝填料为正六角形或偏六角形孔隙结构，所述孔隙的直径为30mm～70mm。

进一步地，所述蜂窝填料的制备原料，按重量份计，包括以下组分：

进一步地，所述塑胶原料聚合物树脂包括聚氯乙烯树脂、聚乙烯树脂、聚氨酯树脂中的一种或多种。

进一步地，所述亲水改性聚合物包括聚乙烯醇、聚丙烯酰胺后聚糠醇中的一种或多种。

进一步地，所述无机多孔纳米填料包括纳米NaY沸石分子筛、纳米碳、纳米硅藻土、纳米蒙脱石中的一种或多种；所述无机多孔纳米填料的粒径为20nm～30nm。

进一步地，所述蜂窝填料的制备方法，包括以下步骤：

1)将所述重量份的聚丙烯树脂、所述重量份的塑胶原料聚合物树脂和所述重量份的二甲基甲酰胺于30℃-40℃下搅拌20min-30min，得到聚丙烯树脂接枝共聚塑胶原料聚合物树脂前驱体溶液；

2)将所述重量份的过氧化苯甲酰加入所述步骤1)得到的聚丙烯树脂接枝共聚塑胶原料聚合物树脂前驱体溶液中，以100rpm-150rpm转速下搅拌10min-15min；

3)将所述重量份的海藻酸钙、所述重量份的琼脂糖和所述重量份的亲水改性聚合物加入所述步骤2)得到的混合溶液中，超声波混匀，在混匀过程中不断添加所述重量份的无机多孔纳米填料，得到负载有无机多孔纳米填料的、海藻酸钙和琼脂糖生物亲和改性以及亲水改性聚合物亲水改性的聚丙烯树脂接枝共聚塑胶原料聚合物树脂凝胶；

4)将所述步骤3)得到的凝胶于2bar-3bar压力的真空下、-10℃～-5℃冷冻干燥30min-60min，得到蜂窝填料制备原料粉末；

5)将所述蜂窝填料制备原料粉末加热溶融后，由喷丝头喷出直径为1mm-2mm的纤维，再将这些纤维卷缩并重叠堆积起来，使纤维的相互交接点溶融成型，最终成为整体化的蜂窝填料。

本发明的有益效果为：

1、采用具有蜂窝填料的三相流化床对城市污水脱氮除磷的方法中所采用的三相流化床的设计使漏斗状气固液分离池在好氧条件下(三相流态化)运行，实现氨的生物有机氧化和硝化，同时当不通入空气时，漏斗状气固液分离池在缺氧条件下运行，进行两相流化，以实现硝酸盐的脱氮；在漏斗状气固液分离池内大部分悬浮固体(挥发性悬浮固体(VSS)和总悬浮固体(TSS))通过上浮污泥排出口被分离出来，进行后续污泥处理。剩余的富含硝酸盐的液体循环进入漏斗状气固液分离池底部，漏斗状固液分离池进入所带来的富含城市污水污泥中的生物膜的蜂窝填料颗粒进行与剩余的富含硝酸盐的液体和漏斗状气固液分离池底部所具有的蜂窝填料流态化剪切和磨损，然后通过污泥提升管循环至漏斗状固液分离池进行流态化和脱硝。

2、采用具有蜂窝填料的三相流化床对城市污水脱氮除磷的方法中所采用的蜂窝填料，由于采用了聚丙烯树脂和塑胶原料聚合物树脂进行接枝共聚，作为基底，进而在常温下，其质轻坚韧，可承受粘附大量活性污泥所产生的负荷而不致变形。

3、采用具有蜂窝填料的三相流化床对城市污水脱氮除磷的方法中所采用的蜂窝填料由于采用了亲水性聚合物和具有生物亲和能力的海藻酸钙和琼脂糖进行改性，进而可以提高与城市污水中的污泥的微生物进行亲和使其附着于上的几率，进而提高了反硝化除磷脱氮的能力。

附图说明

在下文中将基于实施例并参考附图来对本发明进行更详细的描述。其中：

图1为本发明提供的蜂窝填料三相流化床整体结构示意图。

具体实施例方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

本发明采用具有蜂窝填料的三相流化床对城市污水脱氮除磷的方法，包括以下步骤：

S1：通过蠕动泵1-1将城市污水泵入污水进水口1；

S2：，城市污水进入至漏斗状固液分离池2，城市污水中的污泥附着于漏斗状固液分离池2内的蜂窝填料上，并沉降至漏斗状固液分离池2下部，城市污水中的污水位于沉降污泥的上部；

