申请日2014.07.25
公开(公告)日2014.12.10
IPC分类号C02F9/14
摘要
一种三段式生物膜反应器净化有毒污水的装置，由三段式生物膜反应器、纳米曝气凝聚-微涡流絮凝装置、三级反冲筛滤装置、浸没式中空纤维膜四部分组成。本发明还公开了利用上述装置进行污水处理的方法。本发明的出水质量高，透明度好，可用于园林灌溉及场地冲刷等用途，处理后的污水中腐殖质降低95%以上，微生物数目降低99%，出水水质透明度高。
权利要求书
1.一种三段式生物膜反应器净化有毒污水的装置，主要结构为：
三段式生物膜反应器，底部设有排泥孔，排泥孔上方设置一搅拌机， 搅拌机周围铺设有流动填料，流动填料上方安装一钢网防止流动填料上行 流失，钢网上方布设有生物膜填料，生物膜填料由下至上1/3处设有纳米 曝气盘;由上述结构将三段式生物膜反应器内分为三段，下端为厌氧生物 滤池，钢网上方与纳米曝气盘之间为缺氧生物膜反应段，纳米曝气盘上方 为好氧生物膜反应段;三段式生物膜反应器的出水口连接纳米曝气凝聚- 微涡流絮凝装置;
纳米曝气凝聚-微涡流絮凝装置底部设有螺旋输泥器和出泥口，纳米曝 气凝聚-微涡流絮凝装置连接三段式生物膜反应器出水口的一侧为主反应 区，用于完成纳米气浮-凝聚过程，相邻主反应区为絮体拦截区，相邻絮体 拦截区的为絮体二次拦截区;主反应区内设有微涡流混凝器，主反应区内 部上方有通入O2的纳米曝气头，主反应区顶端设有用以添加混凝剂的加 药装置;絮体拦截区内铺设有用于絮体拦截沉淀的斜管;絮体二次拦截区 内部填充有聚丙烯的立体网状结构填料，立体网状结构填料下方铺设一纳 米曝气头，絮体二次拦截区底部设置有出水口，出水通过液压泵连接旋三 级反冲筛滤装置的进水口;
三级反冲筛滤装置水池的进水口处设有一进水堰，出水口处设有回流 槽，三级反冲筛滤装置内部由多孔网格分为上部的集水池和下部的分流仓 两个部分，分流仓为紧密排列的圆筒状;多孔网格上方中央安放一纳米曝 气头，埋设在填充的筛滤填料中，筛滤填料上方靠近进水堰处设有一阻流 板，靠近回流槽的一侧设有一通入O2的曝气管，曝气管设有多个细孔曝 气孔，曝气孔垂直向上，筛滤填料安装有超声波发生仪;分流仓的下方为 储水箱，储水箱外壁涂刷避光黑色涂料，其内壁均匀负载一层非金属掺杂 的光催化剂，其底部安装有紫外灭菌灯，且灭菌灯之间设置有通入O3的 曝气纳米曝气头，储水箱内剩余的空间填充有半导体负载填料;三级反冲 筛滤装置的出水直接导入超滤装置内;
中空纤维超滤器安置于超滤装置中，纳米曝气机设置在中空纤维超滤 器的下方，出水采用液压泵进行负压出水方式。
2.根据权利要求1所述三段式生物膜反应器净化有毒污水的装置， 其中，三段式生物膜反应器内的流动填料为纳米型粉煤灰烧结分子筛。
3.根据权利要求1所述三段式生物膜反应器净化有毒污水的装置， 其中，生物膜填料的结构是将醛化纤维或涤纶丝压在内圈是雪花状塑料枝 条的双圈大塑料环上，使纤维束均匀分布。
4.根据权利要求1所述三段式生物膜反应器净化有毒污水的装置， 其中，三级反冲筛滤装置中的筛滤填料选取石英砂、改性锰砂与合成分子 筛填料混合。
5.根据权利要求1所述三段式生物膜反应器净化有毒污水的装置， 其中，三段式生物膜反应器、纳米曝气凝聚-微涡流絮凝装置、三级反冲筛 滤装置的筛滤池和储水池以及超滤装置内的纳米曝气头分别与一纳米曝 气机连接。
6.根据权利要求1所述三段式生物膜反应器净化有毒污水的装置， 其中，三段式生物膜反应器、纳米曝气凝聚-微涡流絮凝装置、三级反冲筛 滤装置的反冲洗时纳米曝气头进气为O2，用于混凝搅拌和清洁填料;三级 反冲筛滤装置的储水池及超滤装置的纳米曝气头进气为O3，通过纳米曝气 强化羟基自由基的产生过程。
