申请日2016.03.29
公开(公告)日2016.07.20
IPC分类号C02F9/08
摘要
本发明公开一种富藻水或高浓度有机废水的处理方法，属于污水处理领域，包括以下步骤：将有机废水抽入改良的气浮?沉淀一体化池，采用空化技术进行微纳米曝气处理，气源使用空气源臭氧或纯氧气源臭氧，形成水、气、有机物的三相混合体系;向一体化池中加入絮凝剂、助凝剂;开启紫外线灯进行照射，在二氧化钛薄膜的光催化作用下，氧化并分解废水中的有机物;处理水中轻质的有机物或藻渣通过刮渣机流入污泥槽，再通过污泥下行管连同一体化池底部的污泥一起流入污泥出口进行收集，清水通过清水出口流出。本发明是在一个系统内实现三相分离的同时，对处理介质进行两级AOP反应，高效解决高浓度藻浆水、难降解高浓度有机废水深度处理达标排放问题。
权利要求书
1.一种富藻水或高浓度有机废水的处理方法，其特征在于包括以下步骤：
(1)一级AOP：将有机废水抽入改良的气浮-沉淀一体化池，采用空化技术进行微纳米曝气处理，气源使用空气源臭氧或纯氧气源臭氧，形成水、气、有机物的三相混合体系;
(2)向改良的气浮-沉淀一体化池中加入絮凝剂、助凝剂;
(3)二级AOP：开启紫外线灯进行照射，在二氧化钛薄膜的光催化作用下，氧化和分解废水中的有机物;
(4)三相物相分离：轻质上浮有机物及其他浮渣通过水面刮渣机流入污泥槽，再通过污泥下行管连同改良的气浮-沉淀一体化池底部的重质沉淀污泥一起流入污泥出口进行收集，清水通过清水出口流出。
2.根据权利要求1所述的一种富藻水或高浓度有机废水的处理方法，其特征在于，所述步骤(1)中的空化技术采用的设备包括反冲激式微纳米气泡释放器和气水混合均衡器。
3.根据权利要求1所述的一种富藻水或高浓度有机废水的处理方法，其特征在于，所述步骤(3)絮凝剂投加量为：0.05～0.3ml/L，所述助凝剂的投加量为：0.04～0.6ml/L。
4.根据权利要求1所述的一种富藻水或高浓度有机废水的处理方法，其特征在于，所述紫外线灯的强度为45～55mJ/cm2，照射时间为0.5-7小时。
5.根据权利要求4所述的一种富藻水或高浓度有机废水的处理方法，其特征在于，所述二氧化钛负载于所述改良的气浮-沉淀一体化池的池壁四周和斜管中，形成一层锐钛型二氧化钛纳米薄膜。
6.根据权利要求1所述的一种富藻水或高浓度有机废水的处理方法，其特征在于，所述步骤(5)中沉淀时间为0.5～1.5小时。
说明书
一种富藻水或高浓度有机废水的处理方法
技术领域
本发明涉及污水处理技术领域，特别涉及一种富藻水或高浓度有机废水的处理方法。
背景技术
蓝藻是地球上最早的光合放氧生物，对地球表面从无氧的大气环境变为有氧环境起了巨大的作用。藻类含有生物固氮酶，绝大部分藻类可以利用光能驱动直接对大气和水体中的碳、氮进行生物固氮和固碳。这一能力可以提高土壤肥力，使作物增产。在水中由于藻类超强的固氮能力和繁殖力，藻类既是水体进化的功臣，但因为藻类含水率高，广泛分布在水中、个体微小而难于从水体去除分离。因此，藻类因为繁殖旺盛、生命周期短和对生存环境资源的争夺而成为水环境迅速恶化的标志。还有的藻类成为人们的食品，如著名的红球藻、发菜和普通念珠藻、螺旋藻等。
