申请日2014.07.25
公开(公告)日2014.11.19
IPC分类号C02F9/08
摘要
一种污水三级出水深度处理的装置，主要包括：一混凝池，其上端连接一加药装置;混凝池的出水口连接表层湍流筛滤装置;表层湍流筛滤装置的出水口连接光催化降解反应装置;光催化降解反应装置的出水口连接二次纳米曝气高级氧化装置;二次纳米曝气高级氧化装置的出水口连接超滤装置。本发明还公开了污水三级出水深度处理的方法。
权利要求书
1.一种污水三级出水深度处理的装置，主要包括：
一混凝池，其上端连接一加药装置;
混凝池的出水口连接表层湍流筛滤装置;
表层湍流筛滤装置的出水口连接光催化降解反应装置;
光催化降解反应装置的出水口连接二次纳米曝气高级氧化装置;
二次纳米曝气高级氧化装置的出水口连接超滤装置;
其中：
表层湍流筛滤装置由多孔板分为上、下两个部分，多孔板孔洞为倾斜， 多孔板上方铺设一层筛滤填料，筛滤填料的底部设有纳米曝气头，筛滤填 料内表层通过缩口进水管与混凝池连接;表层湍流筛滤装置对应于缩口进 水管的另一侧下方设有缩口出水管，连接反洗泵;表层湍流筛滤装置位于 缩口出水管的上方设置有回流槽，筛滤填料上方位于回流槽一侧设置有曝 气管，曝气管设有多个细孔曝气孔，细孔曝气孔垂直向上;在筛滤填料上 方安装有超声波发生仪;多孔板下方为储水箱，储水箱内壁均匀负载一层 非金属掺杂光催化剂，储水箱底部安装有紫外灭菌灯，在紫外灭菌灯的空 隙间设置纳米曝气头，表层湍流筛滤装置内部剩余空间填充有半导体负载 填料;表层湍流筛滤装置的储水箱的出水口通过一液压泵与光催化降解反 应装置相连;
光催化降解反应装置内壁均匀负载一层非金属掺杂光催化剂，底部开 设有排泥口，内部位于排泥口上方设置有纳米曝气盘，纳米曝气盘上设置 有紫外灭菌灯，紫外灭菌灯外有一防水套筒，光催化降解反应装置内部剩 余空间填充有光催化填料，光催化降解反应装置的上方设置有多孔隔板， 光催化降解反应装置顶部设有遮光板;光催化降解反应装置的出水口通过 液压泵与二次纳米曝气高级氧化装置相连;
二次纳米曝气高级氧化装置底部开设有排泥口，内部位于排泥口上方 设置有纳米曝气盘;二次纳米曝气高级氧化装置的出水口通过加压泵连接 超滤装置中;
超滤装置为板框式超滤机，内部布设有PVDF材质平板超滤膜，超滤 膜上设置纳米曝气头。
2.根据权利要求1所述的装置，其中，表层湍流筛滤装置的筛滤填 料为石英砂、改性锰砂与天然沸石分子筛按照5:2:1比例混合而成，其中 掺杂少量零价纳米铁，粒径为0.4-2.1mm。
3.根据权利要求1所述的装置，其中，光催化降解反应装置的外壳 及遮光板外涂抹有黑色涂料用以遮光。
4.根据权利要求1所述的装置，其中，表层湍流筛滤装置、光催化 降解反应装置及二次纳米曝气高级氧化装置内的纳米曝气盘均与纳米曝 气机连接。
5.根据权利要求1所述的装置，其中，光催化降解反应装置的一端 设有液位仪用于观测装置内部液位变化。
6.根据权利要求1所述的装置，其中，光催化降解反应装置内的光 催化填料是碳掺杂的纳米TiO2粉体。
7.一种污水三级出水深度处理的方法，主要流程为：
