申请日2016.05.16
公开(公告)日2016.07.20
IPC分类号C02F9/06
摘要
本发明涉及一种城镇污水处理及资源化循环利用的方法，主要包括污水预处理、电化学处理和沉淀处理及资源化利用三个步骤，该方法能将被污染的水体净化重复循环利用，将沉淀析出的废渣(污泥)，转化、还原再资源化回收利用，制造微量元素生物腐植酸有机肥料，销售盈利。采用该方法对污水进行电化学处理，不需要使用高分子絮凝药剂聚丙烯酰胺，主要消耗电能，每处理1吨污水消耗≤0.1度电，减少污水处理费用30%以上，更突出的是，减少>50%的污泥产生，且大大去除了污泥的粘性，不会出现废渣“粘膜儿包水”的状态，而容易析出和压滤脱水，使污泥的含水率降低到50%以下，解决了“出水难用”和“毒泥围城”两大难题，还创造循环经济效益。
权利要求书
1.一种城镇污水处理及资源化循环利用的方法，其特征在于，包括如下工艺步骤：
(1)污水预处理，市政管网将分散的城市污水，汇聚集液后，对污水进行沉砂除渣处理，并用中和调节剂调节污水的pH为7.5-9，使污水的SS值降低到50mg/L以下，然后注入集液池中，集液池中的污水流入污水进水管，污水进水管连接电解槽底部的进水分布器，使污水从上而下不断注入到电解槽的底部并通过进水分布器流到电解槽底部的各个地方;
(2)电化学处理，预处理后的污水进入电解槽，电解槽连接有曝气机或鼓风机，电解槽中安装有电极，电极分别接上正负两极直流电源，两个极板间的电压为5～110V，开启直流电源对污水进行连续电化学处理，污水在电解槽中的平均停留时间为15-60分钟，污水通过污水进水管不断进入到电解槽中，电解槽中经过电化学处理的上层清液，则连续不断溢流而出通过溢流堰经出水管注入沉淀池中静置沉淀，
(3)沉淀处理及资源化利用：电化学处理后的污水流入沉淀池，在沉淀池中水和残渣迅速分离沉淀，水净化澄清，沉淀池中上层的净液也通过溢流的方式，连续不断注入清水储池，待供水管网输送到用户，在沉淀池中析出的污泥用吸泥泵抽出，抽出的污泥压滤后，输送到微肥车间或肥料厂做肥料。
2.根据权利要求1所述的城镇污水处理及资源化循环利用的方法，其特征在于，步骤(1)中所述的中和调节剂为碳酸钠、氢氧化钠、石灰乳、硫酸或盐酸。
3.根据权利要求1所述的城镇污水处理及资源化循环利用的方法，其特征在于，步骤(1)中，将污水注入集液池的方式为：利用高度落差使污水溢流注入集液池，或使用污水泵将污水注入集液池中。
4.根据权利要求1所述的城镇污水处理及资源化循环利用的方法，其特征在于，步骤(2)电化学处理中，所述电解槽中阳极的电极材料为低碳钢、石墨、含有贵重金属铂、钌、钯、铱或铑涂层的金属阳极以及涂有TiO2-RuO2涂层的钛基板阳极中的一种，阴极的电极材料为为低碳钢。
5.根据权利要求1所述的城镇污水处理及资源化循环利用的方法，其特征在于，步骤(3)资源化利用中，沉淀析出的污泥压滤后含水率降低到50%以下。
6.根据权利要求1所述的城镇污水处理及资源化循环利用的方法，其特征在于，步骤(2)电化学处理中，电解槽的结构包括：水槽、电极棒、污水进水管、进水分布器、鼓风机或曝气机、空气进气管以及空气散布器，电极棒安装在沿着水槽的内壁周边处，形成内外两圈的格局，外圈的电极棒与电源的负极相连，内圈的电极棒与电源的正极相连，正负电极棒各自连接，互不接触相互绝缘，空气进气管连接着鼓风机或曝气机，并连接设于电解槽底部的空气散布器，在电解槽上端的边缘处设有溢流堰，溢流堰中连接有出水管，出水管连接到沉淀池中。
说明书
一种城镇污水处理及资源化循环利用的方法
技术领域
本发明涉及污水处理技术领域，具体涉及一种城镇污水处理及资源化循环利用的方法。