但是，蓝藻也存在以下主要危害:在营养丰富的水体中，有些蓝藻常于夏季大量繁殖，并在水面形成一层蓝绿色有腥臭味的浮沫，称为“水华”，大规模的蓝藻爆发，被称为“绿潮”，和海洋发生的“赤潮”对应。绿潮引起水质恶化，严重时耗尽水中氧气而造成鱼类的死亡。更为严重的是，蓝藻中有些种类还会产生藻毒素(microcystins，简称MCs)，大约50%的绿潮中含有大量MCs。MCs除了直接对鱼类、人畜产生毒害之外，也是肝癌和消化道恶性肿瘤的重要诱因。目前我国大、中、小湖泊也面临严重的污染问题，比较有代表性的是太湖、巢湖、滇池、星云湖等。
另外，我国广大地区的饮用水资源也面临严重的污染问题。大量高浓度有机工业废水不达标外排，县级以下地区绝大部分生活污水不经处理直接排放，广大农村地区不合理使用化肥、农药等农用化学物质，对地表水影响日趋严重。全国大部分城市和地区的地表和地下淡水资源己受到水质恶化和水生态系统被破坏的威胁。全国1/3以上的河段受到污染，90%以上的城市水域污染严重，50%的重点城镇水源地不符合饮用水标准。我国城市水资源质量也较差，大部分城市和地区地下水位连续下降，形成了不同规模的地下水降落漏斗，形势相当严峻。造成水资源严重污染的根本原因是大量的生产生活废水未经处理或虽经处理但未达标就排入环境。这些未得到充分利用的废水既污染环境，又浪费资源，迫切需要进行资源化利用。水中的各种污染物中尤其是高浓度的有机污染物一旦进入自然环境后不仅在水中存在时间长、迁移范围广，而且危害大、处理难度艰巨。
本发明旨在针对现有湖泊富蓝藻水的治理技术的不足包括：
1、水处理后蓝藻处理灭活技术不全，蓝藻依然存活，蓝藻囊泡解体后的藻毒素散逸等，因此处置不当会引起其他水体、土壤的次生性污染;
2、富营养化水体经过简单的气浮分离水质变化不大，例如：太湖和滇池水体经过加药絮凝简单的水藻分离后，水质变化不大，仅仅提高了一级。
发明内容
本发明提供了一种富藻水或高浓度有机废水的处理方法，解决现有的有机废水污水处理效果不好及易产生次生性污染的问题。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
一种富藻水或高浓度有机废水的处理方法，包括以下步骤：
(1)一级AOP：将有机废水抽入改良的气浮-沉淀一体化池，采用空化技术进行微纳米曝气处理，气源使用空气源臭氧或纯氧气源臭氧，形成水、气、有机物的三相混合体系;改良的气浮-沉淀一体化池与传统气浮池比较区别是在气浮泡头反应区之后加装了斜板或斜管，使三相分离过程中SS杂质沉淀更快，分离效率更高、明显提高出水水质和水力停留时间，较传统气浮设备减小了容积和占地面积;在改良的气浮-沉淀一体化池中加入浓度40mg/L的臭氧，臭氧在微纳米气泡中存在的量也得到增加，这种微纳米气泡与富藻水或高浓度有机废水和蓝藻水接触率也得到提高，使其反应更加充分，富藻水中的蓝藻经过第一步作用蓝藻的蛋白质结构被灭活和藻毒素被固定，区别于其他方式的是这一过程不能让藻类蛋白质结构被灭活前囊泡被压破，从而释放藻毒素污染水体和环境;
(2)向改良的气浮-沉淀一体化池中加入絮凝剂、助凝剂;
(3)二级AOP：开启紫外线灯进行照射，在二氧化钛薄膜的光催化作用下，光催化氧化和分解废水中的有机物，在上一过程中氧化不完全的蓝藻在这里蛋白质结构被UV+TiO2光催化氧化作用下被灭活、藻毒素被固定;
(4)三相物相分离：漂浮在上清液上面的轻质藻渣或其他有机物通过刮渣机流入污泥槽，再通过污泥下行管连同改良的气浮-沉淀一体化池底部的沉淀的污泥一起流入污泥出口进行收集，根据处理介质和分离目的不同也可以和底部污泥出口各行其道;清水通过清水出口流出。