通过混凝池上的加药装置，对经过生物处理的污水进行混凝处理，去 除小颗粒固体、悬浮微粒和胶体，以降低污水负荷，减轻后续处理难度; 混凝池出水使用液压泵加压，通过缩口进水管提升对表层湍流筛滤装置内 筛滤填料的冲击力;
表层湍流筛滤装置进行筛滤时，储水箱内纳米曝气为间歇曝气，曝气 时储水箱内气压增大，空气被多孔板切割成为气泡鼓起，冲击筛滤填料， 打筛滤散填料表面的污染物质层并使其浮起，使得污水能顺利经过筛滤填 料过滤;筛滤填料上方设置的曝气管产生的气泡将浮起的污染物推至水 面，于溢流至回流槽，与进水混合调节进水水质，同时延长筛滤装置使用 寿命及反洗周期;
经表层湍流筛滤装置处理后的出水进入光催化降解反应装置内，通过 紫外线灭杀大肠杆菌、金黄色葡萄球菌、病毒，分解残留难降解有机化合 物及有毒物质，持久安全的对污水进行消毒降解;同时采用纳米曝气机产 生纳米气泡，产生气泡供给氧气的同时产生羟基自由基，增大了羟自由基 的浓度，提高其氧化性能;
光催化降解反应后的出水进入二次纳米曝气高级氧化装置内，在高温 纳米曝气的气浮、氧化、高温降解作用下，对污水进行二次纳米曝气处理， 分解残留难降解有机化合物及残存的病原菌和微生物，去除有机物、降低 COD;
经二次纳米曝气处理后的出水导入超滤装置中，去除污水中的剩余悬 浮物，使出水达到回用标准;同时利用进气错流的冲击力扰动滤膜表层， 并在反应器内形成湍流，防止污染物质在滤膜表层堆积对水流的顺利通过 形成阻力，增大过滤压力。
8.根据权利要求7所述的方法，其中，混凝处理是采用聚丙烯酰胺 为混凝剂，投加量按5mg/L计。
9.根据权利要求7所述的方法，其中，表层湍流筛滤装置的进气为 O2，用于清洁填料;光催化降解反应装置及二次纳米曝气高级氧化装置的 进气为O3，通过纳米曝气大量获得羟基自由基，起强氧化作用。
10.根据权利要求7所述的方法，其中，光催化降解反应装置内的紫 外线平均照射剂量在300J/m2以上。
说明书
一种污水三级出水深度处理的装置和处理方法
技术领域
本发明涉及一种污水三级出水深度处理的装置。
本发明还涉及利用上述装置进行污水三级出水深度处理的方法。
背景技术
污水的三级处理是对污水的深度处理，现阶段我国的污水处理厂内， 污水经过二级处理后，仍含有磷、氮和难以生物降解的有机物、矿物质、 病原体等，此时多用活性炭吸附法或反渗透法去除水中剩余污染物，并采 用臭氧或氯消毒灭杀细菌和病毒，而后直接作为中水回用，但臭氧和氯运 行费用较高，且由于气体性质，容易造成浪费以及二次污染，故需寻找一 种造价低廉、更加切实有效的方法进行污水的深度处理。
羟基自由基具有极强氧化能力，具有极强的氧化电位，高达2.80V， 所以可以无选择性的氧化分解污水中任何可以被氧化的物质，常用于预处 理用做大分子断链，或是后续深度处理为出水有一个更好的水质效果。具 体说地，对有机废水都有用，特别对蒽醌类、噻吩、呋喃、吡啶类难生物 降解物质相对其他方法有显著效果。故而找到一种经济有效的产生并强化 羟基自由基的方法尤为重要。
常见产生羟基自由的方法有芬顿反应、臭氧气水接触等，但羟基自由 基产生成本较高。本工艺采取整套的处理工艺对污水进行深度处理，使用 自主研发的表层湍流筛滤装置优化三级处理工序，后续在紫外消毒段添加 一种半导体光触媒，在紫外光的照射下，激发出极具氧化力的羟基自由基， 光催化原理如下：
