一种磁性强化污水碳源捕集方法与流程

1.本发明属于水处理技术领域，具体涉及一种磁性强化污水碳源捕集方法。


背景技术：

2.传统污水处理厂多采用活性污泥法及其衍生法来处理城镇污水，而这些传统的污水处理技术，大多采用“高能耗换水质”“以能耗能”的形式，利用高耗能好氧处理技术降解碳源有机物，直接将污水中的碳源有机物氧化为二氧化碳等温室气体排放到大气中，与当下低碳节能减排的可持续发展理念相悖。
3.目前，城市污水处理厂采用的能源回收方式主要是通过对剩余污泥进行厌氧消化，将污泥中的碳源有机物转化为甲烷，并进一步转化成电能或热能实现能源回收。但从整个污水污泥处理过程来看，只有大约25%的污水碳源有机物被转化成能源物质，污水中大部分的碳源有机物在污水厂处理过程中通过耗能曝气被转化成了二氧化碳而没有得到有效的捕集利用。


技术实现要素：

4.针对上述现有技术中存在的不足，本发明提供了一种磁性强化污水碳源捕集方法，该方法通过加入磁性介体进行碳源捕集、并与生物吸附反应及活性炭吸附相结合，实现对污水中颗粒态、胶体态和溶解态碳源有机物的分步捕集，碳源捕集率高、处理快速高效，节约药耗。
5.为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：一种磁性强化污水碳源捕集方法，所述方法包括如下步骤：步骤s100、将混凝剂和磁性介体投加至污水中，搅拌混凝，形成含有絮体的中间出水一；步骤s200、利用第一磁分离装置对所述中间出水一进行絮体分离，获得浓缩碳源一和中间出水二；步骤s300、向所述中间出水二中投加生物絮凝剂和磁性介体，搅拌混合，进行生物絮凝吸附碳源，获得含有絮体的中间出水三；步骤s400、在所述中间出水三中投加助凝剂和活性炭，搅拌混合进行絮凝和吸附，获得中间出水四；步骤s500、利用第二磁分离装置对所述中间出水四进行絮体分离，获得浓缩碳源二和出水；步骤s600、将所述浓缩碳源一和所述浓缩碳源二进行厌氧消化反应，获得甲烷和消化后泥水混合物；步骤s700、利用磁回收装置对所述消化后泥水混合物进行分散、回收，获得回收磁性介体和污泥。
6.在本技术的一种实施例中，还包括步骤s710、将所述步骤s700获得的回收磁性介
体作为所述步骤s100和/或步骤s300中的磁性介体投加至所述污水和/或中间出水二中，循环利用。
7.在本技术的一种实施例中，还包括步骤s720、将所述步骤s700获得的污泥，部分投加至所述步骤s300的中间出水二中，作为回流污泥使用；另一部分外排。
8.在本技术的一种实施例中，还包括步骤s610、将所述步骤s600获得的消化后泥水混合物部分输送回流至所述步骤s300的中间出水二中进行生物絮凝吸附碳源；另一部分进行所述步骤s700的分散回收处理。
9.在本技术的一种实施例中，所述步骤s100的污水中，混凝剂的投加浓度为15~50 mg/l，搅拌混凝反应时长为3~5 min。
10.在本技术的一种实施例中，所述步骤s100的污水中，所述磁性介体的投加浓度为所述污水中初始固体悬浮物浓度的0.8~2倍。
11.在本技术的一种实施例中，所述步骤s300中，投加的所述生物絮凝剂的初始浓度为5~10 g/l，投加至所述中间出水二后的生物絮凝剂浓度为0.1~1 g/l；生物吸附反应时长为10~30 min，溶解氧浓度为0~0.5 mg/l。
12.在本技术的一种实施例中，在所述步骤s300中，所述中间出水二中的磁性介体浓度为生物絮凝剂浓度的0.01~0.5倍。
13.在本技术的一种实施例中，所述步骤s400中，投加至所述中间出水三中的活性炭浓度为5~20 mg/l，助凝剂浓度为1~3 mg/l，絮凝和吸附反应时长为3~5 min。
