本发明涉及污水处理领域，特别是涉及一种污水处理系统及其处理方法。

背景技术：

在污水处理领域，生活污水处理技术主要为厌氧——缺氧——好氧的传统活性污泥法，通常停留时间长，池体容积大，智能化程度低、固废产量较高、处理效果不稳定等局限。城镇农村地区的中小型生活污水还有一大部分处于不处理直排的情况，要建立区域内的污水处理厂，需要大量的土地、大量的资金，繁琐的管网铺设，还要经过漫长的建设区及投产区才能见效果。

为了适应城镇农村地区的中小型生活污水的处理，一般采用水箱来解决，通过设置在水箱中的污水处理区进行一级甚至多级的处理，处理的过程中，需要进行降解、过滤、搅拌、气提、产水等处理工艺或步骤，其中需要利用到各类泵、管道、阀及传感器进行配合实现，现有的处理系统中各功能模块是通过控制系统顺序工作，彼此独立，导致系统结构复杂，耗能高，环保节能性能不好。

以上背景技术内容的公开仅用于辅助理解本发明的发明构思及技术方案，其并不必然属于本专利申请的现有技术，在没有明确的证据表明上述内容在本专利申请的申请日已经公开的情况下，上述背景技术不应当用于评价本申请的新颖性和创造性。

技术实现要素：

本发明目的在于提出一种污水处理系统及其处理方法，以解决上述现有技术存在的系统结构复杂，耗能高和节能性能不好的技术问题。

为此，本发明提出一种污水处理系统，包括缺氧生化区、好氧生化区和控制区，以及起控制管理作用的供氧气提组、产水模组、控制系统和传感系统，所述供氧气提组包括用于供气供氧的风机，和用于供氧、搅拌的布气装置，以及用于将缺氧生化区中的处理液提升至好氧生化区中的气提装置，所述气提装置包括气提管、提升管和设于所述气提管上的气提电动阀，所述布气装置设于所述缺氧生化区和好氧生化区底部，所述提升管设于所述缺氧生化区中，所述气提管设于所述缺氧生化区底部，所述气提管与所述提升管一端的负压入水口相连，所述布气装置和所述气提装置均由所述风机供气。

优选地，本发明的处理系统还可以具有如下技术特征：

所述好氧生化区设有生物纳米膜模块，所述生物纳米膜模块包括纳米级的微孔片式膜片，用于纳米级的过滤。

所述产水模组包括产水真空泵、气水分离器、抽气泵、产水控制阀和抽气控制阀，所述气水分离器设于所述产水真空泵的上游，与所述生物纳米膜模块相连；所述抽气泵与所述气水分离器相连，所述气水分离器与所述抽气泵之间的连接管上设有所述抽气控制阀，所述气水分离器上游的连接管上设有所述产水控制阀。

所述缺氧生化区的顶部与所述好氧生化区顶部之间设有污泥回流管。

还包括太阳能发电模组，所述太阳能发电模组固设于缺氧生化区和所述好氧生化区的顶部。

此外，本发明还提出了一种污水处理方法，包括利用上述任一项所述的污水处理系统进行污水处理，包括以下步骤：

S1：对收集的污水进行过滤预处理；

S2：对预处理后的污水在缺氧生化区中利用缺氧微生物进行初步的有机物降解处理，处理过程中通过布气装置进行供气及搅拌；

S3：降解处理后的污水通过气提装置的负压入水口提升至好氧生化区，在好氧生化区中进行二次的好氧微生物降解处理，获得达标的水，处理过程中通过供氧气提组的布气装置进行供气供氧及搅拌；