半导体(如纳米TiO2)+紫外光——激发态电子(e-)+空穴(h+)
e-与O2——H2O2;
h++H2O+OH-——·OH;
其中H2O2和·OH可将有机污染物降解为CO2和H2O，将无机污染物 转化成无害物质。
发明内容
本发明的目的在于提供一种污水三级出水深度处理的装置。
本发明的又一目的在于提供一种利用上述装置进行污水三级出水深 度处理的方法。
为实现上述目的，本发明提供的污水三级出水深度处理的装置，主要 包括：
一混凝池，其上端连接一加药装置;
混凝池的出水口连接表层湍流筛滤装置;
表层湍流筛滤装置的出水口连接光催化降解反应装置;
光催化降解反应装置的出水口连接二次纳米曝气高级氧化装置;
二次纳米曝气高级氧化装置的出水口连接超滤装置;
其中：
表层湍流筛滤装置由多孔板分为上、下两个部分，多孔板孔洞为倾斜， 多孔板上方铺设一层筛滤填料，筛滤填料的底部设有纳米曝气头，筛滤填 料内表层通过缩口进水管与混凝池连接;表层湍流筛滤装置对应于缩口进 水管的另一侧下方设有缩口出水管，连接反洗泵;表层湍流筛滤装置位于 缩口出水管的上方设置有回流槽，筛滤填料上方位于回流槽一侧设置有曝 气管，曝气管设有多个细孔曝气孔，细孔曝气孔垂直向上;在筛滤填料上 方安装有超声波发生仪;多孔板下方为储水箱，储水箱内壁均匀负载一层 非金属掺杂光催化剂，储水箱底部安装有紫外灭菌灯，在紫外灭菌灯的空 隙间设置纳米曝气头，表层湍流筛滤装置内部剩余空间填充有半导体负载 填料;表层湍流筛滤装置的储水箱的出水口通过一液压泵与光催化降解反 应装置相连;
光催化降解反应装置内壁均匀负载一层非金属掺杂光催化剂，底部开 设有排泥口，内部位于排泥口上方设置有纳米曝气盘，纳米曝气盘上设置 有紫外灭菌灯，紫外灭菌灯外有一防水套筒，光催化降解反应装置内部剩 余空间填充有光催化填料，光催化降解反应装置的上方设置有多孔隔板， 光催化降解反应装置顶部设有遮光板;光催化降解反应装置的出水口通过 液压泵与二次纳米曝气高级氧化装置相连;
二次纳米曝气高级氧化装置底部开设有排泥口，内部位于排泥口上方 设置有纳米曝气盘;二次纳米曝气高级氧化装置的出水口通过加压泵连接 超滤装置中;
超滤装置为板框式超滤机，内部布设有PVDF材质平板超滤膜，超滤 膜上设置纳米曝气头。
所述的装置中，表层湍流筛滤装置的筛滤填料为石英砂、改性锰砂与 天然沸石分子筛的混合物，粒径为0.4-2.1mm。
所述的装置中，光催化降解反应装置的外壳及遮光板外涂抹有黑色涂 料用以遮光。
所述的装置中，表层湍流筛滤装置、光催化降解反应装置及二次纳米 曝气高级氧化装置内的纳米曝气盘均与纳米曝气机连接。
所述的装置中，光催化降解反应装置的一端设有液位仪用于观测装置 内部液位变化。
本发明提供的污水三级出水深度处理的方法，主要流程为：
通过混凝池上的加药装置，对经过生物处理的污水进行混凝处理，去 除小颗粒固体、悬浮微粒和胶体，以降低污水负荷，减轻后续处理难度; 混凝池出水使用液压泵加压，通过缩口进水管提升对表层湍流筛滤装置内 筛滤填料的冲击力;