其中，优选地，所述步骤(1)中的空化技术采用设备包括反冲激式微纳米气泡释放器和气水混合均衡器，反冲激式微纳米气泡释放器为本申请人申请的另一项专利技术(ZL201420389430.2)，气水混合均衡器为本申请人申请的另一项专利技术(ZL201420389556.X)。
其中，优选地，所述步骤(3)絮凝剂投加量为0.05～0.3ml/L，所述助凝剂的投加量为0.04～0.6ml/L。
其中，优选地，所述紫外线灯的强度为45～55mJ/cm2，照射时间根据处理介质、难度和要求不同，在0.5小时和7小时之内灵活调整。
其中，优选地，所述二氧化钛负载于所述改良的气浮-沉淀一体化池的池壁四周和斜管中，形成一层锐钛型二氧化钛纳米薄膜。此技术克服了二氧化钛易流失和难回收的困难并且使反应面积、效率增大，二氧化钛在常温下无选择氧化水中的有机物，现有的光催化剂效率不高，对可见光的利用率低，而二氧化钛的光催化反应过程，很大程度依靠第一步的光子激发，紫外线灯很大程度改善了自然光利用率低的现状，提供了充足的紫外线光，所以有足够激发二氧化钛的光子，能提供足够的能量，
其中，优选地，所述步骤(5)中沉淀时间为0.5～1.5小时。
本发明的处理方法具体涉及利用微纳米空化气浮技术对富营养化含藻水或浓藻浆进行水、藻分离作业。其中，微纳米空化技术中，气泡的体积和表面积的关系可以通过公式表示。气泡的体积公式为V=4π/3r3，气泡的表面积公式为A=4πr2，两公式合并可得A=3V/r，即V总=n·A=3V总/r。也就是说，在总体积不变(V不变)的情况下，气泡总的表面积与单个气泡的直径成反比。根据公式，10微米的气泡与1毫米的气泡相比较，在一定体积下前者的比表面积理论上是后者的100倍。空气和水的接触面积就增加了100倍，各种反应速度也增加了100倍。
本发明在微纳米空化技术空化过程中引入臭氧代替空气，使原本已经具备纳米气浮空化效应的气浮分离作用因为使用空气源臭氧或纯氧气源臭氧而具备超强的臭氧微纳米空化氧化作用(超级AOP作用)，由于O3经过微纳米空化后，在水中发生微电解反应，其微气泡与水反应生成活性更强的带负正、负电位离子，迅速与水中微生物和污染物形成凝聚团，在起到高度氧化分解作用的同时发挥优越的微电絮凝作用。因此相比传统气浮设备可以针对不同处理介质，少用或者不用絮凝剂和助凝剂。
被处理水体经过臭氧空化氧化气浮作用后，在三相分离器即：“气浮分离-沉淀一体化设备”中的停留和推流过程中持续被紫外线(UV)(1)+纳米二氧化钛(TiO2)(8)超级光催化氧化作用，当水体在“三相分离器一体化设备”达到规定的停留时间后，因富营养化或有机废水污染、微生物污染而导致江河湖泊水中藻类及其它有机污染物、微生物在“臭氧微纳米空化氧化”和“UV+纳米二氧化钛光催化氧化”(简称2AOP过程)叠加作用下，水体中的藻类及其它微生物被灭活，藻体中对水体和环境有巨大污染毒害作用的藻毒素蛋白质被氧化灭活固定、其他溶解性有机污染物被分解矿化的综合处理技术。