S4：通过产水模组将二次降解处理后达标的水进行排放。

优选地，本发明的处理方法还可以具有如下技术特征：

步骤S4中，还包括：通过控制系统及传感系统检测并控制气水分离器、抽气泵排出产水模组中的空气，保证产水模组的处于负压状态。

步骤S3中，通过两组所述布气装置相互交替运行，进行供气供氧及搅拌，交替运行时间为1-2min。

通过生物纳米膜模块中纳米级的微孔片式膜片生成好氧生物膜进行过滤及降解，所述好氧生物膜由好氧微生物生成。

还包括污泥回流的步骤，其包括通过设置在所述缺氧生化区和所述好氧生化区顶部的污泥回流管利用溢流的方式进行硝化反硝化循环。

本发明与现有技术对比的有益效果包括：本发明通过将布气装置和气提装置通过共同的风机进行供气，使得气提装置无需额外设置提升泵来提供提升动力，通过气提管在提升管中形成负压，将处理后的污水从负压入水口提升至下一单元，这样将搅拌与气提两大功能实现了联合，相比于现有气提而言，省去了提升泵，简化了系统结构，减少了耗能部件，降低了耗能，提高了水箱的节能能力，更加节能环保。

优选方案中，由于采用了产水分离器，因而能够克服发生意外的断电停机或机器故障的情况下，空气容易进入连接管道，使得产水真空泵和生物纳米膜模块不能处于负压状态下，造成产水流量不足或无法抽吸的状况，从而可以保证产水模块能持续自动的产水的进一步的技术效果。

通过生物纳米膜模块中的微孔片式膜片的设置，生物纳米膜因其特殊的结构拥有巨大的比表面积，其表面的好氧微生物种群会比一般的生物膜更丰富，数量更多，污水在这些微生物的代谢作用下，能去除剩余的大部分的有机污染物及总磷，且生物纳米膜模块因为具有纳米级的过滤功能，不仅可以完全截留微生物使其保持生物多样性外，还能截留部分大分子有机物，COD(化学需氧量)去除率可达80％左右，总磷去除率可达90％左右。

在顶部设置的污泥回流管，使得本系统能采用溢流的方式进行去除总氮和氨氮，溢流的方式省掉了回流泵，保证24小时无动力回流，进一步简化了本系统的结构，降低能耗。

太阳能发电模组用于提供系统运行所需的能源，无需接入电网，即可实现电量自供自用，节能环保，所以也不受地域的限制，太阳能发电模组固设于缺氧生化区和所述好氧生化区的顶部，可作为水箱的顶板，起到防坠作用，还能防止树叶、胶袋等杂物飘入水箱，影响系统正常运行。

在好氧生化区中采用交替搅拌的形式，不仅节省能耗，而且搅拌供氧更均匀，防止存在死角。

附图说明

图1是本发明具体实施方式一的系统结构示意图；

图2是本发明具体实施方式一的气提装置的示意图。

图3是本发明具体实施方式一的污水处理方法的流程图。

1-进水口，2-缺氧生化区，3-格栅装置，4-布气装置，5-液位开关，6-气提管，7-提升管，8-设定液位，9-气提电动阀，10-风机，11-填料层，12-活性污泥，13-好氧生化区，14-污泥回流管，15-生物纳米膜模块，16-产水真空泵，17-排放管，18-气水分离器，19-产水控制阀，20-抽气控制阀，21-抽气泵，22-太阳能发电模组，23-支架，24-太阳能板24，25-逆变器，26-控制区，27-控制系统，28-排气口，29-负压入水口。

具体实施方式

为便于准确理解，以下是后文中将出现的技术术语的准确定义：

“COD”是指：化学需氧量。

下面结合具体实施方式并对照附图对本发明作进一步详细说明。应该强调的是，下述说明仅仅是示例性的，而不是为了限制本发明的范围及其应用。

参照以下附图1-3，将描述非限制性和非排他性的实施例，其中相同的附图标记表示相同的部件，除非另外特别说明。

实施例一：

本实施例提供了一种污水处理系统，处理汕头某镇农村污水处理工程，该工程污水处理量：500t/天，污水主要指标：COD 80-200mg/L，总氮35～40mg/L，总磷6～8mg/L。