7.根据权利要求1所述三段式生物膜反应器净化有毒污水的装置， 其中，超滤装置内中空纤维超滤器采用尼龙中空纤维，膜孔径为0.4微米。
8.利用权利要求1所述三段式生物膜反应器净化有毒污水的装置进 行污水处理的方法：
污水自三段式生物膜反应器底部向上流动过程中经历厌氧、缺氧、好 氧三段生物处理，在厌氧生物滤池中，兼性厌氧发酵菌先将易降解大分子 有机物转化为小分子的VFA;聚磷菌吸收小分子有机物合成PHB储存在 细胞内，同时将聚磷水解成正磷酸盐，释放到污水中，使污水中磷浓度升 高;在缺氧生物膜反应段内，硝化菌在低氧条件下对污水内氨氮进行硝化 反应，反硝化菌吸收了小分子有机物作为碳源，污水中硝酸根被反硝化为 N2，散逸出来;同时缺氧环境导致磷的释放，在好氧生物膜反应段内，微 生物消解污水中残余的有机物，并且脱除剩余的氨氮。此时污水内碳源在 前两步内已经大量消耗，聚磷菌主要靠分解内部储存的PHB获得能量进 行繁殖，同时吸收储存污水内的磷;污泥沉淀至生物滤池内，由排泥口排 出，污水部分回流与进水混合，降低进水负荷，并对残余硝氮有再处理功 效;上清液使用纳米曝气机进水管抽至纳米曝气凝聚-微涡流絮凝装置内的 主反应区内进行纳米气浮-凝聚处理后，于微涡流混凝器再次凝聚-絮凝， 而后自流至絮体拦截区，絮体在斜管的拦截作用下沉至反应器底部，定时 在螺旋输送器的带动下自出泥口定期排出，澄清液溢流至絮体二次拦截 区，在立体网状结构填料的作用下进行二次拦截，过滤后的清液自出水口 排出进入三级反冲筛滤装置;
同时三级反冲筛滤装置的部分出水回流至三段式生物膜反应器，调节 水质并刺激微生物生理活动，筛选形成颗粒活性基团，基团具有分子筛的 离子交换等功能。
在三级反冲筛滤装置中，储水箱内纳米曝气头不连续工作，空气自多 孔网格向上鼓起，分割成小气泡，间歇冲散筛滤填料上的致密污物层，污 染物质层破碎成片状浮起，在曝气管的浮力以及进水冲击挡流板向右推力 的协同作用下，溢流至回流槽，使筛滤填料截留的污染物集中排除装置外， 与进水混合重新处理，以延长三级反冲筛滤装置使用寿命及反洗周期;
储水箱内的纳米曝气头采用O3曝气，由于纳米气泡具有庞大的数量、 比表面积、缓慢的上升速度等特性，同时气泡在水中停留时间长，增加了 气液接触面积、接触时间，利于臭氧溶于水中，克服了臭氧难溶于水的缺 点;微气泡内部具有较大的压力且纳米气泡破裂时界面消失，周围环境剧 烈改变产生的化学能促使产生更多的羟基自由基·OH，增强O3氧化分解有 机物的能力;且纳米级别O3气泡与紫外灭菌灯、半导体负载填料共存于 储水箱，提高高级氧化效果，提高·OH产生率，经三级反冲筛滤装置处理 的污水进入超滤装置内经中空纤维超滤器进行超滤，出水采用液压泵进行 负压出水方式，去除污水中的剩余悬浮物，使出水达到中水回用标准。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，三段式生物膜反应器、纳米 曝气凝聚-微涡流絮凝装置、三级反冲筛滤装置的反冲洗时纳米曝气头进气 为O2，用于混凝搅拌和清洁填料;三级反冲筛滤装置的储水池及超滤装置 的纳米曝气头进气为O3，通过纳米曝气强化羟基自由基的产生过程。
说明书
一种三段式生物膜反应器净化有毒污水的装置和方法
技术领域
本发明涉及一种三段式生物膜反应器净化有毒污水的装置。
本发明还涉及利用上述装置净化有毒污水的方法。
背景技术
生物膜反应器是在反应器中添加各种填料以便微生物附着生长使在 填料上形成了一层生物构成的类似于膜的结构，此工艺适合多种微生物生 长繁殖，生物膜相多样化，并且不会产生污泥膨胀，不需污泥回流，易于 管理，但是生物膜反应器处理污水也有很多弊端：
