申请日2015.03.20
公开(公告)日2015.07.15
IPC分类号C02F9/14
摘要
本发明提供了一种城市污水厂深度处理装置，其特征在于：包括依次连接的纳米磁性二氧化钛催化氧化单元(1)、铁碳内电解单元(2)、生物反应单元(3);所述磁性二氧化钛催化氧化单元(1)与铁碳内电解单元(2)之间设有滤网(14);所述纳米磁性二氧化钛催化氧化单元(1)内填充纳米磁性二氧化钛颗粒，其上部设有进水管(11);所述铁碳内电解单元(2)内设有铁粉和炭粉的混合滤层(21);所述生物反应单元(3)内设有活性炭-石英砂复合滤层，其底部设有出水管(33)。该城市污水厂深度处理装置结构紧凑、占地面积小、使用方便、运行灵活、适用范围广，可较好地保障催化氧化效果及整体出水水质，具有较好的推广应用前景。
摘要附图
权利要求书
1.一种城市污水厂深度处理装置，其特征在于：包括依次连接的纳米磁性二氧化钛催 化氧化单元(1)、铁碳内电解单元(2)、生物反应单元(3);所述磁性二氧化钛催 化氧化单元(1)与铁碳内电解单元(2)之间设有滤网(14);所述纳米磁性二氧化 钛催化氧化单元(1)内填充纳米磁性二氧化钛颗粒，其上部设有进水管(11);所 述铁碳内电解单元(2)内设有铁粉和炭粉的混合滤层(21);所述生物反应单元(3) 内设有活性炭-石英砂复合滤层，其底部设有出水管(33)。
2.根据权利要求1所述的一种城市污水厂深度处理装置，其特征在于：所述磁性二氧 化钛催化氧化单元(1)为完全混合形式，其底部设有充气搅拌装置(12);充气搅 拌装置(12)为脉冲充气搅拌装置，其出气孔的开孔尺寸为0.5-1.5mm，充气强度 为2-30L/m2·s，脉冲周期3-20s;所述纳米磁性二氧化钛颗粒的粒径为2-5g/L。
3.根据权利要求1所述的一种城市污水厂深度处理装置，其特征在于：所述磁性二氧 化钛催化氧化单元(1)内设有1根以上贯穿磁性二氧化钛催化氧化单元(1)的包 括紫外灯的石英套管(13);相邻石英套管(13)之间的间隔20-30cm。
4.根据权利要求1所述的一种城市污水厂深度处理装置，其特征在于：所述滤网(14) 的孔径为10-20μm，且以5-10°的倾角倾斜设置。
5.根据权利要求1所述的一种城市污水厂深度处理装置，其特征在于：所述铁碳内电 解单元(2)内的混合滤层(21)的厚度为30-80cm;铁粉和炭粉的质量比1：(1-3) 的;滤速为6-8m/h。
6.根据权利要求1所述的一种城市污水厂深度处理装置，其特征在于：所述生物反应 单元(3)内的活性炭-石英砂复合滤层自下而上包括活性炭滤层(31)和石英砂滤 层(32);活性炭滤层(31)的厚度为2.0-4.0m，石英砂滤层(32)的厚度30-70cm， 石英砂为0.9-1.35mm的均质石英砂。
7.根据权利要求1所述的一种城市污水厂深度处理装置，其特征在于：铁碳内电解单 元(2)、生物反应单元(3)之间设有气水联合反冲洗单元(4)，所述气水联合反冲 洗单元(4)顶部为设有短柄滤头(43)的配水板(41)、底部为穿孔板(42)，其高 度为20-40cm，其侧壁以及生物反应单元(3)下部均设有进水管(44)和进气管(45)， 生物反应单元(3)上部设有反洗出水管(46)。
8.根据权利要求7所述的一种城市污水厂深度处理装置，其特征在于：气洗强度为 10-50L/m2.s、水冲洗强度为1-20L/m2.s，反冲洗周期为10s～10min。
9.一种利用权利要求1至8任一项所述的装置对城市污水厂深度处理的方法，其特征 在于：包括以下步骤：
(1)在紫外灯光照射下，污水通入填充有磁性纳米二氧化钛的纳米磁性二氧化钛催 化氧化单元内，混合均匀并完成催化氧化反应，催化氧化反应时间为5-20min;