如图1所示，本实施例的污水处理系统，包括缺氧生化区2、好氧生化区13和控制区26，以及起控制管理作用的供氧气提组、产水模组、控制系统27和传感系统，其中缺氧生化区2内在进水口1位置处，设置有格栅装置3，这里也可以根据实际情况将格栅装置3设置成自动格栅机或格栅网，格栅装置3目的是拦截污水中的漂浮物、毛发等杂物，以对污水进行过滤预处理。因污水是非均质均量的排放性质，首先需要缺氧生化区2进行水质水量的调节，才能保证系统稳定连续的运行；在缺氧生化区2底部设布气装置4和气提管6，所述提升管7设于所述缺氧生化区2中，所述气提管6设于所述缺氧生化区2底部，所述气提管6与所述提升管7一端的负压入水口29相连，设于缺氧生化区2中的传感系统包括液位开关5，如图2所示，当缺氧生化区2的液位到达设定液位8时，气提电动阀9会自动开启，气提管6的强力气流使提升管7内部形成负压，管底周边的水流会通过负压入水口29吸入提升管7提升至下一单元，由低噪声回转式风机10供气。这种设计不仅节省了提升泵，可变动的液位还起到了调节水量的功能，可承载高峰时期大水量的冲击。

本实施例结合该污水处理系统提供了一种污水处理方法，如图3所示，包括以下步骤：

S1：对收集的污水进行过滤预处理；

S2：对预处理后的污水在缺氧生化区2中利用缺氧微生物进行初步的有机物降解处理，处理过程中通过布气装置4进行供气及搅拌；

S3：降解处理后的污水通过气提装置的负压入水口29提升至好氧生化区13，在好氧生化区13中进行二次的好氧微生物降解处理，获得达标的水，处理过程中通过供氧气提组的布气装置4进行供气供氧及搅拌；

S4：通过产水模组将二次降解处理后达标的水进行排放。

缺氧生化区2内设有1.5～2m高的半软性组合填料层11，同时往缺氧生化区2里投加2000～/L浓度的活性污泥12，通过风机10控制溶氧量0.5mg/L左右，促使缺氧菌及缺氧微生物的生长，形成丰富的生物膜负载在填料上，污水中的有机污染物透过这种生物膜后，由于微生物的代谢过程被大部分降解，COD将大幅下降，COD去除率可达60％～70％，容积负荷高。

本实施例中，所述缺氧生化区2的顶部与所述好氧生化区13顶部之间设有污泥回流管14，缺氧生化区2还可以去除总氮和氨氮，好氧生化区13的硝化污泥通过污泥回流管14回流，形成硝化反硝化的循环，能去除大部分的氨氮和总氮，污泥回流采用溢流的方式，省掉回流泵，保证24小时无动力回流。

缺氧生化区2水力停留时间4h左右，其处理完的污水由气提装置提升至好氧生化区13，好氧生化区13中设有生物纳米膜模块15，其中生物纳米膜模块15包括若干组由纳米级的微孔片式膜片串联而成的膜片模组，微孔片式膜片的是通过有机材料改性的聚偏氟乙烯制成，底部设两组布气装置4，通过连通风机10保持好氧生化区13的好氧环境，溶解氧保持在4～6mg/L左右，投加2000～/L浓度的活性污泥12，两组布气装置4设定1～2min自动交替运行，这种模式供氧，不仅节省能耗，而且搅拌供氧更均匀，防止存在死角。生物纳米膜因其特殊的结构拥有巨大的比表面积，其表面的好氧微生物种群会比一般的生物膜更丰富，数量更多，污水在这些微生物的代谢作用下，能去除剩余的大部分的有机污染物及总磷，且生物纳米膜模块15因为具有纳米级的过滤功能，不仅可以完全截留微生物使其保持生物多样性外，还能截留部分大分子有机物，COD去除率可达80％左右，总磷去除率可达90％左右。

