公布日：2024.02.09
申請(qǐng)日：2023.12.20
分類(lèi)號(hào)：C02F3/12(2023.01)I;C02F7/00(2006.01)I;C02F1/28(2023.01)I;B01J20/26(2006.01)I;B01J20/28(2006.01)I;C02F3/30(2023.01)I;B01J20/30(2006.01)I;C02F1/
00(2023.01)N;C02F101/30(2006.01)N;C02F101/20(2006.01)N;C02F101/16(2006.01)N
摘要
本發(fā)明提出了一種基于水凝膠球的SBR污水處理系統(tǒng)及工藝，涉及污水處理技術(shù)領(lǐng)域。處理系統(tǒng)包括SBR池體、潷水器、MBR沉淀池、曝氣裝置、排泥泵、攪拌裝置和固化池；處理工藝包括使用水凝膠球的SBR污水處理工藝流程，以及水凝膠球回收再生和循環(huán)利用。水凝膠球應(yīng)用在SBR污水處理工藝中，將活性污泥包埋進(jìn)水凝膠球內(nèi)，可以保持污泥的活性，水凝膠球表面也可以附著微生物，從外至內(nèi)形成好氧區(qū)、缺氧區(qū)，有利于生物脫氮；水凝膠球包埋吸附劑，提升了水凝膠球的吸附性能，有利于提升污水凈化效果；設(shè)置MBR沉淀池對(duì)SBR池出水進(jìn)行MBR膜過(guò)濾，可將水凝膠球碎片和活性污泥濾出；設(shè)置攪拌裝置和固化池對(duì)破碎的水凝膠球進(jìn)行重新再造，提升了水凝膠球的利用率。
權(quán)利要求書(shū)
1.一種基于水凝膠球的SBR污水處理工藝，其特征在于：采用基于水凝膠球的SBR污水處理系統(tǒng)，所述基于水凝膠球的SBR污水處理系統(tǒng)包括SBR池體（1）、潷水器（2）、MBR沉淀池（3）、曝氣裝置（4）、排泥泵（5）、攪拌裝置（6）和固化池（7），其中，所述SBR池體（1）上方一側(cè)設(shè)有污水入口，所述SBR池體（1）內(nèi)填充有水凝膠球；所述潷水器（2）位于所述SBR池體（1）上方與所述污水入口相對(duì)的另一側(cè)，所述潷水器（2）的出水端連接所述MBR沉淀池（3）；所述MBR沉淀池（3），用于過(guò)濾水體并使水體中的水凝膠球碎片懸浮物和活性污泥沉淀下來(lái)；所述曝氣裝置（4），用于向所述SBR池體（1）和所述MBR沉淀池（3）提供生物降解所需的氧氣；所述排泥泵（5），用于將所述MBR沉淀池（3）底部的水凝膠球碎片和活性污泥混合沉淀物排出；所述攪拌裝置（6），用于將水凝膠球碎片和活性污泥混合沉淀物加熱，并加水溶解得到均勻混合物；所述固化池（7），用于將溶解得到的均勻混合物制備成包埋活性污泥的水凝膠球，即再生水凝膠球；所述MBR沉淀池（3）包括膜生物反應(yīng)器（31）和沉淀池（32），其中，所述膜生物反應(yīng)器（31）位于所述MBR沉淀池（3）內(nèi)，并位于所述沉淀池（32）的上方，所述膜生物反應(yīng)器（31）用于對(duì)污水進(jìn)行生物降解和過(guò)濾；所述沉淀池（32），用于容納水體中的水凝膠球碎片和活性污泥混合沉淀物；所述基于水凝膠球的SBR污水處理工藝包括以下步驟：S1：污水進(jìn)入SBR池體，并加入水凝膠球，開(kāi)啟曝氣裝置進(jìn)行曝氣；S2：污水達(dá)到預(yù)定水位時(shí)，停止進(jìn)水，繼續(xù)曝氣；S3：關(guān)閉曝氣裝置停止曝氣，讓污泥沉降至SBR池體底部；S4：將SBR池體的上清液通過(guò)潷水器排到MBR沉淀池內(nèi)，過(guò)濾后將清水排出，水體中的水凝膠球碎片和活性污泥沉淀到MBR沉淀池底部，完成一輪進(jìn)水周期；S5：將沉淀池中的水凝膠球碎片和活性污泥經(jīng)過(guò)排泥泵輸送到攪拌裝置，并加入去離子水，攪拌溶解得到混合物；S6：將得到的混合物輸送到固化池，制備成