14.在本技术的一种实施例中，所述混凝剂为聚合氯化铝、聚合硫酸铁、氯化铁、硫酸铝中的一种或多种；和/或，所述助凝剂为聚丙烯酰胺；和/或，所述活性炭为150~300目的粉末活性炭；和/或，所述生物絮凝剂为活性污泥、厌氧消化污泥、污泥提取物中的一种或多种。
15.与现有技术相比，本发明的有益效果是：1、本技术的方法，首先加入磁性介体和混凝剂对污水进行处理，快速捕集和分离出污水中的颗粒态和胶体态碳源有机物，有效降低后续处理碳源的运行负荷，降低生物吸附所需生物絮凝剂的量，减少后续单元药剂的投加量；其次进行磁混凝强化生物絮凝吸附，捕集污水中剩余的胶体态和溶解态碳源有机物；然后利用活性炭和助凝剂进一步捕集污水中残留的溶解态碳源有机物；即本技术采用磁加载化学混凝、生物吸附和活性炭吸附相结合的三级碳源捕集，实现了对颗粒态、胶体态和溶解态碳源有机物的针对性、分步捕集，充分发挥了各级碳源捕集环节的技术优势，大幅提高了碳源有机物的浓缩捕集率。
16.与现有磁加载处理技术不同之处还在于，捕集的碳源有机物与磁性介体和活性炭一起进行厌氧消化产甲烷，实现了捕集碳源的资源化利用；且磁性介体可作为微生物种间电子传递的载体，提高电子传递效率，改变乙酸降解途径来提高产甲烷的效率，同时，磁性介体也可以释放fe
2+
来促进产甲烷；此外，先进行厌氧消化，可将磁性介体表面的粘性碳源有机物消耗殆尽，转变为低粘度的无机物，有利于后续的磁性介体回收。活性炭可以提升厌氧消化系统的稳定性、缓解氨氮抑制现象，同时也能作为厌氧消化中微生物的载体提供附着位点。
17.2、使用第一磁分离装置、第二次分离装置和磁回收装置分离含磁性介体的浓缩碳
源和水体，大幅缩短了泥水分离时间，使得整个污水处理流程时间缩短，运行负荷更高，设备占地面积更小。
18.3、磁性介体回收后再投加至污水和中间出水二中，实现了磁性介体的循环利用，可有效减少磁性介体及后续药剂（混凝剂、助凝剂等）的投加量；消化后泥水混合物包含厌氧污泥和磁性介体，经磁回收装置分离出的污泥也为厌氧污泥，厌氧污泥部分投加至中间出水二中，作为回流污泥使用，能够避免污水中碳源有机物被好氧降解消耗，同时能够对污水中的碳源有机物提前进行水解酸化，有利于后续厌氧消化。
19.4、本技术的磁性强化污水碳源捕集方法，可处理cod（chemical oxygen demand）浓度在150~500 mg/l的城镇污水，对cod的捕集率为77%~85%，捕集的浓缩碳源cod浓度达到10000~20000 mg/l，同时可以有效捕集90%以上的总磷（total phosphorus，tp）和固体悬浮物（suspended-solid，ss），可有效降低后续处理工艺的负荷，提高处理效率。
附图说明
20.为了更清楚地说明本技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
21.图1为本发明中磁性强化污水碳源捕集方法的工艺流程示意图。
具体实施方式
22.在下文中，经简单地描述了某些示例性实施例。正如本领域技术人员可认识到的那样，在不脱离本发明申请实施例的精神或范围的情况下，可通过各种不同的方式修改所描述的实施例。因此，附图和描述被认为本质上是示例性的而非限制性的。
23.下面结合附图对本发明的实施例进行详细说明。
24.实施例1参见图1，本实施例公开了一种磁性强化污水碳源捕集方法，可用于处理城镇污水，该方法包括如下步骤：步骤s100、污水进入一级碳源捕集池中，向该一级碳源捕集池中的污水内投加混凝剂和磁性介体，通过搅拌装置搅拌混凝形成絮体，捕集污水中的颗粒态、胶体态碳源有机物，获得含有絮体的中间出水一。