背景技术
我国是水资源短缺的国家，当前，日益严峻的水环境污染和水资源短缺问题严重制约了我国经济社会的发展。将城市污水进行净化处理，使之达到再利用的目的，可节省大量的水资源。城镇污水处理厂，承担着城市中绝大部分污水(主要是生活污水)的处理重担，而在水污染物降解脱除过程中，又必然会不断产生较大数量的废渣淤泥，必须加以处理。城镇污水处理厂污水来源，绝大部分是机关、单位、学校、医院、部队、饭店、居民等等的生活污水，此外，还可能有个别厂企处理尚不达标(COD约400mg/L)的工业废水，也排到污水处理厂来再处理(或者稀释)后，一并排放。因此，进入污水厂处理的污水，成份比较复杂，既含有机物质、无机物质，也含有重金属、化学物质，还会有病菌病毒芽孢有害物质等等。处理起来，采取单一的某种技术，或者某种净水药剂，都很难处理彻底，实现真正意义的达标。
对于城镇污水处理的方法有很多种，大体上可以分为以下三大类：物理法、化学法和生物法。物理法一般是用过滤、沉淀、气浮等方式处理污水，过滤、沉淀法具有分离时间短、装置简单、处理量大等优点，但对处理设备性能要求较高，投资费用和运行费用也较高，气浮法的处理效率与进料位置、进气量、液面高度、气浮剂用量等操作条件密切相关，操作管理复杂，而且只能处理混浊的废水，不能处理含有毒化学物质以及浓度高的废水;化学法一般是通过加入特定的化学试剂，例如絮凝剂、络合剂或酸碱处理剂，将水中有毒的元素处理，具有基建投资少、工艺简单、操作容易、能耗低、对气温的变化适应性强，但缺点也是比较单一，成本高，不能处理含量复杂的高浓度的有机废水，尤其是对废水中小分子有机物的去除率更低，往往需要和其它处理方法结合使用，废水才能达标排放;生物法是最成熟、可靠的处理工艺之一，在生物处理方法中，又以活性污泥法应用最广，效果较佳。采用活性污泥法工艺处理生活污水，具有出水水质较好，系统运行比较稳定，处理效率较高等明显优点，但同时也具有一定的局限性：处理构筑物的体积较大，投资费用很高，而且系统对冲击负荷(污水的污染物负荷突然成倍放大或变小)的适应性较差，产生大量的剩余污泥需要进行处理等等，更有一个突出的值得提高重视的严重现象，就是生物法处理城镇污水过程中，氮、磷等指标常常容易超标难以解决。
目前城镇污水污泥处理，普遍采用机械隔渣，生化降解，药剂净化，物化絮凝，压滤脱水等传统工艺技术，都能有效降解COD、SS等指标，但降解不理想，普遍存在以下情况：1、降解难彻底：一般污染物能够脱除，而对那些透明溶于水的链状环状大分子化合物，则无能为力，出水水质达不到用水指标不能回收利用，只好排放，大大浪费水资源。2、污泥难脱水：污水处理必然会产生大量的污泥，它可以说是“放错地方的资源”，目前几乎所有领域污水处理(包括工业废水)，进行水、渣分离时，无一例外地都采用高分子絮凝剂聚丙烯酰胺，它有使用简单、快捷有效等优点，但是，它的分离过程，是以其高分子粘膜儿包住水中的污染物分子，尤如包水的胶丸，粘合在一起形成胶态集团与水分离，迅速沉淀成污泥析出。正由于其“粘膜儿包水”难压破难过滤的致命负作用，导致污泥脱水效率极差，滤渣—污泥的含水率高达70—80%，给深加工资源化利用造成极大困难，水分太高没有办法加工使用。堆置干燥吧，表层似乎干了里面还像糖心蛋，根本不能用，而且臭气扰民造成再次污染。加热烘干吧，消耗大量能源更不合算。所以，污泥脱水难题简直成了不可逾越的鸿沟。
如上所述，目前城镇污水处理的各种处理方法并不能很好的解决“降解彻底”以及“污泥处理”的问题，所以近年来很多化学、生物以及环境科学工作者都在不断研究综合的污水处理方法，我们检索到相关的部分文献如下：