根据进污水负荷的差异，水力停留时间设定为6～8h，同时好氧生化区13中也设有液位开关5，设定液位8达到设定的程序要求时，处理完的水通过生物纳米膜产水模块排放，产水模块通过产水真空泵16经排放管17自动抽吸至排放点，处理出水较清澈，悬浮物和浊度接近于零，细菌和病毒也被大幅去除，可完全达到国家一级排放标准。而且，无二次污染产生，能真正做到零排放，本实施例中，排放的污水数据为：出水COD≤25，总氮≤4.5，总磷≤0.5，指标达到污水综合排放标准一级A标以下，无二次污染物产生。

本实施例中因为生物纳米膜模块15与产水真空泵16必须是在负压状态下连接才能保证连续产水，若意外的断电停机或机器故障，空气容易进入连接管道，造成产水流量不足或无法抽吸的状况，所以在产水模块中增加气水分离器18，不锈钢制成的全封闭罐体，所述气水分离器18设于所述产水真空泵16的上游，与所述生物纳米膜模块15相连；所述抽气泵21与所述气水分离器18相连，所述气水分离器18与所述抽气泵21之间的连接管上设有所述抽气控制阀20，所述气水分离器18上游的连接管上设有所述产水控制阀19。气水分离器18内部设液位计，当检测到不是满液位时，说明里面有空气进入，液位信息由PLC(控制系统27)联动产水真空泵16，关闭产水控制阀19，自动停止产水，同时抽气控制阀20就会自动开启，阀门全开后，抽气泵21跟着联动，将气水分离器18内空气由其顶部连接的管道抽走，当空气抽干后，气水分离器18会恢复满水状态，这时，抽气泵21和抽气控制阀20将依次关闭，打开产水控制阀19，然后产水真空泵16启动，持续自动的产水。

本实施例从节能环保的理念出发，在水箱顶部设置太阳能发电模组22，太阳能发电模组22的装机容量12kw，处理系统的开机容量10kw，装置顶部设置的太阳能发电模组22，充分利用立体空间，节省占地面积，太阳能发电模组22包括设在水箱上的支架23，以及设在支架23上的太阳能板24，设在顶部的太阳能发电模组22相当于水箱的顶板，不仅起到防坠作用，还能防止树叶、胶袋等杂物飘入水箱，影响系统正常运行。本实施例的太阳能发电模组22经逆变器25将直流电转换成交流电，连接控制区26内的控制系统27，即可实现电量自供自用，无需接入电网，节能环保，所以也不受地域的限制。

本实施例中，在控制区26部分的顶盖上设有若干合理的排气口28，保持控制间空气流通，控制系统27可以实时监测系统的运转情况，能实现24小时无人运转。

本领域技术人员将认识到，对以上描述做出众多变通是可能的，所以实施例仅是用来描述一个或多个特定实施方式。

尽管已经描述和叙述了被看作本发明的示范实施例，本领域技术人员将会明白，可以对其作出各种改变和替换，而不会脱离本发明的精神。另外，可以做出许多修改以将特定情况适配到本发明的教义，而不会脱离在此描述的本发明中心概念。所以，本发明不受限于在此披露的特定实施例，但本发明可能还包括属于本发明范围的所有实施例及其等同物。

核废料怎样处理的 减少核废料数量、缩短放射性周期、释放庞大能量“核嬗变”助力破解核废料处理难题

本报记者王林《 中国能源报 》（ 2024年07月22日 第 11 版）

近日，瑞士一家技术初创公司提出的新型核嬗变技术获得瑞士国家核废料管理机构认可，从而让这一相对冷门的技术概念引起广泛关注。核嬗变是将一种化学元素转化为另外一种元素、或将一种化学元素的某种同位素转化为另一种同位素的过程。研究发现，通过核嬗变可以大幅减少高放射性核废料数量，并缩短放射性周期，同时整个过程还能释放出巨大能量。