(1)填料构造不尽合理容易堵塞;
(2)对含有有毒废水根本无法应用;
(3)抗冲击性较差等。
发明内容
本发明的目的在于提供一种三段式生物膜反应器净化有毒污水的装 置。
本发明的又一目的在于提供一种利用上述装置净化有毒污水的方法。
为实现上述目的，本发明提供的三段式生物膜反应器净化有毒污水的 装置，主要结构为：
三段式生物膜反应器，底部设有排泥孔，排泥孔上方设置一搅拌机， 搅拌机周围铺设有流动填料，流动填料上方安装一钢网防止流动填料上行 流失，钢网上方布设有生物膜填料，生物膜填料由下至上1/3处设有纳米 曝气盘;由上述结构，将三段式生物膜反应器4内分为三段，下端为厌氧 生物滤池，钢网上方与纳米曝气盘之间为缺氧生物膜反应段，纳米曝气盘 上方为好氧生物膜反应段;三段式生物膜反应器的出水口连接纳米曝气凝 聚-微涡流絮凝装置;
纳米曝气凝聚-微涡流絮凝装置底部设有螺旋输泥器和出泥口，纳米曝 气凝聚-微涡流絮凝装置连接三段式生物膜反应器出水口的一侧为主反应 区，用于完成纳米气浮-凝聚过程，相邻主反应区为絮体拦截区，相邻絮体 拦截区的为絮体二次拦截区;主反应区内设有微涡流混凝器，主反应区内 部上方有通入O2的纳米曝气头，主反应区顶端设有用以添加混凝剂的加 药装置;絮体拦截区内铺设有用于絮体拦截沉淀的斜管;絮体二次拦截区 内部填充有聚丙烯的立体网状结构填料，立体网状结构填料下方铺设一纳 米曝气头，絮体二次拦截区底部设置有出水口，出水通过液压泵连接旋三 级反冲筛滤装置的进水口;
三级反冲筛滤装置水池的进水口处设有一进水堰，出水口处设有回流 槽，三级反冲筛滤装置内部由多孔网格分为上部的集水池和下部的分流仓 两个部分，分流仓为紧密排列的圆筒状;多孔网格上方中央安放一纳米曝 气头，埋设在填充的筛滤填料中，筛滤填料上方靠近进水堰处设有一阻流 板，靠近回流槽的一侧设有一通入O2的曝气管，曝气管设有多个细孔曝 气孔，曝气孔垂直向上，筛滤填料安装有超声波发生仪;分流仓的下方为 储水箱，储水箱外壁涂刷避光黑色涂料，其内壁均匀负载一层非金属掺杂 的光催化剂，其底部安装有紫外灭菌灯，且灭菌灯之间设置有通入O3的 曝气纳米曝气头，储水箱内剩余的空间填充有半导体负载填料;三级反冲 筛滤装置的出水直接导入超滤装置内;
中空纤维超滤器安置于超滤装置中，纳米曝气机设置在中空纤维超滤 器的下方，出水采用液压泵进行负压出水方式。
所述三段式生物膜反应器净化有毒污水的装置中，三段式生物膜反应 器内的流动填料为纳米型粉煤灰烧结分子筛。
所述三段式生物膜反应器净化有毒污水的装置中，生物膜填料的结构 是将醛化纤维或涤纶丝压在内圈是雪花状塑料枝条的双圈大塑料环上，使 纤维束均匀分布。
所述三段式生物膜反应器净化有毒污水的装置其中，三级反冲筛滤装 置中的筛滤填料选取石英砂、改性锰砂与合成分子筛填料混合。
所述三段式生物膜反应器净化有毒污水的装置中，三段式生物膜反应 器、纳米曝气凝聚-微涡流絮凝装置、三级反冲筛滤装置的筛滤池和储水池 以及超滤装置内的纳米曝气头分别与一纳米曝气机连接。
所述三段式生物膜反应器净化有毒污水的装置中，三段式生物膜反应 器、纳米曝气凝聚-微涡流絮凝装置、三级反冲筛滤装置的反冲洗时纳米曝 气头进气为O2，用于混凝搅拌和清洁填料;三级反冲筛滤装置的储水池及 超滤装置的纳米曝气头进气为O3，通过纳米曝气强化羟基自由基的产生过 程。
所述三段式生物膜反应器净化有毒污水的装置中，超滤装置内中空纤 维超滤器采用尼龙中空纤维，膜孔径为0.4微米。