25.步骤s200、将获得的中间出水一输入第一磁分离装置中进行磁性絮体分离，第一磁分离装置包括磁力磁盘和刮渣条，通过磁力磁盘吸附含磁性介体的絮体，将絮体和水进行分离，获得浓缩碳源一和中间出水二。
26.步骤s300、将获得的中间出水二输入二级碳源捕集池中，向该二级碳源捕集池中的中间出水二内投加生物絮凝剂和磁性介体，搅拌混合使生物絮凝剂和磁性介体相结合形成含磁性介体的生物絮体，通过使用或不使用鼓风机和曝气装置对二级碳源捕集池内的中间出水二进行曝气或不曝气，控制水中溶解氧浓度，维持生物絮凝剂的生物活性以进行生物吸附，实现捕集中间出水二中剩余的颗粒态、胶体态和溶解态碳源有机物，从而获得含有絮体的中间出水三。其中，生物絮凝剂可为活性污泥、厌氧消化污泥、污泥提取物中的一种
或多种。
27.步骤s400、将获得的中间出水三输入三级碳源捕集池中，向该三级碳源捕集池中的中间出水三内投加助凝剂和活性炭，搅拌混合，助凝剂使中间出水三中的生物絮体更大更密实，活性炭与污水充分接触进行物理吸附，捕集中间出水三中残留的溶解态碳源有机物，然后获得中间出水四。
28.步骤s500、将获得的中间出水四输入第二磁分离装置中进行磁性絮体分离，通过磁力磁盘和刮渣条进行吸附、分离，实现将加载磁性介体的絮体和活性炭等与水分离，获得浓缩碳源二和出水。其中，出水排往后续工序进行处理或进行排放。
29.步骤s600、将步骤s200获得的浓缩碳源一和步骤s500获得的浓缩碳源二输送入厌氧消化池中进行厌氧消化反应，厌氧消化反应后获得甲烷和消化后泥水混合物。甲烷作为能源物质，收集后进行利用。
30.步骤s700、将获得的消化后泥水混合物输送入磁回收装置中进行处理，其中磁回收装置包括絮团分散机和磁毂，消化后泥水混合物先经絮团分散机打散，然后进行磁性介体分离回收，获得回收磁性介体和污泥。
31.综上，该方法首先加入磁性介体和混凝剂对污水进行处理，快速捕集和分离出污水中的颗粒态和胶体态碳源有机物，有效降低了后续处理碳源的运行负荷，降低了生物吸附反应所需生物絮凝剂的量，减少了后续单元药剂的投加量；其次进行磁混凝强化生物吸附，捕集污水中剩余的胶体态和溶解态碳源有机物；然后利用活性炭和助凝剂进一步捕集污水中残留的溶解态碳源有机物。即该方法通过磁加载化学混凝、生物吸附和活性炭吸附相结合的三级碳源捕集，实现了对颗粒态、胶体态和溶解态碳源有机物的针对性、分步捕集，充分发挥了各级碳源捕集环节的技术优势，大幅提高了碳源有机物的浓缩捕集率。
32.在进行生物吸附前，先采用磁性介体与混凝剂结合，对碳源有机物进行磁加载吸附分离，使污水在耗能曝气前将大部分颗粒态和胶体态碳源有机物从污水中捕集出来，实现了污泥增量用于能源回收（进行厌氧消化），大幅提高了污水中的碳源利用率、减少了能耗及温室气体的排放。
33.此外，该方法与现有磁加载处理技术不同之处还在于，捕集的碳源有机物与磁性介体和活性炭一起进入厌氧消化池，进行厌氧消化反应产甲烷，实现了捕集碳源的资源化利用；且磁性介体可作为微生物种间电子传递的载体，提高电子传递效率，改变乙酸降解途径来提高产甲烷的效率，同时，磁性介体也可以释放fe
2+
来促进产甲烷；并且，先进行厌氧消化，可将磁性介体表面的粘性碳源有机物消耗殆尽，转变为低粘度的无机物，有利于后续的磁性介体回收。活性炭可以提升厌氧消化系统的稳定性、缓解氨氮抑制现象，同时也能作为厌氧消化中微生物的载体提供附着位点。
34.实施例2本实施例的磁性强化污水碳源捕集方法，在实施例1的基础上还包括步骤s610、步骤s710和步骤s720。
35.其中，步骤s610：将步骤s600中厌氧消化后获得的消化后泥水混合物部分输送回流至二级碳源捕集池中，与中间出水二在二级碳源捕集池中进行生物絮凝吸附碳源反应；另一部分消化后泥水混合物则进入磁回收装置进行磁性介体的分离回收。