(2)经催化氧化后的污水经滤膜过滤，截留磁性纳米二氧化钛;催化氧化区设有的 脉冲充气搅拌装置利用脉冲曝气方式对滤膜进行冲洗，防止滤膜堵塞，脉冲周期 5-20s;
(3)经过滤后的污水流入铁碳内电解区，铁粉和炭粉的混合滤层截留溶液中的残留 磁性二氧化钛，并实现水中物质的铁碳内电解过程;
(4)经内电解处理后的污水流入生物反应单元内，完成硝化、反硝化及有机物的生 物降解作用，改善出水水质并作为最终出水，滤速控制在3-6m/h;
(5)使用一段时间后利用铁碳内电解单元底部的气水联合反冲洗对铁碳内电解区进 行反冲;气洗强度为10-50L/m2.s、水冲洗强度为1-20L/m2.s，反冲洗周期为 10s～10min。
说明书
一种城市污水厂深度处理装置
技术领域
本发明属于水处理领域，特别涉及一种城市污水厂深度处理装置。
背景技术
中国的水环境质量状况较差，其中典型的污染物为有机污染物、氮、磷以及微量有 机污染物等。针对水环境的改善，城市污水厂尾水的深度处理是不可或缺的途径之一。 目前针对城市污水厂的深度处理工艺或技术主要有混凝-沉淀-过滤-消毒、活性砂滤池、 膜生物反应器以及深床滤池等，但其在应用中存在着TN控制效果有限的问题，通常需 要通过补充碳源来改善TN的去除效果，从而会显著增加运行费用。另一方面，污水厂 二沉池出水中的有机物含量相对较高，CODCr一般在30mg/L以上，甚至达到70-80mg./L， 其不能被有效用作生物反硝化的碳源，主要是由于其生化性相对较差。通过适当手段改 变有机物的分子结构以提高其可生化性，从而可以作为反硝化碳源进一步利用，达到同 时提高有机物及TN的去除效果，改善出水水质的目的。对有机物分子结构具有改变效 能的途径主要有氧化、水解酸化、内电解等，其中氧化特别是高级氧化是最有效的途径。 光催化氧化是目前最常用的高级氧化技术之一，催化剂的种类及性质是影响其处理效能 的关键因素。二氧化钛是目前最常用的催化剂，其粒度大小及晶型直接影响着处理效果 的好坏，纳米级、锐钛型二氧化钛是目前最有效的光催化剂之一。然而其在实际工程应 用中存在着回收困难，出水水质难以有效保障的问题，而且近期纳米级二氧化钛的毒性 问题也是人们关注的焦点。因此，迫切需要研发一种新的基于纳米级二氧化钛的新型、 高效、安全的污水深度处理装置。
发明内容
发明目的：本发明的目的在于提供一种城市污水厂深度处理装置。
技术方案：本发明提供了一种城市污水厂深度处理装置，包括依次连接的纳米磁性 二氧化钛催化氧化单元(1)、铁碳内电解单元(2)、生物反应单元(3);所述磁性二氧 化钛催化氧化单元(1)与铁碳内电解单元(2)之间设有滤网(14);所述纳米磁性二 氧化钛催化氧化单元(1)内填充纳米磁性二氧化钛颗粒，其上部设有进水管(11);所 述铁碳内电解单元(2)内设有铁粉和炭粉的混合滤层(21);所述生物反应单元(3) 内设有活性炭-石英砂复合滤层，其底部设有出水管(33)。
作为优选，所述磁性二氧化钛催化氧化单元(1)为完全混合形式，其底部设有充气 搅拌装置(12);充气搅拌装置(12)为脉冲充气搅拌装置，其出气孔的开孔尺寸为 0.5-1.5mm，充气强度为2-30L/m2·s，脉冲周期3-20s;所述纳米磁性二氧化钛颗粒的 粒径为2-5g/L。
作为另一种优选，所述磁性二氧化钛催化氧化单元(1)内设有1根以上贯穿磁性二 氧化钛催化氧化单元(1)的包括紫外灯的石英套管(13);相邻石英套管(13)之间的 间隔20-30cm。
作为另一种优选，所述滤网(14)的孔径为10-20μm，且以5-10°的倾角倾斜设置。
作为另一种优选，所述铁碳内电解单元(2)内的混合滤层(21)的厚度为30-80cm; 铁粉和炭粉的质量比1：(1-3)的;滤速为6-8m/h。
