一种工业和生活废水生态资源化处理方法 本发明涉及一种工业废水和生活废水的生态资源化处理方法。
在现有的工业废水和生活废水处理中，所适用的技术主要是两大类：第一是已被广泛应用的生化法，它的主要特点是靠微生物降解废水中的水污染物，借此达到治理污水之目的；第二是已被一些国家和地区及行业推广应用的物化法，其主要处理机理是通过一定的物理条件，加入化学药品，使得废水变为洁水，其主要作用为化学物理作用。
物化法处理废水的工艺流程为废水→调节池→加入混凝剂→混凝搅拌池→絮凝搅拌池→澄清池→出水，同时对澄清池中的污泥到污泥浓缩池进行脱水。该处理工艺的工程投资少、占地面积小、设备简单，操作方便；但混凝剂的用量较高，达0.08％-0.2％，一般0.05％-0.1％，由于受到混凝剂性能的限制，CODcr和BOD5去除率仅60％左右，NH3去除率仅40％左右，出水往往达不到国家《污水综合排放标准》(GB8978-1996)城镇二级污水处理厂出水一级标准，处理污泥时需大量的药品费达0.4-0.5元/m3，运行费用高，且污泥难处理，存在二次污染的问题。
常用的生化处理方法有活性污泥法、氧化沟法、生物吸附和氧化法等。
活性污泥法工艺流程为废水→调节池→好氧池→澄清池→出水，同对澄清池中的污泥到污泥浓缩池进行脱水。性污泥法设计参数和参考值如下：BOD负荷(N5)0.2～0.6kg BOD5/(kg MLSS.d)，容积负荷(Nv)0.8～2.0kg BOD5/(m3.d)，污泥龄(生物固体平均停留时间)：5～15d；混合液悬浮固体(MLSS):3000～6000mg/L:混合液挥发性悬浮固体(MLVSS)2400～4800mg/L：污泥回流比(R)；25％～100％；曝气时间(t)3～5h；BOD5去除率85％～90％。从活性污泥法工艺流程和设计参数可以看出，该方法处理工艺成熟，BOD5去除率高；但停留时间长，占地面积大，污泥量大，需回流，且易发生污泥膨胀，能耗较高，耐冲击负荷差，不易操作管理等。
氧化沟法地工艺流程图为污水→集水井→氧化沟→澄清池→出水，同对澄清池中的污泥进行脱水。氧化沟法设计参数如下：BOD负荷(N5):0.03～0.05kg BOD5/(kg MLSS.d)，容积负荷(Nv)0.1～0.2kg BOD5/(m3.d)，混合液悬浮固体(MLSS):3000～4000mg/L，污泥龄(生物固体平均停留时间)为15～30d，污泥回流比(R):50％～150％,I水力停留时间(t):8～36h,BOD5去除率75％～90％。从氧化沟法工艺流程和设计参数可以看出，该处理工艺成熟，BOD5去除率高，可实现脱氧反硝化，氮的去除率较高，耐冲击负荷较大，可实现无设施的污泥回流，不易发生污泥膨胀；但停留时间长，占地面积大，能耗较高等。
生物吸附和氧化法的工艺流程为污水→格栅→沉沙池→吸附池→二次沉淀池→出水，同对二次沉淀池中的污泥进行脱水处理。该方法设计参数如下：BOD负荷(N5):0.2～0.6kg BOD5/(kg MLSS.d)，容积负荷(Nv)1.0～1.2kg BOD5/(m3.d)，混合液悬浮固体(MLSS):1000～3000mg/L，污泥再生池4000～10000mg/L；混合液挥发性悬浮固体浓度(MLVSS)，吸附池800～2400mg/L，污泥再生池3200～8000mg/L，污泥龄(生物固体平均停留时间)为5～15d，反应时间：吸附池0.5h～1.0h：污泥再生池3h～6h，污泥回流比(R):25％～100％,BOD5去除率85％～90％。从其工艺流程和设计参数可以看出，该方法处理工艺成熟，污泥不易发生膨胀，耐冲击负荷较活性污泥法高；缺点是A段对氮的去除率很低，占地面积大，能耗较高，构筑物多、流程长、需回流、污泥量大、水头损失大、不易操作管理等。
总之现有技术中生化法占地大，细菌培植与管理复杂，一次性工程投资大，运行费用高，耗能高，而且污泥也难处理、存在二次污染的问题。
本发明目的在于提供一种对工业废水和生活废水的处理方法，不仅能降低废水治理的运行成本，减少废水处理设备的一次性投资，而且对废水中的各种污染物去除率高，对污泥的处理不造成二次污染，使污泥变为资源加以利用。
为实现上述目的，本发明依次包括以下工艺步骤：
a、加入天然复合材料水处理剂：在水泵的吸水口加入天然复合材料水处理剂，将废水和天然复合材料水处理剂一起泵出；
b、加压增氧处理：泵出的废水进入加压增氧设备，在设备中先经喷嘴形成射流后，然后在液气混合室液气混合，压力溶解室压力溶氧，再经喷嘴形成射流，重复多次；