包埋活性污泥的水凝膠球后再次投入到SBR池體；所述步驟S1中，水凝膠球的投入量為50～200g/每立方米污水；所述步驟S6中，固化池內(nèi)裝有質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.5%～4%的氯化鈣溶液；所述步驟S5中，依據(jù)攪拌溶解前混合物質(zhì)量的0.05~0.1倍補(bǔ)充聚合物單體，并依據(jù)攪拌溶解前混合物質(zhì)量的20~40倍加入去離子水；所述水凝膠球由聚合物單體、吸附劑、活性污泥、交聯(lián)劑為原料制備得到，所述聚合物單體、吸附劑、活性污泥、交聯(lián)劑的質(zhì)量比為1~1.5:1~2:5~15:1；所述聚合物單體為海藻酸鈉；所述吸附劑包括SiO2納米顆粒、氧化石墨烯納米片、活性炭中的一種或多種。
2.如權(quán)利要求1所述的基于水凝膠球的SBR污水處理工藝，其特征在于：所述曝氣裝置（4）包括風(fēng)機(jī)（41）、曝氣管（42）和曝氣盤(pán)（43），其中，所述風(fēng)機(jī)（41），用于提供生物降解所需的氧氣；所述曝氣管（42）包括兩根，兩根所述曝氣管（42）的進(jìn)氣端與所述風(fēng)機(jī)（41）的出風(fēng)口連接，兩根所述曝氣管（42）的出氣端分別設(shè)于所述SBR池體（1）的底部和所述膜生物反應(yīng)器（31）的下方；所述曝氣盤(pán)（43）設(shè)于所述曝氣管（42）的出氣端上方，用于輸出氣體。
3.如權(quán)利要求1所述的基于水凝膠球的SBR污水處理工藝，其特征在于：所述活性污泥含有假單胞菌、不動(dòng)桿菌、芽孢桿菌中的一種或多種。
發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明提出了一種基于水凝膠球的SBR污水處理系統(tǒng)及工藝，利用水凝膠提升SBR污水處理工藝的處理效果，并對(duì)破碎的水凝膠球碎片回收再生后重復(fù)使用，提高了水凝膠球的利用率。
本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的：一方面，本發(fā)明提供了一種基于水凝膠球的SBR污水處理系統(tǒng)，包括SBR池體、潷水器、MBR沉淀池、曝氣裝置、排泥泵、攪拌裝置和固化池，其中，
所述SBR池體上方一側(cè)設(shè)有污水入口，所述SBR池體內(nèi)填充有水凝膠球；
所述潷水器位于所述SBR池體上方與所述污水入口相對(duì)的另一側(cè)，所述潷水器的出水端連接所述MBR沉淀池；
所述MBR沉淀池，用于過(guò)濾水體并使水體中的水凝膠球碎片懸浮物和活性污泥沉淀下來(lái)；
所述曝氣裝置，用于向所述SBR池體和所述MBR沉淀池提供生物降解所需的氧氣；
所述排泥泵，用于將所述MBR沉淀池底部的水凝膠球碎片和活性污泥混合沉淀物排出；
所述攪拌裝置，用于將水凝膠球碎片和活性污泥混合沉淀物加熱，并加水溶解得到均勻混合物；
所述固化池，用于將溶解得到的均勻混合物制備成包埋活性污泥的水凝膠球，即再生水凝膠球。
SBR池體內(nèi)填充有水凝膠球，主要是為了增強(qiáng)污水處理的效果。水凝膠球是一種高分子材料，能夠吸收和釋放水分。在SBR池體中，水凝膠球可以起到以下幾個(gè)作用：1、增加微生物附著面積：水凝膠球的表面提供了大量的附著點(diǎn)，有利于微生物在其表面生長(zhǎng)和繁殖，從而增加池體內(nèi)的生物量，提高污水處理效率；2、提高傳質(zhì)效率：水凝膠球的多孔結(jié)構(gòu)有利于污水中的有機(jī)物和氧氣等物質(zhì)的傳質(zhì)過(guò)程，從而促進(jìn)微生物對(duì)有機(jī)物的降解，提高污水處理的效率；3、緩沖水質(zhì)波動(dòng)：水凝膠球可以吸收和釋放水分，對(duì)于進(jìn)水水質(zhì)的波動(dòng)起到一定的緩沖作用，有助于維持池體內(nèi)的微生物生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定，提高污水處理效果；4、減少污泥產(chǎn)量：水凝膠球可以提供更多的附著點(diǎn)，使得部分微生物在其表面形成生物膜，從而減少污泥的產(chǎn)量，這可以降低污泥處理成本，減輕后續(xù)處理的負(fù)擔(dān)。