申请日2017.09.15
公开(公告)日2017.11.10
IPC分类号C02F9/14
摘要
本发明公开了一种污水处理一体化装置，属于污水处理领域，所述装置包括生物纤维膜池、电化学反应器、催化反应器、生物炭床;所述的生物纤维膜池、电化学反应器、催化反应器、生物炭床依次连接;所述的电化学反应器与生物纤维膜池之间设置第一回流管路，所述的生物炭床与生物纤维膜池之间设置第四回流管路，所述的电化学反应器出水口依次设置分离器、第一检测器，催化反应器出水口设置第二检测器;所述的电化学反应器为恒流恒压式反应器;电化学反应器电极极性可互相转换。本发明的污水处理一体化装置具有占地面积小、抗冲击能力强、处理效果好、免维护的特点。
权利要求书
1.一种污水处理一体化装置，其特征在于：包括生物纤维膜池(1)、电化学反应器(2)、催化反应器(3)，所述的生物纤维膜池(1)、电化学反应器(2)、催化反应器(3)依次连接;所述的电化学反应器(2)为恒流恒压式反应器;所述的电化学反应器(2)电极材料相同，电极极性可互相转换。
2.根据权利要求1所述的污水处理一体化装置，其特征在于：还包括生物炭床(4)、所述的生物炭床(4)与催化反应器(3)相连通。
3.根据权利要求1或2所述的污水处理一体化装置，其特征在于：包括第一检测器(5)，第一检测器(5)设置于电化学反应器(2)与催化反应器(3)之间的管路上，电化学反应器(2)出水经第一检测器(5)检测后进入催化反应器(3)处理或直接排出。
4.根据权利要求3所述的污水处理一体化装置，其特征在于：还包括第一回流管路(201)和分离器(6)，所述分离器(6)设置在电化学反应器(2)和第一检测器(5)之间，分离器(6)通过第一回流管路(201)与生物纤维膜池(1)连通;经电化学反应器(2)处理的出水经分离器(6)处理后分为悬浮物水体和澄清水体，悬浮物水体进入第一回流管路(201)回流处理;澄清水体进入第一检测器(5)检测。
5.根据权利要求1所述的污水处理一体化装置，其特征在于：所述的电化学反应器(2)包括直流电源(501)、第一电极(502)、第二电极(503)，所述的第一电极(502)、第二电极(503)分别与直流电源(501)相连通，所述第一电极(502)和第二电极(503)的极性可相互转换;所述第一电极(502)、第二电极(503)的材料为碳钢、铝、钛、石墨、碳纤维材料中的任意一种。
6.根据权利要求2所述的污水处理一体化装置，其特征在于：包括反洗泵(9)、第四回流管路(402)，所述的电化学反应器(2)通过反洗泵(9)连通生物炭床(4)，所述的第四回流管路(402)连接于生物炭床(4)与生物纤维膜池(1)之间。
7.根据权利要求2所述的污水处理一体化装置，其特征在于：包括第二检测器(8)，所述的第二检测器(8)连接于催化反应器(3)、生物炭床(4)之间，催化反应器(3)出水经第二检测器(8)检测后进入生物炭床(4)处理或直接排出。
8.根据权利要求1或2所述的污水处理一体化装置，其特征在于：包括氧化剂补充装置(7)，所述的氧化剂补充装置(7)与催化反应器(3)相连通;所述的氧化剂补充装置(7)还可以与电化学反应器(2)、生物炭床(4)连通或不连通。
9.根据权利要求2所述的污水处理一体化装置，其特征在于：包括第二回流管路(303)、第三回流管路(401)，所述的第二回流管路(303)连接于催化反应器(3)与电化学反应器(2)之间，第三回流管路(401)连接于生物炭床(4)与电化学反应器(2)之间。
10.根据权利要求5所述的污水处理一体化装置，其特征在于：所述的电化学反应器(2)还包括槽体、中间电极(505)、固体催化剂、第二曝气装置(504);所述的中间电极(505)设置在第一电极(502)和第二电极(503)之间，所述固体催化剂设置于槽体内部，第二曝气装置(504)设置于槽体底部。
说明书
一种污水处理一体化装置