c、混凝后再絮凝：加压增氧后的废水在混凝絮凝设备中先经混凝室充分混凝，然后在第一、二循环絮凝室絮凝，再在用天然复合材料制成的絮凝网筛过滤后，到静态澄清室出清水；
d、澄清室流出的清水流入生物好氧曝气池进行生物降解后，再次澄清出可利用的洁水；
e、把c、d步骤中沉积的污泥在污泥生化处理池进行生化降解、脱水处理；
f、将脱水的污泥投入高速擦洗机进行擦洗，分离、回收天然复合材料水处理剂。
本发明所述的天然复合材料水处理剂由沸石、伊利石、海泡石组成，它们的重量百分数配比为沸石20～45％，伊利石30～50％，海泡石25～35％。
本发明与现有技术相比有以下的优点：
(1)、处理方法完全不同，生化法是靠细菌、厌氧、好氧等方法治理废水，化学法、物化法是靠化学反应而达到污水治理，其他方法是某一矿物的直接使用达到对废水的治理，而本发明是靠加入天然复合无限再生材料治理废水，天然复合材料具有巨大的比表面积、空腔比、离子交换、分子过滤等性能，通过与污水充分的混凝，迅速使污水中的重金属、磷、SS、CODcr、BOD5、NH3等污染物被强大的比表面积和电荷吸附、离子交换、分子过滤等机理，使得各种污染物得到有效去除，其中重金属、磷、SS去除率达96％以上，CODcr、BOD5去除率达75％左右，NH3-N去除率达50％左右。
(2)、本发明具有比现有工艺节省一次性投资，现有技术日处理一立方米需投资800元至1500元，而本发明的全部设备配齐只需580元，节约36％至75％，节省土地90％左右，可模块化设计从日处理几十立方米到几十万立方米，水处理效果优于国家规定排放标准，水处理运行费用降低，现有技术每处理一立方污水需0.33至1.20元，而本发明只需0.16元，节约51％至86％。
(3)、现有技术对污泥的处理利用和水处理剂的再生未有详细设计，很多污水处理厂的污泥处理基本上是靠填埋等方法处理，这就有可能造成二次污染问题的出现。而本发明对污泥处理完全做到了无害化、资源化处理，在现有技术的污泥处理中，污泥的处理费高达整个污水处理厂费用的40％左右，而本发明技术的污泥处理不但没有高昂的费用，反而会有正效益。生化法的细菌死了要重新繁殖，化学法的药品加入到水中就完全反应了，也绝不可能再生。而本工艺的天然矿物复合材料是可以无数次的再生应用，得到了资源充分利用，节约了资源，也节约了成本。
下面结合实施例和附图对本发明作进一步的说明。
图1为本发明的工艺流程方框图；
图2为本发明中加压增氧设备的结构示意图；
图3为本发明中混凝絮凝设备的结构示意图。
污水经沉沙池、格栅、到集水井，集水井的水深大约在3米以上，用普通的水泵抽水，在水泵的吸水口加入天然复合材料水处理剂，将废水和天然复合材料水处理剂一起泵入高于集水井顶面约10米的加压增氧设备，该设备如图2所示，由液体进入口22、引水管连接法兰23、空气通道24、设备壳体25、液体管道26、第一喷嘴27、定位环28、液气混合室29、第一压力溶解室30、第二喷嘴31、第二定位环32、第二混合室33、第二压力溶解室34、输送管35、输送管连接法兰36构成，它们每个部件中的连接用丝扣或焊接连接。该定位环28作用是固定喷嘴和液气混合室的间距和定位，并保证空气进入液气混合室；由混合室、压力溶解室、喷嘴、定位环等组成一个曝气装置，可根据需要串连加装多级压力曝气装置，也可根据需要，并连多组串连压力曝气装置，以达到曝气之目的。
废水经喷嘴27形成射流(压力大小与增氧效率成正比)，由于废水射流作用，使液气混合室29周围产生巨大的负压，空气被负压吸入液气混合室，达到液气混合，经混和的气液混合体被强大的射流冲击推动力，压入压力溶解室30，使空气在压力溶解室内充分溶入液体中，迅速提高液体的溶解氧，然后，液体又经喷嘴31，形成新的射流，再经液气混合，压入压力溶解室，又再经喷嘴形成射流，这样反复进行，使得液体反复曝气，溶解氧快速增高，在5-20秒钟内液体(清水)溶解氧可从零升到三至六毫克/升(与液体质量、压力、设备型号有关)。比常规增氧效率高1-2.5倍，节约能耗，使污水处于富氧状态，让好氧菌群迅速生长，使CODcr、BOD5、SS等污染物得到降解。