總之，SBR池體內(nèi)填充水凝膠球，可以增強(qiáng)污水處理的效果，提高處理效率，降低處理成本。
在以上技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，優(yōu)選的，所述MBR沉淀池包括膜生物反應(yīng)器和沉淀池，其中，
所述膜生物反應(yīng)器位于所述MBR沉淀池內(nèi)，并位于所述沉淀池的上方，所述膜生物反應(yīng)器用于對(duì)污水進(jìn)行生物降解和過(guò)濾；
所述沉淀池，用于容納水體中的水凝膠球碎片和活性污泥混合沉淀物。
水凝膠球在長(zhǎng)期使用過(guò)程中，會(huì)受到微生物、化學(xué)物質(zhì)和物理作用等影響，水凝膠球的結(jié)構(gòu)會(huì)逐漸受到破壞，從而導(dǎo)致破裂，破碎后的凝膠球碎片會(huì)進(jìn)一步解體為細(xì)小懸浮物并釋放活性污泥，影響出水水質(zhì)。MBR沉淀池的工作原理是使用超濾膜截留破碎后的凝膠球碎片及污泥等，從而提高出水水質(zhì)，水體經(jīng)過(guò)膜生物反應(yīng)器過(guò)濾之后排放，而凝膠球碎片及污泥則沉淀于沉淀池底部。
在以上技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，優(yōu)選的，所述曝氣裝置包括風(fēng)機(jī)、曝氣管和曝氣盤(pán)，其中，
所述風(fēng)機(jī)，用于提供生物降解所需的氧氣；
所述曝氣管包括兩根，兩根所述曝氣管的進(jìn)氣端與所述風(fēng)機(jī)的出風(fēng)口連接，兩根所述曝氣管的出氣端分別設(shè)于所述SBR池體的底部和所述膜生物反應(yīng)器的下方；
所述曝氣盤(pán)設(shè)于所述曝氣管的出氣端上方，用于輸出氣體。
在以上技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，優(yōu)選的，還包括攪拌裝置，所述排泥泵設(shè)于所述排泥泵和所述固化池之間，用于將水凝膠球碎片和活性污泥混合沉淀物加熱溶解，使其混合均勻。
加熱可以促進(jìn)水凝膠球碎片分子鏈的重新排列和交聯(lián)，從而使其恢復(fù)原有的性質(zhì)和形狀，促進(jìn)水凝膠的再生。
另一方面，本發(fā)明還提供了一種基于水凝膠球的SBR污水處理工藝，采用上述基于水凝膠球的SBR污水處理系統(tǒng)，包括以下步驟：
S1：污水進(jìn)入SBR池體，并加入水凝膠球，開(kāi)啟曝氣裝置進(jìn)行曝氣；
S2：污水達(dá)到預(yù)定水位時(shí)，停止進(jìn)水，繼續(xù)曝氣；
S3：關(guān)閉曝氣裝置停止曝氣，讓污泥沉降至SBR池體底部；
S4：將SBR池體的上清液通過(guò)潷水器排到MBR沉淀池內(nèi)，經(jīng)過(guò)膜生物反應(yīng)器過(guò)濾后將清水排出，水體中的水凝膠球碎片和活性污泥等沉淀到沉淀池底部，完成一輪進(jìn)水周期；
S5：將沉淀池中的水凝膠球碎片和活性污泥經(jīng)過(guò)排泥泵輸送到攪拌裝置，并加入去離子水，攪拌溶解得到混合物；
S6：將得到的混合物輸送到固化池，制備成包埋活性污泥的水凝膠球后再次投入到SBR池體。