技术领域
本发明属于污水处理领域，涉及一种污水处理一体化装置。
背景技术
海上平台污水主要由食堂废水、洗澡废水、洗衣废水、卫生间废水等组成，该类污水盐含量较高，同时含有大量消毒剂、油污、难降解表面活性剂，处理难度较大，随着国家对海上平台污水排放标准的提高，常规的生化处理已不能达到新排放标准要求，如将污水直接排入水体，将会导致水环境急剧恶化，因此对海上平台污水的治理引起了越来越多的关注。
农村、中小城镇等地理位置较为分散的地区，往往存在无法将污水管网引入市政管网的问题，不仅不能将处理后污水进行回用，还将引发严重的环境污染问题，在现有的污水处理一体化设备中，往往存在设备占地面积大、出水效果不稳定、运行成本和维护成本较高的缺陷。
因此，开发一种处理效果优异的、占地面积小、运行成本低的污水处理一体化设备，使其能适用于海上平台、船舶、潜艇以及其他中小型污水处理场合的污水处理，具有非常重大意义。
目前，海上平台污水处理工艺主要沿用船舶废水处理工艺，其中应用较多的工艺主要包括生物接触氧化工艺、膜生物反应器(MBR)工艺以及电解法工艺。其中，生物接触氧化工艺是在生物反应池内充填负载生物膜的填料，利用生物膜上微生物代谢去除水体中有机污染物的一种处理工艺，该处理工艺在污水处理过程中起到一定效果，然而，由于负载生物膜的填料抗冲击能力较差，细菌不易存活和停留，导致出水水质不稳定，难以达到污水排放标准，且该工艺通常需要设置絮凝沉淀池，占地面积大，对于海上平台污水处理存在一定的局限性。
膜生物反应器(MBR)工艺是由膜分离和生物处理结合而成的一种新型、高效污水处理技术，与传统的生化水处理技术相比，MBR工艺具有处理效率高、出水水质好的优点，然而膜及膜组件价格昂贵，使该工艺运行成本较高。
电解法污水处理工艺在新海上平台应用广泛，其利用电解海水中的氯化钠产生高浓度的次氯酸钠，利用次氯酸钠强氧化作用降解水体中的有机污染物，该处理工艺可显著提高悬浮物(SS)、总磷(TP)、色度、有机污染物的去除率，然而其也存在不可避免的缺陷：1)电解海水过程中将耗费较多的电能，运行成本高;2)在用水高峰期水量大及出水水质不稳定的情况下，出水不能稳定达标排放。
经检索，现有技术已经公开了较多的技术方案，如中国专利号CN201110087069.9，该申请案公开了一种船舶一体化装置，其包括废水处理腔室，其侧壁开有溢流出口，中部设置消毒药容器腔室，下部通过管道与消毒药容器腔室连通，废水处理腔室内壁与消毒药容器腔室外壁之间的腔体内设置填料，填料与消毒药容器腔室之间留有间隙，间隙下部有曝气管道，曝气管道上分布有曝气支管，曝气支管倾斜出口均朝向消毒药容器腔室的外壁，采用该申请案的装置不仅使整个装置曝气均匀，气体不会直接作用于填料，对微生物冲击力较小，虽然该装置提高了微生物降解废水的效率，然而仅通过生物处理方法往往难以保证在水质波动条件较大情况下污水处理的达标排放。
因此，对于海上平台设施、中小城镇和农村污水处理，亟需开发一种投资小、占地面积小、处理效果好、运行稳定的污水处理一体化装置。
发明内容
1、要解决的问题
针对现有海上平台、船舶、潜艇以及其他中小型污水处理场合污水处理空间有限、水质水量波动大的特点，现有的污水处理工艺中普遍存在系统抗冲击能力差、处理效率低、处理效果不好的缺陷。本发明旨在提供一种占地面积小的污水处理一体化装置，该装置抗冲击能力强、处理效率高、处理效果好。
2、技术方案
为解决上述问题，本发明采用如下的技术方案。
本发明提供了一种污水处理一体化装置，包括生物纤维膜池、电化学反应器、催化反应器;所述的生物纤维膜池、电化学反应器、催化反应器依次连接;所述的电化学反应器为恒流恒压式反应器;所述的电化学反应器电极材料相同，电极极性可互相转换。
作为本发明更进一步的改进，还包括生物炭床、所述的生物炭床与催化反应器相连通。