常用的空化技术主要利用超声波空化技术，其指存在液体中的微气泡在声波的作用下液体产生压力差发生生长和崩溃的动力学过程，而本申请利用自主发明的反冲激式微纳米气泡释放器，不锈钢气水混合均匀器使其产生另一只空化效应——水力空化，水力空化是将微纳米气泡液体在低压，高流速的状态下使其产生水力空化，而这种空化作用要比超声波产生的空化作用效应要高出50%-70%，产生的微纳米气泡量要比超声波产生作用下高出20000%，产生的能量、效应也得到提高，而空化作用使得水体局部产生高温高压，在高温高压水体发生分裂及链式反应：H2O→·OH+·H2，·OH+·OH→H2O2，2·H→H2.其中·H和H2O2都是高化学性和高氧化性，能与水中可溶性溶质发生氧化反应，也可将水中大多数污染物氧化分解。在改良的气浮-沉淀一体化池中加入浓度40mg/L的臭氧，臭氧在微纳米气泡中存在的量也得到增加，这种微纳米气泡与富藻水或高浓度有机废水和蓝藻水接触率也得到提高，使其反应更加充分，富藻水中的蓝藻经过第一步作用蓝藻的结构被破坏。
二氧化钛属于一种n型半导体材料，它的禁带宽度为3.2ev，当它受到波长小于或等于387.5nm的紫外线灯照射时光催化氧化效益最高。纳米二氧化钛光生空穴的氧化电位以标准氢电位计为3.0V，比臭氧的2.07V和氯气的1.36V高许多，具有很强的氧化性。高活性的光生空穴具有很强的氧化能力，可以将吸附在半导体表面的OH-和H2O进行氧化，生成具有强氧化性的·OH[20]。以下是几种氧化剂电位顺序F2>·OH>O3>H2O2>HO2·>MnO4->HCLO>Cl2>Cr2O72->·ClO2，可以看出·OH具有很高的氧化电位，是一种强氧化基团，能氧化大多数的有机污染物及部分无机污染物。同时，空穴本身也可夺取吸附在半导体表面的有机污染物中的电子，使原本不吸收光的物质被直接氧化分解。在光催化反应体系中，这两种氧化方式可能单独起作用也可能同时作用，对于不同的物质两种氧化方式参与作用的程度视具体情况有所不同。另一方面，电子受体可直接接受光生半导体表面产生的高活性电子而被还原。
光催化反应过程：
·OH+dye
TiO2(h+)+dye→·dye
Mx++xTiO2(e-)→M0
Mx++yTiO2(e-)→M(x-y)+(x>y)
从以上纳米二氧化钛光催化反应过程可知，在光催化反应体系中，表面吸附分子氧的存在会直接影响光生电子的转移，影响反应高活性自由基和反应中间体·OH、·O2-、HO2·、H2O2的生成、光催化氧化反应速率和量子产率。向半导体光催化体系内通入氧气可加快有机物的降解速率，因为当溶液中有O3存在时，光生电子会和O3作用多生成·O2-，进而与H+作用生成更多HO2·，最终生成更多的·OH氧化降解有机物。经过双重氧化的富藻水水中藻类几乎100%已被灭活。
劣五类高浓度蓝藻水在“气浮-沉淀一体化”处理过程中，同时经过“臭氧微纳米空化氧化”和“UV+纳米二氧化钛光催化氧化”叠加的两级“超级氧化技术”处理后所有指标达到Ⅲ类水质以上，部分指标达到Ⅱ类水质指标，经过滤后水质指标达到Ⅰ、Ⅱ类水质之间。为目前被富营养化困扰的云南的滇池、星云湖、作为饮用水源的无锡太湖、安徽巢湖等内陆湖泊富营养化水体的水质净化、污染物去除、新水补充提供了确实可行的解决方案。
本发明的有益效果：
本发明的处理方法不仅仅满足富营养化导致的海洋、江河湖泊水中藻类泛滥的水环境治理，也适用于垃圾分拣后的危险废弃污水、垃圾渗滤液等高浓度有机污染废水等的预处理和深度处理，还满足化工、制药、食品饮料、生物科学研究机构、医院等工业有机废水和微生物污染治理，针对目前全国范围普遍存在的广大农村、城市“安全饮水”水源的有机污染物、微生物、抗生素及药物、激素严重超标的前置处理有卓著的效果，对于广大农村集镇等污水处理设施不齐全地区的生活、养殖外排污水进入泛氧化塘前预处理，减低环境污染负荷，保护环境更具有长远而重要的意义。