废水靠重力从加压增氧设备流入第二级混凝絮凝设备进行处理，该设备高于集水井顶面约2米，本级设备如图3所示，包括进水管1、喷嘴2、混凝室及混凝导流板3、第一循环絮凝室4、第二循环絮凝室5、单向絮凝室6、絮凝管7、进水口8、絮凝网筛9、絮凝桶10、污泥沉降稳定板11、斜管12、静态澄清室13、清水出口14、沉砂池15、污泥室16、排砂管17、污泥管18、混凝处理池体19、静态澄清池体20、溢流口21，每个部件间的组合连接是靠螺栓、电焊连接、混凝土浇注来完成。污水通过喷嘴喷入混凝室，在混凝室四周产生高于新喷入原水2-4倍的负压，让其反复而充分混凝，再经混凝室出口处的逆向导流，使进入第一循环絮凝的水体更充分的接触，增加处理效果，再经系统式的多个絮凝室絮凝，絮凝时间为290-500秒之间，达到泥、水和水处理剂循环促进接触混凝、絮凝，再经网筛絮凝室、静态澄清室，在澄清室里经混凝、絮凝处理后的废水，经污泥层和污泥沉降稳定板时，使污染物与水迅速分离，少部份未饱和悬浮物仍被上升水流浮力带出污泥滤层，由于斜管作用而增大接触面积，使清水向上流速降至每秒0.3-1.0毫米，泥渣向下的重力大于水上升的速度之浮力，所以，未饱和的悬浮物和少量泥渣就会沉降，清水从溢流口流出，达到了水净化之目的。
本级处理设备在混凝室加装混凝导流板，让水处理剂、污泥、原水充分接触混凝，降低了水处理剂的用量，也降低了能耗；加装了絮凝管，增加网筛絮凝室，提高了絮凝效果，使其从动态变为静态；增加污泥沉降稳定板和斜管装置，提高了水处理澄清效率、出水水质和稳定性，增大单池处理能力，减小池体的体积。
上述处理设备中所用的天然复合材料水处理剂由沸石、伊利石、海泡石组成，它们的重量百分数配比为沸石20～45％，伊利石30～50％，海泡石25～35％。
按比例选取沸石、伊利石和海泡石混合，在温度为150至300℃条件下研磨至200至400目后搅拌均匀即可制得。
污水经上述处理设备停留一个小时，流入第三级高效生物处理设备---生物好氧曝气池，该池高于集水井顶面约1.5米，设备正常设计容积负荷为1.5～3.0kg/m3.d，为保证本设计出水的COD长期达到(GB8978-1996)一级标准并留有充分余地，容积负荷取0.5kg/m3.d，水力停留时间t=2h，处理1公斤BOD5需氧量按1.5kgO2设计，并在池中投放高效特殊填料和优势菌群，采用节能加压曝气机进行曝气。由于污水在进入生物好氧曝气池之前已曝气，污水到第三级生物好氧曝气池时，污水已缺氧消化处理1小时，再经曝气、污水在高浓度配比的优势生物菌群体附着的填料中充分混合，使得优势菌种群与污水混合比浓度很高，在氧气充足环境下，微生物迅速繁殖，并快速降解水中污染物，在此级生物降解处理中，可降解CODcr、BOD5、NH3-N等污染物，降解率可视污水源而设计，降解去除率可达95％以上。经澄清，使污水变为可再利用的洁水并排放。
把上述处理过程中排放的污泥进入高效污泥生化处理池。由于污泥的特性，可使高浓度的污泥悬浮在反应池中，经过高效复合微生物的作用，污泥中的大分子有机物，可快速分解成小分子的有机物，进而分解成CH4、CO2和水，每立方米可产可燃气体3立方米。处理20000t/d的城市污水处理厂，如果进水SS、CODcr分别为350和250mg/L，水处理剂用量为50mg/L，每天可产燃气6000立方，出水达到国家《污水综合排放标准》城镇二级污水处理厂出水一级标准(GB8978-1996)，经过处理后产生的污泥干重约为5吨，如将一吨水处理剂回收后只剩4吨污泥(含水量为65％)，而传统生化法产生的污泥量为8吨。
由于本水处理剂是天然矿物经复合改性而来的，所以，可反复使用，本水处理剂进入污水中，是靠其巨大的比表面积对污染物通过吸附，离子交换等原理进行水处理，因此，在水处理全过程中，水处理剂物质不变，所以，水处理剂可进行回收经再处理进行反复使用。其回收的方法如下：将经生化处理后的污泥投入高速擦洗机(每分2900-3500转)进行擦洗，加入选矿液，使水处理剂与其它物质迅速分离，沉降、结饼在回收池里，将其送入360-650度的回转炉中进行处理，进一步去除有机污染物，经高温活化，进入改性设备，加入改性剂，在80-150度温度下进行充分搅拌3-15分钟，经冷却、包装后，成为回收水处理剂，可重新使用。
在水处理过程中，污泥与天然矿物水处理剂吸附了大量的有机物质、N、P、K和植物必需的微量营养元素，而且易于脱水，可直接用于土壤改良剂，也可制作有机、无机复合肥；产生的剩于污泥，经过无害化处理后，也可加工成高强度的轻质保温砖，具有极高的市场价值，并且具有广阔的市场。而传统的物化法和生化法产生的污泥，脱水困难，为此而加入聚丙烯酰胺，使污泥脱水变得较为容易，但要进一步降低水分含量时，则变得极为困难；当其风干后，则比较坚硬，对土壤产生板结作用，因此，污泥的再利用空间变窄，很难农业利用，只能填埋或焚烧，而且费用不低，往往会造成二次污染。