作为本发明更进一步的改进，包括第一检测器，第一检测器设置于电化学反应器与催化反应器之间的管路上，电化学反应器出水经第一检测器检测后进入催化反应器处理或直接排出。
作为本发明更进一步的改进，还包括第一回流管路和分离器，所述分离器设置在电化学反应器和第一检测器之间，分离器通过第一回流管路与生物纤维膜池连通;经电化学反应器处理的出水经分离器处理后分为悬浮物水体和澄清水体，悬浮物水体进入第一回流管路回流处理;澄清水体进入第一检测器检测。
作为本发明更进一步的改进，所述的电化学反应器包括直流电源、第一电极、第二电极，所述的第一电极、第二电极分别与直流电源相连通，所述第一电极和第二电极的极性可相互转换;所述第一电极、第二电极的材料为碳钢、铝、钛、石墨、碳纤维材料中的任意一种。
作为本发明更进一步的改进，包括反洗泵、第四回流管路，所述的电化学反应器通过反洗泵连通生物炭床，所述的第四回流管路连接于生物炭床与生物纤维膜池之间。
作为本发明更进一步的改进，包括第二检测器，所述的第二检测器连接于催化反应器、生物炭床之间，催化反应器出水经第二检测器检测后进入生物炭床处理或直接排出。
作为本发明更进一步的改进，包括氧化剂补充装置，所述的氧化剂补充装置与催化反应器相连通;所述的氧化剂补充装置还可以与电化学反应器、生物炭床连通或不连通。
作为本发明更进一步的改进，包括第二回流管路、第三回流管路，所述的第二回流管路连接于催化反应器与电化学反应器之间，第三回流管路连接于生物炭床与电化学反应器之间。
作为本发明更进一步的改进，所述的电化学反应器还包括槽体、中间电极、固体催化剂、第二曝气装置;所述的中间电极设置在第一电极和第二电极之间，所述固体催化剂设置于槽体内部，第二曝气装置设置于槽体底部。
3、有益效果
相比于现有技术，本发明的有益效果为：
(1)本发明的污水处理一体化装置，是一种适用于海上平台设施、中小城镇和农村污水处理的一体化污水处理装置，为适用于上述场景，要求污水处理能够在一套装置中完成、达到直接排放的目的、并且最大限度的免维护。因此本发明的装置，依次设置生物纤维膜池电化学反应器、催化反应器进行高效处理;由于本装置的使用环境下废水来源种类复杂，既有生活污水，也包括难降解有机污水，需要针对不同情况下各类型水温、pH的污水均能够有效处理。本装置不单纯依赖生物处理，生物纤维膜池在起到一定生物处理功能的同时，也起到过滤、拦截悬浮物、微生物的目的，其后的电化学反应器、催化反应器处理效率高、通适性强，克服了单一的生物处理方式抗冲击能力较差的缺陷，整个装置抗冲击能力强，处理效果好、出水稳定。
(2)本发明的污水处理一体化装置，电化学反应器可设置恒流、恒压两种模式，可以针对于不同类型的污水选择不同的处理模式，在污水中污染物质较为单一，水质波动较小时设定为恒流模式，而在水质波动较大时，则可以切换为恒压模式，避免水质波动大时由于污水电阻值变化较大，造成的电极板上的电压波动大、设备使用寿命缩短等问题，同时解决在污水中的污染物类型较为复杂情况下，通过无限加大电流其处理能力存在一定的局限的问题，从而保证处理效果，进一步增加了系统的抗冲击能力。现有技术为适应不同的废水处理，通常需要使用价格昂贵的电极材料，运行成本较高，本发明的装置仅通过设置恒流、恒压的模式切换，实现抗冲击的目的，进一步降低了运行成本。
(3)本发明的污水处理一体化装置，由于适用的情况复杂，水质波动大，因此在电化学反应器出水处设置第一检测器，可对电化学反应器的出水水质进行检测，经过电化学反应器高效处理，达标出水可直接排放，不达标出水可进入催化反应器处理，一方面避免了达标水体的重复处理，提高了资源利用率，另一方面增加了系统的抗冲击能力，保证出水水质。