本申請(qǐng)的基于水凝膠球的SBR污水處理工藝包括了水凝膠球的使用及回收再生，水凝膠球的使用，從而提高凈化效率和凈化效果，將水凝膠球從污水中分離出來(lái)，進(jìn)行回收再生并再次投入使用，從而降低成本和資源浪費(fèi)。
在以上技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，優(yōu)選的，所述步驟4中，水凝膠球的投入量為50～200g/每立方米污水。
水凝膠球的用量過(guò)少或過(guò)多都可能對(duì)SBR污水處理的效果產(chǎn)生影響。如果水凝膠球的用量過(guò)少，無(wú)法充分吸附污水中的污染物，導(dǎo)致處理效果不佳，這是因?yàn)樗z球的吸附能力有限，如果用量不足，就無(wú)法充分利用其吸附性能，導(dǎo)致污水中的污染物無(wú)法被有效去除，導(dǎo)致處理后的水質(zhì)不達(dá)標(biāo)，或者需要更長(zhǎng)的處理時(shí)間才能達(dá)到預(yù)期的處理效果；相反，如果水凝膠球的用量過(guò)多，過(guò)多的水凝膠球可能會(huì)阻礙污水的流動(dòng)，增加污水的處理時(shí)間，甚至可能影響污水的處理效果，甚至可能導(dǎo)致處理設(shè)備的堵塞或故障，此外，過(guò)多的水凝膠球也可能會(huì)增加污水的處理成本，因?yàn)樾枰嗟牟牧虾唾Y源來(lái)處理這些水凝膠球。
在以上技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，優(yōu)選的，所述步驟S5中，固化池內(nèi)裝有質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.5％～4％的氯化鈣溶液。
在固化池中，無(wú)機(jī)鹽可作為交聯(lián)劑與水凝膠中的聚合物分子發(fā)生反應(yīng)，形成三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，使水凝膠球具有較好的機(jī)械性能和穩(wěn)定性，無(wú)機(jī)鹽溶液的濃度影響水凝膠球的性能，濃度過(guò)高會(huì)導(dǎo)致水凝膠的交聯(lián)點(diǎn)過(guò)多，使水凝膠變得過(guò)于緊密，影響其吸水性、溶脹性和機(jī)械性能；相反，濃度過(guò)低會(huì)導(dǎo)致水凝膠的交聯(lián)點(diǎn)不足，使水凝膠的結(jié)構(gòu)不夠穩(wěn)定，容易發(fā)生變形和破裂，也可能導(dǎo)致水凝膠的吸水性能下降，使其無(wú)法有效吸附和固定水分。
在以上技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，優(yōu)選的，所述水凝膠球由聚合物單體、吸附劑、活性污泥、交聯(lián)劑為原料制備得到，所述聚合物單體、吸附劑、活性污泥、交聯(lián)劑的質(zhì)量比為1～1.5:1～2:5～15:1。
在以上技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，優(yōu)選的，所述活性污泥含有假單胞菌、不動(dòng)桿菌、芽孢桿菌中的一種或多種。
本申請(qǐng)的基于水凝膠球的SBR污水處理工藝選取的水凝膠球制備方法簡(jiǎn)單，便于回收再生，包埋吸附劑能夠增強(qiáng)水凝膠球的吸附性能，從而提升其凈化污水的能力。吸附劑通常是一種具有高比表面積和多孔結(jié)構(gòu)的物質(zhì)，能夠有效地吸附和去除污水中的污染物質(zhì)。將吸附劑包埋在水凝膠球中，可以充分利用水凝膠球的吸附性能和吸附劑的吸附性能，從而提高對(duì)污染物的去除效率。一方面，水凝膠球的多孔結(jié)構(gòu)和交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)可以提供良好的吸附性能。另一方面，包埋的吸附劑可以進(jìn)一步增強(qiáng)水凝膠球的吸附能力，特別是對(duì)于那些具有高分子量、大分子尺寸或疏水性的污染物。通過(guò)包埋吸附劑，可以提供更多的吸附位點(diǎn)和活性中心，促進(jìn)對(duì)污染物的吸附和固定。將活性污泥包埋進(jìn)水凝膠球內(nèi)，可以保持污泥的活性，水凝膠球表面也可以附著微生物，從外至內(nèi)形成好氧區(qū)、缺氧區(qū)，有利于生物脫氮，提升污水處理效果。
