公布日：2024.02.09
申請日：2023.12.20
分類號：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
本發明提出了一種基于水凝膠球的SBR污水處理系統及工藝，涉及污水處理技術領域。處理系統包括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利用。水凝膠球應用在SBR污水處理工藝中，將活性污泥包埋進水凝膠球內，可以保持污泥的活性，水凝膠球表面也可以附著微生物，從外至內形成好氧區、缺氧區，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；設置MBR沉淀池對SBR池出水進行MBR膜過濾，可將水凝膠球碎片和活性污泥濾出；設置攪拌裝置和固化池對破碎的水凝膠球進行重新再造，提升了水凝膠球的利用率。
權利要求書
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，所述基于水凝膠球的SBR污水處理系統包括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）上方一側設有污水入口，所述SBR池體（1）內填充有水凝膠球；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的另一側，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；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）包括膜生物反應器（31）和沉淀池（32），其中，所述膜生物反應器（31）位于所述MBR沉淀池（3）內，并位于所述沉淀池（32）的上方，所述膜生物反應器（31）用于對污水進行生物降解和過濾；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：污水進入SBR池體，并加入水凝膠球，開啟曝氣裝置進行曝氣；S2：污水達到預定水位時，停止進水，繼續曝氣；S3：關閉曝氣裝置停止曝氣，讓污泥沉降至SBR池體底部；S4：將SBR池體的上清液通過潷水器排到MBR沉淀池內，過濾后將清水排出，水體中的水凝膠球碎片和活性污泥沉淀到MBR沉淀池底部，完成一輪進水周期；S5：將沉淀池中的水凝膠球碎片和活性污泥經過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，固化池內裝有質量分數為0.5%～4%的氯化鈣溶液；所述步驟S5中，依據攪拌溶解前混合物質量的0.05~0.1倍補充聚合物單體，并依據攪拌溶解前混合物質量的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、交聯劑為原料制備得到，所述聚合物單體、吸附劑、活性污泥、交聯劑的質量比為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）包括風機（41）、曝氣管（42）和曝氣盤（43），其中，所述風機（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）的進氣端與所述風機（41）的出風口連接，兩根所述曝氣管（42）的出氣端分別設于所述SBR池體（1）的底部和所述膜生物反應器（31）的下方；所述曝氣盤（43）設于所述曝氣管（42）的出氣端上方，用于輸出氣體。
3.如權利要求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、不動桿菌、芽孢桿菌中的一種或多種。
發明內容
有鑒于此，本發明提出了一種基于水凝膠球的SBR污水處理系統及工藝，利用水凝膠提升SBR污水處理工藝的處理效果，并對破碎的水凝膠球碎片回收再生后重復使用，提高了水凝膠球的利用率。
本發明的技術方案是這樣實現的：一方面，本發明提供了一種基于水凝膠球的SBR污水處理系統，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池體上方一側設有污水入口，所述SBR池體內填充有水凝膠球；
所述潷水器位于所述SBR池體上方與所述污水入口相對的另一側，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；
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池體內填充有水凝膠球，主要是為了增強污水處理的效果。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，有利于微生物在其表面生長和繁殖，從而增加池體內的生物量，提高污水處理效率；2、提高傳質效率：水凝膠球的多孔結構有利于污水中的有機物和氧氣等物質的傳質過程，從而促進微生物對有機物的降解，提高污水處理的效率；3、緩沖水質波動：水凝膠球可以吸收和釋放水分，對于進水水質的波動起到一定的緩沖作用，有助于維持池體內的微生物生態系統的穩定，提高污水處理效果；4、減少污泥產量：水凝膠球可以提供更多的附著點，使得部分微生物在其表面形成生物膜，從而減少污泥的產量，這可以降低污泥處理成本，減輕后續處理的負擔。總之，SBR池體內填充水凝膠球，可以增強污水處理的效果，提高處理效率，降低處理成本。
在以上技術方案的基礎上，優選的，所述MBR沉淀池包括膜生物反應器和沉淀池，其中，
所述膜生物反應器位于所述MBR沉淀池內，并位于所述沉淀池的上方，所述膜生物反應器用于對污水進行生物降解和過濾；
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。
水凝膠球在長期使用過程中，會受到微生物、化學物質和物理作用等影響，水凝膠球的結構會逐漸受到破壞，從而導致破裂，破碎后的凝膠球碎片會進一步解體為細小懸浮物并釋放活性污泥，影響出水水質。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，水體經過膜生物反應器過濾之后排放，而凝膠球碎片及污泥則沉淀于沉淀池底部。