1、中国专利，申请号：201410361603.4，发明名称：一种污水处理的方法，专利权人：蒙自矿冶有限责任公司，地址：云南省红河哈尼族彝族自治州蒙自市天马路66号，摘要：一种污水处理的方法，属于环保冶金技术领域。污水的预处理过程：首先将污酸和污水中和，将中和后的处理液送综合渣库经物理沉降后将上清液虹吸，然后经混凝沉淀、降低上清液硬度后送往浓密机沉淀并经压滤机压滤得到压滤渣和压滤液，压滤渣返回综合渣库;污水的深度处理：将得到的压滤液经电解氧化、电解还原、电解絮凝和电解气浮电化学工艺处理后得到电化学处理液;电化学处理液经气浮去除水中悬浮物、再经锰砂过滤、活性炭吸附后得到滤液;滤液经膜系统进行处理得到合格排出水质，其中膜系统包括纳滤、高压反渗透、低压反渗透三组。该方法浓密机废渣量减小，清理周期延长，成本减少，同时延长了处理液的沉降时间，水体浊度减小。
2、中国专利，申请号：201410069088.2，发明名称：一种电化学同步脱氮除磷装置及城市污水处理方法，专利权人：中国科学院生态环境研究中心，地址：北京市海淀区双清路18号，摘要：一种电化学同步脱氮除磷装置及城市污水处理方法，属于污水处理技术领域。将电化学水处理技术中所常用的形稳电极、铁电极、铝电极、镁电极与铜修饰不锈钢电极组合，可在同一电解池内进行城市污水的脱氮除磷处理，装置结构简单，操作方便，效率高，出水指标稳定，可实现规模化、自动化污水处理。该发明城市污水处理方法工艺简单，操作方便，节省人力、物力，能耗低，污水污染指标去除率高，城市污水指标化学需氧量、硝酸盐氮、氨氮、总磷的去除率分别可达到92%以上。
3、中国专利，申请号：201210232453.8，发明名称：一种电化学直接氧化污泥的处理工艺，专利权人：常州浩瀚新材料科技有限公司，地址：江苏省常州市新北区长江中路25号三晶工业园1号楼，摘要：一种电化学直接氧化污泥的处理工艺，采用了两级电化学直接氧化技术对含水率99.6%的污泥进行氧化分解处理，使剩余污泥减量达到95%以上，可广泛用于城市生活污水处理厂、城市综合污水处理厂、城市化工污水处理厂的污泥处理与处置，为污泥的安全处理处置提供洁净的、低能耗的解决方案。
上述检索到的处理污水或处理污泥的方法，都是具有针对性的对污水进行处理或者是再对污水处理后产生的污泥(滤渣)进行处理，如上述的文献1和文献2，虽然对污水处理后，污水污染指标去除率高，但是这两个方法的工艺过程中并没有提到对污水处理过程中产生的滤渣(污泥)该如何处理的问题，因此还是会产生大量的剩余污泥需要进行处理，而处理污泥的过程中也会存在污泥难脱水的问题。而上述提到的文献3是针对污水处理厂中产生的污泥进行处理的一个方法，但如果按照目前城镇污水处理得到的污泥，污泥含水量高，采用电化学直接氧化污泥的处理工艺其处理成本也会高，从而使得污水处理厂对污水进行处理整个流程下来的成本会提高。因此，研发出一种既对污水起到很好的处理效果使其降解彻底、效率高;又能降低所产生的污泥的含水率，不会出现废渣“粘膜儿包水”的状态的污水处理方法。同时更能降低污水处理厂的成本，才是城镇污水处理的必由之路。
发明内容
本发明的目的在于针对现有城镇污水处理工艺中存在的“降解难彻底”和“污泥难脱水”的问题，提供一种城镇污水处理再资源化循环利用的高新技术方法。该方法颠覆了常规处理城镇生活污水依靠药剂为主的传统技术，从源头治起，可将城镇生活污水净化，达到饮、用水标准;该方法使用电化学处理技术电解凝聚工艺，取代高分子絮凝剂聚丙烯酰胺，提高脱水率、去除污泥粘性，减少渣(污泥)量的产生;该方法不仅大大降低城镇生活污水处理运行成本，而且水、渣转化还原再资源化全部回收重复利用，创造循环经济效益。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种城镇污水处理及资源化循环利用的方法，包括如下工艺步骤：