作为另一种优选，所述生物反应单元(3)内的活性炭-石英砂复合滤层自下而上包 括活性炭滤层(31)和石英砂滤层(32);活性炭滤层(31)的厚度为2.0-4.0m，石英 砂滤层(32)的厚度30-70cm，石英砂为0.9-1.35mm的均质石英砂。
作为另一种优选，铁碳内电解单元(2)、生物反应单元(3)之间设有气水联合反冲 洗单元(4)，所述气水联合反冲洗单元(4)顶部为设有短柄滤头(43)的配水板(41)、 底部为穿孔板(42)，其高度为20-40cm，其侧壁以及生物反应单元(3)下部均设有进 水管(44)和进气管(45)，生物反应单元(3)上部设有反洗出水管(46)。
作为进一步优选，气洗强度为10-50L/m2.s、水冲洗强度为1-20L/m2.s，反冲洗周期 为10s～10min。
本发明还提供了一种利用上述装置对城市污水厂深度处理的方法，包括以下步骤：
(1)在紫外灯光照射下，污水通入填充有磁性纳米二氧化钛的纳米磁性二氧化钛催 化氧化单元内，混合均匀并完成催化氧化反应，催化氧化反应时间为5-20min;
(2)经催化氧化后的污水经滤膜过滤，截留磁性纳米二氧化钛;催化氧化区设有的 脉冲充气搅拌装置利用脉冲曝气方式对滤膜进行冲洗，防止滤膜堵塞，脉冲周期5-20s;
(3)经过滤后的污水流入铁碳内电解区，铁粉和炭粉的混合滤层截留溶液中的残留 磁性二氧化钛，并实现水中物质的铁碳内电解过程;
(4)经内电解处理后的污水流入生物反应单元内，完成硝化、反硝化及有机物的生 物降解作用，改善出水水质并作为最终出水，滤速控制在3-6m/h;
(5)使用一段时间后利用铁碳内电解单元底部的气水联合反冲洗对铁碳内电解区进 行反冲;气洗强度为10-50L/m2.s、水冲洗强度为1-20L/m2.s，反冲洗周期为10s～10min。
有益效果：本发明提供的城市污水厂深度处理装置结构紧凑、占地面积小、使用方 便、运行灵活、适用范围广，可较好地保障催化氧化效果及整体出水水质，具有较好的 推广应用前景。
具体而言，该装置相对于现有技术具有以下突出的优势：
(1)本发明通过采用具磁性的纳米级二氧化钛作为基本的催化剂，从而在保障了 催化氧化效果的同时，并实现了磁性二氧化钛的回收利用。
(2)纳米磁性二氧化钛催化氧化单元中采用气冲单元来进行系统的搅拌，从而在 保证搅拌效果的同时，并可实现溶液的充氧过程，可在一定程度上强化催化氧化反应。
(3)根据磁性纳米二氧化钛的基本特性，设置了滤膜进行水样的过滤，并利用铁 碳复合滤层的铁粉与磁性二氧化钛之间的磁力来实现二氧化钛颗粒的截留，从而可以明 显降低出水中纳米级二氧化钛出现的几率，有效规避了纳米材料应用中所带来的健康风 险;同时又利用催化氧化单元中曝气装置的脉冲曝气对滤膜进行反冲，防止滤膜的堵塞， 确保系统稳定运行。
(4)铁碳内电解单元的设置一方面进一步强化水中有机物结构的改变，同时将二 氧化钛有效截留并通过冲洗实现其回流再利用。
(5)该装置创新性地采用分层气水联合反冲洗技术，从而有利于保障滤层冲洗效 能，并减少废水量的生成。
(6)该装置采用活性炭作为填料，从而可以保障足够的微生物数量来实现生物氧 化、硝化及反硝化过程，同时通过滤层厚度的设置确保在底部生物反硝化的功能，确保 出水中氮的去除效果。
(7)活性炭底部设置的石英砂滤层可以实现活性炭善脱落生物膜以及颗粒物的截 留效果，确保出水水质。
(8)本装置可以充分利用污水厂二沉池出水中残余的有机物来实现生物反硝化脱 氮，显著降低了处理成本;而且其可以作为独立设备使用，也可以在大规模应用时根据 其作用方式、原理采用混凝土池体构造且多组并联，从而降低其造价并拓展其应用范围。