36.厌氧消化后的消化后泥水混合物回流使用，可补充步骤s300中的污泥投加量，减
少初始生物絮凝剂用量；且该消化后泥水混合物中的污泥为厌氧污泥，投加至二级碳源捕集池中能够减少污水中碳源有机物被好氧降解消耗，并能够对污水中的碳源有机物进行提前水解酸化，有利于后续的厌氧消化。此外，该消化后泥水混合物内含有磁性介体，磁性介体表面吸附的碳源有机物经厌氧消化后转变成了低粘度的无机物，使得磁性介体又具有磁性加载效力，回流重复使用，可减少后续磁回收装置的负荷，实现节能减耗的目的。
37.步骤s710：将步骤s700中分离回收获得的回收磁性介体输送至一级碳源捕集池和/或二级碳源捕集池中，用于污水和/或中间出水二的混凝、吸附处理，实现磁性介体的回收循环使用，有效减少外加磁性介体的投入。
38.步骤s720：将步骤s700中分离获得的污泥，部分回流投加至二级碳源捕集池中，对中间出水二进行生物吸附处理，即一部分污泥作为回流污泥使用，另一部分污泥外排。
39.分离出的污泥为厌氧污泥，回流至二级碳源捕集池中使用，能够避免污水中碳源有机物被好氧降解消耗，并能对污水中的碳源有机物进行提前水解酸化，有利于后续厌氧消化，提高碳源回收率。
40.实施例3本实施例的磁性强化污水碳源捕集方法，在实施例1或实施例2的基础上还包括步骤s210。
41.步骤s210：将步骤s200中获得的浓缩碳源一部分输送至后续生物深度脱氮处理工序，作为补充碳源使用。
42.因生物法污水处理工艺后期的深度脱氮需要额外添加碳源，将城镇污水中的碳源在处理前期进行浓缩捕集，并作为碳源补充用于深度脱氮工序，可有效消减污泥总量、节约成本、减少碳排放。
43.此外，在步骤s600中，还可向厌氧消化池中投加其他外源污泥和餐厨垃圾等有机废物。进一步实现碳源的资源化利用，同时可产生更多的厌氧污泥补充到二级碳源捕集池中进行生物吸附。
44.实施例4本实施例的磁性强化污水碳源捕集方法，在实施例1、实施例2或实施例3的基础上：其步骤s100中，向一级碳源捕集池内的污水中投加混凝剂和磁性介体，该混凝剂为聚合氯化铝（pac）、聚合硫酸铁（pfs）、氯化铁、硫酸铝中的一种或多种的混合物。
45.机械搅拌混凝，控制污水中混凝剂的浓度在15~50 mg/l范围内；控制磁性介体的投加浓度为污水中初始固体悬浮物（ss）浓度的0.8~2倍。搅拌浆转速为100~150 r/min，反应时长控制在3~5 min。
46.其步骤s300中，投加生物絮凝剂的初始浓度为5~10 g/l，投加至二级碳源捕集池内后，控制二级碳源捕集池内的中间出水二中的生物絮凝剂浓度在0.1~1 g/l范围内。投加至二级碳源捕集池内的磁性介体的浓度控制在该二级碳源捕集池内生物絮凝剂浓度的0.01~0.5倍范围内。
47.曝气或不曝气并搅拌混合，进行生物吸附反应，控制二级碳源捕集池内水体的溶解氧浓度为0~0.5 mg/l，搅拌速度为70~100 r/min，生物吸附反应时长为10~30 min。
48.其步骤s400中，向三级碳源捕集池内的中间出水三中投加助凝剂和活性炭，搅拌
混合，搅拌转速为70~100 r/min；该助凝剂为聚丙烯酰胺，投加后的浓度控制在1~3 mg/l范围内；活性炭为150~300目的粉末活性炭，投加后的浓度控制在5~20 mg/l范围内。控制中间出水三在三级碳源捕集池内絮凝、吸附的反应时长在3~5 min范围内。
49.综上，采用上述实施例的方法处理cod浓度为150~500 mg/l的城镇污水时，对cod的捕集率可达77%~85%，捕集的浓缩碳源的cod浓度达到10000~20000 mg/l，同时可以有效捕集污水中大部分的tp和ss，对tp和ss的捕集率均在90%以上。