[发明专利]净化污水的方法

说明书

本发明涉及一种活性污泥法净化家庭排水及工业排水的方法，并引入革新工艺来处理水流中所含氨合物和磷酸盐以及促进生物培养物的活化。这些方法可快速达到高度净化。其结果是能获得高纯度的循环水，所采用的是安装和操作费用低的设备。

用于净化污水的活性污泥法应用范围很广，且通常简称为污水的生物处理法。其采用一个初级沉淀池，一个曝气池和一个二级沉淀池。随着对该方法的开发，已引入多级系统，其中引入了两级或三级曝气。两级曝气法与仅存在于初级沉淀池中的细菌的生长状况及二级沉淀池中高级微生物(如原生动物及其它)生长状况相结合。该方法还要求对两池中的停留时间进行调节。更进一步地，还开发了处理污水中氨合物和磷酸盐的多级系统。

使用活性污泥法生物处理污水的工艺，其特征在于快速法和慢速法的停留时间。快速法中，停留时间为2.5小时，主要利于细菌的生长，而慢速法根据停留时间通常为4至6小时利于各种微生物的生长，主要是细菌和原生动物的生长。快速法耗氧量少，且生物培养物浓度低，在500kg/l数量级。其随温度升至45℃响应呈正向增高，达到高度纯化至70％，且耗能少。而慢速法在温度高于20℃时不会产生有利的变化，其在浓度为3000kg/l过量的生物培养物中进行操作，且与此相关的操作费用高。

我们知道，在气候温暖的地区，常常将污水或工业废水排放于温度高于30℃的曝气池中。由此，这些池中的空气溶解度是有限的。饱和氧含量在15℃时为10.4kg/l，在35℃时则降至6.6kg/l。因此，在这些地区需使用另外的充气装置。

通过上述分析推知，净化污水所采用的活性污泥法仍没被有效地开发及最优化。与其相关的实际问题列举如下：

当污水温度升高时，存在特殊的适应性问题。

由于污水流和工业废水为复杂的物质，通常有毒，较高或较低程度地为有机毒物和重金属毒物的形式，所以处理方法更具有理论上的重要性。

这些有毒物质含各种成份，毒性大且抑制生物培养物的生长，降低生物处理的速度，因此具有严重的经济上和环境上的弊病。

考虑到上述以活性污泥法生物处理污水的优缺点，本发明人发明研究并使用了中试方案，其能成功地解决这些问题，并且大有益处。

本发明人已证明，使用活性污泥法生物处理污水的工艺能在两级曝气中优化操作，其中第一步在非酸性环境中操作，以除去硝酸盐并用于毒物分离。根据此方案，第一曝气池中的生物培养物还可用作重金属和毒物的吸附剂。将此培养物全部除去而不在该系统中进行循环。在污泥从第一曝气池中清除之后，还可进行磷酸盐的脱除，脱除程度大于70％。在第二曝气池中形成并保持活性污泥，在大量氧化剂存在条件下操作，促进氨合物氧化为硝酸盐，并使污泥循环，为两个曝气池提供所需污泥。

在两级曝气的净化工艺中，仅使用来自第二级的污泥。该污泥进入含有毒物的第一曝气池中，由此导致微生物间的生存竞争。因此，代表微生物生长中较高能量水平的最有恢复力和活性的细菌便会占据优势。这些操作条件被定义为生物培养物的嗜热活化作用。在整个净化系统中这种嗜热活化作用将呈现稳定状态，其中第一曝气池中生长状况由于有毒性物质而存在着物种的竞争，而在第二曝气池中活化的生物培养物的种子会被交换，且形成生物污泥的最佳条件会占据优势。

所开发的且用作毒物分离的快速与慢速法的结合即为一种初步的最优化方案，用于气候温暖地区。其还是能够大幅度除去硝酸盐及磷酸盐的高度原始简单的方案。已表明，在快速法中，非酸性环境下随着来自第二慢速曝气池(其中存在的氧化剂导致硝酸盐的形成)的污泥携带水的不断循环，硝酸盐的脱除率为60-80％。同时，随着来自第一曝气池的生物污泥全部扔掉，则大部分磷酸盐(总含量的60-80％)也被除去。

本发明人还发明研制并使用了从装置中脱除毒物的方案，这些装置用于活性污泥法净化污水。通过与提供的重金属选择性结合并进行初级沉淀使池中污染物负荷量减少而实现毒物分离。

离子形式的重金属与特殊类型的离子交换树脂结合，这些树脂由同一发明人发明并使用。将树脂装床，其中污水将通过此床。离子交换树脂为聚合物，呈macroplegmatic结构，Mc值为50,000交换产品。树脂中含有最大密度的磺基和羧基，离子交换比接近理论极限5.6-6.2。该树脂在水中可膨胀为其重量的250-350倍，孔隙度小，能快速结合所通过的水携带的全部金属离子。

将上述离子交换树脂加入曝气池中。因其在水中膨胀了250-350倍，其与可溶性金属离子结合，而由于其低孔隙度，污泥不能流进其中。