(4)本发明的污水处理一体化装置，同时本装置中的生物炭床具有免维护的特点，该特点一方面在于经过生物纤维膜池-电化学反应器-催化反应器处理后的污水COD值较低，对生物炭床的负荷较小;另一方面在于设置的第四回流管路可定期根据需要利用反洗泵从电化学反应器中抽水，将生物炭床中积累的悬浮物、微生物反洗进入生物纤维膜池重新处理，在实现免维护功能的同时，电化学反应器和生物炭床协作运行，操作方便、节省资源、进一步降低了成本。更进一步，本专利中的生物炭床在污水处理一体化装置中起到缓冲、循环处理的目的，当污水水质较差难以处理情况下，生物炭床可以将生物纤维膜池-电化学反应器-催化反应器未处理完毕的污染物吸附，使污染物停留在生物炭床，当体系负载较小或不需污水的时候，通过反冲将生物炭床中吸附的污染物重新进入生物纤维膜池-电化学反应器-催化反应器处理，既实现了生物炭床的免维护，又提高了生物纤维膜池-电化学反应器-催化反应器的抗冲击能力。
(5)本发明的污水处理一体化装置，采用生物纤维膜池起到生物处理和初步过滤作用，同时在电化学反应器后分别设置分离器、第一回流管路，可将电化学反应器处理后出水根据情况分别采用回流至生物纤维膜池、继续进入催化反应器处理或经第一检测器检测合格后直接排放，对污染物的处理更具有针对性，处理效率更高。
(6)本发明的污水处理一体化装置，针对现有技术中电化学反应器污水类型单一、处理效率低的特点，本发明的电化学反应器为实现各种类型的污染物同时进行处理、并且免维护、处理效率高的特点，首先其将阴、阳电极设置为可换向的电极，克服了电极极板上易产生钝化物影响反应进行的现象，保证反应高效性;其次，在阴、阳电极间设置中间电极，中间电极可发挥双电极的作用，其极板上可同时发生氧化和还原反应;中间电极减小了阴极和阳极之间间距，使多个极距小、电解效率高的电化学反应系统同时进行处理;与现有技术中只设置阴、阳两种电极的方式相比，反应效率更高;此外，本电化学反应器中的催化剂具有多方面的作用，其导电后表面也可进行氧化还原反应作用，进一步强化电化学反应效率。因此，该电化学反应器将可换向、中间电极、催化剂的作用结合为一体，保证电化学反应器在较短时间内完成处理，处理效果好。
(7)本发明的污水处理一体化装置，相比现有技术中的催化剂仅具有催化效果相比，本电化学反应器中的催化剂具有多方面的效果：1)催化剂在电场作用下表面可带电，从而成为新的一种电极，在表面发生氧化还原等化学反应;2)其比表面积大，物质的传质效率高;3)在曝气系统作用下，催化剂形成流化状态，污水与催化剂有效接触进一步增加。4)催化剂同时具有催化电化学反应的活性，因此本发明的电化学反应器将催化剂具有比表面积大特点、催化性能、导电性能结合于一体，进一步强化了反应效率，保证出水的稳定性。
(8)本发明的污水处理一体化装置，其电化学反应器的电极可换相的设置赋予了电化学反应器电极免维护的特点。常规的电化学反应器采用单向电源、一种阳极，在电极反应过程中易产生阳极极板钝化，形成致密的钝化膜，阻碍反应进行，影响处理效率;因此常规的电化学反应器不仅处理效率低，而且需要定期维护，而本装置中，电化学反应器通过电路通电的周期性方向改变而使电极方向变化，电极转换变成相反极性后，可以使电极极板表面的沉积物、钝化物脱落，并随着曝气系统冲刷与污染物一同处理。避免了电极需要经常清洗、维护的缺陷，保证系统的连续运行，同时克服了因产生钝化膜导致的处理效率降低的缺陷。
(9)本发明的污水处理一体化装置，为实现电化学反应器免维护的目的，其还设置第二回流管路、第三回流管路，可以在系统暂时停止运行的状态下，一旦发生电化学反应器缺水的情况，可以将催化反应器和生物炭床中的水引入到电化学反应器中，实现电化学反应器的自动维护目的。
(10)本发明的污水处理一体化装置，采用自动化设置，其将氧化剂补充装置与催化反应器连通，为催化反应器输送氧化剂，一方面节省了氧化剂添加操作，另一方面使催化反应器的处理效果更稳定。
(11)本发明的污水处理一体化装置，经处理后出水满足《污水综合排放标准(GB8978-1996)》一级排放标准，同时可满足就地回用的要求，资源利用率高、占地面积小、成本低廉、为海上设施、农村、城镇等分散地区的污水处理提供较大的便利。