S3：沉降至漏斗状固液分离池2下部的污泥通过第一沉降管5进入至漏斗状气固液分离池3，城市污水中的附着于漏斗状固液分离池2内的蜂窝填料上的污泥进一步进入漏斗状气固液分离池3，通过向漏斗状气固液分离池3内通入气体，进行三相流化，可以提高附着于漏斗状固液分离池2内的蜂窝填料上的污泥与漏斗状气固液分离池3的蜂窝填料接触，从漏斗状固液分离2转移到漏斗状气固液分离池3的富含城市污水污泥中的生物膜的蜂窝填料颗粒将由于颗粒相互碰撞时的剪切和磨损而失去其生物膜，因此，生物质的损失增加了颗粒的密度，增强了颗粒在常规流化床中的向下流动；当不通入空气时，漏斗状气固液分离池在缺氧条件下运行，进行两相流化，以实现硝酸盐的脱氮；

S4：漏斗状气固液分离池3底部的富含生物膜的城市污水污泥附着蜂窝填料颗粒通过第二沉降管6被再次导入污泥提升管4循环到漏斗状固液分离池2底部，再次开始循环，进而实现城市污水的脱磷除氮。

在漏斗状气固液分离池3内大部分悬浮固体(挥发性悬浮固体(VSS)和总悬浮固体(TSS))通过上浮污泥排出口3-1被分离出来，进行后续污泥处理。剩余的富含硝酸盐的液体循环进入漏斗状气固液分离池3底部，漏斗状固液分离池2进入所带来的富含城市污水污泥中的生物膜的蜂窝填料颗粒进行与剩余的富含硝酸盐的液体和漏斗状气固液分离池3底部所具有的蜂窝填料流态化剪切和磨损，然后通过污泥提升管4循环至漏斗状固液分离池2进行流态化和脱硝。

如图1所示，为采用蜂窝填料三相流化的结构图，三相流化床包括污水进水口1、漏斗状固液分离池2、漏斗状气固液分离池3、污泥提升管4、连接漏斗状固液分离池2和漏斗状固液分离池3的第一沉降管5、连接漏斗状气固液分离池3和污泥提升管4的第二沉降管6，污泥提升管4与都漏装固液分离池2相连通；污水进水口1设置于污泥提升管4的底端下部，并带有蠕动泵1-1；漏斗状固液分离池2和漏斗状气固液分离池3内填充有蜂窝填料。

漏斗状气固液分离池3上部侧面设置有上浮污泥排出口3-1和污水排出口3-2上浮污泥排出口3-1用于排出在漏斗状气固液分离池3内大部分悬浮固体(挥发性悬浮固体(VSS)和总悬浮固体(TSS))，污水排出口3-2用于维持漏斗状气固液分离池3内部压力平衡，防止压力过大爆裂而排出部分污水；漏斗状气固液分离池3下部侧面设置有加气口3-3，用于为漏斗状气固液分离池3实现三相流化时为其内部的蜂窝颗粒与污泥的更充分接触提供气流。

本实施例所采用的蜂窝填料为正六角形孔隙结构，孔隙的直径为30mm。

本实施例所采用的蜂窝填料的制备原料，按重量份计，包括以下组分：

蜂窝填料的制备方法，包括以下步骤：

1)将20份的聚丙烯树脂、10份的聚氯乙烯树脂和1份的二甲基甲酰胺于30℃下搅拌20min，得到聚丙烯树脂接枝共聚聚氯乙烯树脂前驱体溶液；

2)将3份的过氧化苯甲酰加入步骤1)得到的聚丙烯树脂接枝共聚聚氯乙烯树脂前驱体溶液中，以100rpm转速下搅拌10min；

3)将10份的海藻酸钙、7份的琼脂糖和5份的聚乙烯醇加入步骤2)得到的混合溶液中，超声波混匀，在混匀过程中不断添加5份的粒径为20nm的纳米NaY沸石分子筛，得到负载有粒径为20nm的纳米NaY沸石分子筛的、海藻酸钙和琼脂糖生物亲和改性以及聚乙烯醇亲水改性的聚丙烯树脂接枝共聚聚氯乙烯树脂凝胶；