(1)污水预处理，市政管网将分散的城市污水，汇聚集液后，对污水进行沉砂除渣处理，并用中和调节剂调节污水的pH为7.5-9，使污水的SS值降低到50mg/L以下，然后注入集液池中，集液池中的污水流入污水进水管，污水进水管连接电解槽底部的进水分布器，使污水从上而下不断注入到电解槽的底部并通过进水分布器流到电解槽底部的各个地方;
(2)电化学处理，预处理后的污水进入电解槽，电解槽连接有曝气机或鼓风机，在输送流动中，污水自然产生冲力，再加曝气搅拌、推流，便在电解槽中不断翻腾不断流动;电解槽中安装有电极，电极分别接上正负两极直流电源，两个极板间的电压为5～110V，开启直流电源对污水进行连续电化学处理，污水在电解槽中的平均停留时间为15-60分钟，污水通过污水进水管不断进入到电解槽中，电解槽中经过电化学处理的上层清液，则连续不断溢流而出通过溢流堰经出水管注入沉淀池中静置沉淀;通过电解槽中电极电场作用，集微电解、电解凝聚、催化氧化、吸附等电极反应综合应用，以及污水中原存在的化学物质发生化学反应不断产生的的强氧化剂如原子氧、臭氧、溶解氧、氯气、二氧化氯、过氧化氢和高锰酸盐等，对污染物进行分子破碎、断链开环、结构转化、强制降解、深度处理，水和渣迅速分离，水迅速净化澄清，渣迅速沉淀析出;
(3)沉淀处理及资源化利用：电化学处理后的污水流入沉淀池，在沉淀池中水和残渣迅速分离沉淀，水净化澄清，沉淀池中上层的净液也通过溢流的方式，连续不断注入清水储池，待供水管网输送到用户，在沉淀池中析出的污泥用吸泥泵抽出，抽出的污泥压滤后，输送到微肥车间制造微量元素生物腐植酸有机肥料，进入市场销售盈利，或运去肥料厂做肥料。
上述的城镇污水处理及资源化循环利用的方法，步骤(1)中所述的中和调节剂为碳酸钠、氢氧化钠、石灰乳、硫酸或盐酸。
上述的城镇污水处理及资源化循环利用的方法，步骤(1)中，将污水注入集液池的方法为：利用高度落差使污水溢流注入集液池，或使用污水泵将污水注入集液池中。
上述的城镇污水处理及资源化循环利用的方法，步骤(2)电化学处理中，所述电解槽中阳极的电极材料为低碳钢、石墨、含有贵重金属铂、钌、钯、铱或铑涂层的金属阳极以及涂有TiO2-RuO2涂层的钛基板阳极中的一种，阴极的电极材料为为低碳钢。
上述的城镇污水处理及资源化循环利用的方法，步骤(3)资源化利用中，沉淀析出的污泥压滤后含水率降低到50%以下。
上述的城镇污水处理及资源化循环利用的方法，步骤(2)电化学处理中，电解槽的结构包括：水槽、电极棒、污水进水管、进水分布器、鼓风机或曝气机、空气进气管以及空气散布器，电极棒安装在沿着水槽的内壁周边处，形成内外两圈的格局，外圈的电极棒与电源的负极相连，内圈的电极棒与电源的正极相连，正负电极棒各自连接，互不接触相互绝缘，空气进气管连接着鼓风机或曝气机，并连接设于电解槽底部的空气散布器，空气散布器能使鼓入的空气更加均匀的分散到电解槽的底部的各个地方，使得曝气更加均匀而全面，在污水输送流程中，通过电解槽底部的进水分布器，再加曝气搅拌、推流，使得污水在电解槽中不停翻腾不断流动;在电解槽上端的边缘处设有溢流堰，溢流堰中连接有出水管，出水管连接到沉淀池中。
本发明城镇污水处理再资源化循环利用的方法，步骤(2)电化学处理中，每处理1吨污水消耗≤0.1度电，大大降低了污水处理的成本。
本发明的有益效果为：