■ 核废料安全处理迫在眉睫

根据世界核协会定义，核废料可以根据放射性水平和热输出分为高阶核废料、中阶核废料和低阶核废料。

高阶核废料包括乏燃料和后处理废液，具有极高的辐射危害和温度，需要进行长期隔离和处置。中阶核废料主要来自反应堆运行和除役过程中产生的废物，虽然放射性和热量较低，但仍需要进行安全处理和储存。低阶核废料主要包括核设施的一般废物，例如工具、服装、滤纸等，放射性和热量较低，可以进行相对简单的处理和处置。

目前，掩埋和存储是处理核废料的主要手段之一，但充满挑战且成本高昂。

据悉，芬兰正在建造世界上第一个永久性存储核废料设施，预计今年年底将在奥尔基洛托岛启用，可以实现安全保护10万年。

然而，核裂变留下的物质在几千年内都具有放射性，从本质上讲，掩埋和存储并不牢靠，更像是“隐形炸弹”。因此，研发安全处理核废料技术，正在成为能源和科学界追求的目标，核嬗变技术从而脱颖而出，这是利用核反应将长半衰期的核废料转化为短半衰期或非放射性物质的过程。

■ 核嬗变创新研究如火如荼

经合组织核能署表示，多年来，核电行业围绕利用核嬗变技术管理核废料的讨论不断，部分国家已经启动了探索核嬗变技术的重大项目。

在核嬗变利用方面，我国持续推进创新研究，最具代表性和影响力的创新成果之一是加速器驱动先进核能系统（）的研发和应用。该系统由中国科学院原创性提出、中广核作为顶层合作伙伴，联合国内其他单位共同研发、建造。

加速器驱动的核废料嬗变，主要利用加速器产生的高能粒子轰击核废料，使其发生核嬗变。集嬗变、核燃料增殖、核能发电于一体，具有固有防核扩散特性的先进核燃料闭式循环，可以极大提高核燃料利用率，并降低乏燃料无害化所需时间至数百年。

通过，核废料放射寿命由数10万年缩短到约500年，将核废料数量减少到乏燃料的4%，核燃料利用率也能提高到超过95%。

瑞士技术初创公司提出的核嬗变技术，旨在使用粒子加速器与反应堆相连接，将亚原子中子粒子与轻微放射性金属钍结合，从而产生一种铀同位素，然后这种铀同位素发生裂变并释放能量。与铀不同，钍不会产生钚或其他高放射性废料。

瑞士国家核废料管理机构对上述核嬗变技术进行研究作出结论，认为其可以将高放射性核废料数量削减80%，并极大缩短这类废料的放射性周期。

■ 成本高昂是潜在挑战

业内认为，核嬗变技术让核电应用更有前景，但高昂的成本投入仍然是阻碍该技术商业化应用的潜在障碍。油价网指出，将核反应堆与粒子加速器相结合所需要的资金投入尚无明确估算，如果用已知设备进行对比的话，欧洲核子研究中心建造和运行的大型强子对撞机，大概耗资47.5亿美元。

“即便如此，我们也不应该放弃相关研究。”瑞士国家核废料管理机构负责人马蒂亚斯·布劳恩表示，“在核废料处理方面，核嬗变技术可以‘变废为宝’。”

英国物理研究所核物理小组主席、英国萨里大学研究员杰克·亨德森也指出，核嬗变技术可以将放射性衰变所需时间缩短1000倍，这对核电产业是两全其美的事情。通过燃烧反应堆中产生的一些周期较长的同位素，不仅可以降低放射性水平，还能释放能量。

业内呼吁认真对待核嬗变技术的研究创新，将其视为重塑核电信心的突破口。“该技术让我们重拾对核电的信心。”公司首席执行官富兰克林·瑟万施赖伯表示，“我们预计，这一技术可用于处理全球99%的核废料，并将其放射性存留时间缩短至不到500年。”

据悉，公司目前正在与至少3个国家就核嬗变技术研发合作进行谈判。为公司提供资金的美国联合广场风险投资公司管理合伙人阿尔伯特·温格透露，核嬗变技术可以解决核电领域长期存在的问题，包括核废料安全处理、核废料转变成燃料等。