4)将步骤3)得到的凝胶于2bar压力的真空下、-10℃冷冻干燥30min，得到蜂窝填料制备原料粉末；

5)将蜂窝填料制备原料粉末加热溶融后，由喷丝头喷出直径为1mm的纤维，再将这些纤维卷缩并重叠堆积起来，使纤维的相互交接点溶融成型，最终成为整体化的蜂窝填料。

实施例2

本实施例与实施例1的区别仅在于，所采用的蜂窝填料为偏六角形孔隙结构，孔隙的直径为50mm。

本实施例所采用的蜂窝填料的制备原料，按重量份计，包括以下组分：

蜂窝填料的制备方法，包括以下步骤：

1)将25量份的聚丙烯树脂、15份的聚乙烯树脂和2份的二甲基甲酰胺于35℃下搅拌25min，得到聚丙烯树脂接枝共聚聚乙烯树脂前驱体溶液；

2)将4.5份的过氧化苯甲酰加入步骤1)得到的聚丙烯树脂接枝共聚聚乙烯树脂前驱体溶液中，以125rpm转速下搅拌12min；

3)将15份的海藻酸钙、11份的琼脂糖和6.5份的聚糠醇加入步骤2)得到的混合溶液中，超声波混匀，在混匀过程中不断添加7.5份的粒径为25nm的纳米硅藻土，得到负载有粒径为25nm的纳米硅藻土的、海藻酸钙和琼脂糖生物亲和改性以及聚糠醇亲水改性的聚丙烯树脂接枝共聚聚乙烯树脂凝胶；

4)将步骤3)得到的凝胶于2.5bar压力的真空下、-8℃冷冻干燥45min，得到蜂窝填料制备原料粉末；

5)将蜂窝填料制备原料粉末加热溶融后，由喷丝头喷出直径为1.5mm的纤维，再将这些纤维卷缩并重叠堆积起来，使纤维的相互交接点溶融成型，最终成为整体化的蜂窝填料。

实施例3

本实施例与实施例1的区别仅在于，所采用的蜂窝填料为正六角形孔隙结构，孔隙的直径为70mm。

本实施例所采用的蜂窝填料的制备原料，按重量份计，包括以下组分：

蜂窝填料的制备方法，包括以下步骤：

1)将30份的聚丙烯树脂、20份的聚氨酯树脂和3份的二甲基甲酰胺于40℃下搅拌30min，得到聚丙烯树脂接枝共聚聚氨酯树脂前驱体溶液；

2)将6份的过氧化苯甲酰加入步骤1)得到的聚丙烯树脂接枝共聚聚氨酯树脂前驱体溶液中，以150rpm转速下搅拌15min；

3)将20份的海藻酸钙、15份的琼脂糖和8份的聚丙烯酰胺加入步骤2)得到的混合溶液中，超声波混匀，在混匀过程中不断添加10份的粒径为30nm的纳米蒙脱石，得到负载有粒径为30nm的纳米蒙脱石的、海藻酸钙和琼脂糖生物亲和改性以及聚丙烯酰胺亲水改性的聚丙烯树脂接枝共聚聚氨酯树脂凝胶；

4)将步骤3)得到的凝胶于3bar压力的真空下、-5℃冷冻干燥30min-60min，得到蜂窝填料制备原料粉末；

5)将蜂窝填料制备原料粉末加热溶融后，由喷丝头喷出直径为-2mm的纤维，再将这些纤维卷缩并重叠堆积起来，使纤维的相互交接点溶融成型，最终成为整体化的蜂窝填料。

以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

此外，本领域的技术人员能够理解，尽管在此的一些实施例包括其它实施例中所包括的某些特征而不是其它特征，但是不同实施例的特征的组合意味着处于本发明的范围之内并且形成不同的实施例。例如，在上面的权利要求书中，所要求保护的实施例的任意之一都可以以任意的组合方式来使用。公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在加深对本发明的总体背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。

Claims (6)

1.采用具有蜂窝填料的三相流化床对城市污水脱氮除磷的方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：通过蠕动泵（1-1）将城市污水泵入污水进水口（1）；

S2：城市污水进入至漏斗状固液分离池（2），城市污水中的污泥附着于漏斗状固液分离池（2）内的蜂窝填料上，并沉降至漏斗状固液分离池（2）下部，城市污水中的污水位于沉降污泥的上部；

S3：沉降至漏斗状固液分离池（2）下部的污泥通过第一沉降管（5）进入至漏斗状气固液分离池（3），城市污水中的附着于漏斗状固液分离池（2）内的蜂窝填料上的污泥进一步进入漏斗状气固液分离池（3），通过向漏斗状气固液分离池（3）内通入气体，进行三相流化，可以提高附着于漏斗状固液分离池（2）内的蜂窝填料上的污泥与漏斗状气固液分离池（3）的蜂窝填料接触，从漏斗状固液分离池（2）转移到漏斗状气固液分离池（3）的富含城市污水污泥中的生物膜的蜂窝填料颗粒将由于颗粒相互碰撞时的剪切和磨损而失去其生物膜；当不通入空气时，漏斗状气固液分离池在缺氧条件下运行，进行两相流化，以实现硝酸盐的脱氮；