表层湍流筛滤装置进行筛滤时，储水箱内纳米曝气为间歇曝气，曝气 时储水箱内气压增大，空气被多孔板切割成为气泡鼓起，冲击筛滤填料， 打筛滤散填料表面的污染物质层并使其浮起，使得污水能顺利经过筛滤填 料过滤;筛滤填料上方设置的曝气管产生的气泡将浮起的污染物推至水 面，于溢流至回流槽，与进水混合调节进水水质，同时延长筛滤装置使用 寿命及反洗周期;
经表层湍流筛滤装置处理后的出水进入光催化降解反应装置内，通过 紫外线灭杀大肠杆菌、金黄色葡萄球菌、病毒，分解残留难降解有机化合 物及有毒物质，持久安全的对污水进行消毒降解;同时采用纳米曝气机产 生纳米气泡，产生气泡供给氧气的同时产生羟基自由基，增大了羟自由基 的浓度，提高其氧化性能;
光催化降解反应后的出水进入二次纳米曝气高级氧化装置内，在高温 纳米曝气的气浮、氧化、高温降解作用下，对污水进行二次纳米曝气处理， 分解残留难降解有机化合物及残存的病原菌和微生物，去除有机物、降低 COD;
经二次纳米曝气处理后的出水导入超滤装置中，去除污水中的剩余悬 浮物，使出水达到回用标准;同时利用进气错流的冲击力扰动滤膜表层， 并在反应器内形成湍流，防止污染物质在滤膜表层堆积对水流的顺利通过 形成阻力，增大过滤压力。
所述的方法中，混凝处理是采用聚丙烯酰胺为混凝剂，投加量按5mg/L 计。
所述的方法中，表层湍流筛滤装置的进气为O2，用于清洁填料;光催 化降解反应装置及二次纳米曝气高级氧化装置的进气为O3，通过纳米曝气 大量获得羟基自由基，起强氧化作用。
所述的方法中，光催化降解反应装置内的紫外线平均照射剂量在 300J/m2以上。
本发明的装置中，表层湍流筛滤装置是在传统砂滤基础上改动加工而 成的。改变了进水和反冲洗工序，增大了污水处理量，提高处理效率，减 少反冲洗用水量，但提高了其反冲洗效率，反冲洗后的填料与常规反冲洗 相比，更加洁净，同时对水中病毒和重金属有较好的去除能力。
本发明的装置中，光催化降解反应装置提高光催化效果，增大了反应 面，解决了常规光催化剂需要分散剂协同使用的弊端，减少了催化剂的流 失现象，避免了反应结束后催化剂的分离步骤。灭杀大肠杆菌、金黄色葡 萄球菌、病毒等，分解残留难降解有机化合物及有毒物质，持久安全的对 污水进行消毒降解。
本发明采用纳米曝气机产生纳米气泡，产生气泡供给氧气的同时产生 羟基自由基，增大了羟自由基的浓度，提高其氧化性能。
本发明的方法操作简单、效果明显，在污水处理厂现有设备上进行改 动即可完成。可以大大降低污水深度处理的造价和费用，避免处理过程中 二次污染的产生，提升污水出水水质。其中表层湍流筛滤装置中纳米二氧 化钛晶体作为光触媒在紫外灯照射下激发极具氧化力的自由负离子，同时 在纳米曝气过程中以及超声波发生过程激发的能量亦可发生并加强自由 负离子的产生，达成光催化效果;而自由负离子以及其摆脱共价键的束缚 后留下空位，与纳米气泡表面带有的电荷同时产生微电解效果，可灭杀大 肠杆菌、金黄色葡萄球菌、病毒等，分解残留难降解有机化合物及有毒物 质，持久安全的对污水进行消毒降解。针对环境类激素(如激素类农药、 抗生素、二恶英、雌激素以及人工合成激素等微量有害化学物质)的处理 方面具有很大的优势，能够使绝大部分有机物完全矿化或分解，对污水进 行筛滤处理的同时对其出水净化、消毒，出水较好的达到国家要求标准。