1、本发明城镇污水处理及资源化循环利用的方法，流程短，耗时少，污水经汇聚集液除渣沉砂中和调节，进入本处理系统后，只经过电化学处理一个处理单元，取代传统技术工艺的：前置(药剂)处理、生化(活性淤泥法)厌氧好氧兼氧处理、絮凝(投药降解)处理、两级沉淀(一沉二沉)处理、剩余淤泥浓缩处理等复杂繁琐的工艺处理流程，其中电化学处理过程的微电解、电解凝聚，则取代了水渣分离、絮凝沉淀的高分子絮凝药剂聚丙烯酰胺的使用，而且使分离沉淀的废渣(淤泥)迅速自然沉淀，粘稠度大大减低，淤泥脱水率由20%提高到50%，淤泥含水量由80%降低到50%以下，再不是“糖心蛋”状态，极好成为资源和原料回收利用。
2、本发明城镇污水处理及资源化循环利用的方法，能将被污染的水体净化重复利用，污水中含有各种污染物质，通过电解槽中电极电场作用，这些物质发生转化还原反应，生成强氧化性物质，使得流失于污水中的污染物质﹣原料、材料、辅料、助剂、药剂等等再资源化回收利用，从源头治起，将污水净化，达到用水标准，节约水资源。
3、本发明使用电化学处理技术电解凝聚工艺，颠覆了物化生化药物处理传统技术，采用电解的方式取代了昂贵的净水剂、絮凝剂及药物的使用，处理系统基本消除二次污染，提高废渣污泥脱水率、大大去除粘性，减少渣(污泥)量。而且本发明城镇污水处理再资源化循环利用的方法，步骤(2)电化学处理中，每处理1吨污水消耗≤0.1度电，大大降低了污水处理的成本。
4、本发明的城镇污水处理及资源化循环利用的方法，经处理后污泥无害化，全部回收，再经生物腐植酸专利发酵剂发酵处理，制成高价值的生物腐植酸有机复合肥料，或配制成微量元素生物腐植酸有机复合肥料，用于发展现代农业，促进生态农业，改良土壤，修复植被，改造盐碱地。
5、本发明的城镇污水处理及资源化循环利用的方法工艺稳定、出水水质好，污泥产生量大大减少，而且运行成本低，全程自动化控制，运行、维护简单方便，具有零排放、全利用、无污染、增效益的特点;可以应用于新建项目的污水治理，也可对不达标的装置进行达标改造和完善。
6、本发明的城镇污水处理及资源化循环利用的方法，经过处理后的排放出水，可优于《污水综合排放标准》(GB18918-2002)中规定的城镇污水处理厂处理排放的一级标准，达到回用水的指标。而且采用该方法处理污水，废(污)水与污水中含有的污染物得到再资源化全部回收循环利用;污泥则全部回收制造生物腐植酸有机复合肥，提高了资源的利用率，其回收收益很高，可不断创收循环经济效益。该方法处理效率和自动化程度高，而且流程精练简捷，能耗很低，人工费大大减少，处理费用将大大降低。
7、本发明的城镇污水处理及资源化循环利用的方法主要是以电化学处理的方式对污水进行处理，它是集微电解、电解凝聚、催化氧化、吸附等多种电极反应过程为一体综合应用，在污水处理过程中，电化学处理的强氧化作用，和处理过程中产生的强氧化剂如：原子氧、臭氧、氯气、二氧化氯、过氧化氢和高锰酸盐等等强氧化剂，能有效杀灭一切病菌、病毒和芽孢，确保出水安全使用;许多难以降解的色素，经电化学处理，发色基团遭到破坏，或者分子能级发生变化，从而，改变了吸收光谱，颜色即不再显现;各种重金属及有害物质，经电化学处理，确保降解到0.001以下或者全部脱除;电解凝聚，取代高分子絮凝药剂聚丙烯酰胺的使用，使渣水自然分离沉淀。采用本发明方法对污水进行处理，不单减少了高分子絮凝药剂聚丙烯酰胺的费用，更突出的是，减少了50%的污泥产生，且去除了污泥的粘性，不会出现废渣“粘膜儿包水”的状态，而容易析出和压滤脱水，使污泥的含水率降低到50%以下，采用本发明的方法处理污水，不仅彻底解决了“出水难用”和“毒泥围城”两大难题，而且经济效益、社会效益、环保效益等等方面，都有着常规城市污水处理工艺无以比拟的优势，独树一帜。
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