S4：漏斗状气固液分离池（3）底部的富含生物膜的城市污水污泥附着蜂窝填料颗粒通过第二沉降管（6）被再次导入污泥提升管（4）循环到漏斗状固液分离池（2）底部，再次开始循环，进而实现城市污水的脱磷除氮；

其中，所述蜂窝填料的制备原料，按重量份计，包括以下组分：

聚丙烯树脂                            20份～30份；

塑胶原料聚合物树脂                    10份～20份；

亲水改性聚合物                        5份～8份；

海藻酸钙                              10份～20份；

琼脂糖                                7份～15份；

无机多孔纳米填料                      5份～10份；

过氧化苯甲酰                          3份～6份；

二甲基甲酰胺                          1份～3份；

所述塑胶原料聚合物树脂包括聚氯乙烯树脂、聚乙烯树脂、聚氨酯树脂中的一种或多种；所述亲水改性聚合物包括聚乙烯醇、聚丙烯酰胺和聚糠醇中的一种或多种；

所述蜂窝填料的制备方法，包括以下步骤：

1）将所述重量份的聚丙烯树脂、所述重量份的塑胶原料聚合物树脂和所述重量份的二甲基甲酰胺于30℃-40℃下搅拌20min-30min，得到聚丙烯树脂接枝共聚塑胶原料聚合物树脂前驱体溶液；

2）将所述重量份的过氧化苯甲酰加入所述步骤1）得到的聚丙烯树脂接枝共聚塑胶原料聚合物树脂前驱体溶液中，以100rpm-150rpm转速下搅拌10min-15min；

3）将所述重量份的海藻酸钙、所述重量份的琼脂糖和所述重量份的亲水改性聚合物加入所述步骤2）得到的混合溶液中，超声波混匀，在混匀过程中不断添加所述重量份的无机多孔纳米填料，得到负载有无机多孔纳米填料的、海藻酸钙和琼脂糖生物亲和改性以及亲水改性聚合物亲水改性的聚丙烯树脂接枝共聚塑胶原料聚合物树脂凝胶；

4）将所述步骤3）得到的凝胶于2bar-3bar压力的真空下、-10℃～-5℃冷冻干燥30min-60min，得到蜂窝填料制备原料粉末；

5）将所述蜂窝填料制备原料粉末加热溶融后，由喷丝头喷出直径为1mm-2mm的纤维，再将这些纤维卷缩并重叠堆积起来，使纤维的相互交接点溶融成型，最终成为整体化的蜂窝填料。

2.根据权利要求1所述的采用具有蜂窝填料的三相流化床对城市污水脱氮除磷的方法，其特征在于，所述三相流化床包括污水进水口（1）、漏斗状固液分离池（2）、漏斗状气固液分离池（3）、污泥提升管（4）、连接漏斗状固液分离池（2）和漏斗状气固液分离池（3）的第一沉降管（5）、连接漏斗状气固液分离池（3）和污泥提升管（4）的第二沉降管（6），所述污泥提升管（4）与所述漏斗状固液分离池（2）相连通；所述污水进水口（1）设置于所述污泥提升管（4）的底端下部，并带有蠕动泵（1-1）；漏斗状固液分离池（2）和漏斗状气固液分离池（3）内填充有蜂窝填料。

3.根据权利要求2所述的采用具有蜂窝填料的三相流化床对城市污水脱氮除磷的方法，其特征在于，所述漏斗状气固液分离池（3）上部侧面设置有上浮污泥排出口（3-1）和污水排出口（3-2）。

4.根据权利要求2所述的采用具有蜂窝填料的三相流化床对城市污水脱氮除磷的方法，其特征在于，所述漏斗状气固液分离池（3）下部侧面设置有加气口（3-3）。

5.根据权利要求1所述的采用具有蜂窝填料的三相流化床对城市污水脱氮除磷的方法，其特征在于，所述蜂窝填料为正六角形或偏六角形孔隙结构，所述孔隙的直径为30mm～70mm。

6.根据权利要求1所述的采用具有蜂窝填料的三相流化床对城市污水脱氮除磷的方法，其特征在于，所述无机多孔纳米填料包括纳米NaY沸石分子筛、纳米碳、纳米硅藻土、纳米蒙脱石中的一种或多种；所述无机多孔纳米填料的粒径为20nm～30nm。

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