在以上技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，優(yōu)選的，所述聚合物單體為海藻酸鈉。
聚乙二醇(PEG)是一種常用的生物相容性高分子材料，可以通過(guò)聚合反應(yīng)制備成水凝膠球，它具有較好的化學(xué)穩(wěn)定性和生物相容性，可以用于制備溫度敏感型水凝膠球；海藻酸鈉是一種天然多糖，可以通過(guò)與鈣離子交聯(lián)制備生物相容性水凝膠球，它具有較好的生物相容性和吸附性能，可以作為污水處理中的吸附材料；丙烯酸酯類(lèi)單體可以用于制備聚合物刷子，這些聚合物刷子可以與其他單體進(jìn)行共聚反應(yīng)，制備出具有特定性能和功能的水凝膠球。
在以上技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，優(yōu)選的，所述吸附劑包括SiO2納米顆粒、氧化石墨烯納米片、活性炭中的至少一種。
在污水處理中，ZnO2納米顆粒、SiO2納米顆粒、氧化石墨烯納米片和活性炭等吸附劑可以用于增強(qiáng)水凝膠球的吸附性能。ZnO2納米顆粒具有較高的比表面積和吸附性能，可以有效地吸附污水中的重金屬離子和有機(jī)物。SiO2納米顆粒則具有較好的生物相容性和穩(wěn)定性，可以用于制備具有較好吸附性能和穩(wěn)定性的水凝膠球。氧化石墨烯納米片具有優(yōu)異的吸附性能和導(dǎo)電性，可以用于吸附污水中的有機(jī)物和重金屬離子。活性炭則具有高比表面積、多孔結(jié)構(gòu)和較好的吸附性能，可以用于吸附污水中的有機(jī)物和異味等。
在以上技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，優(yōu)選的，所述步驟6中，依據(jù)攪拌溶解前混合物質(zhì)量的0.05～0.1倍補(bǔ)充聚合物單體，并依據(jù)攪拌溶解前混合物質(zhì)量的20～40倍加入去離子水。
在再生過(guò)程中，水凝膠球的碎片需要重新連接起來(lái)，形成一個(gè)完整的球體，聚合物單體是水凝膠球的主要成分之一，通過(guò)補(bǔ)充聚合物單體，可以保持水凝膠球的形態(tài)和穩(wěn)定性，使其在再生過(guò)程中能夠保持均勻的分布和一致的厚度。。
本發(fā)明的基于水凝膠球的SBR污水處理系統(tǒng)及工藝相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)具有以下有益效果：
(1)將水凝膠球應(yīng)用在SBR污水處理工藝中，將活性污泥包埋進(jìn)水凝膠球內(nèi)，可以保持污泥的活性，水凝膠球表面也可以附著微生物，從外至內(nèi)形成好氧區(qū)、缺氧區(qū)，有利于生物脫氮；
(2)設(shè)置MBR沉淀池對(duì)SBR池出水進(jìn)行MBR膜過(guò)濾，將水體中的水凝膠球碎片和活性污泥濾出，保證出水達(dá)標(biāo)排放；
(3)設(shè)置攪拌裝置和固化池對(duì)破碎的水凝膠球進(jìn)行重新再造成包埋活性污泥的水凝膠球，提升了水凝膠球的利用率：
(4)制備水凝膠的原料中添加ZnO2納米顆粒、SiO2納米顆粒、氧化石墨烯納米片、活性炭中的至少一種，提升了水凝膠球的吸附性能，有利于加強(qiáng)對(duì)污水的凈化效果。
（發(fā)明人：馮均宇;任攀;孫臣;褚波）