本发明提供的利用一述三段式生物膜反应器净化有毒污水的装置进 行污水处理的方法：
污水自三段式生物膜反应器底部向上流动过程中经历厌氧、缺氧、好 氧三段生物处理，在厌氧生物滤池中，兼性厌氧发酵菌先将易降解大分子 有机物转化为小分子的VFA;聚磷菌吸收小分子有机物合成PHB储存在 细胞内，同时将聚磷水解成正磷酸盐，释放到污水中，使污水中磷浓度升 高;在缺氧生物膜反应段内，硝化菌在低氧条件下对污水内氨氮进行硝化 反应，反硝化菌吸收了小分子有机物作为碳源，污水中硝酸根被反硝化为 N2，散逸出来;同时缺氧环境导致磷的释放，在好氧生物膜反应段内，微 生物消解污水中残余的有机物，并且脱除剩余的氨氮。此时污水内碳源在 前两步内已经大量消耗，聚磷菌主要靠分解内部储存的PHB获得能量进 行繁殖，同时吸收储存污水内的磷;污泥沉淀至生物滤池内，由排泥口排 出，污水部分回流与进水混合，降低进水负荷，并对残余硝氮有再处理功 效;上清液使用纳米曝气机进水管抽至纳米曝气凝聚-微涡流絮凝装置内的 主反应区内进行纳米气浮-凝聚处理后，于微涡流混凝器再次凝聚-絮凝， 而后自流至絮体拦截区，絮体在斜管的拦截作用下沉至反应器底部，定时 在螺旋输送器的带动下自出泥口定期排出，澄清液溢流至絮体二次拦截 区，在立体网状结构填料的作用下进行二次拦截，过滤后的清液自出水口 排出进入三级反冲筛滤装置;
在三级反冲筛滤装置中，储水箱内纳米曝气头不连续工作，空气自多 孔网格向上鼓起，分割成小气泡，间歇冲散筛滤填料上的致密污物层，污 染物质层破碎成片状浮起，在曝气管的浮力以及进水冲击挡流板向右推力 的协同作用下，溢流至回流槽，使筛滤填料截留的污染物集中排除装置外， 与进水混合重新处理，以延长三级反冲筛滤装置使用寿命及反洗周期;
储水箱内的纳米曝气头采用O3曝气，由于纳米气泡具有庞大的数量、 比表面积、缓慢的上升速度等特性，同时气泡在水中停留时间长，增加了 气液接触面积、接触时间，利于臭氧溶于水中，克服了臭氧难溶于水的缺 点;微气泡内部具有较大的压力且纳米气泡破裂时界面消失，周围环境剧 烈改变产生的化学能促使产生更多的羟基自由基·OH，增强O3氧化分解有 机物的能力;且纳米级别O3气泡与紫外灭菌灯、半导体负载填料共存于 储水箱，提高高级氧化效果，可有效提高·OH产生率，经三级反冲筛滤装 置处理的污水进入超滤装置内经中空纤维超滤器进行超滤，出水采用液压 泵进行负压出水方式，去除污水中的剩余悬浮物，使出水达到中水回用标 准。
所述的方法中，三段式生物膜反应器、纳米曝气凝聚-微涡流絮凝装置、 三级反冲筛滤装置的反冲洗时纳米曝气头进气为O2，用于混凝搅拌和清洁 填料;三级反冲筛滤装置的储水池及超滤装置的纳米曝气头进气为O3，通 过纳米曝气强化羟基自由基的产生过程。
本发明三段式生物膜反应器净化有毒污水的装置中的三段式生物膜 反应器，分厌氧、缺氧、好氧三段处理污水，降解污水中有机污染物，同 时完成脱氮除磷的步骤;又本发明采用混凝的方法有效降低污水浊度，捕 捉生物膜反应器出水中分散的细小胶体及悬浮颗粒，有效防止处理过程形 成的絮凝体直径小，密度轻的问题，避免了沉淀效果不理想的后果。同时 本发明的三级反冲筛滤装置采用纳米曝气技术强化高级氧化过程，三级反 冲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，大量产生羟基自由基对污染物质进行氧化，对筛滤过后出水 中痕量有机污染物进行无选择性的氧化分解，降低出水毒性，防止污水进 入自然环境有所生物富集，最终威胁到人体本身。本发明的出水质量高， 透明度好，可用于园林灌溉及场地冲刷等用途。