在以上技術方案的基礎上，優選的，所述曝氣裝置包括風機、曝氣管和曝氣盤，其中，
所述風機，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氣端與所述風機的出風口連接，兩根所述曝氣管的出氣端分別設于所述SBR池體的底部和所述膜生物反應器的下方；
所述曝氣盤設于所述曝氣管的出氣端上方，用于輸出氣體。
在以上技術方案的基礎上，優選的，還包括攪拌裝置，所述排泥泵設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。
加熱可以促進水凝膠球碎片分子鏈的重新排列和交聯，從而使其恢復原有的性質和形狀，促進水凝膠的再生。
另一方面，本發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，包括以下步驟：
S1：污水進入SBR池體，并加入水凝膠球，開啟曝氣裝置進行曝氣；
S2：污水達到預定水位時，停止進水，繼續曝氣；
S3：關閉曝氣裝置停止曝氣，讓污泥沉降至SBR池體底部；
S4：將SBR池體的上清液通過潷水器排到MBR沉淀池內，經過膜生物反應器過濾后將清水排出，水體中的水凝膠球碎片和活性污泥等沉淀到沉淀池底部，完成一輪進水周期；
S5：將沉淀池中的水凝膠球碎片和活性污泥經過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，進行回收再生并再次投入使用，從而降低成本和資源浪費。
在以上技術方案的基礎上，優選的，所述步驟4中，水凝膠球的投入量為50～200g/每立方米污水。
水凝膠球的用量過少或過多都可能對SBR污水處理的效果產生影響。如果水凝膠球的用量過少，無法充分吸附污水中的污染物，導致處理效果不佳，這是因為水凝膠球的吸附能力有限，如果用量不足，就無法充分利用其吸附性能，導致污水中的污染物無法被有效去除，導致處理后的水質不達標，或者需要更長的處理時間才能達到預期的處理效果；相反，如果水凝膠球的用量過多，過多的水凝膠球可能會阻礙污水的流動，增加污水的處理時間，甚至可能影響污水的處理效果，甚至可能導致處理設備的堵塞或故障，此外，過多的水凝膠球也可能會增加污水的處理成本，因為需要更多的材料和資源來處理這些水凝膠球。
在以上技術方案的基礎上，優選的，所述步驟S5中，固化池內裝有質量分數為0.5％～4％的氯化鈣溶液。
在固化池中，無機鹽可作為交聯劑與水凝膠中的聚合物分子發生反應，形成三維網絡結構，使水凝膠球具有較好的機械性能和穩定性，無機鹽溶液的濃度影響水凝膠球的性能，濃度過高會導致水凝膠的交聯點過多，使水凝膠變得過于緊密，影響其吸水性、溶脹性和機械性能；相反，濃度過低會導致水凝膠的交聯點不足，使水凝膠的結構不夠穩定，容易發生變形和破裂，也可能導致水凝膠的吸水性能下降，使其無法有效吸附和固定水分。
在以上技術方案的基礎上，優選的，所述水凝膠球由聚合物單體、吸附劑、活性污泥、交聯劑為原料制備得到，所述聚合物單體、吸附劑、活性污泥、交聯劑的質量比為1～1.5:1～2:5～15:1。
在以上技術方案的基礎上，優選的，所述活性污泥含有假單胞菌、不動桿菌、芽孢桿菌中的一種或多種。
本申請的基于水凝膠球的SBR污水處理工藝選取的水凝膠球制備方法簡單，便于回收再生，包埋吸附劑能夠增強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構的物質，能夠有效地吸附和去除污水中的污染物質。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，從而提高對污染物的去除效率。一方面，水凝膠球的多孔結構和交聯網絡可以提供良好的吸附性能。另一方面，包埋的吸附劑可以進一步增強水凝膠球的吸附能力，特別是對于那些具有高分子量、大分子尺寸或疏水性的污染物。通過包埋吸附劑，可以提供更多的吸附位點和活性中心，促進對污染物的吸附和固定。將活性污泥包埋進水凝膠球內，可以保持污泥的活性，水凝膠球表面也可以附著微生物，從外至內形成好氧區、缺氧區，有利于生物脫氮，提升污水處理效果。
在以上技術方案的基礎上，優選的，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，可以通過聚合反應制備成水凝膠球，它具有較好的化學穩定性和生物相容性，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，可以通過與鈣離子交聯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行共聚反應，制備出具有特定性能和功能的水凝膠球。
在以上技術方案的基礎上，優選的，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物。SiO2納米顆粒則具有較好的生物相容性和穩定性，可以用于制備具有較好吸附性能和穩定性的水凝膠球。氧化石墨烯納米片具有優異的吸附性能和導電性，可以用于吸附污水中的有機物和重金屬離子。活性炭則具有高比表面積、多孔結構和較好的吸附性能，可以用于吸附污水中的有機物和異味等。
在以上技術方案的基礎上，優選的，所述步驟6中，依據攪拌溶解前混合物質量的0.05～0.1倍補充聚合物單體，并依據攪拌溶解前混合物質量的20～40倍加入去離子水。
在再生過程中，水凝膠球的碎片需要重新連接起來，形成一個完整的球體，聚合物單體是水凝膠球的主要成分之一，通過補充聚合物單體，可以保持水凝膠球的形態和穩定性，使其在再生過程中能夠保持均勻的分布和一致的厚度。。
本發明的基于水凝膠球的SBR污水處理系統及工藝相對于現有技術具有以下有益效果：
(1)將水凝膠球應用在SBR污水處理工藝中，將活性污泥包埋進水凝膠球內，可以保持污泥的活性，水凝膠球表面也可以附著微生物，從外至內形成好氧區、缺氧區，有利于生物脫氮；
(2)設置MBR沉淀池對SBR池出水進行MBR膜過濾，將水體中的水凝膠球碎片和活性污泥濾出，保證出水達標排放；
(3)設置攪拌裝置和固化池對破碎的水凝膠球進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，有利于加強對污水的凈化效果。
（發明人：馮均宇;任攀;孫臣;褚波）
